РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 3, с. 349-355
^=РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 575.174.2:504.73.05:621.039.7
КЛОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ ОДУВАНЧИКА В УСЛОВИЯХ РАДИОНУКЛИДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
НА УРАЛЕ
© 2007 г. Е. В. Антонова, В. Н. Позолотина*
Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург
Изучены спектры редких и уникальных морф ферментных систем и клональная структура це-нопопуляций одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale s.l.), произрастающих в условиях радионуклидного загрязнения суходольных и пойменных экосистем Уральского региона. Показано, что суходольные и пойменные ценопопуляции одуванчика существенно различаются по числу редких морф ферментов и клональной структуре. В градиенте загрязнения суходольных популяций (зона ВУРСа) число редких морф в ферментных системах возрастает, при этом число клонов уменьшается. В двух пойменных ценопопуляциях р. Течи выявлены существенные различия в аллозимной структуре, однако эти особенности не связаны с уровнем радиоактивного загрязнения.
Одуванчик лекарственный, малые дозы, клональная структура, редкие и уникальные фены.
Изучение последствий длительного действия радиации на природные популяции растений - одна из важнейших проблем радиобиологии. На территории Уральского региона существуют зоны, представляющие собой уникальные полигоны для таких исследований. Радиоэкологическая ситуация здесь во многом определяется деятельностью ПО "МАЯК". В 1957 г. в результате Кы-штымской аварии сформировался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС) [1]. Сбросы жидких радиоактивных отходов предприятия в реку Течу (1949-1952 гг.) вызвали сильное загрязнение пойменных экосистем [2]. Ранее в популяциях одуванчика лекарственного, произрастающих на этих территориях, загрязненных радионуклидами, нами были изучены изменчивость жизнеспособности и радиочувствительности семенного потомства, частоты встречаемости различных нарушений морфогенеза и уровень хромосомных аберраций [3]. Исследование аллозим-ного разнообразия в выборках существенно дополнило характеристику ценопопуляций. В выборках растений из суходольных биотопов зоны ВУРСа в градиенте радионуклидного загрязнения было обнаружено увеличение фенотипического разнообразия большинства ферментов [4]. Сходные выводы были сделаны рядом авторов на других видах растений [5-7]. Пойменные ценопопу-
*Адресат для корреспонденции: 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202, Институт экологии растений и животных УрО РАН; тел.: (343) 260-82-55; факс: (343) 260-65-00; e-mail: ecology@ipae.uran.ru.
ляции отличаются от суходольных по многим параметрам [8], в том числе и по аллозимной структуре [9]. Одуванчик лекарственный - апо-микт, следовательно, образует клоны. Большой интерес представляет сравнение его клональной структуры в суходольных и пойменных ценопопуляциях, выявление при этом влияния радиоактивного загрязнения.
Цель настоящей работы - изучить особенности клонального разнообразия в ценопопуляциях одуванчика лекарственного в условиях разного увлажнения экотопов и в градиенте радионуклидного загрязнения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale s.l.) - многолетний повсеместно распространенный поликарпик из семейства Asteracea. Вид полиморфный, триплоидный (n = 8), апомиктиче-ский, т.е. зародыш в семени образуется путем нередуцированного партеногенеза без псевдогамии [10]. Для исследования было выбрано несколько ценопопуляций.
Первая (импактная) расположена на территории Восточно-Уральского государственного заповедника (ВУГЗа) примерно в 13 км от эпицентра аварии на берегу оз. Бердяниш (55°46' аш., 60°53' в.д.). у-Фон, измеренный с помощью дозиметра ДРГ-01Т, составил в среднем 3.82 пА/кг (при диапазоне от 0.86 до 11.08 пА/кг). в-Фон (до-
зиметр МКС-01Р-01) варьировал от 62 до 1600 частиц/мин-1 см-2, при среднем значении 293 частиц/мин-1 см-2. Почвенный покров на участке представлен нативными и антропогенно-нарушенными старопахотными серыми и темно-серыми лесными почвами.
Вторая ценопопуляция (буферная) произрастает на участке в средней части ВУРСа в 86 км от источника загрязнения вблизи оз. Тыгиш (56°22' с.ш., 61°35' в.д.). у-Фон на площадке составил 1.08-1.51 пА/кг. Почвы серые лесные.
Третья ценопопуляция использована в качестве фоновой и расположена на старопахотном поле вне зоны радионуклидного загрязнения (59°41' с.ш., 61°02' в.д.). у-Фон на участке составил 0.36-0.65 пА/кг. Почва дерново-подзолистая. На всех участках представлен тип сообщества -вторичный суходольный разнотравно-злаковый луг с многоярусным травянистым покровом (от 20 см до 1.5 м) и 95-100%-ным проективным покрытием. Более подробная радиоэкологическая характеристика всех участков дана в работе [11].
Четвертая и пятая ценопопуляции произрастают на левом и правом берегах р. Течи примерно в 100-107 км от источника ее загрязнения и в 5 км друг от друга (55°34' с.ш., 62°03' в.д.; 55°34' с.ш., 62°04' в.д.). Шестая ценопопуляция (пойменная фоновая) - выбрана вне зоны радионуклидного загрязнения на берегу р. Пышмы. Травянистый покров на площадках многоярусный, проективное покрытие 100%. Тип сообщества - разнотравно-злаковый луг, почвы аллювиально-слоистые. Радионуклидное загрязнение р. Течи и ее поймы подробно описано в [2, 12]. у-Фон на лево- и правобережных участках колебался от 1.80 до 12.24 пА/кг. На контрольной площадке мощность экспозиционной дозы составила 0.50 пА/кг, что соответствует фоновому уровню для Уральского региона.
Для аллозимного анализа на каждом участке отбирали вегетирующие растения (по 80-130 шт.). В лабораторных условиях у одуванчика выделяли плагиатропную часть и хранили ее в холодильнике при +5-7°С до получения этиолированных листьев. Пробу листьев массой 50-100 мг растирали на холоде в экстрагирующем буфере. Для осаждения использовали CCl4, центрифугировали при 13000 об/мин в течение 5 мин. Электрофорез EST (E.C.3.1.1.1), FDH (E.C.1.2.1.2), GDH (E.C.1.4.1.2), GOT (E.C.2.6.1.1), 6-PGDH (E.C.1.1.1.44), PGI (E.C.5.3.1.9) проводили в 6.4%-ном ПААГ в трис-ЭДТА-боратной системе [13]. Гистохимическое окрашивание полиакрила-мидных гелей осуществляли по стандартным методикам [14]. Поскольку одуванчик лекарственный -триплоидный вид, классическая интерпретация
данных аллозимного анализа применительно к терминам "локус-аллель" была невозможна. Показано [15], что зимограммы полиплоидных растений можно анализировать как аллозимные фенотипы, учитывая совокупность полос, проявляющихся в геле. Мы использовали этот прием, различая зоны активности только у PGI. Спектру полосок в геле (морфе или фену) по каждой ферментной системе было присвоено цифровое обозначение. Клоны выделяли по идентичным муль-тилокусным аллозимным фенотипам, составленным из фенов представленных ферментных систем.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Метод оценки дозовых нагрузок на растения розеточных форм подробно описан нами ранее [3, 4]. В данной работе отметим, что в ближней к эпицентру части ВУРСа годовая доза за счет искусственных радионуклидов для наиболее чувствительной плагиотропной (базальной) части одуванчика составляла 241 мГр, в средней части -2.8 мГр, на фоновом участке - 0.14 мГр. В пойменных экосистемах р. Течи дополнительная до-зовая нагрузка на растения на правом и левом берегах была примерно одинакова: 41 и 39 мГр в год [3]. Учитывая, что продолжительность жизни одуванчика около 20 лет, полная поглощенная доза от искусственных радионуклидов для каждого растения наиболее загрязненной ценопопуляции составляет примерно 5 Гр.
На протяжении всего онтогенеза в популяциях растений идет отбор наиболее жизнеспособных организмов. Установлено [16], что отбор против мутаций, возникающих de novo на этапе развития от стадии гаметы до зародыша, достигает 70%. Анализируя вегетирующие растения, мы имеем дело с выборками, из которых исключено большинство таких мутаций.
Характеристика редких фенов. Редкой считается морфа, частота встречаемости которой в популяции не превышает 5% [17]. Анализируя многообразие аллозимных спектров, мы обнаружили, что в суходольной фоновой ценопопуляции только три аллозимных фена были редкими, в то же время в буферной выборке из зоны ВУРСа число редких морф увеличилось до семи и в им-пактной - до девяти (таблица). Особенность морф Pgi-1i, Got3 и 6-Pgdh4 проявилась в том, что они присутствовали во всех исследованных выборках, однако в хронически облучаемых це-нопопуляциях встречались редко. Обращает на себя внимание факт отсутствия Est3, Got12 и Fdh1 в суходольной фоновой ценопопуляции одуванчика.
В условиях повышенного увлажнения биотопов морфы Pgi-11, Pgi-24 и Got9 были редки на правом
КЛОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ ОДУВАНЧИКА Аллозимные морфы в ценопопуляциях одуванчика лекарственного
Ценопопуляция
суходольная фоновая буферная импактная пойменная фоновая левобережная правобережная
Pgi-1l Р8И1 Pgi-1* Pgi-1l Pgi-1l Рр-14
Pgi-1f Pgi-1з Pgi-1з Рр-1з Pgi-1з Pgi-1з
- - - - - Pgi-144• #
- Pgi-2* - Pgi-24' V Pgi-2 4, V
- - Pgi-24* Pgi- 2А Pgi- 2А Pgi-244• А
- - Pgi-25* - - Pgi-25' А
- - Pgi-26 - Pgi-25■ А -
- - - - Pgi-25' # -
- - - 6-Pgdh5• # - -
6-Pgdh4 6-Pgdh* 6-Pgdh4 6-Pgdh4 6-Pgdh4 6-Pgdh4
- - - - - 6-Pgdh5• #
- 6-Pgdh*• # - - - -
- - 6-Рgdh4 - 6-Рgdh5• А -
- - 6-Pgd ь£ - - -
Est2 - Est2 Est5 - Est5
- Est5* Es t4 - - -
- Fdh* Fdh1 - - -
Fdhf Fdh2 Fdh2 Fdh5 Fdh2 Fdh2
- - - - - Fdh*• #
- - - - Fdh5• # -
- - - - Fdh5• # -
- - Fdh4• # - - -
- - - # - -
Got1 - Got1 Got4 Got1 Got4
Gotз Got5* во14 Gotз Got5 Gotз
Got5* Got5 - Got5 Got5
- Got6 - Got5 Got5 Got6
- Got7 - GotV GotV GotV
- - - Got5■ # - -
- - - Got9 Got9 Got5
- Got10 - Got4o Got4o -
- - - Got5l Got4l Got4l
- Gotl2 Got42 Got42 Gotl2 Gotl2
- - Gotlз - Got43 А GotА3
- Got*4 - Got5^ V - -
Суммарно по ,сем системам
*: 3 7 9 12 11 10
#: 0 1 2 з з з
Примечание. Отмечены редкие (*) и уникальные (#) морфы, которые встречаются в буферной (V) и импактной (А) ценопопуляциях. Прочерк обозначает отсутствие данной аллозимной морфы в конкретной ценопопуляции одуванчика.
2 □3 4 □5
□ 2
□ 3
□ 4
□ 5 ■ 6
□ 7
□
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.