РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 4, с. 423-431
РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 57:539.1.074;61:539.1.074:539.219.1:539.166
К ВОПРОСУ О МЕТОДАХ БИОДИАГНОСТИКИ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
© 2014 г. О. Б. Цветнова, А. И. Щеглов, В. В. Столбова*
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения, Москва
Проанализированы возможности методов биодиагностики (биоиндикации и биотестирования) в условиях радиоактивного загрязнения компонентов природных экосистем. Показаны перспективы использования данных методов для решения ряда практических задач в области радиоэкологии. Рассматривается многолетняя динамика биоиндикационных показателей в природных экосистемах, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Сформулирован ряд положений, касающихся аккумулятивных биоиндикаторов для основных компонентов лесных экосистем (древесный и травяно-кустарничковый ярусы, мохово-лишайниковый покров, высшие грибы).
Радиоактивное загрязнение, аккумулятивная биоиндикация, биотестирование, хроническое облучение, тест-системы.
БО1: 10.7868/80869803114030163
Для решения целого ряда задач, стоящих перед радиоэкологией на современном этапе, представляется перспективным дальнейшее развитие и расширение сферы использования методов биодиагностики в двух ее традиционно выделяемых формах: биоиндикация и биотестирование. Быстрота, малозатратность, методическая простота данных методов отмечается многими авторами [1-5].
Применение методов биодиагностики определяется общими научно-методологическими подходами и частными природоохранными задачами конкретного исследования, а также локальными особенностями экосистем, сценариями их хозяйственного использования, ситуациями облучения.
Особая научная и практическая значимость биодиагностики связана с возможностью анализа эффектов низкоуровневого хронического облучения и его последствий для биоты и человека. Арсенал биодиагностики используется также при создании системы экологического нормирования радиационных и комбинированных воздействий, для обоснования критериев зонирования загрязненных территорий, при разработке тест-систем биологической дозиметрии и в других областях [6, 7].
* Адресат для корреспонденции: 119991 Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, фак-т почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, каф. радиоэкологии и экотоксикологии; тел.: (495) 939-50-09, (495) 939-25-08; e-mail: vstol@bk.ru.
ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К БИОДИАГНОСТИКЕ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
В условиях радиоактивного загрязнения экосистем возможны два основных подхода к анализу радиационных эффектов и их опасности. Первый — санитарно-гигиенический подход, при котором компоненты экосистем рассматриваются как вторичные источники ионизирующего излучения и факторы аккумуляции и транслокации радионуклидов. При таком подходе оценка эффектов производится на основе принципов радиационной гигиены с позиций безопасности загрязненных компонентов окружающей среды как продуктов потребления человека [6, 8]. Второй — экоцентрический подход, при котором природные экосистемы рассматриваются в качестве непосредственных "мишеней" радиационного воздействия. При этом основной задачей является выбор наиболее радиочувствительного (критического) звена, выпадение которого может повлечь за собой необратимые изменения в целостности экосистемы [7, 9].
Принятие новых рекомендаций Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) и внедрение их в российские национальные нормы, несомненно, потребует усиления позиций экоцентрического подхода к радиационной безопасности, обеспечивающего защиту как человека, так и биоты в целом. МКРЗ предлагает выбрать условные организмы-индикаторы среди небольшого количества видов биоты, по реакции
которых можно оценивать допустимые уровни радиоактивного загрязнения экосистем. При выборе индикаторов предполагается учитывать их радиочувствительность, значимость и распространенность в основных экосистемах мира, а также объем имеющейся радиобиологической и радиоэкологической информации. При этом отмечается, что имеющиеся данные по радиационным эффектам в экосистемах требуют более углубленного анализа и осмысления, поскольку современные проблемы по созданию системы экологического нормирования связаны с "недостатком информации по поглощенным дозам у растений и животных и соответствующим радиационным эффектам у биоты, полученной для природных условий" [8]. В связи с этим для реализации экоцентрического подхода при создании системы радиационной безопасности, наряду с инструментальным дозиметрическим контролем компонентов окружающей среды на загрязненных территориях, несомненно, перспективно использование методов биоиндикации, позволяющих in situ диагностировать как ранние эффекты, так и критические изменения биотического компонента в реальных условиях загрязнения.
Как с санитарно-гигиенических, так и с эко-центрических позиций необходимым условием для оценки радиационной опасности является учет особенностей биогеохимической миграции радионуклидов. Эти особенности определяют зоны первичной и вторичной аккумуляции и соответственно места повышенных дозовых нагрузок на биоту и виды продукции, радиационно-опасной для человека. Еще Н.В. Тимофеев-Ресовский в своих работах обосновывал необходимость биогеохимического подхода в условиях радиоактивного загрязнения: "...радиационно-биогеоцено-логические работы, но нашему мнению, приводят и к некоторым практическим выводам. Первый из них — очень общего характера: неизбежно иногда возникающая необходимость прогноза возможных последствий радиоактивных загрязнений тех или иных участков биосферы и разработка мероприятий по борьбе с такими загрязнениями должны строиться на биогеоцено-логической основе." [10].
РАННЯЯ БИОИНДИКАЦИЯ В УСЛОВИЯХ ОСТРОГО ОБЛУЧЕНИЯ
В дочернобыльский период было установлено, что для ранней биоиндикации состояния природных экосистем при радиоактивном загрязнении эффективно использовать виды хвойных пород, в частности сосну обыкновенную Pinus sylvestris L.,
характеризующуюся повышенной радиочувствительностью [11, 12]. Было показано, что при аварийном поступлении техногенных радионуклидов в экосистемы радиационное поражение хвойных пород проявляется в виде морфологических изменений ассимиляционного аппарата. Визуальными биоиндикационными признаками этого являются некрозы хвои, радиационные морфозы почек и формирующихся побегов и др. В последующем нарушаются взаимосвязи между компонентами экосистемы: происходит распад верхнего яруса, изреживание древостоев, увеличение поступления к нижним ярусам осадков, пыли, поллютантов и т.п. При этом лучевые эффекты у травянистых растений оказываются незначительными, изменения в травяном покрове носят вторичный характер, вызванный изменениями в экологической обстановке. В работах, проведенных после аварии на ЧАЭС (1986), было показано, что среди хвойных пород более радиочувствительным видом является ель европейская Pinus abies (L.) Karst. [13, 14], которая была включена в ряд приоритетных биоиндикаторов.
Для условий острого облучения разработан способ биологической дозиметрии в лесных биогеоценозах, основанный на эффекте подавления радиального прироста древесины в год острого облучения и резкого его возрастания в последующие годы. Способ позволял ретроспективно определять поглощенные дозы с точностью, сопоставимой с инструментальными методами дозиметрии, в области поглощенных доз 2—3 Гр для ели европейской Pinus abies (L.) Karst., 25—40 Гр для сосны обыкновенной Pinus sylvestris L., 100— 120 Гр для березы повислой Betula péndula Roth и ольхи чернойAlnusglutinosa (L.) Gaertn [15].
ЗОНИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ ТЕРРИТОРИЙ
По биоиндикационным показателям радиационных эффектов возможно зонирование загрязненных территорий. Такое зонирование проводилось в зоне Кыштымской (Восточно-Уральский радиоактивный след — ВУРС) и Чернобыльской аварий (30-километровая зона) [14, 16]. На территории ВУРСа выделяли три зоны: сильного, сублетального и летального поражения. В 30-километровой зоне ЧАЭС — четыре зоны поражения: зона полной гибели (летальных эффектов), зона сублетальных поражений, зона сильного и слабого поражения ассимиляционного аппарата древесного яруса.
ИНДИКАЦИЯ ЭФФЕКТОВ ХРОНИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ
В настоящее время на загрязненных территориях создается угроза хронического низкоуровневого внешнего облучения и воздействия инкорпорированных радионуклидов на компоненты биоты, экологические последствия которого могут проявиться спустя определенное время. Соответственно возникает проблема индикации эффектов хронического облучения компонентов биоты. Отдаленные эффекты (особенно генетические) такого комбинированного облучения являются объектом пристального внимания и изучения. Значительные возможности при этом открываются с использованием биологического контроля на основе цитогенетических и биохимических методов анализа состояния природных популяций. Для индикации генетических эффектов хронического облучения используются наиболее чувствительные к радиационному фактору биологические системы — меристемы растений, генеративные клетки видов-индикаторов (сосны обыкновенной Pinus silvestris L., василька шероховатого Centaurea scabiosa L. и др.). На примере василька шероховатого Centaurea scabiosa L. на отдельных участках территории ВУРСа с мощностями поглощенной дозы 6 и 12 мГр/сут в качестве биоиндикационных признаков было отмечено появление вариантов полиморфных белков [17]. Авторами была оценена частота изменения электрофоретической подвижности фермента лейцинаминопептидазы, характеризующегося высоким полиморфизмом и контролируемым одним из локусов с тремя аллелями. На этих участках частота проявления изменений электрофоре-тической подвижности фермента составила соответственно 6.6 и 4.5% в сопоставлении с 0.4% в контроле [17]. В семенах сосны обыкновенной Pinus silvestris L., произрастающей в зоне отчуждения ЧАЭС и на территории ВУРСа, а также на загрязненной территории в Беларуси было отмечено появление вариантов полиморфных белков, которое можно р
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.