РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 54-62
РАДИОНУКЛИДЫ
УДК 581.15:632.118.3:574.32
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ В ЦЕНОПОПУЛЯЦИИ ГОРОШКА МЫШИНОГО НА УЧАСТКЕ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ
© 2007 г. Т. И. Евсеева1*, Т. А. Майстренко1, С. А. Гераськин2, Е. С. Белых1
1Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар 2ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, Обнинск
Количественно оценен вклад ионизирующих излучений низкой интенсивности в генетическую изменчивость Vicia cracca L. из природной ценопопуляции, более 40 лет заселяющей стационар с повышенным уровнем естественной радиоактивности. Инкорпорированный в надземной массе горошка мышиного 230Th определяет не только уровень внутрипопуляционной цитогенетической изменчивости, но и, увеличивая вариабельность растений по чувствительности к внешним воздействиям, - возможности адаптации этого вида. Достоверно высокие частоты парных фрагментов зарегистрированы в клетках корневых меристем проростков семян растений Vicia cracca L., заселяющих все исследованные фации стационара. В формирование этого типа повреждений основной вклад вносит 226Ra. Внешнее облучение выступает в качестве фактора отбора, увеличивая частоту эмбриональных летальных мутаций у растений. Вклад индуцированного факторами радиационной природы мутагенеза в генетическую изменчивость исследованной ценопопуляции достоверен и составляет 3-5%.
Естественный радиационный фон, тяжелые естественные радионуклиды, генетическая изменчивость, природные популяции растений.
Первые полевые исследования действия на растения повышенного естественного радиационного фона (ПЕРФ) были выполнены [1] в 1930-х гг., а в 60-х гг. прошлого столетия начато изучение [2-4] мутационного процесса в популяциях растений, заселивших участки с повышенным содержанием в почвах и породах тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН). Не утратила своей актуальности проблема влияния повышенного фона естественной радиоактивности на биоту и в наше время [5-8]. Благодаря усилиям ученых разных стран накоплен огромный и поистине уникальный материал о биологических эффектах, наблюдавшихся в областях с повышенным уровнем естественной радиоактивности. Однако сравнительный анализ и использование этих данных затруднены в силу существенного различия радиоэкологических ситуаций в исследованных районах, объектов и методов исследования, включая дозиметрический контроль. Кроме того, на основе имеющейся информации, как правило, невозможно оценить реальный вклад факторов радиационной природы в уровень наблюдаемой в природных популяциях изменчивости, что не позволяет делать выводы о том, где и в какой мере превышен допустимый уровень радиационно-
*
Адресат для корреспонденции: 167982 Сыктывкар, ул.
Коммунистическая, 28, Институт биологии Коми НЦ УрО
РАН; тел.: (8212) 430-478; e-mail: tevseeva@ib.komisc.ru.
го воздействия. Действительно, нет оснований связывать все наблюдающиеся в районах с повышенным содержанием ТЕРН изменения исключительно с радиационным воздействием. ТЕРН могут действовать как токсические химические вещества, индуцируя в зависимости от концентрации как стимулирующие, так и угнетающие эффекты. Накопление ТЕРН в растениях, как правило, сопровождается аккумуляцией сопутствующих химических элементов, многие из которых могут индуцировать генетические эффекты у растений и/или модифицировать радиационное воздействие [9, 10]. Климатические факторы также способны влиять на выживаемость растений, населяющих территории с повышенными концентрациями радионуклидов и тяжелых металлов [11]. Анализируя результаты проведенных ранее радиоэкологических исследований, необходимо акцентировать внимание еще и на том, казалось бы, априорно понятном, но не учитываемом в большинстве работ факте, что заведомо неверно искать связь ответной реакции обитающих в условиях повышенного фона радиации растений и животных с одним только внешним облучением. В частности, обнаруженный в наших исследованиях [9, 10] существенный вклад в индуцируемые у лабораторных растений токсические и мутагенные эффекты низких концентраций инкорпорированных ТЕРН не позволяет прене-
бречь их влиянием и в ходе анализа полевых экспериментов.
Цель настоящего исследования - количественно оценить вклад факторов радиационной природы в генетическую изменчивость растений Vicia cracca L. из природной ценопопуляции, в течение длительного времени заселяющей участок с повышенным уровнем естественной радиоактивности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Выбранный для исследований стационар расположен в пос. Водный Ухтинского р-на Республики Коми и представляет собой систему сопряженных элементарных геохимических ландшафтов, включающую приводораздельное пространство, первую и вторую надпойменные террасы, пойму р. Ухта. Территория стационара прилегала к бывшему центральному заводу по концентрированию радия из пластовых вод [9, 12, 13]. Радиоактивное загрязнение стационара обусловлено складированием привозных непереработанных отходов уранового производства и этих же отходов после выщелачивания из них радия. До дезактивации стационар был лишен растительного покрова. После дезактивации в 1957 г. насыпным методом здесь постепенно появились растения. Через несколько лет слой песчано-гравийной смеси на стационаре перестал выполнять функцию защитного барьера, и начался вынос радионуклидов растениями в верхний слой грунта. Распределение ТЕРН по территории стационара было крайне неравномерным. Содержание в почве 238U, 226Ra, 210Po на некоторых участках в 100-680 раз превышало контрольный уровень [5, 12]. Травянистая растительность накапливала преимущественно 230Th и 228Th (до 5069 и 1047 мБк/г золы соответственно). Внутреннее облучение надземной части растений и корней превышало внешнее соответственно в 2.5 и 30 раз. Основной вклад в поглощенную надземной частью растений дозу вносили 222Rn, 210Po, 220Rn, 224Ra, 230Th и 226Ra, а корневыми системами - 210Po, 230Th, 228Th, 227Th, 220Rn, 222Rn, 224Ra. В целом за вегетационный период (100 дней) интегральная эквивалентная доза составляла 0.05-0.07 Зв для надземной части и 0.5-0.7 - для корней [5].
В настоящее время растительный покров стационара обильный, разнотравно-злаковый. Восточная часть стационара постепенно зарастает сосной, на водоразделе произрастают ольха, береза, сосна, ель. Интенсивный вынос растениями подвижных форм радионуклидов и возвращение их в почву с опадом привели к повышению содержания 238U и 226Ra в слое дезактивационной песча-но-гравийной смеси до 0.04 и 0.86 Бк/г соответственно [14]. Заметим, что содержание 226Ra превышает в настоящее время кларковое (n х 10-12 г/г почвы [15]) в 10 раз. Процессы плоскостного
смыва обусловили сложную картину радионук-лидного загрязнения. В то же время это создало естественную гетерогенность уровней радиоактивного загрязнения на небольшой площади (2 га) и позволило провести исследование в пределах одной относительно изолированной ценопопуля-ции растений.
В качестве контрольного выбран тот же участок, что и при проведении первых на территории Республики Коми исследований действия повышенного фона естественной радиоактивности на растения [4]. Он расположен в нескольких километрах от г. Сыктывкар в пределах водораздела рек Сысолы и Вычегды, окружен лесным массивом, находится на значительном удалении от экспериментального стационара, но в той же почвен-но-климатической зоне. Почвы участка - подзолистые. Радиоактивное загрязнение исключено.
Для оценки генетической изменчивости в природных популяциях растений выбран горошек мышиный (Vicia cracca L.; 2 n = 14) - многолетнее травянистое растение, сочетающее перекрестное опыление с вегетативным способом размножения. Этот вид, доминировавший в фитоценозе в начале (1963-1968 гг.) заселения стационара растительностью, стал объектом первых [4, 5] на данной территории исследований (1980-1981 гг.) биологического действия ПЕРФ на растения. Таким образом, мы получили уникальную возможность оценить произошедшие за 23 г. изменения в генетической структуре природной ценопопуляции растений, заселивших участок с повышенным фоном естественной радиоактивности. Важно отметить, что эта территория долгое время изолирована от интенсивного антропогенного воздействия. Поэтому результаты исследований сформировавшейся здесь ценопопуляции могут содержать ценную информацию о путях приспособления растений к обитанию именно в условиях повышенного фона естественной радиоактивности.
Образцы растений горошка мышиного собирали с четырех, приуроченных к основным элементам мезорельефа (склоны от первой (№ 1) и второй (№ 3) надпойменных террас, первая (№ 2) и вторая (№ 4) надпойменные террасы) фаций в восточной части экспериментального стационара и на контрольном участке. Сбор проведен 20 ноября 2003 г. после окончания вегетационного периода и созревания семян. Для радиохимического анализа срезали надземную часть растений с бобами. В лаборатории бобы вручную срывали с растений, группируя пять соответствующих местам отбора проб выборок.
Для учета эмбриональных летальных мутаций бобы вскрывали непосредственно после сбора растений. Подсчитывали число вызревших семян и количество эмбриональных леталей на боб для каждой из четырех экспериментальных и кон-
Таблица 1. Характеристики радиоактивного загрязнения на экспериментальном стационаре и контрольном участке
Место сбора
Содержание тяжелых естественных радионуклидов
1 надземной массе горошка мышиного, мБк/г золы
232ть 228ть 230ть 238и 210Ро 210РЬ 226Яа
Контрольный 0.3 ± 0.1 4.4 ± 0.7 27.0 ± 4.1 1.4 ± 0.3 1.4 ± 0.3 2.2 ± 0.4 60 ± 6
участок
1 1.5 ± 0.2 21.0 ± 2.1 204.1 ± 18.4 15.5 ± 2.2 8.3 ± 1.1 16.4 ± 1.6 7566±151
2 1.3 ± 0.2 5.3 ± 0.8 63.5 ± 6.3 13.2 ± 2.0 8.3 ± 1.1 17.1 ± 1.7 13415±335
3 0.9 ± 0.1 3.8 ± 0.6 45.9 ± 5.9 14.3 ± 2.0 6.1 ± 0.9 12.9 ± 1.4 3935 ± 177
4 1.0 ± 0.1 4.7 ± 0.7 50.0 ± 7.5 5.2 ± 1.0 1.9 ± 0.4 3.4 ± 0.6 839 ± 42
Место сбора растений Содержание тяжелых естественных радионуклидов Мощность дозы в воздухе
в приземном слое воздуха, Бк/м3*
222Яп 218Ро 214РЬ 214В1 мкЗв
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.