Влияние вариабельности физиологических и цитолого-биохимических характеристик на радиочувствительность семенного потомства ольхи

Это согласуется с данными, полученными  сотрудниками ИБПК СО РАН, показавших в своих исследованиях, что при  произрастании ольхи кустарниковой в условиях повышенного естественного радиационного γ-фона (300 мкР/ч) активизируются все метаболические процессы клеток (транскрипции, трансляции, репарации и др.). И, по-видимому, растения, существующие при этом радиационном фоне, узко адаптированы, приспособлены к существованию в условиях данного повышенного естественного радиационного фона.

 

 

 

А
Б

Рис.3.1. Изменение средней массы (А) и  вариационные кривые распределения (Б) массы семян ольхи кустарниковой и  в зависимости от  γ-фона ее произрастания

 

Рис.3.2. Вариационные кривые распределения  всхожести семян индивидуальных растений ольхи кустарниковой, выросших в условиях 20, 300 и 700 мкР/ч.

 

Таким образом, было показано на семенах и проростках ольхи кустарниковой что, влияние повышенного естественного радиационного фона (20÷300÷700 мкР/ч) на массeу и всхожесть её семян, привело к уменьшению средней массы семян и «стандартизации» массы семян ольхи, выросшей в условиях фона 300 мкР/ч,.  Выявлено появление бимодальных вариационных кривых всхожести семян растений, выросших в условиях повышенного естественного радиационного фона (рис. 3.2), что свидетельствует о действии дизруптивного  направления отбора,  и может быть связанно с нестабильностью геномов индивидуумов, составляющих выборку.

 

3.2. Физиологические и цитолого-биохимические характеристики семенного потомства ольхи кустарниковой, произрастающей в условиях ПЕРФ

В табл. 3.1 представлены данные выживаемости проростков ольхи кустарниковой произрастающей в разных условиях ПЕРФ, скорости деления  клеток корневой меристемы проростков, активности геномной и белоксинтезирующей систем, активности ферментативных и суммарное содержание антиоксидантов в клетках, индивидуально по каждому растению в выборках.

Из  данных таблицы видно, что выживаемость контрольных проростков ольхи (20 мкР/ч) варьировала в диапазоне от 25,0 до 54,0%.  Среднее значение по выборке составило 37,1%.  Выживаемость проростков ольхи на фоне 100 мкР/ч   изменялась от 0 до 7,5%. Среднее по выборке - 5,1%. Выживаемость проростков растений с фона произрастания 300 мкР/ч изменялась в диапазоне от 2,0 до 7,5%. Среднее по выборке  - 4,1%.  На фоне 500 мкР/ч  диапазон значений выживаемости составил от 0 до 20%, среднее значение по выборке составило 7,4%. Выживаемость проростков растений при 700 мкР/ч,  находилась в диапазоне от 0 до 18,0%. Среднее по выборке  - 10,3%.

Скорость  деления клеток меристематической  ткани корней проростков также была различной. Значение митотического индекса контрольной выборки изменялось  от 0,4 до 2,4%.  Среднее значение по выборке составило 1,3%. У проростков растений, произрастающих  на фоне 100 мкР/ч  данный показатель изменялся от 0,2 до 0,9%. Среднее значение равно 0,4%. Варьирование значений митотического индекса клеток растений, фон произрастания которых соответствовал 300 мкР/ч, находилось в диапазоне от 0,1 до 1,4%. На фоне  500 мкР/ч - от 0,1 до 1,7%. На фоне 700 мкР/ч - от 0,2 до 1,7%. Следует отметить, что средние значения этого показателя у проростков  на фонах 300 (0,7%), 500 и 700 мкР/ч (0,6%) статистически достоверно не отличались.

Активность  белоксинтезирующей системы клеток проростков изменялась у контроля от 1,0 до 14,0; среднее по выборке равнялось 4,2 пмоль/(г_пр×сут). На фоне 100 мкР/ч она варьировала от 0,5 до 9,3 при среднем значении 2,0 пмоль/г_пр×сут. У растений произрастающих на фоне 300 мкР/ч активность изменялась от 0,4 до 4,1; средняя по выборке составила 1,7 пмоль/г_пр×сут. Проростки растений с фона 500 мкР/ч характеризовались варьированием данного показателя от 0,5 до 6,0 пмоль/г_пр×сут. У семенного потомства растений, произрастающих на фоне 700 мкР/ч,  активность белоксинтезирующей системы варьировала от 0,7 до 2,4 пмоль/г_пр×сут. Установлено, что средние значения по выборке активности белоксинтезирующей системы клеток растений произрастающих на фонах 500 мкР/ч 2,2 пмоль/г_пр×сут и 700 мкР/ч - 2,1 пмоль/г_пр×сут отличались незначительно.

Относительная активность геномной системы, вычисляемая  по скорости включения ³Н-тимидина в геном клеток растений,  произрастающих в условиях разного  ПЕРФ,  варьировала в следующих диапазонах: 20 мкР/ч – от 1,2 до 37,2; среднее значение равно 9,3 фмоль/г_×пр×сут. 100 мкР/ч – от 1,3 до 25,4; среднее по выборке соответствовало 5,7 фмоль/г_×пр×сут. 300 мкР/ч – от 1,5 до 16,5; среднее значение равно 4,9  фмоль/г_×пр×сут. 500 мкР/ч – активность варьировала от 0,3 до 8,7; среднее по выборке равно 4,3 фмоль/г_×пр×сут. Произрастание на фоне 700 мкР/ч вызвало изменение данного показателя от 1,1 до 14,5; при среднем значении равном 5,7 фмоль/г_×пр×сут.

 

Таблица 3.1 Физиологические и цитолого–биохимические характеристики проростков ольхи кустарниковой, выросшей в условиях разного ПЕРФ (X-среднее значение по выборке; * - р ³ 0,1    ** - р ³ 0,05   *** - р ³ 0,01)

№ растения	Выживаемость, %*	Митотический индекс, % **	Включение 14С-лейцина, пмоль/(гпр×сут) ***	Включение Н3-тимидина фмоль/(г×пр×сут)  ***	Активность  пероксидзы, мкмоль/(мин× гпр) ***	Активность  супероксиддисмутазы, мкмоль/(мин×гпр) ***	Содержание  низкомолекулярных антиоксидантов, мкг×эквкв./гпр***
1	2	3	4	5	6	7	8
20 мкР/ч (n=10)
1	41,0±4,10	0,8±0,04	1,0±0,01	1,2±0,01	3,5±0,04	2,0±0,02	2,4±0,02
2	31,0±3,10	2,3±0,10	3,7±0,04	4,8±0,05	1,4±0,01	2,0±0,02	6,0±0,06
3	31,0±3,10	0,4±0,02	2,9±0,03	5,1±0,05	0,8±0,01	2,6±0,03	3,8±0,04
4	25,0±2,50	1,0±0,10	14,0±0,10	37,2±0,37	0,9±0,01	0,2±0,02	6,2±0,06
5	34,0±3,40	1,6±0,10	4,2±0,04	4,1±0,04	1,5±0,01	2,0±0,02	2,9±0,03
6	54,0±5,40	0,9±0,05	2,2±0,02	3,8±0,04	1,6±0,02	2,1±0,02	1,7±0,02
7	43,0±4,30	1,6±0,10	3,6±0,04	4,5±0,04	0,1±0,01	1,6±0,02	2,7±0,03
8	43,0±4,30	2,4±0,10	0,8±0,01	2,1±0,02	1,7±0,02	2,1±0,02	3,6±0,04
9	33,0±3,30	0,7±0,04	2,5±0,02	7,0±0,07	1,5±0,01	0,6±0,01	4,6±0,05
10	35,5±3,50	1,2±0,10	7,5±0,07	22,7±2,03	1,1±0,01	2,0±0,02	3,6±0,04
X	37,1±3,7	1,3±0,10	4,2±0,04	9,3±0,09	1,4±0,01	1,7±0,02	3,8±0,04
100 мкР/ч (n=10)
13	4,0±0,4	0,2±0,01	1,7±0,02	5,0±0,10	0,3±0,01	0,6±0,01	12,5±0,12
18	2,0±0,2	0,3±0,02	9,3±0,09	25,4±0,30	0,4±0,01	0,01±0,01	10,8±0,11
19	0	0,2±0,01	1,8±0,02	5,3±0,10	2,5±0,05	0,1±0,01	7,9±0,08
20	6,0±0,6	0,5±0,03	0,5±0,01	1,3±0,01	0,6±0,01	0,2±0,01	3,7±0,04
21	4,5±0,4	0,9±0,05	0,6±0,01	1,4±0,01	0,2±0,01	0,4±0,01	6,0±0,06
22	5,3±0,5	0,6±0,03	1,4±0,01	3,8±0,04	0,3±0,01	0,1±0,01	4,9±0,05
28	2,0±0,2	0,2±0,01	1,7±0,02	2,8±0,03	0,7±0,01	1,0±0,01	3,0±0,03
29	7,5±0,7	0,4±0,02	0,9±0,01	2,4±0,02	0,6±0,01	0,3±0,01	1,9±0,02
30	6,0±0,6	0,5±0,03	1,2±0,01	6,0±0,06	0,2±0,01	0,6±0,01	9,9±0,10
31	6,0±0,6	0,3±0,02	1,1±0,01	3,2±0,03	0,2±0,01	0,1±0,01	0,9±0,09
Х	5,1±0,5	0,4±0,02	2,0±0,02	5,7±0,06	0,6±0,01	0,3±0,01	6,2±0,06

 

 

1	2	3	4	5	6	7	8
300 мкР/ч (n=11)
2	6,0±0,60	0,8±0,04	1,2±0,01	3,0±0,03	0,7±0,01	0,6±0,01	10,4±0,10
3	6,5±0,60	0,4±0,02	3,5±0,03	11,0±0,11	0,5±0,00	0,3±0,00	5,7±0,06
4	7,5±0,70	1,1±0,06	0,6±0,01	1,5±0,01	0,3±0,00	0,3±0,00	1,7±0,02
5	6,0±0,60	0,7±0,04	0,5±0,00	2,7±0,03	0,8±0,01	0,6±0,01	3,3±0,03
6	2,0±0,20	0,4±0,02	4,1±0,04	5,3±0,05	0,5±0,00	0,7±0,01	3,0±0,03
7	4,0±0,40	1,4±0,10	1,5±0,01	3,8±0,04	1,5±0,01	1,1±0,01	0,6±0,06
8	3,3±0,30	0,1±0,01	3,7±0,04	16,5±0,16	1,2±0,01	0,4±0,04	14,2±0,14
9	2,0±0,20	0,2±0,01	0,7±0,01	2,8±0,03	0,3±0,00	0,4±0,00	2,9±0,03
10	2,0±0,20	1,2±0,10	0,4±0,00	1,9±0,02	0,5±0,00	0,8±0,01	1,2±0,01
11	4,0±0,40	0,6±0,03	1,2±0,01	2,7±0,03	1,6±0,02	0,3±0,03	6,7±0,07
14	2,0±0,20	0,4±0,02	0,8±0,01	3,1±0,03	0,5±0,00	0,9±0,01	14,4±0,14
Х	4,1±0,40	0,7±0,04	1,7±0,02	4,9±0,05	0,8±0,01	0,6±0,01	5,8±0,06
500 мкР/ч (n=6)
3	6,5±0,60	1,7±0,10	2,6±0,03	8,7±0,09	0,5±0,01	1,0±0,01	11,6±0,11
12	2,0±0,20	0,1±0,01	0,5±0,01	0,3±0,01	0,4±0,01	1,3±0,01	0,4±0,01
13	3,0±0,30	0,2±0,01	1,1±0,01	2,8±0,03	0,3±0,01	1,1±0,01	0,6±0,01
16	5,3±0,50	0,3±0,02	1,7±0,02	3,3±0,03	0,2±0,01	0,9±0,01	3,2±0,03
17	20,0±2,00	1,3±0,10	1,4±0,01	4,5±0,04	0,5±0,01	0,6±0,01	6,6±0,07
18	0	0,1±0,01	6,0±0,06	6,0±0,06	0,3±0,01	0,7±0,01	5,8±0,06
Х	7,4±0,70	0,6±0,03	2,2±0,02	4,3±0,04	0,4±0,00	0,9±0,01	4,7±0,05
700 мкР/ч (n=9)
1	6,0±0,60	0,5±0,03	0,8±0,01	2,5±0,02	0,2±0,01	0,6±0,01	6,8±0,07
4	11,0±1,10	0,7±0,04	2,9±0,03	5,5±0,05	0,8±0,01	1,6±0,02	1,8±0,02
5	8,7±0,90	1,0±0,10	0,5±0,01	1,1±0,01	0,5±0,01	0,4±0,01	3,9±0,04
7	11,0±1,10	0,9±0,10	2,4±0,02	6,5±0,06	0,5±0,01	3,6±0,04	6,5±0,06
8	18,0±1,80	0,2±0,01	1,1±0,01	3,8±0,04	0,2±0,01	0,3±0,01	6,5±0,06
9	9,0±0,90	0,4±0,02	1,8±0,02	6,2±0,06	0,5±0,01	0,7±0,01	3,6±0,04
32	0	0,2±0,01	1.7±0,02	5.3±0,05	0,7±0,01	2,4±0,02	6,8±0,07
35	15,0±1,50	0,7±0,04	5,2±0,05	14,5±0,14	0,3±0,01	3,0±0,03	5,6±0,06
36	3,5±0,30	0,6±0,03	0,7±0,01	3,0±0,01	0,3±0,01	0,5±0,01	6,6±0,07
Х	10,3±1,00	0,6±0,03	2,1±0,02	5,7±0,06	0,4±0,01	1,5±0,01	5,3±0,05

 

Установлено, что активность фермента пероксидазы  в клетках проростков изменялась от 0,1 до 3,5 мкмоль/мин× г_пр, среднее значение равно 1,4 мкмоль/мин×г_пр по данным контрольной выборки. От 0,2 до 2,5 мкмоль/мин×г_пр при среднем значении равном 0,6 мкмоль/мин× г_пр, по данным ольхи произрастающей на фоне 100 мкР/ч. От 0,3 до 1,6 мкмоль/мин× г_пр, среднее по выборке составило 0,8  мкмоль/мин× г_пр – 300 мкР/ч. Активность пероксидазы варьировала от 0,2 до 0,5 мкмоль/(мин× г_пр), среднее значение равно 0,4 мкмоль/мин×г_пр – фон 500 мкР/ч. Значения активности фермента изменялись в диапазоне от 0,2 до 0,8 мкмоль/мин× г_пр, среднее по выборке составило 0,4 мкмоль/мин× г_пр.

Ферментативная  активность СОД, в клетках проростков ольхи кустарниковой, произрастающей в условиях ПЕРФ, изменялась в следующих диапазонах: у контроля от 0,2 до 2,6 мкмоль/мин×г_пр, среднее по выборке равно 1,7 мкмоль/мин×г_пр. На фоне 100 мкР/ч – от 0,01 до 1,0 мкмоль/мин×г_пр, среднее значение соответствует 0,3 мкмоль/мин×г_пр. Фон 300 мкР/ч – варьирование значений активности данного фермента составило от 0,3 до 1,1 мкмоль/мин×г_пр, среднее значение активности равно 0,6 мкмоль/мин×г_пр. Фон 500 мкР/ч – активность СОД изменялась от 0,6 до 1,3 мкмоль/мин×г_пр, среднее значение по выборке составило 0,9 мкмоль/мин×г_пр. У растений произрастающих на фоне 700 мкР/ч значение данного показателя варьировали от 0,3 до 3,6 мкмоль/мин×г_пр. Среднее по выборке составило 1,5 мкмоль/мин×г_пр.

Содержание  НМАО в клетках проростков контрольной  выборки варьировало от 1,7 до 6,2 мкг×экв_кв./г_пр. Среднее значение равно 3,8 мкг×экв_кв./г_пр. У 100 мкР/ч оно изменялось от 0,9 до 12,5 мкг×экв_кв./г_пр. Среднее по выборке равно 6,2 мкг×экв_кв./г_пр. У 300 мкР/ч – изменялось в диапазоне от 0,6 до 14,4 (мкг×экв_кв./г_пр). Среднее по выборке равно 5,8 мкг×экв_кв./г_пр. У 500 мкР/ч – изменялось от 0,4 до 11,6 мкг×экв_кв./г_пр. Среднее значение равно 4,7 мкг×экв_кв./г_пр. У растений произрастающих на фоне 700 мкР/ч значение данного показателя варьировали от 1,8 до 6,8 мкг×экв_кв./г_пр. Среднее по выборке составило 5,3 мкг×экв_кв./г_пр.

Таким образом, было установлено, что выживаемость проростков растений произрастающих в условиях ПЕРФ резко снижалась, по отношению к контролю. Следует отметить, что выживаемость проростков на фоне 700 мкР/ч, была снижена в 3,6 раза относительно контроля. Скорость деления клеток меристематической ткани корней проростков также снижена, по отношению к контрольной выборке, в 3,3 (100); в 1,9 (300); в 2,2 раза (500 и 700 мкР/ч).

Установлено, что активности белоксинтезирующей и геномной систем клеток проростков исследованных растений с разных фонов отличались несущественно. Отмечено, что активности белоксинтезирующей и геномных систем клеток растений контрольной выборки были максимальны.

Активность  ферментов пероксидазы и СОД также была максимальной у контрольной выборки, и изменялась нелинейно в сторону уменьшения активности, относительно увеличивающегося ПЕРФ. Отмечено, что активность фермента СОД у растений, произрастающих на фоне 700  мкР/ч, была на уровне контроля.

Установлено, что содержание НМАО в клетках  проростков растений на всех исследованных фонах было увеличено по отношению к контрольной выборке. Следует отметить, что суммарное содержание НМАО увеличивалось в клетках проростков по мере роста ПЕРФ на 60 и 50% (100 и 300 мкР/ч), и на 20 и 40% (500 и 700 мкР/ч), что статистически достоверно (рис 3.3).

Таким образом, исследуя физиологические и цитолого-биохимические характеристики семенного потомства ольхи кустарниковой, произрастающей в разных условиях ПЕРФ мы отметили неоднородность их значений. Адаптационный потенциал выживания организмов связан с повышением  содержание НМАО в клетках проростков растений, в целом наблюдается снижение показателя выживаемости проростков относительно «нормальных» условий произрастания.

Рис.3.3 Изменение суммарного  содержания НМАО, активности СОД и пероксидазы в клетках проростков семенного потомства ольхи, выросшей в условиях разного ПЕРФ (нормировано относительно 20 мкР/ч)

 

В табл. 3.2. представлены данные расчетных коэффициентов антиоксидантной защиты (k_аоз), репарации (k_реп), общей относительной активности (k_аг), устойчивости генома (k_уг) клеток проростков корневой меристемы, радиочувствительность растений (Dq) и резистентности самих приспособительных систем, включая системы репарации количественно оцениваемые по тангенсу угла наклона дозовой кривой (tga) проростков ольхи кустарниковой произрастающей в разных условиях ПЕРФ.

Варьирование  значений коэффициента антиоксидантной  защиты (k_аоз) растений ольхи кустарниковой, контрольной выборки изменялось в следующих пределах от 0,8 до 1,4; на фоне 100 мкР/ч - от 0,5 до 1,5; на фоне 300 мкР/ч – от 0,4 до 1,6; на 500 мкР/ч  – от 0,7 до 1,6. На фоне 700 мкР/ч данный показатель варьировал от 0,7 до 1,6.  Средние значения данного коэффициента у растений, произрастающих на исследованных фонах, были одинаковы 

Таблица 3.2