РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 1, с. 59-66
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИИ ^^^^^^^^^^ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
УДК 632.118.3:582:539.1.047
РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ РАДИОАДАПТАЦИИ У РАСТЕНИЙ
© 2008 г. А. Н. Михеев*, Л. Г. Овсянникова, С. В. Сытник, А. И. Дяченко, Д. М. Гродзинский
Институт клеточной биологии и генетической инженерии Национальной академии наук Украины, Киев, Украина
Получены экспериментальные доказательства того, что у проростков гороха, модифицированных с помощью декапитации главного корня, на фоне повышения радиоустойчивости (радиоадаптации), фиксируемой по разнообразным параметрам ростовой активности боковых корней, одновременно существенно снижена способность к репарации сублетальных повреждений, выявляемая при воздействии острого у-облучения с применением метода фракционирования дозы. На основе сказанного выше, а также факта увеличения плеча дозовой зависимости для ростовых показателей боковых корней декапитированных проростков, сделан вывод о механизме радиоадаптивного эффекта декапитации, в котором определяющую роль играют надклеточные (репопуляционные и регенерацион-ные) процессы. Дополнительные сравнительные исследования цито- и гистологических параметров апикальных меристем боковых корней контрольных (интактных) и опытных (декапитированных) корней подтвердили этот вывод. В частности, было показано, что у декапитированных вариантов проростков увеличивается митотическая активность клеток апикальных меристем боковых корней и общий объем их меристематической зоны. При неизменности размеров меристематических клеток их оказывается существенно больше у декапитированного варианта на момент применения тестирующего облучения, что, вероятно, позволяет биологическому объекту сформировать необходимое (критическое) число защитных элементов для полноценного или более полного пострадиационного восстановления.
Регенерация, гиперкомпенсация, радиоадаптация, Pisum sativum L.
Реакция биологических объектов на действие ионизирующей радиации - удобная модель для изучения общих закономерностей перехода их в состояние стресса. Особый теоретический и практический интерес среди таких состояний представляет эустресс [1], проявляющийся в повышении биологическим объектом своего исходного уровня резистентности (адаптированности) при воздействии стрессора в соответствующих дозах. Если в роли стрессора выступает ионизирующая радиация, то появляется возможность строго дозировать действующий фактор и четко учитывать последствия его влияния. Кроме этого, радиационный фактор может быть применен и в роли тестирующего воздействия ("тест-дозы"). В наших и ряде других исследований была показана возможная роль надклеточных (нерепарационных) механизмов, обеспечивающих радиоадаптивный ответ [2-4]. Очевидно, что идею существования индуцибельных/стимулированных систем восстановления [5] можно распространить на множество других более высоких уровней структурно-функциональной интеграции биоло-
*Адресат для корреспонденции: Украина, 03143 Киев, ул. акад. Заболотного, 148, ИКБГИ НАНУ; тел.: 257-82-44; e-mail: mikhalex7@yahoo.com.
гических объектов. Иначе говоря, логично было предположить, что существуют не только репарационный и клеточно-репопуляционный механизмы радиоадаптивного ответа (РО), но также органный, организменный и другие уровни реализации его механизмов.
Одним из необходимых условий изучения РО является определение таких доз, радиомодифици-рующее воздействие в которых вызывают прохождение исследуемым объектом в постфакторном периоде гиперкомпенсаторной фазы, что выявляется по значениям исследуемых параметров. По нашим данным именно дозы, обладающие такими характеристиками, могут индуцировать РО [2, 3, 6]. Гиперкомпенсаторные процессы (позитивное перерегулирование) в биологическом объекте, проявляющиеся в индуцировании дополнительных элементов систем восстановления (ферментов репарации, меристематических клеток и др.), обеспечивают в конечном итоге повышенный уровень его радиоустойчивости и в общем случае возрастание исходного уровня возможностей защитных систем [6].
Примером гиперкомпенсаторных процессов на уровне отдельных органов растения может служить явление пробуждения пазушных почек
под влиянием декаиитации стеблевого апекса или ускоренное образование боковых корней после снятия апикального доминирования апекса главного корня [7, 8]. Очевидно, что любое воздействие на биологический объект, выводящее его из состояния равновесия и вызывающее, таким образом, переходной процесс с фазой гиперкомпенсации, может выступать при определенной дозе и по определенным параметрам в роли адаптирующего. Если в качестве объекта радиомодифи-цирующего воздействия избрать главный корень проростков, то, очевидно, что он может испытать на себе влияние разной степени выраженности -от нейтральных и стимулирующих (гормезисные явления), до ингибирующих и летальных. Очевидно также, что в роли воздействий связующего фактора могут выступать практически любые физические, химические и/или биологические факторы. В связи с этим мерой (дозой) воздействия была выбрана длина удаляемого апикального участка главного корня проростков. При этом мы предполагали, что такое воздействие в определенном дозовом интервале окажет стимулирующее (гиперкомпенсаторное) влияние на ре-генерационный процесс, т.е. на образование боковых корней, когда их масса (длина, количество) будет превосходить аналогичные показатели боковых корней контрольных проростков. В последующем предполагалось использовать стимулирующие "дозы" декапитации в качестве радио-адаптирующих.
Таким образом, главной задачей, решаемой с помощью описываемых ниже экспериментов, являлось определение роли регенерационных процессов как одного из возможных механизмов радиоадаптации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Семена гороха Pisum sativum L. сорта Аронис (урожай 2005 г.) замачивали в отстоянной водопроводной воде и проращивали в темноте при температуре 22°С. После 5 сут проращивания проростки были разделены на 7 групп, образовавших соответствующие варианты опыта. У проростков каждого варианта механически удаляли апикальную часть главного корня соответствующей длины: 1 - 0 мм; 2 - 3-4 мм; 3 - 10 мм; 4 -20 мм; 5 - 30 мм; 6 - 40 мм; 7 - 50 мм. Удаление апекса главного корня производили лезвием безопасной бритвы, после чего проростки в количестве 30 шт. помещали в 0.5 л сосуды с отстоянной водопроводной водой и ставили их в условия постоянного освещения. С периодичностью в сутки производили замеры количества боковых корешков, их средней длины, суммарной длины боковых корешков, суммарной и средней массы боковых корешков.
Для опытов по исследованию радиоадаптиру-ющего действия декапитации корня 4-суточные проростки были разделены на две группы, у одной из которых был удален апекс главного корня длиной 3-4 мм. Контрольные и опытные проростки (по 40 шт. каждого варианта) размещены в 0.5-литровых сосудах (по 20 шт. проростков на сосуд), наполненных отстоянной водопроводной водой и помещены в термостат при 22°С с постоянным освещением. Таким образом, были сформированы 4 группы растений для реализации следующих вариантов опытов: 1 - интактные (контрольные) проростки; 2 - декапитированные проростки ("адаптирующая доза"); 3 - интактные проростки, облученные в дозе 7 Гр (тест-доза); 4 - декапитированные проростки, облученные в дозе 7 Гр. Проростки подвергали воздействию у-излучения на установке "ИССЛЕДОВАТЕЛЬ" (СССР) при мощности дозы 3.0 сГр/с.
В опытах по изучению эффективности фракционирования дозы острого у-облучения были использованы 3-суточные проростки гороха, из которых были сформированы следующие варианты облучения: интактные корни - 1 - 0 Гр, 2 - 7 Гр, 3 - 3.5 Гр + 2 ч + 3.5 Гр, 4 - 3.5 Гр + 4 ч + 3.5 Гр; декапитированные корни - 1-0 Гр, 2-7 Гр, 33.5 Гр + 2 ч + 3.5 Гр, 4-3.5 Гр + 4 ч + 3.5 Гр. Облучение проростков по данной схеме было осуществлено в возрасте 6 сут (3 сут после декапитации). Время между равными фракциями доз составляло 2 и 4 ч, что соответствует времени эксцизионной репарации. Момент облучения был выбран исходя из результатов наблюдения за величинами ростовых параметров.
Для сравнения дозовых зависимостей параметров роста боковых корней интактных и декапити-рованных проростков облучение проводили в дозах от 0 до 9 Гр.
Анализ пролиферативной активности клеток апикальных меристем боковых корней производили на временных препаратах по общепринятой методике [10]. Объем меристемы определяли исходя из того, что она по форме соответствовала усеченному конусу. С помощью окуляр-микрометра определяли длину меристематической зоны корня, ее минимальный и максимальный радиусы. Для расчета объема усеченного конуса использовали формулу: V = Нп(Я2 + Ят + г2)/3, где Н -высота конуса, Я - большой радиус, т - малый радиус.
Опыты проводили в 3-кратной повторности, в каждом из вариантов опыта использовали выборки из 30 растений, стандартизированные перед началом эксперимента по частоте встречаемости корней определенной длины. Статистическая обработка результатов проводилась общепринятыми параметрическими статистическими метода-
ми [11]. Значимыми считались различия между вариантами при р < 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты наблюдений, представленные на рис. 1, показывают, что наиболее эффективной дозой декапитации с точки зрения стимуляции числа боковых корней и их суммарной длины является удаление апикальной части корня длиной не более 20 мм. При оценке этих параметров выявлено, что удаление более протяженных участков ингибирует образование боковых корней. Если же рассматривать реакцию декапитированных проростков по удельным параметрам образования боковых корней (средняя длина бокового корешка), то наблюдается диаметрально противоположная картина. Стимуляция по удельным параметрам наблюдается при длине удаленного участка в пределах 30-40 мм, что можно, очевидно, рассматривать как результат компенсаторных процессов, т.е. нивелировки нехватки боковых корешков увеличением длины присутствующих корней. Полученные на данном этапе результаты позволили сделать вывод о возможности п
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.