УДК [57+61]::539.1.04:577.118:581.134.1/8:614.87
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПРОТИВОРАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ НА ЗАГРЯЗНЕННОЙ РАДИОНУКЛИДАМИ
ТЕРРИТОРИИ ПОЛЕСЬЯ © 2011 г. И. Н. Гудков*1, Н. М. Лазарев1, В. В. Груша2, В. Н. Биденко3
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев 2Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев 3Житомирский национальный агроэкологический университет, Украина
Проведен ретроспективный обзор и анализ работ по влиянию некоторых физиологически активных микроэлементов на переход радионуклидов из почвы в растения и с кормами в организм животных, а также их радиоустойчивость в условиях загрязненных радионуклидами территорий. Показано, что некоторые из них, в частности, цинк, марганец, кобальт при внесении в почву при посеве либо опрыскивании растений водными растворами, а также в составе комплексных соединений способны существенно уменьшать переход 90$г и 137С8 в сельскохозяйственные растения, а с кормами — в организм продуктивных животных. Показано также, что микроэлементы снижают последствия радиационного поражения. Обсуждаются механизмы радиозащитного действия микроэлементов.
Авария на Чернобыльской АЭС, радионуклиды 90$г и 137С8, противорадиационная защита, микроэлементы, продуктивные растения и животные.
В результате аварии на Чернобыльской АЭС наиболее загрязненной радионуклидами территорией оказалась зона Полесской низменности (Полесье), расположенной на стыке трех стран и занимающей южные области Беларуси, северные области Украины и Брянскую область России.
Станция находится в центре этого региона. Полесье — типичная лесная зона. Оно известно как специфическая биогеохимическая провинция, почвы которой — в основном дерново-подзолистые различной степени оподзолености, тор-фяно-болотные, луговые, а соответственно и растения испытывают недостаток в большинстве элементов минерального питания, особенно в микроэлементах. Содержание некоторых из них в несколько раз ниже, чем в почвах более плодородных зон лесостепи и степи [1]. И содержание таких биогенных микроэлементов, как цинк, марганец, кобальт, медь, йод, фтор, литий, бор в растениях Полесья в несколько раз ниже их содержания в растениях лесостепи [2]. Более того, реализация основных радиозащитных приемов в растениеводстве, так называемых "контрмер", в первую очередь известкование почв, внесение повышенных норм фосфорных удобрений, приводит к связыванию некоторых микроэлементов, переводя их в труднодоступное для растений состояние, что углубляет этот дефицит [3]. Есте-
* Адресат для корреспонденции: Украина, 03041 Киев, ул. Героев обороны, 15, НУБиП Украины; тел.: (38044) 52789-26; факс: (38044) 258-41-22; e-mail: ingudkov@ukr.net.
ственно, меньше поступает микроэлементов в организм животных и человека. Именно поэтому регион известен также в связи с распространением среди домашних животных и населения специфических заболеваний, обусловленных недостатком микроэлементов, — так называемых ги-помикроэлементозов [4, 5]. Проявляются они и у растений в виде различных форм и степеней хлороза, уменьшении размеров листьев и их розеточ-ности; у животных — в форме заболеваний крови (медь-, железодефицитная анемия, алиментарная анемия), кератоза, паракератоза, гипокобальтоза, гипокупероза и других, которые в итоге приводят к угнетению многих процессов метаболизма, подавлению роста и развития, что становится причиной снижения продуктивности.
Полесье известно радиоэкологам в связи со специфическим поведением радионуклидов в системе почва—растение. Еще в начале 1960-х годов в период массовых испытаний атомного оружия в атмосфере и более или менее равномерных глобальных выпадений на поверхность Земли в Институте биофизики МЗ СССР группой российских ученых под руководством А.Н. Марея было установлено, что переход долгоживущих искусственных радионуклидов из почвы в растения в этом далеком от центров испытаний месте значительно превышает таковой в других регионах [6]. Было показано, что при близкой и даже практически одинаковой структуре питания населения Украины основной вклад дозообразующих долго-живущих радионуклидов 908г и 137Сз (до 90%) в ра-
цион жителей Полесья, в особенности в сельской местности, дает молоко. Это обусловлено необычайно высокими значениями коэффициентов их перехода в кормовые растения из бедных на минеральные элементы и почвенно-поглощающий комплекс почв этого региона.
Полученные за четверть века до аварии на Чернобыльской АЭС данные об особенностях миграции 908г и 137Сб в объектах окружающей среды были полностью и многократно подтверждены исследованиями радиоэкологов за следующие 25 лет после аварии. Было доказано, что это обусловлено в первую очередь именно недостатком в почвах большинства элементов питания растений, в особенности макроэлементов калия и кальция, которые являются химическими аналогами и биологическими конкурентами-антагонистами соответственно цезия и стронция, а также кислой реакцией почвенного раствора, в котором большинство катионов и анионов, в том числе и радиоактивных, приобретает высокую подвижность, что становится фактором, ускоряющим их переход и накопление в растениях. Определенную роль в этом может играть и недостаток микроэлементов [7].
РАДИОПРОТЕКТОРНЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ
Радиозащитная роль некоторых микроэлементов, в частности железа, цинка, кобальта, марганца, селена и некоторых других хорошо известна. Это связано со многими их химическими свойствами: участием в работе ферментных систем, в том числе и формирующих механизмы неспецифической устойчивости к различным факторам; стабилизацией вторичных структур биополимеров, в первую очередь ДНК; антиоксидантными свойствам некоторых из них и другими.
Вместе с Д.М. Гродзинским в 1960-1970-е гг. были продемонстрированы радиозащитные свойства некоторых микроэлементов при остром и хроническом у-облучении, а также при остром нейтронном облучении растений [8—10]. Эти данные были подтверждены другими авторами в опытах как с растениями, так и животными [11— 16]. Кроме того, в состав многих комплексных радиозащитных препаратов входят некоторые металлы-микроэлементы [17—19].
Однако в этом случае речь идет о радиопротекторных свойствах микроэлементов, т.е. защите непосредственно от действия ионизирующей радиации. В противорадиационной защите следует выделять и другие ее формы, в частности, радиоблокирование — подавление (торможение) процессов перехода и транспорта источников ионизирующих излучений — радиоактивных веществ в живых организмах по трофической цепи почва—
ельскохозяйственные растения—продуктивные животные—продукты питания растительного и животного происхождения—человек.
БЛОКИРОВАНИЕ ПОСТУПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ
В ОРГАНИЗМ КАК ОСНОВНОЙ ПУТЬ
ПРОТИВОРАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
В настоящее время население, проживающее на загрязненных радионуклидами территориях, до 90% дозы ионизирующей радиации получает за счет внутреннего облучения, т.е. с продуктами питания. И хотя до 70% этой дозы формируется за счет продукции животноводства, а именно молока, основу все же составляет продукция растениеводства-кормопроизводства. Поэтому приемы радиоблокирования — минимизация перехода радионуклидов из почвы в сельскохозяйственные продуктивные растения и с растениями как основой кормления продуктивных животных в продукцию животноводства — должны составлять основу стратегии противорадиационной защиты человека на загрязненных радионуклидами территориях.
Наиболее эффективными радиоблокаторами являются упомянутые макроэлементы калий и кальций, а также фосфор. Первые два, будучи, как уже упоминалось, химическими аналогами и антагонистами соответственно цезия и стронция, блокируют переход этих элементов, в том числе и их радиоактивных изотопов 137С8 и 908г (которые в настоящее время формируют основную часть дозы облучения всего живого) как в растения, так и в организм животных и человека. Фосфор, образуя со стронцием трудно растворимые вторичные и третичные фосфаты, также блокирует поступление 908г.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ
И РАДИОНУКЛИДАМИ КАК ОСНОВА РАДИОБЛОКИРОВАНИЯ
Исходя из возможных стехиометрических соотношений содержания в объектах окружающей среды, в частности, в почве, большинства биологически значимых микроэлементов с одной стороны, и содержания цезия и стронция, которые также являются микроэлементами, учитывая их химические свойства, можно допустить, что эффективными радиоблокаторами могут быть и некоторые микроэлементы.
На этой основе в зависимости от условий, включающих такие показатели как степень ради-онуклидного загрязнения, состав радионуклидов, гранулометрический состав почвы, ее агрохимические свойства и некоторые другие, могут быть применены три основные стратегии снижения
поступления радионуклидов в растения, ни в коем случае не альтернативные, а скорее дополняющие друг друга:
1. Создание конкурентной ситуации для поступления радионуклидов в растения и организм животных на основе антагонистических взаимодействий их и микроэлементов.
2. Связывание за счет комплексообразования радионуклидов с помощью микроэлементов.
3. Усиление поступления в растения и организм животных макроэлементов калия, кальция, фосфора, магния и возможно некоторых других, основанные на синергизме между ними и микроэлементами.
Создание конкурентной ситуации между элементами минерального питания, в том числе и микроэлементами, и радионуклидами основывается на взаимодействии ионов элементов с химическими свойствами, достаточно близкими для того, чтобы конкурировать при поглощении, транспорте и метаболизме. При этом конкуренция будет более значимой для элементов и радионуклидов с близкими размерами ионных радиусов, зарядом, геометрией координационной и электронной конфигураций. Подбор антагонистов может быть осуществлен не только в пределах одной группы периодической системы, но и среди элементов других, как правило, соседних, групп, в том числе, элементов, имеющих переменные степени окисления.
Так, можно ожидать, что антагонистами цезия являются не только калий, натрий, литий, медь, рубидий (по понятным прич
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.