Лісівничо-фізіологічні особливості життєдіяльності соснових насаджень в зоні відчуження Чорнобильської АЕС

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Лісівничо-фізіологічні особливості життєдіяльності соснових насаджень в зоні відчуження Чорнобильської АЕС

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

сосна радіаційний опромінення

Актуальність проблеми. За останні 50 років в світі відмічено близько 300 аварій на ядерних об'єктах (Козубов, Таскаев, 1994). Серед них найбільша техногенна катастрофа - аварія на Чорнобильській АЕС (ЧАЕС), загальний вихід радіоактивних речовин на якій є більшим, ніж на всіх попередніх.

500

500

Забруднення об'єктів довкілля радіоактивними речовинами зумовило низку проблем, актуальність яких особливо зросла у постчорнобильський період. До найголовніших з них належать вивчення дії малих доз хронічного інкорпорованого опромінення на життєві процеси, порушення імунітету в умовах радіаційного впливу, міграція радіонуклідів в об'єктах довкілля та їх нагромадження в різних органах рослин і тварин, віддалені наслідки радіаційного опромінення та інші.

Унаслідок аварії на Чорнобильській АЕС в зону значної радіаційної дії потрапила також частина лісів. Зокрема, летальну, сублетальну і середню дози гострого радіаційного опромінення поглинули соснові ліси на площі 16,3 тис. га (Козубов, Таскаев, 1994, 2002). Загалом за уточненими даними в Україні зона екологічно і господарсько значимих рівнів радіаційного забруднення (37 кБк/м² і більше) охопила 37,1 тис. км² території, в т.ч. 12,3 тис. км² становлять землі лісового фонду (Ветров, Багинский, Булавик и др., 1993, Ипатьев, Булавик, Дворник и др., 1994, Калетник, Ландін, Краснов, 1992, Краснов, 1998).

У постчорнобильський період в складі радіаційного ураження лісів переважає інкорпороване хронічне опромінення, зумовлене поглинутими радіонуклідами, які на довготривалу перспективу будуть залишатись основним джерелом впливу на функціонування лісових екосистем. Безперервне довготривале радіаційне ураження інкорпорованими радіоактивними речовинами клітинних структур та метаболічної діяльності відображається на загальних процесах життєдіяльності деревних рослин, змінює їх стійкість до інших факторів довкілля. Однак в умовах хронічної радіаційної дії ці питання вивчені слабо і їх дослідження залишається вельми актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась протягом 1993...2003 років на кафедрі лісівництва Національного лісотехнічного університету України в рамках науково-дослідних завдань університету та Державного спеціалізованого науково-виробничого підприємства "Чорнобильський радіоекологічний центр" за програмою "Радіоекологія": “Розробка селекційних та морфофізіологічних основ підвищення стійкості і продуктивності лісів зони відчуження ЧАЕС” (1993 рік, № 0193U029895); “Морфофізіологічна оцінка стану хвойних лісів зони відчуження ЧАЕС та розробка заходів по підвищенню їх стійкості та продуктивності” (1995...1997 роки, № 0195U011431); “Дослідження впливу іонізуючого опромінення на стан соснових деревостанів і фізіологічні характеристики опромінених дерев і їх потомств в ближній зоні ЧАЕС” (1998 рік, № 0198U005587).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - виявити морфофізіологічну реакцію сосни звичайної на радіаційну дію та розробити наукові основи відбору радіорезистентних форм деревних рослин і формування біологічно стійких лісостанів на радіоактивно забруднених територіях. Відповідно до мети досліджень передбачалось виконання таких завдань:

вивчити інтенсивність насіннєношення радіаційно уражених дерев сосни звичайної, морфометричні показники шишок і насіння та його посівні характеристики, а також лісовідновні процеси в радіаційно опромінених соснових лісах;

створити випробні культури півсібсових і сібсових потомств радіаційно уражених дерев сосни звичайної на радіаційно забрудненій та чистій від радіоактивних речовин територіях і дослідити морфометричні та фізіолого-біохімічні процеси на ювенільному та постювенільному етапах розвитку;

дослідити інтенсивність проходження ростових процесів у деревостанах сосни на радіаційно забруднених територіях, її півсібсових і сібсових потомствах та лісових культурах;

дослідити морфолого-анатомічні особливості формування листяного апарату в дерев, півсібсових потомств і культур сосни звичайної в умовах хронічного радіаційного впливу;

вивчити особливості проходження денних та сезонних змін фізіолого-біохімічних процесів (нагромадження пігментів, інтенсивності фотосинтезу, біосинтезу терпенових вуглеводів) у дерев, півсібсових потомств і культур сосни звичайної в умовах хронічного радіаційного впливу;

дослідити електрофізіологічні процеси (біоелектричні потенціали, імпеданс, поляризаційну ємність); в сезонному та добовому ритмах у радіаційно уражених дерев сосни звичайної, їх півсібсових потомств та лісових культур;

дослідити індивідуальну реакцію дерев сосни звичайної на радіаційну дію за ростовими, морфолого-анатомічними, фізіолого-біохімічними та електрофізіоло-гічними показниками і розробити методи відбору радіорезистентних форм деревних рослин з метою формування біологічно стійких лісостанів на радіоактивно забруднених територіях.

Об'єкт дослідження - лісостани сосни звичайної різного ступеня радіаційного опромінення, її сібсові і півсібсові потомства та лісові культури, створені в поставарійний період.

Предмет дослідження - морфолого-анатомічні показники хвої, ростові, фізіолого-біохімічні та електрофізіологічні процеси у дерев сосни звичайної в зоні відчуження Чорнобильської АЕС.

Методи дослідження. У процесі досліджень використані такі методи: лісівничо-таксаційні ? для закладки пробних площ і вивчення лісовідновних процесів; генетико-селекційні - для відбору радіорезистентних форм деревних рослин та вивчення віддалених наслідків радіаційного впливу; електрофізіологічні - для визначення біоелектричної активності та діелектричних характеристик у радіаційно уражених дерев; спектрофотометричні - для вивчення біосинтезу фотосинтезуючих пігментів; світлової мікроскопії - для виявлення морфолого-анатомічних змін листяного апарату; газорідинної хроматографії - для вивчення біосинтезу терпенових вуглеводнів; мічених атомів (¹⁴С) - для визначення інтенсивності фотосинтезу; математико-статистичні - для обробки експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Унаслідок проведення комплексних морфофізіологічних та лісівничо-таксаційних досліджень соснових лісостанів у зоні відчуження Чорнобильської АЕС вперше отримано такі нові наукові результати:

1. Дерева сосни звичайної, які в період аварії на ЧАЕС зазнали гострого радіаційного опромінення і ростуть в умовах дії різних доз комбінованого хронічного опромінення характеризуються значною індивідуальною мінливістю щодо формуванням урожаю, морфометричних показників шишок і насіння; встановлено зниження біометричних показників шишок і насіння в опромінених дерев, виявлено високу енергію проростання і абсолютну схожість насіння в постчорнобильський період.

2. Інтенсивність проходження ростових процесів та індивідуальна мінливість за показниками росту дерев сосни звичайної, їх півсібсових і сібсових потомств та лісових культур, створених на радіаційно забруднених територіях в постчорнобильський період, мають складну залежність від ступеня гострого і хронічного комбінованого опромінення та визначаються розвитком процесів радіаційного ураження і відновлення в окремих тканинах і органах рослин. Ступінь радіаційного опромінення материнських дерев впливає на ріст наступного покоління.

3. Залежно від етапу пострадіаційного розвитку материнських дерев, півсібсових потомств і культур сосни звичайної виявлено істотний вплив радіації на формування морфолого-анатомічних показників листяного апарату. В період активізації відновлювальних процесів радіаційно уражені дерева формують хвою більших розмірів, а після нагромадження дози хронічного опромінення та ослаблення життєвого потенціалу показники листяного апарату значно зменшуються.

4. Вивчено особливості формування фонду пластидних пігментів протягом вегетації, інтенсивність фотосинтезу в денному і сезонному аспектах та біосинтез терпенових вуглеводнів у дерев сосни, їх півсібсових потомств і лісових культур в умовах хронічного комбінованого радіаційного впливу та встановлено закономірності зміни цих показників від ступеня радіаційного ураження і етапу постчорнобильського розвитку рослин. В ослаблених радіаційним впливом дерев сосни виявлено значне зниження біосинтезу пігментів і монотерпенових вуглеводнів та інтенсивності фотосинтезу.

5. Виявлено фізіолого-біохімічну реакцію сосни звичайної на радіаційне опромінення за денними і сезонними ритмами біоелектричних потенціалів, яка проявляється в зростанні їх абсолютних показників в радіаційно уражених дерев унаслідок включення в метаболічні процеси енергозатратних механізмів репараційного відновлення. Зміни імпедансу і поляризаційної ємності прикамбіальних тканин лубу дерев в соснових деревостанах, півсібсових потомствах і культурах з високим ступенем достовірності характеризують стан рослин у різні періоди постчорнобильського розвитку.

6. Використовуючи методи кластерного аналізу, обґрунтовано методичні підходи до відбору радіорезистентних форм деревних порід на основі різної реакції морфофізіологічних показників дерев сосни звичайної на радіаційну дію.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи поглиблюють уявлення про морфофізіологічну реакцію деревних рослин і їх потомств на радіаційну дію. Теоретичні положення дисертаційної роботи щодо загальних закономірностей та індивідуальної реакції сосни звичайної на радіаційну дію можна використати для відбору радіорезистентних форм деревних рослин і вирощування біологічно стійких насаджень на радіаційно забруднених територіях. Виявлені закономірності щодо росту дерев сосни звичайної і їх потомств, біосинтезу пластидних пігментів і терпенових вуглеводнів, проходження фотосинтезу, електрофізіологічної активності в умовах радіаційної дії використовуються в навчальному процесі для студентів лісогосподарського профілю з предметів "Радіобіологія" та "Фізіологія рослин".

Особистий внесок здобувача. Особистим внеском здобувача є розробка концепції проведення наукових досліджень, аналіз літературних даних, збір експериментального матеріалу, його обробка і узагальнення отриманих результатів, формування висновків і практичних рекомендацій, написання наукових публікацій за темою дисертаційної роботи, створення стаціонарів випробних культур. Низку польових експериментів в зоні відчуження Чорнобильської АЕС закладено за участю наукового консультанта, доктора біологічних наук, професора Г.Т. Криницького. У наукових статтях, опублікованих у співавторстві, дисертантом представлені експериментальні результати досліджень, їх математичне опрацювання та за участю співавторів зроблено теоретичний аналіз.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідались та обговорювались на 18 наукових конференціях, з'їздах, семінарах, симпозіумах, читаннях, в тому числі: на 13 міжнародних (Чорнобиль, 1994; Зелений Мис, 1996; Зволен, 1997 - Словаччина; Львів, 1997, 1998, 2004, 2004, 2006; Ніжин, 2001; Сиктивкар, 2003; Миколаїв, 2004; Гомель, 2004; Київ, 2006), трьох всеукраїнських (Тернопіль, 2000, 2002; Львів, 2003); двох вузівських (Львів, 1994, 2001).

Публікації. Результати досліджень за темою дисертації опубліковані в 34 наукових працях, з них 22 у фахових виданнях.

Структура роботи. Дисертація складається зі вступу, 8 розділів, висновків і рекомендацій виробництву, списку використаних літературних джерел включає 408 найменувань і шість додатків. Загальний об'єм дисертаційної роботи становить 512 сторінок машинописного тексту, в тому числі 298 сторінок основного тексту, 86 таблиць, 65 рисунків. Додатки викладено на 97 сторінках.

МОРФОФІЗІОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ РЕАКЦІЇ РОСЛИН НА РАДІАЦІЙНЕ ОПРОМІНЕННЯ

За останні 40…50 років нагромаджено великий експериментальний матеріал щодо впливу радіаційного випромінювання на рослинні організми і лісові біогеоценози (Алексахин, 1968, Криволуцкий, Тихомиров, Федотов и др., 1988, Карабань, Мишенков, Пристер и др., 1978, 1979, Карабань, Мишенков, Спирин и др., 1981, Козубов, Таскаев, 1990, 1994, Кудинов, 1986, Кучма, Архипов, Федотов и др., 1994, Ипатьев, Багинский, Булавик и др., 1999, Мишенков, Спирин, Алексахин и др., 1983, Калетник, Патлай, Краснов, і ін., 1999, Плэт, 1968, Спирин, Алексахин, Карабань и др., 1985, Тихомиров, 1972, Тихомиров, Алексахин, 1971 і ін.). Серед лісових видів найбільшою радіочутливістю характеризуються хвойні породи, особливо сосна і ялина (Плэт, 1968, Преображенская, 1971, Сперроу, Вудвелл, 1968, Sгrosиk, Iven, 1976, Sparrow, Rogers; Schwemmers, 1968).

Унаслідок аварії на Чорнобильській АЕС відбулось масштабне забруднення довкілля радіоактивними речовинами (Ветров, Багинский, Булавик, и др., 1993, Козубов, Таскав, 1994, 2002, Ипатьев, Багинский, Булавик и др., 1994, Izrael, Cort, Jones і ін., 1996). Лісові фітоценози на цих територіях зазнають хронічного комбінованого радіаційного впливу. Їх лісівничо-таксаційна характеристика та процеси, які в них відбуваються в поставарійний період приводяться у низці робіт (Абатуров, Абатуров, Быков и др., 1990, 1993, 1996, Абатуров, Гольцова, Ростова и др., 1991, Бідна, 2000, Гродзинский, Булах, Гудков и др., 1995, Давыдчук, Францевич, Жданов, 1995, Козубов, Таскаев, 1990, 1994, 1997, 2002, Кучма, Архипов, Федотов и др., 1994, Федотов, 1990 та ін.).

Особливості біосинтезу пластидних пігментів у дерев в умовах дії гострого г-опромінення вивчали Р.П.Пономарьова (1979), Р.П. Пономарьова, Р.Т. Карабань (1980), А.Д. Спірін, Н.Н. Мішенков, Р.Т. Карабань та ін. (1981), М.А. Кудінов (1986) та на радіаційно забруднених територіях Л.І. Рахтеєнко, В.В. Савельєв, В.С. Піскунов (1990, 1993).

У низці робіт показано вплив гострого (Кудинов, 1986, Пономарева, 1979, Пономарева, Карабань, 1980, Спирин, Алексахин, Карабань и др., 1985, Сирин, Мишенков, Карабань и др., 1981) і комбінованого хронічного (Рахтеенко, Пискунов, Савельев, 1990, Рахтеенко, Савельєв, Пискунов и др., 1993) іонізуючого випромінювання на інтенсивність фотосинтезу деревних рослин. Зокрема, зазначається, що в основі порушення процесів фотосинтезу в опромінених рослин можуть лежати морфолого-анатомічні зміни листяного апарату та ультраструктурні порушення в асимілюючих клітинах і хлоропластах, які пов'язані зі зміною їх розмірів, форми, кількості гран тощо (Козубов, Таскаев, 1990, 1994, 2002, Уварова, 1990, Ладанова, 1992, 1993, 1994, Ладанова, Кузиванова, Козубов, 1990).

Результати досліджень щодо виживання та росту сіянців деревних порід в умовах радіаційного забруднення приведено в багатьох роботах (Ипатьев, Багинский, Булавик и др., 1999, Марадурин, Русина, Тихомиров и др., 1990, Пастернак, Кучма, Савущик и др., 1990, Рахтеенко, Савельев, Пискунов и др., 1993, Сурсо, 1993, Тихомиров, 1972, Федотов, 1990 і ін.). Однак отримані за цей період результати часто носять неоднозначний характер і вимагають уточнення і обґрунтування.

Встановлено надзвичайно високу чутливість генеративних процесів до радіаційної дії (Криволуцкий, Тихомиров, Федотов и др., 1988, Козубов, Таскаев, 1990, 1994, 2002, Сперроу, Шейрер, Вудвелл, 1968, Тихомиров, 1972). Дози радіаційного опромінення, які пригнічують репродуктивну діяльність є значно меншими, ніж ті, які призводять до незворотних явищ в інших тканинах і органах рослинного організму.

Виявлено стійкі тенденції в пострадіаційному відновленні лісів. Так, в зоні летального радіаційного ураження соснових лісів спостерігаються процеси формування похідних деревостанів за участю берези і осики (Абатуров, Меланхолин, Абатуров, 1990, Абатуров, Абатуров, Быков и др., 1996, Кучма, Архипов, Федотов и др., 1994, Меланхолин, 1997, Козубов, Таскаев, 1990, 1994, 2002, Пастернак, Кучма, Музыка и др., 1990, Паутов, Ильчуков, 1993). Водночас відновлення лісу на колишніх землях сільськогосподарського користування проходить незадовільно унаслідок високої конкуренції зі сторони трав'яних видів.

Загалом, аналіз літератури свідчить, що питання впливу комбінованого хронічного радіаційного опромінення, якого зазнають рослини на радіаційно забруднених територіях в тривалому часовому аспекті залишається не вивченим. Відсутні також роботи з дослідження фізіолого-біохімічних процесів у потомств радіаційно опромінених дерев. У зв'язку з цим вивчення морфофізіологічних аспектів життєдіяльності деревних порід на радіаційно забруднених територіях з метою створення і вирощування біологічно стійких насаджень є важливим науковим і практичним завданням.

ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єкти досліджень. Об'єктами наших досліджень служили середньовікові соснові лісостани різного ступеня радіаційного ураження, лісові культури сосни звичайної, створені у 1988…1990 роках на територіях різних рівнів радіаційного забруднення та півсібсові і сібсові потомства дерев сосни звичайної.

У період аварії на ЧАЕС дослідні соснові лісостани поглинули від 1…2 до 11…20 Гр гострого радіаційного опромінення (табл. 1). В поставарійний період вони ростуть на ділянках зі щільністю забруднення ґрунту за ¹³⁷Cs від 185 до 19588 кБк/м². Питома активність ¹³⁷Cs в однорічної хвої дерев сосни коливається в межах від 7,9 до 631,5 кБк/ кг абс. сух. маси.

Таблиця 1. Радіологічні показники насаджень сосни звичайної в зоні відчуження ЧАЕС

Лісостани знаходяться в однорідних лісорослинних умовах ближньої зони Чорнобильської АЕС. Тип лісу - свіжуватий підтип вологої дубової суборі (B_3-2). Густота дерев сосни на ділянці з сильним радіаційним впливом (11...20 Гр), яка знаходиться на межі з летальною зоною радіаційного опромінення, становить 210 шт./га, зі слабким і середнім - 1400 шт./га, на контролі ? 1916 шт./га. Запас соснової деревини змінюється від 56 м³/га (сильна доза поглинутої радіації) до 356 м³/га (слабка). Домішка берези і дуба в досліджуваних лісостанах є незначною (50...148 шт./га) і її запас становить 6...10 м³/га.

Лісові дослідні культури сосни звичайної створені в зоні відчуження Чорнобильської АЕС: контроль (в районі м. Прип'ять зі щільністю забруднення території за ¹³⁷Cs 4,2 Кі/км² і ⁹⁰Sr 4,6 Кі/км² та питомою активністю хвої за ¹³⁷Cs 3,7…9,6 кБк/кг абс. сух. маси і ⁹⁰Sr 5,5…10,6 кБк/кг абс. сух. маси, слабкий ступінь радіаційного ураження (в районі с. Копачі зі щільністю забруднення території, відповідно, 49 і 29 та питомою активністю хвої 20,2…39,7 і 11,6…36,5), середній ступінь радіаційного ураження (в районі "рудого лісу" поза межами впливу пунктів локалізації радіоактивних відходів зі щільністю забруднення території, відповідно, 1126 і 1298 та питомою активністю хвої 132,2…392,2 і 162,9…608,2) і сильний ступінь радіаційного ураження (в районі "рудого лісу" на пунктах тимчасової локалізації радіоактивних відходів зі щільністю забруднення території, відповідно, 67101 і 11003 та 1248,4…3633,0 і 1271,7…2253,1).

В культурах, які зростають на території "рудого лісу" закладено радіологічний профіль довжиною 280 м. На ньому періодично чергуються ділянки сосни, яка зростає на високоактивних пунктах тимчасової локалізації радіоактивних відходів та на дезактивованих ділянках. На профілі виділено 18 характерних точок, на 16 з яких для проведення фізіолого-біохімічних досліджень підібрано по три ідентичних за станом і розмірами модельних дерева сосни звичайної. Потужність експозиційної дози -випромінювання під кронами модельних дерев на профілі коливається від 0,5 до 3,8 мР/год. Питома активність хвої за ¹³⁷Cs змінюється від 123 до 9803 кБк/кг абсолютно сухої маси. Висота модельних дерев сосни на профілі у період проведення досліджень становила 157...356 см, приріст за висотою - 19...62 см і діаметр кореневої шийки - 72...110 мм. Стан більшості дерев радіологічного профілю є незадовільним.

Півсібсові і сібсові потомства радіаційно уражених дерев сосни звичайної ростуть на стаціонарах, створених у 1997 році однорічними сіянцями. Перший стаціонар знаходиться в зоні відчуження ЧАЕС, займає площу 1,0 га і розташований на перелогових землях (район с. Чистогаловка). Щільність забруднення території радіоцезієм на стаціонарі становить 387 Кі/км². Тип лісорослинних умов В₃. Другий стаціонар площею 1,2 га розташований на чистій від радіонуклідів території (Львівська обл., навчально-дослідний лісокомбінат Національного лісотехнічного університету України, Лелехівське лісництво, кв. 36, вид. 18). Тип лісорослинних умов С₂.

Методика досліджень. Для проведення фізіолого-біохімічних досліджень в кожному варіанті материнських насаджень, їх потомств та дослідних культур сосни звичайної було відібрано по 15 модельних дерев задовільного стану.

Відбір зразків хвої для вивчення морфолого-анатомічних параметрів, вмісту пластидних пігментів, інтенсивності фотосинтезу, особливостей біосинтезу терпенових вуглеводів та нагромадження радіонуклідів проводили з одно- і дворічних пагонів модельних дерев з південно-західної сторони.

Радіальний приріст дерев сосни звичайної вивчали на висоті 1,3 м шляхом відбору кернів деревини в двох напрямках - зі західної і східної сторони стовбура та вимірювання ширини річних кілець за допомогою мікроскопа МБС-10.

Для визначення інтенсивності насіннєношення дерев шишки зривали повністю з кожного модельного дерева та визначали їх параметри (довжину, ширину, масу, форму апофізу). Оцінку врожайності проводили за методом модельних дерев (Дебринюк, Калінін, Гузь і ін., 1998), яку модифікували стосовно наших досліджень для співставлення кількості шишок на деревах. Посівні властивості насіння визначали згідно з державними стандартами [ГОСТ 13056.6?75..., 1975, Семена древьев и кустарников..., 1977). Динаміку появи сходів і хід росту сіянців за висотою вивчали протягом всього вегетаційного періоду.

Вміст пластидних пігментів визначили за загальноприйнятими методиками (Казаков, 2000, Гусев, 1982). Біоелектричну активність сосни звичайної вивчали за методикою Г.Т.Криницького (1984, 1992). Для вимірювання біоелектричних потенціалів використовували високоомний біопотенціалметр і неполяризаційні хлорсрібні електроди. Діелектричні характеристики прикамбіальних тканин лубу дерев сосни звичайної - імпеданс і поляризаційну ємність визначали за допомогою приладу Ф 4320. Вимірювання проводили на частоті 1 кГц. Електроди вводили в луб дорослих дерев на висоті 1,3 м, у культур сосни на висоті 20...25 см, а у потомств опромінених дерев на рівні кореневої шийки. Віддаль між електродами становила 2 см один від одного (Криницкий, 1992).

Зразки хвої для визначення морфолого-анатомічних параметрів відбирали після завершення її формування (жовтень - листопад). Анатомічну будову хвоїнок досліджували на поперечних зрізах за допомогою мікроскопа МБС-10.

Потенційну інтенсивність фотосинтезу хвої визначали радіометричним методом (Вознесенский, Зеленский, Семихатов, 1965). Для цього з кожного дерева відбирали ряд хвоїнок, які розділяли на дослідні і контрольні. Дослідні хвоїнки розміщували в асиміляційній камері, а контрольні в пробірки з 96 % етанолом і використовували для визначення забруднення хвої ⁹⁰Sr. Дослідні хвоїнки експонували протягом 10 хвилин у повітряному потоці з 1 % концентрацією ¹⁴СО₂, після чого фіксували в 96 % етанолі, висушували і розтирали в порошок. Порошкові проби заливали сцинтиляційною рідиною, приготовленою за методом Х.Я. Хейна і інших (1984), та визначали їх радіоактивність на рідинному сцинтиляційному лічильнику "Racbeta".

Екстрагування терпенових вуглеводнів з хвої здійснювали в диетиловому ефірі за методикою В.М.Максимова (1982). Зразки екстрактів аналізували за методом газорідинної хроматографії на хроматографі "СЕЛМІХРОМ".

Для визначення радіоактивності хвою з модельних дерев висушували при температурі 105⁰С до абсолютно сухого стану та подрібнювали на лабораторних млинах. Гамма-спектрометрію проводили на аналізаторі ORTEC з Li-Ge детектором.

НАСІННЄНОШЕННЯ І ПРИРОДНЕ ПОНОВЛЕННЯ СОСНИ ЗВИЧАЙНОЇ

Детальне вивчення процесів насіннєношення сосни звичайної у насадженнях різного ступеня радіаційного опромінення проведено нами на 9…10 роки після аварії на Чорнобильській АЕС. В лісостанах різного ступеня радіаційного опромінення зустрічаються дерева як з рясним і добрим насіннєношенням, так і з дуже слабким. Більшість дерев (46,7...66,6 %) в дослідних насадженнях і контролі характеризуються дуже слабким насіннєношенням. У насадженнях зі слабким рівнем радіаційного опромінення виявлено близько 33 % дерев з добрим і рясним насіннєношенням. На контролі, ділянках з середнім і сильним рівнем поглинутих доз радіації таких дерев виявилось лише 6,7...14,4 %. Очевидно, на насіннєношення дерев, крім радіаційного опромінення, значною мірою впливає низка інших факторів: індивідуальні особливості дерев, зімкнутість намету, мікрокліматичні умови тощо. Однак, в цілому у радіаційно уражених лісостанах спостерігається більш інтенсивне насіннєношення, ніж на контролі та зростає індивідуальна мінливість дерев за цим показником.

Довжина, ширина і маса шишок, які сформувались на радіаційно опромінених деревах сосни слабо відрізняються від контрольних. На всіх деревах, незалежно від ступеня радіаційного ураження, виявлено шишки переважно коричневого і сірого кольорів конусовидної форми. Водночас маса повнозернистого насіння у дерев з сублетальною дозою поглинутої радіації виявилася в 1,6...1,7 рази, а зі слабким і середнім ступенем радіаційного ураження в 1,1 рази нижчою, ніж на контролі. Насіння контрольного насадження відзначається і найбільшими розмірами. Однак його повнозернистість є найнижчою і становить 66 %. Значно вищими показниками повнозернистості відзначаються деревостани зі сильним (81 %) і середнім (82 %) рівнем поглинутих доз радіації.

Необхідно відзначити високу абсолютну схожість насіння (91...98 %) незалежно від поглинутих насадженнями доз радіації. Вона коливається в межах від 91 % (насадження зі слабким рівнем радіаційного опромінення) до 98 % (контроль). Водночас найбільшою енергією проростання характеризується насіння дерев сосни звичайної середньої і сильної доз поглинутої радіації. Значно нижчим цей показник виявився на контролі і в насадженні зі слабким рівнем поглинутих доз радіації.

У варіантах з контрольованим запиленням повнозернистість насіння виявилась значно нижчою, ніж в дерев з вільним запиленням. У дерев сублетальної дози поглинутої радіації та залежно від дози опромінення пилку цей показник коливався від 42,1 до 72,3 %. На контрольній ділянці він становив 43,2...76,8 %.

Дослідження процесів природного поновлення показують, що воно прямо не пов'язане з дозами поглинутого насадженнями радіаційного випромінювання. На 9-ий рік після аварії на ЧАЕС (1994 р.) поновлення сосни виявлено тільки під наметом дослідних насаджень. Самосів зростає, як правило, на добре освітлених галявинах (ділянки з поглинутою дозою 1...2 і 6...10 Гр) і під наметом лісу в насадженні сильної дози поглинутої радіації (11...20 Гр). У 1994 році найбільша кількість самосіву сосни звичайної виявлена на ділянці з поглинутою дозою радіаційного опромінення 6...10 Гр (814 шт./га). В насадженні слабкого радіаційного впливу (поглинута доза 1...2 Гр) кількість підросту сосни становила всього 56 шт./га. На контролі, де освітленість під наметом лісу найнижча, природного поновлення сосни нами не виявлено. Зустрічається тут лише незначне поновлення (11 шт./га) дуба і осики.

Дослідження природних лісовідновних процесів на 16-ий рік після аварії (2001 р.) показало, що сосна звичайна продовжує успішно відновлюватись під наметом насадження сильного ступеня радіаційного ураження. Тут нами виявлено підріст широкого вікового спектру - від однорічок до рослин, старше семи років. Кількість однорічок сосни під наметом цього насадження становить 500 шт./га, а 2...3-річок - 1700 шт./га. Найбільш представленою є 4...7-річна вікова група (15400 шт./га). Виявлена також значна кількість підросту сосни звичайної старше 7-ми років (1700 шт./га). Необхідно відзначити, що незважаючи на високу щільність забруднення ґрунту радіоцезієм (19588 Бк/м²) підріст сосни на даній ділянці характеризується добрим станом і високим приростом у висоту.

Загалом дослідження показали, що навіть в лісостанах сильного радіаційного опромінення на 9…10 році після аварії на Чорнобильській АЕС сосна звичайна формує достатню кількість повнозернистого життєздатного насіння необхідного для успішного природного поновлення. Під їх наметом склались найбільш сприятливі умови для природних лісовідновних процесів, росту та формування підросту сосни звичайної.

РІСТ НАСАДЖЕНЬ СОСНИ ЗВИЧАЙНОЇ І ЇХ ПОТОМСТВ

Материнські дерева. Іонізуюче випромінювання в цілому пригнічує ростові процеси у дерев. Спостерігається тісний зворотний зв'язок між поглинутою насадженнями дозою радіації і їх приростом у висоту. В умовах дії комбінованого (зовнішнього і внутрішнього) хронічного радіаційного опромінення відновлення інтенсивності росту пагонів у довжину не спостерігається навіть на десятий рік після гострого радіаційного впливу. Особливо це виражено у сильно уражених дерев сосни звичайної.

Залежно від дози радіаційного опромінення змінюється характер росту дерев за діаметром стовбура. Після аварії на ЧАЕС у дослідних лісостанах спостерігається значне зниження інтенсивності радіального приросту. У дерев сосни зі слабким і середнім рівнем поглинутих доз радіації спад приросту тривав 2...3 роки, а з сильним - 5 років, після чого стабілізувався на рівні контролю. Водночас хід ростових процесів на контролі у пострадіаційний період залишався практично незмінним, що свідчить про виключно радіобіологічну реакцію дерев на дослідних ділянках.

Вплив іонізуючого випромінювання на радіальний приріст дерев сосни проявляється, як правило, на другий рік після гострого опромінення. Це пояснюється двома причинами: захищеністю камбію шаром кори від зовнішнього опромінення та більшою його радіостійкістю порівняно з апікальною меристемою. Формування річного приросту значною мірою проходить за рахунок запасних речовин, відкладених у попередні роки, які в нормальних умовах використовуються на формування лінійного приросту. В умовах сильного радіаційного ураження, або пригнічення функціонування верхівкових меристем відбувається перерозподіл запасних речовин на користь більш радіостійкої латеральної меристеми.

Після аварії на атомній електростанції насадження, залежно від ступеня поглинутих доз радіації та інтенсивності проходження репараційних процесів у дерев, різко диференціюються не тільки за величиною приросту, але і за тенденцією ростових процесів. Протягом перших 4...7 років радіальний приріст опромінених дерев порівняно з контрольними характеризувався нижчими показниками. Максимальні відмінності за величиною приросту між контролем і насадженнями зі слабким і середнім ступенем поглинутих доз радіації доходили до 39 %, а з сильним - до 60 %.

Дерева в насадженнях характеризуються добре вираженою індивідуальною реакцією на вплив іонізуючого випромінювання. В лісостанах зі слабким і середнім рівнем радіаційного ураження коефіцієнт варіації в період депресії ростових процесів (1986...1988 роки) досягав 40...53 %, а з сильним радіаційним впливом (1988...1993 роки) ? 60...77 %. На контролі у цей період коефіцієнт варіації, як правило, становив 19...28 %. Серед дерев сосни в зоні сильного радіаційного впливу виділяються окремі екземпляри, радіальний приріст в яких у поставарійний період не змінився, що вказує на їх високу радіорезистентність.

Півсібсові і сібсові потомства. Вплив проникаючої радіації на репродуктивну сферу материнських дерев відзначається на особливостях росту їхніх потомств. Протягом всього вегетаційного періоду найбільш високими темпами росту характеризувались ювенільні потомства дерев, що поглинули сублетальну дозу радіації (11...20 Гр). Вони на 3,5 % перевищували контрольні рослини (рис. 1). Водночас потомства з середнім рівнем поглинутих доз радіації відзначаються достовірно нижчою висотою в порівнянні з контролем. Коефіцієнт варіації висоти потомств характеризувався середніми величинами і коливався в межах 17...19 %.

Загалом, ростові процеси у потомств однорічного віку знаходяться в складній залежності, як від гострого, так і хронічного інкорпорованого радіаційного опромінення материнських дерев. Опромінення останніх призводить в цілому до зростання радіочутливості потомств. Вирощування півсібсових потомств на радіаційно забрудненій території (387 Кі/км²) показало, що найкращим ростом відзначаються родини дерев контрольного насадження. Потомства насаджень сосни звичайної слабкого, середнього і сильного рівнів радіаційного опромінення в трирічному віці відстають від контролю за висотою на 2,5...11,4 %, діаметром кореневої шийки - на 13,1 % і приростом у висоту - на 8,2...16,4 %. Однак серед дослідних варіантів потомства окремих дерев різного ступеня радіаційного ураження характеризуються високою енергією росту, що вказує на їх високу радіорезистентність.

Рис. 1. Висота однорічних сіянців сосни звичайної різного ступеня радіаційного опромінення материнських дерев: К ? контроль; Сл ? слабка доза поглинутої радіації материнськими деревами; Ср ? середня; Сн ? сильна

Відмінності між потомствами, вирощеними на чистій території за біометричними показниками виявились не істотними. За висотою, діаметром кореневої шийки і приростом за висотою дослідні варіанти відрізняються від контролю не більше, ніж на 7 %. Однак за кількістю бруньок на центральному пагоні потомства опромінених дерев перевищують контрольні на 7,4...11,1 %.

Дослідження ювенільних сібсових потомств показали, що опромінення дерев не вплинуло на формування сім'ядолей. У всіх дослідних варіантів їх кількість становила в середньому 5...7 шт. Сім'ядолі характеризувалися нормальним розвитком і забарвленням. Варіювання цього показника виявилось слабким і середнім. Сібсові потомства контрольних і дослідних дерев в однорічному віці характеризуються значною диференціацією сіянців за енергією росту. Чітких залежностей росту 5-річних сібсових потомств сосни звичайної від дози поглинутої радіації батьківськими і материнськими деревами не виявлено.

Культури сосни звичайної. Всі дослідні варіанти культур сосни звичайної, створені у 1988…1990 рр. на ділянках з різним ступенем радіаційного ураження, характеризуються низькою інтенсивністю росту і суттєво на 35,7…51,5 % відстають від контрольних за висотою (табл. 2). Навіть на 10…12-ий рік (1999 р.) після створення приріст культур сосни за висотою на ділянках з середнім і сильним радіаційним опроміненням становив 43,1…46,6 % від контролю. Лише у культур сосни на ділянках зі слабким радіаційним впливом приріст за висотою почав поступово зростати і в 1999 році стабілізувався на рівні контрольного варіанту.

Таблиця 2 Біометричні показники культур сосни звичайної, створених на ділянках з різним ступенем радіаційного ураження (1999 рік)

Формування діаметра у дослідних культур корелятивно не пов'язано зі ступенем їх радіаційного ураження. Воно більшою мірою відображає наявність складних взаємозв'язків між різними частинами і органами рослинного організму в умовах радіаційного опромінення. При дії хронічного комбінованого радіаційного впливу проходить перерозподіл асимілятів між атрагуючими центрами. Сильно уражена апікальна меристема втрачає свою атрагуючу властивість для пластичних речовин і вони направляються до більш радіостійкої латеральної меристеми ? камбію стовбура. У зв'язку з цим культури сосни на ділянці слабкого радіаційного ураження суттєво (на 23,5 %) перевищують за діаметром кореневої шийки контроль, а на ділянці сильного радіаційного впливу відставання від контрольного варіанту є не істотним і становить 7,8 %. Лише у дерев на середньо ураженій ділянці діаметр кореневої шийки виявився достовірно (на 29,4 %) меншим від контролю.

МОРФОЛОГО-АНАТОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ЛИСТЯНОГО АПАРАТУ

Материнські дерева. На 6…7 рік після аварії на ЧАЕС у сосни з високим рівнем кумулятивних доз (10…20 Гр) унаслідок високої інтенсивності репараційних процесів сформувалась хвоя на 11…13 мм за довжиною і 34…45 мм² за поверхнею більша, ніж на контролі). За іншими морфолого-анатомічними показниками (ширина, товщина, площа поперечного перетину, кількість смоляних каналів, розміри центральної провідної системи (ЦПC), кількість продихів), між хвоєю дерев сосни звичайної на контролі і в насадженні з сильним ступенем опромінення суттєва різниця не виявлена. Водночас насадження зі слабкою дозою поглинутої радіації формує хвою, в якої більшість морфолого-анатомічних параметрів (ширина і площа перетину хвоїнок, кількість смоляних каналів і ширина ЦПС) виявились істотно (на 5,7…13,2 %) меншими від контролю (t_ф=2,22…2,77; t₀₅=2,05), а з середньою ? на рівні контрольного варіанту.

На 14…15 рік поставрійного періоду дерева сильного радіаційного ураження внаслідок тривалої дії додаткового інкорпорованого опромінення істотно знижують свій життєвий потенціал і формують коротку жовто-зеленого кольору хвою, яка за довжиною, шириною, товщиною, площею поверхні і поперечного перетину, кількістю смоляних каналів, шириною і товщиною ЦПС характеризується суттєво (на 8,7…13,7 %) нижчими показниками, ніж контроль. Водночас дерева сосни, які в 1986 році поглинули слабку і середню дози гострого радіаційного опромінення, сформували хвою на рівні контрольного насадження (відхилення вище зазначених показників від контролю не перевищують 8,6 %). Необхідно також відзначити, що кількість продихів на 1 мм² у сосни незалежно від дози поглинутої радіації перевищує контроль на 9,0…17,8 %.

Ступінь радіаційного ураження не впливає на мінливість морфолого-анатомічних показників хвої. Коефіцієнт їх варіації коливається в межах 3,5…22,8 %. Найбільш високою мінливістю характеризуються довжина (V=12,4…19 %) і площа поверхні хвої (V=14,5…22,2 %), а найнижчою ? ширина і товщина хвоїнок (V=4,2…6,6 %), товщина ЦПС (V=6,2…12,5 %), кількість продихів в 1 мм ряду та кількість рядів продихів на 1 мм (V=3,5…13,2 %).

Півсібсові потомства. Дослідження морфолого-анатомічних показників хвої п'ятирічних потомств опромінених дерев сосни звичайної, які зростають на чистій від радіонуклідів території, свідчать про слабкий вплив на її формування радіаційного ураження материнських рослин. Біологічні системи відзначаються високою надійністю, яка зумовлена потужним репараційним потенціалом, здатним до швидкого відновлення уражених радіацією структур. Найбільші відмінності між контролем і дослідними варіантами виявлено за довжиною і площею поверхні хвої. Хвоя потомств середньо і сильно уражених дерев сосни за цими показниками виявились на 13...16 % меншою, а слабо ? на 3…5 % вищою від контрольних.

Культури сосни звичайної. Встановлено суттєвий вплив проникаючої радіації на формування хвої в 6…8-річних (1996 р.) культур сосни звичайної, які зростають в умовах сильного радіаційного забруднення. У 1996 році довжина, ширина і площа поперечного перетину хвоїнок контрольних дерев перевищувала хвою цих культур на 9...27 %. Радіаційне ураження порушило також формування продихової системи. Відмічено значне зменшення кількості продихових рядів і кількості продихів на 1 мм ряду. Загалом кількість продихів на 1 мм² асимілюючої поверхні в радіаційно уражених культур зменшилась на 12...20 %. Однак найбільші відмінності (до 30...34 %) спостерігаються за площею поверхні хвої і кількістю смоляних каналів.

Нагромадження дози хронічного комбінованого (інкорпорованого і зовнішнього) радіаційного опромінення привело до подальших істотних змін у морфолого-анатомічній будові листяного апарату культур. У 10…12-річних культур (1999 р.) довжина, площа поперечного перетину і поверхні хвої на ділянці середнього радіаційного ураження становили менше 55,8…76,4 %, а сильного ? 72,5…94,4 % відносно контролю.

Характерною ознакою культур сосни при високих дозах радіації є потовщення хвої. Збільшується порівняно з контролем також товщина центральної провідної системи (в середньому на 6,3 %) при одночасному зменшенні її ширини (до 18,4 %). Суттєві зміни спостерігаються також у формуванні смоляних каналів. Їх кількість зменшується на 13,4…47,1 %. Найменшою мірою комбіноване хронічне опромінення впливає на формування продихів у хвої культур. Суттєве зменшення їх кількості встановлено тільки у дерев на ділянці сильного радіаційного ураження.

Високі дози хронічного комбінованого опромінення призводять також до появи значної кількості аномалій в розвитку морфоструктури хвої культур. На деревах сосни виявлено формування однохвойних брахібластів, які мають циліндричну форму і характеризуються частковим або повним зростанням пари хвоїнок по довжині. На 10...12-й рік після створення лісових культур на радіаційно забруднених територіях аномалії у формуванні листового апарату сосни появляються в дерев з питомою активністю хвої більше 1 МБк/кг абс. сух. маси. В аномальної хвої, крім цього, виявлено і деякі інші анатомічні зміни. Зокрема, по осі зростання пар хвоїнок в окремих випадках формуються укрупнені смоляні канали, які за діаметром у 2...3 рази перевищують звичайні. Смоляні канали аномальних хвоїнок, як правило оточені, декількома шарами клітин гіподерми, які вирізняються збільшеними розмірами.

Слабке тривале хронічне опромінення, на відміну від середнього і сильного, виявляє певний стимулюючий ефект на розвиток листяного апарату культур сосни звичайної. У 1999 році на ділянці зі слабким радіаційним ураженням довжина, площа поперечного перетину і поверхні хвої культур виявились на 5,3…14,6 %, а розміри центральної провідної системи на 6,3…6,8 % більшими, ніж на контролі.

ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНІ ПРОЦЕСИ У СОСНИ ЗВИЧАЙНОЇ

Біосинтез пластидних пігментів

Материнські дерева. Прямої залежності між поглинутою материнськими деревами сосни дозою гострого радіаційного опромінення, і кількістю пігментів у їх листяному апараті не виявлено. Їх біосинтез у постчорнобильський період залежить від розвитку радіаційного ураження індукованого інкорпорованими радіонуклідами та здатністю рослинних організмів відновлювати уражені структури.

Рис. 2. Вміст зелених і жовтих пігментів у хвої материнських дерев сосни звичайної різного ступеня радіаційного ураження:

К ? контроль; Сл ? слабка доза поглинутої радіації; Ср ? середня; Сн ? сильна

Вміст хлорофілів у одно- і дворічній хвої контрольного насадження сосни звичайної у різні періоди сезонного розвитку відповідно становив 2,01...2,75 і 2,27...3,43 мг/г абс. сух. маси (рис. 2). Концентрація каротиноїдів в однорічній хвої коливалась в межах 0,44...0,54, а в дворічній - 0,50...0,71 мг/г абс. сух. маси. Насадження сосни, які у період аварії на Чорнобильській АЕС поглинули слабку (1...2 Гр) і середню (6...10 Гр) дози радіаційного опромінення та відзначаються у поставарійний період високою питомою активністю ¹³⁷Cs у хвої, синтезують, як правило, суттєво меншу кількість зелених і жовтих пігментів (див. рис. 2). Вміст хлорофілів у листяному апараті, який сформувався в 1992, 1993 і 1999 роках виявився у дерев слабкого радіаційного ураження на 2,7...32,1 %, а середнього - на 15,4…33,4 % меншим, ніж у контрольного варіанту. Концентрація жовтих пігментів у дворічній хвої сосни слабкої дози поглинутої радіації протягом всього періоду спостереження залишається на 5,5…23,9 % нижчою від контролю. При чому відмінності між контролем і дослідним варіантом значно збільшились в останній період.

Особливі тенденції у біосинтезі пластидних пігментів проявляють дерева сосни сильного радіаційного ураження. Через 8…9 років після аварії (1993…1994 рр.) вміст хлорофілів і каротиноїдів у їх хвої виявився на рівні контрольного насадження. Очевидно в цей період, після тривалої депресії, викликаної радіаційним стресом, у сильно уражених радіаційним опроміненням дерев задіяли компенсаторні механізми пострадіаційного відновлення. Однак вже у 1995 році в них відмічається зниження біосинтезу хлорофілів і каротиноїдів. В однорічній хвої вміст зелених і жовтих пігментів виявився на 15,4...16,4 %, а в дворічній - на 7,0...9,1 % меншим від контролю. У 2000 році ці розбіжності поглибились. Сосна сильної дози поглинутої радіації сформувала коротку жовто-зеленого кольору хвою. Вміст пігментів у ній становив 42,0...59,1 % від контролю, що вказує на зниження життєвості дерев.

Фонд зелених пігментів у сосни звичайної, що росте в умовах радіаційного впливу, як і на чистій від радіонуклідів території, формується в основному хлорофілом а. Його вміст у хвої дослідних варіантів перевищував вміст хлорофілу b в 1,55...3,19. Причому, в однорічній хвої, яка сформувалась у 2000 році на радіаційно уражених деревах, цей показник у період вегетації виявився на 6,9...20,7 % вищим від контролю. В інші періоди спостереження (листопад 1994 і 1995 років) в опромінених дерев він, як правило, залишався на 0,5...13,8 % нижчим, ніж на контролі. У дворічної хвої виявлено більш чіткі і більш стабільні закономірності у нагромадженні хлорофілів а і b. Зокрема, у хвої дослідних дерев, яка сформувалась на пагонах 1992, 1993 і 1999 років відношення хлорофілів а/b залишалось на 1,0...17,6 % вищим від контролю у різні періоди вегетаційного розвитку. Однак у період вегетації в серпні 1993 і 2000 років відмінності з контролем значно поглиблювались. Під час спокою в листопаді 1994 року відношення хлорофілів а/b у дворічній хвої наближалось до контролю, а в листопаді 1995 року значно знижувалось

Відношення вмісту суми хлорофілів (а+b) до кількості каротиноїдів у дослідних насаджень сосни звичайної залежить від дози поглинутої радіації та періоду проведення досліджень. Так, в одно- і дворічної хвої сосни слабкого ступеня радіаційного опромінення в листопаді 1994 року цей показник не відрізнявся від контрольного, який в різні періоди спостереження становив 3,75…5,69 (однорічна хвоя) і 4,14…6,43 (дворічна). У 1995 році він суттєво (на 19,6...24,3 %) перевищував контроль. У період вегетації в серпні 1993 і 2000 років відношення суми хлорофілів до вмісту каротиноїдів у насадженні слабкого радіаційного впливу виявилось достовірно (на 9,6...11,4 %) нижчим від контролю.

Одно- і дворічна хвоя сосни контрольного насадження в порівнянні з радіаційно ураженими виділяється більш інтенсивним поглинанням квантів сонячного світла на всьому видимому спектрі. В області синьо-фіолетових променів максимальне поглинання сонячного світла в хвої контрольних дерев становить близько 63 % (однорічна хвоя) і 82 % (дворічна), у сосни слабкого радіаційного ураження ці показники відповідно становлять ? 57 і 72 %, середнього ? 61 і 73 % та сильного ? 42 і 62 %. В області червоних променів максимуми поглинання відповідно становить 48 і 68 %, 43 і 55 %, 46 і 58 % та 28 і 43 %. Необхідно також відзначити, що серед дерев сосни звичайної, які зазнали середнього і сильного радіаційного впливу в період аварії на Чорнобильській АЕС та тривалий період зростають в умовах хронічного радіаційного опромінення, можна виділити екземпляри, які за вмістом фотосинтезуючих пігментів не відрізняються від контрольних.

Дисперсійний аналіз показав, що в період вегетаційного розвитку в серпні 1993 року F-критерій Фішера для вмісту хлорофілів і каротиноїдів у хвої коливався від 12,91 до 15,82 при F₀₅=2,78. Частка радіаційного фактора у формуванні пігментного фонду становила 40,9...48,9 %. У серпні 2000 року вплив радіації на біосинтез пігментів, порівняно з аналогічним періодом 1993 року, посилився. Фактичні значення F-критерія Фішера зросли до 11,98...23,20, а сила впливу радіаційного опромінення становила 64,2...77,6 %. Це пов'язано з пониженням життєвих функцій радіаційно уражених дерев сосни звичайної. У період знаходження дерев сосни в стані спокою (листопад 1994 і 1995 років) радіаційний фактор також істотно впливає на нагромадження фотосинтезуючих пігментів (F_ф> F₀₅).

Півсібсові потомства. Чотиримісячні сіянці радіаційно уражених дерев сосни характеризуються інтенсивним нагромадженням пігментів у листовому апараті. Вміст хлорофілів у них коливався в межах 7,18...7,87, а каротиноїдів - 1,48...1,59 мг/г абс. сух. маси. Найменшу кількість хлорофілів (7,18 мг/г абс. сух. маси) і каротиноїдів (1,48 мг/г абс. сух. маси) синтезують контрольні рослини. Зі збільшенням ступеня радіаційного ураження материнських дерев зростає вміст зелених та жовтих пігментів, досягаючи максимальних значень у потомств дерев сублетальної дози опромінення (107,4…109,6 %).

Радіаційне опромінення материнських дерев значною мірою впливає і на співвідношення пігментів у потомств, що зумовлює специфіку поглинання пластидами спектрів сонячного світла. Загалом зберігається тенденція до зменшення співвідношення хлорофілів a/b і збільшення відношення (a+b)/с зі зростанням дози поглинутої радіації материнськими деревами сосни звичайної.

При досягненні дослідними потомствами трирічного віку відмінності між ними і контролем за біосинтезом пігментів зменшуються і стають не суттєвими.

Культури сосни звичайної. Вміст хлорофілів і каротиноїдів у хвої культур сосни на середньо і сильно радіаційно уражених ділянках в період вегетації становив 48,4...96,4 % від контролю. Особливо низькими показниками вмісту фотосинтезуючих пігментів відзначаються культури на ділянці середнього радіаційного ураження. На ділянці слабкого радіаційного впливу значне зменшення біосинтезу пігментів (на 6,2…17,3 %) виявлено на початку і в кінці вегетації, а в середині вегетаційного розвитку їх вміст виявився на рівні контролю. При цьому хлорофіл а перевищував хлорофіл b у хвої культур в 3,1...4,1 рази. Таке співвідношення зелених пігментів на дослідних ділянках виявилось, як правило, до 32,3 % вищим порівняно з контролем і особливо зростає у дворічної хвої. Водночас відношення суми хлорофілів до кількості каротиноїдів у контрольних рослин було на 2,4...17,1 % вищим, ніж в радіаційно уражених культур. Отримані дані вказують про порушення в біосинтезі пігментів у хвої культур сосни, що ростуть в умовах радіаційного впливу.