научная статья по теме ИЗМЕНЧИВОСТЬ СЕМЕННОГО ПОТОМСТВА КОСТРЕЦА БЕЗОСТОГО В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ ЗОНЫ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЧИВОСТЬ СЕМЕННОГО ПОТОМСТВА КОСТРЕЦА БЕЗОСТОГО В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ ЗОНЫ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА»

УДК 574:539.16.047

ИЗМЕНЧИВОСТЬ СЕМЕННОГО ПОТОМСТВА КОСТРЕЦА БЕЗОСТОГО В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ ЗОНЫ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА

© 2014 г. Е. В. Антонова, В. Н. Позолотина, Э. М. Каримуллина

Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: selena@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 27.02.2014 г.

Проведено многолетнее исследование семенного потомства Bromus inermis Leyss., произрастающего в градиенте радионуклидного загрязнения зоны Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРСа). Дозовые нагрузки на материнские растения и зародыши семян из хронически облучаемых популяций с учетом ЕРФ превышают контрольные значения в 2—107 раз. Показана межгодовая и индивидуальная изменчивость жизнеспособности, мутабильности и радиочувствительности семенного потомства. На фоне высокой межпопуляционной изменчивости показателей в зоне ВУРСа не установлено значимого влияния погодных условий на качество семян, в то время как в фоновых популяциях такие эффекты прослеживаются достаточно четко. Выявлена положительная взаимосвязь между исходной жизнеспособностью семенного потомства и его радиоустойчивостью. Установлено, что хроническое облучение в широком диапазоне доз индуцирует в популяциях повышенную частоту разных типов мутаций и морфозов. Содержание низкомолекулярных антиоксидантов у проростков импактных ценопопуляций было выше, чем в фоновой выборке. Полученные данные характеризуют эволюционно сложившийся потенциал защитных и восстановительных механизмов растений для выживания в динамично меняющейся окружающей среде на фоне техногенного стресса.

Ключевые слова: Кыштымская авария, Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС), ERICA Tool, малые дозы радиации, Bromus inermis Leyss., жизнеспособность семенного потомства, внутривидовая изменчивость, мутации, антиоксиданты, адаптивный потенциал, взаимодействие факторов среды.

Б01: 10.7868/80367059714060031

В 1957 г. на ПО "МАЯК" произошел взрыв емкости, содержавшей 7.4 х 1016 Бк радиоактивных отходов. Радиоактивное облако содержало около 10% от суммарного выброса, двигалось в северовосточном направлении и рассеялось на территории площадью 23 тыс. км2. Загрязненная зона была названа Восточно-Уральским радиоактивным следом (ВУРС). В настоящее время основными загрязнителями зоны являются 908г+90У, их доля в изотопной смеси в момент аварии составляла 5.4%. Вторичное загрязнение данной территории произошло в 1967 г. в результате ветрового переноса радиоактивного ила и песка с берегов обмелевшего промышленного водоема В-9 (оз. Кара-чай). В изотопном составе преобладал 137С8 — его вынос составил примерно 22 х 1012 Бк ^аШгоу Аш81шоуа, 1993), по другим расчетам (Аагкго§ й а1., 1997) как минимум в 2 раза больше.

В 1966 г. в головной части следа был создан Восточно-Уральский государственный заповедник. Данная территория представляет собой уникальный природный полигон, на котором антропогенная нагрузка снижена, растительные сообщества восстановились после острого облучения и более полувека произрастают в условиях снижающегося со временем хронического облучения. Изучение последствий радиационного воздействия у разных видов, отличающихся по эколого-генетическим характеристикам, является актуальной задачей экологии и радиобиологии. Эффекты действия радиации на живое (non-human biota) были обнаружены в зоне Чернобыльской аварии (Kovalchuk et al., 2000; Geras'kin et al.,

2011), на Семипалатинском полигоне (Мозолин и др., 2008), на территориях, загрязненных в результате аварии на АЭС в Фукусиме (Hiyama et al.,

2012). В результате исследований выявлены, с одной стороны, разнообразие нарушений, с другой —

наличие приспособлений, которые реализуются в череде поколений и обеспечивают устойчивость живых систем в изменчивых условиях среды.

Генетические последствия хронического облучения у растений зоны ВУРСа были описаны в ряде работ (Абрамов и др., 2010; Шевченко и др., 1992). Данных об эколого-физиологических особенностях растений из зоны ВУРСа меньше (Экологические последствия..., 1993). Ранее мы детально изучили качество семян Taraxacum officinale, Plantago major, Stellaria graminea и Melandrium alba из ценопопуляций зоны ВУРСа, обращая особое внимание на изменчивость генетических и соматических последствий радиационного воздействия. Показаны универсальные механизмы адаптации и специфические особенности разных видов в условиях облучения (Позолотина и др., 2005, 2008, 2010; Антонова и др., 2013). В природных сообществах на организмы действует комплекс абиотических и биотических факторов, модифицирующих действие радиации. Это порождает многообразие ответных реакций живых систем на их сочетанное воздействие.

Цель настоящей работы — изучить межгодовую и индивидуальную изменчивость жизнеспособности, мутабильности и радиоустойчивости, а также антиоксидантный статус семенного потомства костреца безостого, произрастающего в градиенте радиоактивного загрязнения ВУРСа.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объект исследования — кострец безостый (Bro-mopsis inermis Leyss. Holub = Bromus inermis Leyss.) — полиплоидный вид (2n = 8x = 56) из семейства Poaceae. Это многолетнее растение широко распространено в разных климатических зонах. В зоне ВУРСа семена костреца собирали в течение 7 лет: в 2005 и 2007—2012 гг. Наиболее загрязненные (импактные) участки были заложены вдоль центральной оси следа: импактный-1 (в 18 км от эпицентра аварии, 55°50' с.ш., 60°55' в.д.), им-пактный-2 (в 15 км, 55°49' с.ш., 60°54' в.д.), им-пактный-3 (в 10—12 км, 55°46' с.ш., 60°51' в.д.) и импактный-4 (в 5-6 км, 55°44' с.ш., 60°49' в.д.). Три менее загрязненных (буферных) участка расположены на периферии следа: буферный-1 (2527 км, 55°54' с.ш., 61°02' в.д.), буферный-2 (17 км, 55°50' с.ш., 60°52' в.д.) и буферный-3 (15 км, 55°49' с.ш., 60°53' в.д.). Два фоновых участка располагались вне зоны какого-либо загрязнения: фоновый-1 (112 км, 56°42' с.ш., 61°02' в.д.), фо-новый-2 (125 км, 56°47' с.ш., 61° 18' в.д.). Растительность в головной части ВУРСа представлена комплексом синантропных и полуестественных сообществ на различной стадии деградации и восстановительных сукцессий (Pozolotina et al., 2012). Во всех исследованных фитоценозах кострец является доминантом или субдоминантом.

Расчет мощности поглощенных доз выполнен с помощью программы ERICA Tool ver. June 2011 (Brown et al., 2008) исходя из эмпирических значений коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в растения, отношения свежей/сухой массы растений и т.д. Модель Tier 3 позволила дать вероятностную оценку дозовых нагрузок на зародыши в период их созревания и хранения.

Жизнеспособность (всхожесть семян, выживаемость проростков, скорость роста листьев и корней) и мутабильность (частота встречаемости морфозов в потомстве каждого растения и на совокупную выборку) семенного потомства костреца из разных популяций исследовали в течение семи лет. В опыте использовали зрелые семена, хранившиеся в течение года после сбора, поскольку степень зрелости зародыша играет важную роль в прорастании. Семена проращивали в течение трех недель в рулонной культуре при постоянной температуре +24°С и 12-часовом световом режиме. Все опыты проводили в 3—4 повтор-ностях. В течение эксперимента было высеяно 31650 семян.

Для оценки радиоустойчивости семян использовали метод предпосевного облучения у-кванта-ми в дозах 100—400 Гр на установке "ИГУР" с источником 137Cs (мощность дозы 38—41 Гр/с). Сравнивая показатели жизнеспособности семян с провокационным облучением и без него, оценивали их радиорезистентность. Для определения внутрипопуляционной изменчивости жизнеспособности и радиоустойчивости в каждой популяции собирали семена с отдельных растений (по 10—20 экз. на выборку), часть семян облучали перед посевом в дозе 250 Гр, выбранной на основании анализа кривых "доза—эффект".

Анализируя данные за 7 лет, оценили межгодовую изменчивость качества семенного потомства костреца с учетом влияния погодных условий (среднемесячные и эффективные температуры, сумма осадков за месяц, сумма осадков при эффективных температурах и их соотношения в разные периоды). В работе использованы данные двух метеостанций, близких к зоне ВУРСа и фоновым участкам. Всего проанализировано 156 физиологически значимых комбинаций метеоданных.

Для оценки антиоксидантного статуса растений из разных ценопопуляций в высушенных до воздушно-сухого состояния проростках определяли содержание низкомолекулярных антиокси-дантов (НМАО). Метод основан на окислении антиоксидантов хлоридом железа (III). Интенсивность окраски раствора (Ермаков и др., 1987; Рогожин, 2000) определяли на спектрофотометре DU-650 (Beckman Coulter, USA).

Для проверки статистических гипотез использовали дисперсионный и корреляционный (R)

Таблица 1. Мощности поглощенных доз (мкГр/ч) и суммарные дозы на вегетативные органы В. твгт1$ за счет техногенных радионуклидов (без учета ЕРФ)

Участок

bg-1 bg-2 buf-1 buf-2 buf-3 imp-1 imp-2 imp-3 imp-4

Мощность поглощенной дозы от инкорпорированных радионуклидов

0.0002 0.0002 0.037 0.018 0.32 0.606 1.27 1.4 9.5

Мощность поглощенной дозы от внешнего излучения

0.0031 0.0021 0.0196 0.04 0.04 0.186 0.13 0.39 1.4

Суммарная мощность поглощенной дозы

0.0033 0.0024 0.056 0.053 0.36 0.792 1.4 1.83 10.9

Примечание: bg — фоновые, buf — буферные, imp — импактные популяции.

анализы, критерий множественных сравнений Фишера (F), х2-критерий в программе STATISTI-CA 6.0 (StatSoft Inc., 2001), метод главных компонент (PCA) в программе Past 2.11 (Hammer et al., 2001).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Оценка дозовых нагрузок на материнские растения и зародыши семян костреца. Современная радиоэкологическая характеристика зоны ВУРСа подробно представлена в ряде работ (Позолотина и др., 2008; Атлас..., 2013; Molchanova et al., 2009; Pozolotina et al., 2012). Созданную нами базу данных о содержании долгоживущих радионуклидов (90Sr + 90Y и 137Cs) в почвах, вегетативной массе растений и семенах мы использовали для расчета дозовых нагрузок на материнские растения и зародыш

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Охрана окружающей среды. Экология человека»