Мутаційна мінливість озимої пшениці за умов хронічної дії радіонуклідних забруднень в зоні аварії Чорнобильської АЕС

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

03.00.15 - генетика

МУТАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ ЗА УМОВ ХРОНІЧНОЇ ДІЇ РАДІОНУКЛІДНИХ ЗАБРУДНЕНЬ В ЗОНІ АВАРІЇ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ АЕС

Братущак Сергій Петрович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у відділі експериментального мутагенезу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, м. Київ

Науковий керівник: академік НАН України,

доктор біологічних наук, професор

Моргун Володимир Васильович

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,

директор, завідувач відділу

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Чугункова Тетяна Володимирівна

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,

завідувач відділу

доктор сільськогосподарських наук, професор

Васильківський Станіслав Петрович

Білоцерківський національний аграрний університет,

м. Біла Церква, завідувач кафедри

Захист відбудеться: 23.04.2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.212.01 при Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ 22, вул. Васильківська, 31/17.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ 22, вул. Васильківська, 31/17.

Автореферат розісланий 14.03. 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор біологічних наук Є.Ю. Мордерер

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Всі живі організми на Землі, в тому числі і людина, в природному середовищі піддаються дії космічного опромінення і природних радіонуклідів, які знаходяться в оточуючому середовищі.

Техногенне підвищення радіаційного фону Землі, що відбувається за рахунок випробування атомної зброї та аварій на атомних установках, становить особливу небезпеку для всього живого (Логачев, Логачева, 2000). Катастрофічне підвищення радіаційного фону на значних територіях викликала найбільша в історії атомної енергетики аварія на Чорнобильській АЕС, яка не має аналогів за кількістю радіонуклідів, що потрапили у навколишнє середовище, площею радіоактивного забруднення та складністю біологічних наслідків. Вона поставила цілий ряд медичних, економічних, наукових, соціальних і етичних проблем для багатьох країн світу (Киндзельский, 2002).

За масштабами забруднення біосфери радіонуклідами Чорнобильська катастрофа стала однією із найбільших. Вона спричинила забруднення радіоактивними речовинами більш ніж 100 тис км² територій СНГ, де мешкає близько 4 млн чоловік (Моргун, Логвиненко, 1995). За розрахунками фахівців, сумарний еквівалент радіоактивних матеріалів, що випали, становив понад 50 млн кюрі (Сєдих, 2007). Крім того, аварія на Чорнобильській АЕС стала безпрецедентною за ступенем впливу на сільськогосподарську галузь: тільки в Україні радіонуклідами забруднено 1,24 млн га сільськогосподарських угідь у 74 районах 11 областей, де проживає 3,2 млн людей (Гудков, 2007). Тому, першочерговим постає питання реабілітації забруднених земель та введення їх у господарське використання.

Проте, не дивлячись на отриманий колосальний науковий матеріал по вивченню біологічних наслідків Чорнобильської катастрофи (Гродзинский, Коломиец, Кутлахмедов и др., 1991; Моргун, Логвиненко, Якимчук, 2001; Гудков, 2005), не можливо зробити об'єктивний аналіз ефективності низьких доз хронічного опромінення в індукуванні мутацій у живих організмів. Низькі дози хронічного випромінювання, які формують радіаційний фон у забруднених радіонуклідами районах, спричинюють виникнення мало вивчених у науці біологічних наслідків, таких як: трансгенераційна геномна нестабільність, ефект “свідка”, підвищена радіочутливість (Котеров, 2006; Konoplya, 2006). Тому залишається не вивченим питання інтенсивності і характеру радіоіндукованих мутаційних процесів у більш віддалені поставарійні періоди.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках цільових програм прикладних досліджень НАН України „Вивчення генетичних наслідків післядії радіонуклідних забруднень у 30-кілометровій зоні Чорнобильської АЕС через 18 років після аварії” (№ держ. реєстрації 0104U007103), „Генетичний моніторинг віддалених наслідків хронічного опромінення від радіонуклідних забруднень аварійного викиду в зоні відчуження Чорнобильської АЕС” (№ держ. реєстрації 0107U008541 ).

Мета і задачі дослідження. Вивчити мутаційну мінливість озимої пшениці за умов хронічної дії радіонуклідних забруднень в зоні відчуження Чорнобильської АЕС через 20 років після аварії.

Для досягнення мети були поставлені наступні задачі:

1. Визначити цитогенетичні ефекти хронічного і пролонгованого опромінення від радіонуклідних забруднень в зоні відчуження Чорнобильської АЕС.

2. Вивчити генетичну активність радіонуклідних забруднень за частотою прояву видимих мутацій в другому і третьому поколіннях рослин озимої пшениці.

3. Проаналізувати спектр мутаційних змін у рослин озимої м'якої пшениці, індукованих хронічним опроміненням в зоні відчуження ЧАЕС у віддалений поставарійний період.

4. Оцінити залежність частоти і спектру видимих мутацій від рівня радіоактивного забруднення територій Чорнобильської зони відчуження.

Об'єкт дослідження - вплив низьких доз іонізуючої радіації на спадкову мінливість озимої пшениці.

Предмет дослідження - генетичні наслідки хронічного опромінення від радіонуклідних забруднень в зоні відчуження Чорнобильської АЕС.

Методи дослідження - анафазний метод визначення частоти і спектру хромосомних аберацій, структурний аналіз рослин, методи виявлення та обліку частоти і спектру видимих мутацій, методи статистичного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі частоти цитогенетичних порушень та рівня спадкової мінливості озимої пшениці вперше зроблено висновок про динаміку і характер мутаційних процесів, які відбуваються в зоні відчуження ЧАЕС через 20 років після аварії. Аналізуючи частоту і спектр видимих мутацій виявлені віддалені генетичні ефекти у рослин озимої пшениці, які хронічно опромінювались на радіоактивно забруднених територіях. За допомогою проведених систематичних моніторингових досліджень мутагенного впливу радіоізотопів на генетичний апарат рослин пшениці безпосередньо на польових стаціонарах в зоні відчуження ЧАЕС встановлено, що живі організми в зоні радіаційного ураження, не дивлячись на віддалений період після аварії, й надалі перебувають в умовах генетичного пресингу.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дають можливість передбачити спадкові зміни в природних популяціях при радіонуклідному забрудненні оточуючого середовища, допомагають отримати відповідь щодо можливостей використання забруднених територій в господарських цілях. Використання різних сортів озимої пшениці дозволяє порівняти реакцію різних генотипів на дію підвищеного радіаційного фону. Рівень індукованої мутаційної мінливості пшениці дає можливість оцінити ступінь генетичної загрози для живих організмів зони відчуження Чорнобильської АЕС. Мутанти з практично цінними ознаками можуть бути використані у селекційному процесі по створенню нових форм озимої пшениці.

Особистий внесок здобувача полягає в доборі та опрацюванні літературних джерел, оволодінні необхідними методами наукових досліджень, розробці планів досліджень, підготовці та проведенню експериментів, обґрунтуванні і статистичній обробці результатів, підготовці до друку наукових робіт, написанні дисертації. Матеріали дисертаційної роботи одержані автором самостійно або спільно із співробітниками Інституту фізіології рослин і генетики НАН України. Частка особистої участі дисертанта складає 85 %.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертаційної роботи доповідались на Міжнародній конференції студентів та аспірантів “Екологічні проблеми сталого розвитку агросфери в умовах реформування земельних відносин та шляхи раціонального використання і охорони земель” (Харків, 2005), Конференції молодих вчених “Сучасні проблеми фізіології рослин і біотехнології” (Ужгород, 2005), 35-й конференції Європейського товариства радіологічних досліджень та 4-й конференції Товариства радіобіологів України (Київ, 2006), ІІІ Міжнародній конференції “Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти” (Львів, 2007), V Міжнародній науковій конференції “Промислова ботаніка - стан і перспективи розвитку” (Донецьк, 2007), Х конференції молодих вчених: “Сучасний стан та пріоритети розвитку фізіології рослин, генетики та біотехнології” (Київ, 2007).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлено у 11 публікаціях, в тому числі в 4-х статях у фахових виданнях та 7-х тезах наукових конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів досліджень, трьох розділів експериментальної частини, висновків і списку використаних джерел. Дисертаційна робота викладена на 132 сторінках машинописного тексту, включає 16 рисунків, 26 таблиць та 209 посилань на літературні джерела.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

У огляді літератури висвітлено літературні дані по вивченню генетичних наслідків впливу радіонуклідних забруднень Чорнобильського аварійного викиду на спадковість живих організмів.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єктом дослідженнь була озима м'яка пшениця ( Triticum aestivum L. ) двох сортів - Альбатрос одеський і Донецька 48. Дослідження проводились на ділянках ближньої зони ЧАЕС з різною щільністю радіоактивного забруднення (табл. 1).

Таблиця 1. Питома активність радіонуклідів у пробах грунту станом на 29.11.2004р.,кБк/кг

Місце відбору	Радіонукліди
	134Cs	137Cs	90Sr	90Co	154Eu	155Eu	238Pu	239-240Pu	241Pu	241Am
ПЗРВ „Підлісний” ділянка №1	0,54	460	190	0,14	3,3	1,1	1,9	4,0	140	5,8
ПЗРВ „Підлісний” ділянка №2	0,07	43	17	0,03	0,29	-	0,16	0,35	13	0,49
ПЗРВ „Буряківка”	-	4,8	1,6	-	0,02	-	0,01	0,03	1,2	0,05
смт Глеваха, контроль	сумарна питома активність - 0,29

Робота виконувалась на території пункту захоронення радіоактивних відходів ( ПЗРВ ) модульного типу “Підлісний”, який знаходиться на відстані 2 кілометрів від ЧАЕС за Північним радіоактивним слідом, та ПЗРВ траншейного типу “Буряківка” - 13 кілометрів від ЧАЕС за Західним радіоактивним слідом. Рослини озимої пшениці вирощувались на територіях даних пунктів і протягом всього вегетаційного періоду ( від фази сходів до фази повного достигання ) зазнавали впливу хронічного іонізуючого опромінювання за типом гамма поля.

Контрольні ділянки знаходились у дослідному сільськогосподарському виробництві (ДСВ) Інституту фізіології рослин і генетики НАН України (смт Глеваха, Васильківського району Київської області. Зона Північного Лісостепу України).

Для вивчення пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень зразки радіоактивного ґрунту щорічно ( 2004-2006 рр. ) відбирались з ділянок зони відчуження ЧАЕС, які мали різну щільність забруднення радіоізотопами: ПЗРВ “Підлісний”, ділянка № 1 - 806,8; ПЗРВ “Підлісний”, ділянка № 2 - 74,4; ПЗРВ “Буряківка” - 7,7 кБк/кг.

В лабораторних умовах проводили цитогенетичний аналіз частоти і спектру хромосомних аберацій у меристематичних клітинах первинних корінців проростків насіння пшениці, яке зазнало пролонгованого і хронічного впливу іонізуючого випромінювання від радіонуклідних забруднень Чорнобильського аварійного викиду.

Насіння озимої пшениці витримували у зразках сухого радіоактивного ґрунту за експозиції 6, 9, 12 діб, після чого пророщували на фільтрувальному папері. Також насіння пророщували у зразках вологого радіоактивного ґрунту. Цитогенетичну оцінку хронічного впливу радіонуклідних забруднень проводили в апексах первинних коренів проростків насіння з рослин, які протягом всього вегетаційного періоду 2005-2006 року зазнавали хронічної дії радіації по типу гамма поля на вище вказаних полігонах.

Вивчення частоти і спектру хромосомних аберацій проводилось за допомогою анафазного методу на тимчасових давлених препаратах кореневих апексів (Паушева, 1988). Вибірка становила понад 500 анафаз на варіант.

Вивчення мутаційної мінливості озимої пшениці, викликаної радіоактивним забрудненням за умов хронічної дії в зоні відчуження Чорнобильської АЕС проводили у польових умовах протягом вегетації рослин. Перше покоління рослин (М₁) вирощували на територіях пунктів захоронення радіоактивних відходів ( ПЗРВ ) “Підлісний” та “Буряківка”, які відрізняються за рівнем радіаційного забруднення та знаходяться на різній відстані від ЧАЕС. Посів покоління М₂ рослин проводили чітко по сім'ях, вважаючи сім'єю покоління одного колоса. Мутаційними рахували лише ті зміни ознак рослин, які успадкувались у наступних поколіннях. За різні випадки мутування приймали рослини, які фенотипово відрізнялися від вихідної форми в межах однієї сім'ї. Фенотипово змінені рослини виділяли шляхом візуального огляду всіх сімей під час проходження ними основних фаз росту і розвитку. Облік частоти змінених форм проводили за кількістю сімей з мутантними рослинами відносно кількості вивчених сімей М₂ (Моргун, Логвиненко, 1995). Точний підрахунок частоти мутацій проводили тільки з покоління М₃ після перевірки успадкування ознаки.

ЦИТОГЕНЕТИЧНИЙ МОНІТОРИНГ ХРОМОСОМНИХ ПОРУШЕНЬ, ІНДУКОВАНИХ РАДІОНУКЛІДНИМИ ЗАБРУДНЕННЯМИ ЗОНИ ВІДЧУЖЕННЯ ЧАЕС ЗА РІЗНИХ УМОВ ВПЛИВУ

Аналіз частоти і спектру хромосомних аберацій у сортів Альбатрос одеський та Донецька 48 за умов пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень ґрунту із зони відчуження Чорнобильської АЕС показав, що при витримуванні насіння озимої пшениці різних сортів у зразках сухого і вологого радіоактивного ґрунту суттєво підвищується частота хромосомних перебудов у клітинах кореневої меристеми проростків опроміненого насіння.

Так, частота хромосомних аберацій у клітинах первинних корінців сорту Альбатрос одеський за умов пролонгованого впливу радіонуклідів сухого ґрунту в різні роки (2004-2006 рр.) досліджень перевищувала контрольний рівень у 1,8 - 4,3 рази (рис. 1); пролонгована дія радіонуклідних забруднень вологого радіоактивного ґрунту викликала перевищення спонтанного рівня у 2,5 - 4,3 рази (рис. 2).



Рис.1. Частота хромосомних аберацій у клітинах кореневої меристеми проростків опроміненого насіння сорту Альбатрос одеський за умов пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень сухого ґрунту за експозиції 9 діб

Рис.2. Частота хромосомних аберацій у клітинах кореневої меристеми проростків опроміненого насіння сорту Альбатрос одеський за умов пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень вологого ґрунту

У сорту Донецька 48 експозиційна дія радіонуклідів сухого ґрунту спричинила появу хромосомних аберацій з частотою, яка перевищувала спонтанний рівень у 1,9 - 4,5 рази (рис. 3); витримування насіння у вологому ґрунті викликало перевищення контролю у 2,1 - 5,3 рази (рис. 4).



Рис. 3. Частота хромосомних аберацій у клітинах кореневої меристеми проростків опроміненого насіння сорту Донецька 48 за умов пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень сухого ґрунту за експозиції 9 діб

Рис. 4. Частота хромосомних аберацій у клітинах кореневої меристеми проростків опроміненого насіння сорту Донецька 48 за умов пролонгованого впливу радіонуклідних забруднень вологого ґрунту

Слід відмітити, що частота хромосомних порушень у різні роки досліджень не залежала від щільності забруднення ґрунту радіоізотопами.

Радіонуклідні забруднення за умов пролонгованого впливу здатні індукувати широкий спектр хромосомних аберацій. Зокрема, в нашій роботі було зафіксовано появу одиночних і парних фрагментів, хромосомних і хроматидних мостів, відстаючих хромосом, мікроядер. Серед виявлених типів аберацій переважали хромосомні і хроматидні мости та парні фрагменти.

Дані типи хромосомних перебудов є типовими для радіаційного мутагенезу. Крім того, такі типи хромосомних порушень, як мости не спричиняють проліферативної загибелі клітин, тому їх можна фіксувати у наступних мітозах ураженої клітини.

Також проводили вивчення частоти і спектру хромосомних аберацій в кореневих апексах при проростанні насіння, отриманого від рослин озимої пшениці, опромінених у зоні відчуження ЧАЕС.

За даних умов рослини зазнавали хронічного впливу різних фонів іонізуючого опромінення за типом гамма поля.

Таблиця 2. Частота і спектр хромосомних аберацій за умов хронічного впливу радіонуклідних забруднень в зоні аварії ЧАЕС

Сорт	Частота хромосомних аберацій %	Спектр хромосомних аберацій
		Фрагменти, %	Мости, %	Вістаючі хромосоми, %	Мікроядра, %
		одиночні	парні	хроматидні	хромосомні
смт Глеваха, контроль
Альбатрос одеський	0,37 ± 0,18	0,27 ± 0,16	0,0	0,09 ± 0,08	0,0	0,0	0,0
Донецька 48	0,46 ± 0,21	0,28 ± 0,16	0,0	0,18 ± 0,13	0,0	0,0	0,0
ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №1
Альбатрос одеський	2,18 ± 0,47*	0,21 ± 0,15	0,52 ± 0,23*	1,14 ± 0,34*	1,04 ± 0,33*	0,0	0,0
Донецька 48	2,26 ± 0,47*	0,21 ± 0,14	0,62 ± 0,24*	1,33 ± 0,36*	1,13 ± 0,33*	0,0	0,0
ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №2
Альбатрос одеський	1,87 ± 0,42*	0,29 ± 0,16	0,49 ± 0,42	1,18 ± 0,34*	0,20 ± 0,14	0,10 ± 0,10	0,0
Донецька 48	1,51 ± 0,39*	0,10 ± 0,10	0,30 ± 0,17	1,10 ± 0,35*	0,20 ± 0,14	0,20 ± 0,14	0,0
ПЗРВ „Буряківка”
Альбатрос одеський	0,97 ± 0,29	0,18 ± 0,13	0,44 ± 0,17*	0,26 ± 0,15	0,09 ± 0,09	0,0	0,0
Донецька 48	1,22 ± 0,32*	0,09 ± 0,09	0,61 ± 0,23*	0,44 ± 0,19	0,09 ± 0,09	0,0	0,0

* - Різниця з контролем статистично достовірна при Р_0,05

У таблиці 2 представлені результати цитогенетичного аналізу. З наведених даних видно, що у варіанті з найбільшим радіаційним фоном ( ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №1 ) частота хромосомних перебудов у сорту Альбатрос одеський перевищує значення контрольного варіанту у 5,9 рази, у сорту Донецька 48 - 4,9 рази, тоді як у варіанті з найменшою потужністю експозиційної дози (ПЗРВ „Буряківка” ), частота аберацій, відповідно, не перевищувала спонтанний рівень більш ніж у 2,6 - 2,7 рази. Отримані дані показують наявність залежності між рівнем радіаційного забруднення території та частотою хромосомних порушень.

У спектрі аберацій такої залежності не виявлено. Серед типів хромосомних перебудов переважну більшість становили парні фрагменти та хроматидні мости, частота появи яких не залежала від фонових значень радіаційного забруднення територій.

Отримані результати досліджень доводять високу генетичну активність радіонуклідних забруднень ґрунтів на території зони відчуження ЧАЕС, що ставить під сумнів використання у найближчий час забруднених територій для ведення господарської діяльності.

Виходячи з результатів наших досліджень можна зробити висновок, що живі організми Чорнобильської зони відчуження зазнають хронічного радіаційного пресингу. Це спричиняє появу низки генетичних порушень, в тому числі і хромосомних, накопичення яких створює генетичний тягар для популяцій рослин.

ВПЛИВ ХРОНІЧНОГО ОПРОМІНЕННЯ НА ФОРМУВАННЯ ПОКОЛІННЯ М₁ РОСЛИН ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ В ЗОНІ ВІДЧУЖЕННЯ ЧАЕС

Досліджуючи покоління М₁ рослин озимої пшениці нам вдалося встановити, що радіонуклідні забруднення в зоні аварії ЧАЕС за умов хронічного впливу, здатні пригнічувати ріст і розвиток рослин, про що свідчать показники структури урожаю.

Результати структурного аналізу рослин (табл. 3), вирощених на території зони відчуження ЧАЕС, показують, що хронічний вплив підвищеного радіаційного фону різної потужності, яка становила 4 млР/год (ПЗРВ “Підлісний”, ділянка № 1), 2 млР/год (ПЗРВ “Підлісний”, ділянка № 2) та 0,36 млР/год (ПЗРВ “Буряківка), призводить до зниження висоти рослин, продуктивної кущистості, зменшення кількості і маси зерна з колоса і рослини. Ступінь радіаційної депресії рослин озимої пшениці залежить від величини експозиційної дози опромінення на забруднених територіях.

Крім того, виявлена індивідуальна реакція різних генотипів озимої пшениці на хронічний вплив іонізуючого опромінення. Рослини сорту Донецька 48, які вирощувались в аналогічних із сортом Альбатрос одеський умовах, виявились більш чутливими до зміни потужності радіаційного фону.

Таблиця 3. Структурний аналіз рослин озимої пшениці сортів Альбатрос одеський і Донецька 48, вирощених у зоні відчуження ЧАЕС

Ознака	Альбатрос одеський	Донецька 48
	ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №1	ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №2	ПЗРВ „Буряківка”	ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №1	ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №2	ПЗРВ „Буряківка”
Висота рослин, см	69,70 ± 0,79	70,80 ± 1,04	79,80 ± 0,74**	67,10 ± 0,82*	71,20 ± 0,74	87,80 ± 0,72**
Загальна кущистість, шт.	2,20 ± 0,08	2,20 ± 0,14	3,80 ± 0,16**	2,10 ± 0,03*	2,30 ± 0,10	4,40 ± 0,17**
Продуктивна кущистість, шт.	1,80 ± 0,07	1,90 ± 0,11	3,10 ± 0,12**	1,60 ± 0,07	1,80 ± 0,09	3,50 ± 0,09**
Довжина головного колосу, см	6,50 ± 0,12	6,60 ± 0,10	8,10 ± 0,14**	6,20 ± 0,11*	6,70 ± 0,09	8,90 ± 0,11**
Кількість колосків у головному колосі, шт.	12,60 ± 0,20	12,70 ± 0,23	15,00 ± 0,21**	11,80 ± 0,25	12,40 ± 0,21	15,80 ± 0,21**
Кількість зерен у головному колосі, шт.	27,60 ± 0,84	29,40 ± 1,07	37,90 ± 1,06**	23,00 ± 0,72*	25,90 ± 0,65	35,10 ± 0,74**
Маса зерна з головного колоса, г	0,90 ± 0,04*	1,10 ± 0,04	1,10 ± 0,04	0,80 ± 0,03*	0,90 ± 0,03	1,00 ± 0,03**
Маса зерна з рослини, г	1,50 ± 0,08*	1,80 ± 0,13	2,70± 0,15**	1,20 ± 0,05*	1,40 ± 0,06	2,70 ± 0,15**
Маса 100 зерен, г	33,50 ± 0,65	34,50 ± 1,50	30,30 ± 1,25**	35,80 ± 0,85	34,00 ± 2,04	28,50 ± 0,65**

* - Різниця між варіантами „Підлісний” № 1 і „Підлісний” № 2 статистично достовірна при Р_0,05

** - Різниця між варіантами „Підлісний” № 1, „Підлісний” № 2 і варіантом „Буряківка” статистично достовірна при Р_0,05

Таким чином, хронічний вплив підвищеного радіаційного фону спричиняє депресію процесів росту і розвитку рослин, що зумовлює втрату їх продуктивного потенціалу. Прояв наслідків опромінення у наступних поколіннях рослин призводить до зниження урожайності та втрати сортової типовості озимої пшениці. мутація озимий пшениця радіонуклідний

ПРОЯВ ВІДДАЛЕНИХ ГЕНЕТИЧНИХ НАСЛІДКІВ ХРОНІЧНОЇ ДІЇ РАДІОНУКЛІДНИХ ЗАБРУДНЕНЬ В ПОКОЛІННІ М₂ - М₃

Будь-яке низькоінтенсивне опромінення в дозах, які перевищують еволюційно-природний рівень, змінює структуру популяцій тварин, рослин і мікроорганізмів, змінює їх відповідь на зовнішній вплив і взаємозв'язок з іншими популяціями. Таке опромінення, якщо воно зберігається протягом багатьох років, викликає численні генетичні зміни живих організмів, збільшує чутливість популяцій до багатьох інших пошкоджуючих факторів нерадіаційної природи (Яблоков, 2002).

Як показують результати низки досліджень, рівень радіаційного забруднення, спричинений аварією на ЧАЕС, є достатнім для суттєвого підвищення мутаційної мінливості озимої пшениці навіть у порівняно віддалених від джерела забруднення регіонах (Моргун, Логвиненко, 1995; Моргун, Логвиненко, Якимчук, 2001). Крім того, встановлена тенденція до збереження рівня мутагенезу, індукованого перебуванням рослин в умовах хронічного опромінення, у наступних поколіннях. Інтенсивність його хвилеподібно змінюється у часі, проте тенденції до спадання цього процесу не помічено (Гродзінський, 2001).

Вивчення частоти видимих мутацій озимої пшениці різних сортів, вирощених у зоні відчуження Чорнобильської АЕС, показало перевищення спонтанного рівня мутацій. У рослин озимої пшениці сорту Альбатрос одеський, вирощених на територіях зони відчуження ЧАЕС з різним рівнем радіоактивного забруднення частота видимих мутацій становила 3,78 - 10,87 %, що у 9,5 - 27,2 рази перевищує спонтанний рівень. У сорту Донецька 48 частота мутаційних змін коливалась в межах 5,35 - 5,61 %, тоді як спонтанний рівень мінливості не перевищував 0,6 %. (табл. 4).

Таблиця 4. Частота мутацій озимої пшениці в поколінні М₂ - М₃ за умов хронічної дії радіонуклідних забруднень

Сорт	Кількість вивчених сімей, шт.	Кількість мутантних сімей, шт.	Частота видимих мутацій, %
смт Глеваха, контроль
Альбатрос одеський	500	2	0,40 ± 0,28
Донецька 48	500	3	0,60 ± 0,35
ПЗРВ „Буряківка”
Альбатрос одеський	185	7	3,78 ± 1,40 **
Донецька 48	280	15	5,35 ± 1,35 *
ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №1
Альбатрос одеський	199	19	9,55 ± 2,08 *
Донецька 48	214	12	5,61 ± 1,57 *
ПЗРВ „Підлісний”, ділянка №2
Альбатрос одеський	184	20	10,87 ± 2,29 *
Донецька 48	180	10	5,56 ± 1,71 *

* Різниця з контролем статистично достовірна при Р_0,05

** Різниця між варіантами “Підлісний” №1, “Підлісний” №2 і варіантом “Буряківка”статистично достовірна при Р_0,05

Проаналізувавши результати стаціонарних досліджень, які були проведені у різні роки після аварії на ЧАЕС, відмічено, що тенденція до зниження рівня мутаційної мінливості не спостерігається: так частота видимих мутацій рослин озимої пшениці через 7 (Торяник, 1997), 13 (Якимчук, 2002) і 20 років після аварії знаходиться практично на однаковому рівні (Рис. 5).



Рис. 5. Частота видимих мутацій у рослин озимої пшениці сорту Альбатрос одеський, які зазнали хронічного опромінення в зоні відчуження ЧАЕС у різні поставарійні періоди

У досліджуваних сортів озимої пшениці виявлені мутаційні зміни висоти рослин, форми і структури колосу, тривалості вегетаційного періоду, частота яких, у більшості випадків, істотно перевищувала спонтанний рівень. Найбільш поширеними були характерні для радіаційного мутагенезу типи мутацій: “остистий/безостий колос”, “скверхедний колос”, “спельтоїдний колос”. Широкий спектр видимих мутацій свідчить про здатність низьких доз хронічної радіації спричиняти ураження різноманітних ділянок геному озимої пшениці.

Крім того, серед рослин сорту Альбатрос одеський були отримані оригінальні карликові форми. Поява карликових мутантів при спонтанному мутагенезі - досить рідкісне явище і має велике практичне значення. Такий тип мутації як карликовість може бути ефективно використаний в селекційній практиці як при доборі окремих мутантних ліній, так і в гібридизації як донор даної генетично-цінної ознаки.

Отже, хронічне опромінення від радіонуклідних забруднень Чорнобильського аварійного викиду викликає появу видимих мутацій з частотою, яка у декілька разів перевищує спонтанний рівень. Це говорить про те, що у популяціях рослин, ареалами зростання яких є радіоактивно забруднені території, спостерігається підвищення рівня мутаційної мінливості і, як наслідок, зростає ймовірність виникнення генетичних та інших порушень.

ВИСНОВКИ

1. Територія зони відчуження Чорнобильської АЕС, не дивлячись на тривалий поставарійний період залишається досить сильно забрудненою. Як показують результати радіохімічного аналізу, навіть через 20 років після аварії сумарна питома активність радіоізотопів у ґрунті перевищує природний рівень у 26,5 - 2782,1 рази. Значне хронічне опромінення викликає появу низки генетичних порушень, в тому числі на хромосомному рівні.

2. Радіонуклідні забруднення ґрунту за умов пролонгованого впливу на насіння озимої пшениці різних сортів індукують підвищений рівень хромосомних аберацій. Частота хромосомних порушень у сорту Альбатрос одеський перевищувала контрольний варіант у 1,8 - 4,3 рази, у сорту Донецька 48 - 1,9 - 5,3 рази.

3. Хронічне опромінення рослин за типом гамма поля в зоні відчуження ЧАЕС викликає появу хромосомних аберацій, частота яких у сорту Альбатрос одеський коливається в межах 0,97 - 2,18 %, а у сорту Донецька 48 знаходиться на рівні 1,22 - 2,26 %, тоді як спонтанний рівень хромосомних порушень відповідно не перевищує 0,37 і 0,46%.

4. Радіонуклідні забруднення за умов пролонгованого і хронічного впливу здатні індукувати широкий спектр хромосомних аберацій. Зафіксовано появу одиночних і парних фрагментів, хромосомних і хроматидних мостів, відстаючих хромосом, мікроядер. Серед виявлених типів аберацій переважали хромосомні і хроматидні мости та парні фрагменти.

5. Незважаючи на 20 річний період після аварії, зона відчуження ЧАЕС є мало придатною для вирощування рослин. Хронічний вплив підвищеного радіаційного фону спричиняє депресію процесів росту і розвитку рослин: зниження висоти рослин, продуктивної кущистості, зменшення кількості і маси зерна з колоса і рослини. Рівень радіаційної депресії залежить від потужності експозиційної дози радіації. Прояв наслідків іонізуючого опромінення в наступних поколіннях призводить до зниження урожайності та втрати сортової типовості рослин.

6. Виявлено високу генетичну активність радіоактивних забруднень в зоні відчуження ЧАЕС. Хронічна дія іонізуючої радіації викликає появу видимих мутацій з частотою, яка у сорту Альбатрос одеський перевищує спонтанний рівень у 9,5 - 27,2 рази. Частота видимих мутацій у опромінених рослин сорту Донецька 48 коливається в межах 5,35 - 5,61 %, при спонтанному рівні - 0,6 %.

7. Навіть через 20 років після аварії на ЧАЕС частота видимих мутацій у рослин озимої пшениці за умов хронічного радіаційного впливу значно перевищує спонтанний рівень мінливості. Крім того, не спостерігається тенденція до зниження рівня мутаційної мінливості: частота видимих мутацій рослин озимої пшениці через 7, 13, 20 років після аварії знаходиться практично на одному рівні.

8. Хронічне опромінення від радіонуклідних забруднень в зоні відчуження ЧАЕС істотно впливає на спадкову мінливість рослин озимої пшениці, про що свідчить широкий спектр видимих мутацій: зміни висоти рослин, форми і структури колосу, тривалості вегетаційного періоду. Серед отриманих мутантів виділено ряд форм, які мають господарсько-цінні ознаки: ранньостиглість, короткостебловість, що дозволяє ефективно використовувати їх в селекційній практиці для створення нових форм озимої пшениці.

9. Підвищений рівень мутаційної мінливості в зоні відчуження Чорнобильської АЕС свідчить про генетичну небезпеку для живих організмів хронічного впливу іонізуючого опромінення. Тому необхідно кардинально розширити рамки наукових досліджень, що ведуться навколо Чорнобиля. Вони мають стати комплексними, охопити не тільки фізико-технічні, але й медичні, біологічні, екологічні аспекти цього питання.

ОСНОВНІ РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Братущак С.П., Моргун В.В. Частота і спектр хромосомних аберацій за умов пролонгованої дії радіонуклідних забруднень ґрунту на пунктах захоронення радіоактивних відходів в зоні аварії Чорнобильської АЕС // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Біологія. - 2006. - вип. 18. - С. 90-96.

2. Братущак С.П. Цитогенетична активність радіонуклідних забруднень Чорнобильського аварійного викиду за умов пролонгованого і хронічного впливу на насіння озимої пшениці // Физиология и биохимия культ. растений. - 2007. - Т.39, №3. - С. 225-232.

3. Братущак С.П. Вплив хронічного опромінення на елементи продуктивності рослин озимої пшениці в зоні відчуження Чорнобильської АЕС // Вісник Харківського національного аграрного університету. Серія Біологія. - 2007. - вип.2 (11). - С. 100-105.

4. Братущак С.П., Моргун В.В. Цитогенетичний моніторинг хромосомних порушень у клітинах кореневих апексів пшениці, індукованих радіонуклідними забрудненнями чорнобильського аварійного викиду за різних умов впливу // Вісник Харківського національного аграрного університету. Серія Біологія. - 2007. - вип.3 (12). - С. 76-81.

5. Якимчук Р.А., Братущак С.П. Підвищення спонтанного мутаційного рівня, як наслідок зростаючого забруднення довкілля // Наукові записки екологічної лабораторії УДПУ. - 2007. - Вип. 10. - С. 155-162.

6. Братущак С.П. Цитогенетичний аналіз хромосомних аберацій, індукованих радіонуклідними забрудненнями зони відчуження ЧАЕС // Екологічні проблеми сталого розвитку агросфери в умовах реформування земельних відносин та шляхи раціонального використання і охорони земель: Матеріали міжнарод. конф. студентів та аспірантів, Харків, 4-7 жовтня 2005: Тези доповідей. - 2005. - С. 116-117.

7. Братущак С.П. Проблеми міграційного впливу радіонуклідних забруднень на генетичні процеси у рослин, вегетуючих в зоні аварії Чорнобильської АЕС // Сучасні проблеми фізіології рослин і біотехнології: Конференція молодих вчених, Ужгород, 1-3 грудня 2005: Тези доповідей. - 2005. - С. 20-22.

8. Братущак С.П., Моргун В.В. Хромосомна нестабільність як тест-система оцінки радіобіологічних ефектів іонізуючого опромінення від радіонуклідних забруднень чорнобильського аварійного викиду // Матеріали міжнар. наук. конф. “Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (Донецьк, 24-26 вересня 2007 р.). - Донецьк, 2007. - С. 61-66.

9. Братущак С.П. Генетична активність радіонуклідних забруднень в зоні відчуження Чорнобильської АЕС через 20 років після аварії // Матеріали десятої конференції молодих вчених: “Сучасний стан та пріоритети розвитку фізіології рослин, генетики та біотехнології” (Київ, 25-26 жовтня 2007 р.). - Київ, 2007. - С. 110-111.

10. Братущак С. Ріст і розвиток рослин озимої пшениці на радіоактивно забруднених територіях ближньої зони ЧАЕС // Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти: ІІІ міжнар. конф., Львів, 4-6 жовтня 2007: Збірник тез. - 2007. - С. 204.

11. Morgun V.V., Yakimchuk R.A., Bratuschak S.P. Cytogenetic indexes of chromosome instability under the prolonged and chronic influence of radionuclide contamination in long terms the Chernobyl nuclear power plant crash // The 35^th Annual Meeting of the European Radiation Research Society The 4^th Annual Meeting of the Ukrainian Society for Radiation Biology, 22^nd to 25^th August 2006 Kyiv, Ukraine: Programme & Abstracts. - Kyiv, 2006. - Р.41.

АНОТАЦІЯ

Братущак С.П. Мутаційна мінливість озимої пшениці за умов хронічної дії радіонуклідних забруднень в зоні аварії Чорнобильської АЕС. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 - генетика. - Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України, Київ, 2009.

Дисертаційна робота присвячена вивченню віддалених генетичних наслідків аварії на ЧАЕС.

За даними радіохімічного аналізу виявлено, що вміст радіонуклідів у ґрунтах зони відчуження ЧАЕС за своєю сумарною питомою активністю перевищує природний рівень у 26,6 - 2782,1 рази. Пролонгований вплив радіонуклідних забруднень спричиняє виникнення хромосомних порушень, частота яких у 1,8 - 5,3 рази перевищує спонтанний рівень. За умов хронічного впливу радіоізотопів частота хромосомних аберацій коливається в межах 0,97 - 2,26 %, при спонтанному рівні 0,37 - 0,46 %.

Встановлено, що радіонуклідні забруднення за умов пролонгованого і хронічного впливу здатні індукувати широкий спектр хромосомних аберацій. Зафіксовано появу одиночних і парних фрагментів, хромосомних і хроматидних мостів, відстаючих хромосом, мікроядер.

Доведено, що радіоактивне опромінення зони відчуження Чорнобильської АЕС істотно впливає на спадкову мінливість живих організмів. Частота видимих мутацій у рослин озимої пшениці у 9,5 - 27,2 рази перевищує спонтанний рівень. Серед отриманих мутантів виділено ряд форм, які мають господарсько-цінні ознаки: ранньостиглість, короткостебловість.

Ключові слова: озима пшениця (Triticum aestivum L.), зона відчуження ЧАЕС, радіонуклідні забруднення, мутаційна мінливість, хромосомні аберації, видимі мутації, хронічна і пролонгована дія радіації, генетична активність.

АННОТАЦИЯ

Братущак С.П. Мутационная изменчивость озимой пшеницы при условиях хронического воздействия радионуклидных загрязнений в зоне аварии Чернобыльской АЭС. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. - Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев, 2009.

Диссертационная работа посвящена изучению отдаленных генетических последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Установлено, что территория зоны отчуждения Чернобыльской АЭС спустя 20 лет после аварии остается достаточно сильно загрязненной. Состав радионуклидов в почвах зоны отчуждения по своей суммарной активности превышают природный уровень в 26,6 - 2782,1 раза. Пролонгированное влияние радионуклидных загрязнений почвы из Чернобыльской зоны отчуждения на семена озимой пшеницы разных генотипов индуцирует появление хромосомных нарушений, частота которых в 1,8 - 5,3 раза превышает спонтанный уровень. При условии хронического воздействия радионуклидных загрязнений Чернобыльского аварийного выброса частота хромосомных аберраций колеблется в пределах 0,97 - 2,26 %, при спонтанном уровне 0,37 - 0,46 %.

Определено, что радионуклиды в зоне отчуждения ЧАЭС при условии пролонгированного и хронического влияния индуцируют широкий спектр хромосомных нарушений. Зафиксировано появление единичных и парных фрагментов, хромосомных и хроматидных мостов, отстающих хромосом, микроядер. Среди изученных типов хромосомных аномалий доминировали хромосомные и хроматидные мосты, а также парные фрагменты.

Доказано, что радиоактивное излучение на территориях зоны отчуждения Чернобыльской АЭС существенно влияет на наследственную изменчивость живых организмов. Частота видимых мутаций у растений озимой пшеницы в 9,5 - 27,2 раза превышает спонтанный уровень. Среди полученных мутантов отобраны ряд форм, которые имеют хозяйственно-ценные признаки: раннеспелость, короткостебельность, что позволяет использовать их в селекционной практике как источник ценного генетического материала.

Проявление последствий ионизирующего облучения в последующих поколениях приводит к потере продуктивности и сортовой типичности (гомозиготности) культурных растений, что ставит под сомнения использование загрязненных радионуклидами территорий в хозяйственных целях.

Ключевые слова: озимая пшеница (Triticum aestivum L.), зона отчуждения ЧАЭС, радионуклидные загрязнения, мутационная изменчивость, хромосомные аберрации, видимые мутации, хроническое и пролонгированное действие радиации, генетическая активность.

SUMMARY

Bratuschak S.P. Mutation variability of winter wheat under the chronic action of radionuclide contamination in Chornobyl NPP accident area. - Manuscript.

Dissertation for the candidate of biological sciences degree in speciality 03.00.15 - genetics. - Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2009.

Dissertation covers the study of distant genetic consequences of Chornobyl NPP accident.

It was established that radionuclide contents in soils of alienation area by its total specific activity exceeds the natural level in 26.6 - 2782.1 times. Prolonged influence of radionuclide contamination originates chromosomal abnormalities, which frequency is higher than the spontaneous one in 1.8 - 5.3 times. Under the conditions of chronic action of radioactive isotopes the frequency of chromosomal aberrations varies within the 0.97 - 2.26 %, while at spontaneous level - 0.37 - 0.46 %.

It was revealed that radionuclide contamination under the prolonged and chronic actions induces wide range of chromosomal aberrations. The appearance of single and paired fragments, chromosomal and chromatid bridges, lagged chromosomes, micronucleuses was observed.

The results obtained have proved that radioactive irradiation of the alienation area of Chornobyl NPP had a considerable influence on the genetic variations of living organisms. The frequency of visible mutations of winter wheat plants exceeds the spontaneous one in 9.5 - 27.2 times. Among the mutants obtained the number of forms with economically valuable signs like early ripeness and short stems were selected.

Key words: winter wheat (Triticum aestivum L.), alienation area of CNPP, radionuclide contamination, mutation activity, variability, chromosomal aberrations, visible mutations, chronic and prolonged action of radiation, genetic activity.

Размещено на Allbest.ru

...