Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии
Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.
Лекция 5-6. Механизм взаимодействия ионизирующего излучения с биологической тканью
5. Радиочувствительность растений и факторы ее определяющие
Конечным результатом действия радиации на клетки и ткани
живого организма являются различные патологические реакции. Степень лучевого
поражения зависит от дозы и длительности облучения.
Под радиочувствительностью понимают степень
нарушения различных процессов или поражения тканей и организма в целом при
одной и той же дозе облучения.
При хроническом облучении общая доза растягивается на
длительный период. А если та же общая доза занимает короткий промежуток
времени, говорят об остром облучении. Повреждение растений и животных при таком
облучении обычно наступает при меньших дозах, чем при хроническом облучении.
Так, сильное угнетение вегетации растений наблюдается при остром облучении в 30
раз меньшем, чем при хроническом, а гибель организмов происходит в 15 раз чаще.
При хроническом облучении важное значение имеет общая доза,
накопленная за митотический цикл, продолжительность которого тесно связана с
температурой окружающей среды. При более высокой температуре клетки делятся
интенсивнее, поэтому длительность митоза и общая хроническая доза изменяются.
Существенную роль в развитии лучевых поражений играет также
и мощность поглощенной дозы облучения. Это та доза, которую
поглощает тот или иной организм за единицу времени.
Так, доза 40 кР при мощности 5-10 рентген в минуту у пшеницы
и ячменя практически не повлияли на рост растений, а гамма-облучение мощностью
50 Р/мин вызывает резкое торможение вегетации.
Радиочувствительность растений различных видов,
разновидностей и сортов может различаться в 100 и более раз. При этом наиболее
молодые в филогенетическом отношении формы более устойчивы, чем эволюционно
старые.
Степень поражения тканей и организма в целом зависит от
многих факторов, которые подразделяются на три группы:
1) генетические; 2) физиологические и 3) паратипические.
К числу первых относятся видовые и сортовые особенности
растений, которые определяются размерами ядер, числом хромосом и количеством
ДНК. Наиболее надежным показателем радиочувствительности служит отношение
объема ядра в расчете на одну хромосому (объем хромосомы).
Чем эта величина больше, тем радиочувствительность меньше.
Поэтому на устойчивость растений к действию радиации влияет степень их
полиплоидности: более чувствительными являются три- и тетраплоидные формы, а
менее – диплоидные.
К физиологическим относятся фазы и стадии роста
растений в период облучения, скорость вегетации и уровень обмена веществ. При
остром облучении зависимость радиочувствительности от скорости митоза, а значит
и роста организма, подчиняется действию закона Ж.Бергонье - Л.Трибондо.
Растения при остром облучении обладают повышенной
радиочувствительностью в стадиях наиболее интенсивного роста. А при хроническом
облучении проявляется обратная зависимость: чем выше интенсивность роста, тем
меньше тяжесть лучевого поражения. Быстро делящиеся клетки поглощают за время
одного акта клеточного цикла деления меньшую дозу и повреждаются слабее.
Поэтому любой фактор, приводящий к увеличению продолжительности митоза или
мейоза, усиливает радиационное поражение, вызывая рост частоты хромосомных
перестроек под действием облучения, и в большей степени угнетает рост и развитие
растительного организма.
К факторам внешней среды относятся
погодно-климатические условия в период облучения, минеральный состав и
плодородие различных видов почв и ряд других.
К общим критериям радиочувствительности растений
относятся:
1) степень подавления митоза (мейоза);
2) процент поврежденных клеток при первом делении;
3) число хромосомных перестроек на одну клетку;
4) процент всхожести семян;
5) депрессии роста и развития растения;
6) радиоморфозы;
7) процент хлорофильных мутаций;
8) выживаемость растений;
9) урожайность.
Количественная оценка радиочувствительности растений по
критерию выживаемости устанавливается по показателям ЛД50,
ЛД70 и ЛД100. Это
величины доз, при которых погибает 50, 70 или 100% из числа облученных
объектов.
В процессе роста радиочувствительность растений меняется.
Считается, что к наиболее чувствительным периодам относятся прорастание семян и
переход растения от вегетативного состояния к генеративному, когда
закладываются органы плодоношения.
Злаковые культуры более радиочувствительны в фазы выхода в
трубку, кущения и колошения. Зерновые бобовые наиболее чувствительны в период
бутонизации, а самое резкое снижение урожайности овощных культур и картофеля
наблюдается при их облучении в период появления всходов.
В целом растения наиболее устойчивы к действию радиации в
период созревания и физиологического покоя семян. При облучении растений в
период от всходов до начала цветения урожай снижается на 50% при следующих
дозах:
1) горох и озимая рожь – 2 кР;
2) пшеница, ячмень, горох, подсолнечник – 3 кР;
3) гречиха, просо, томаты – 5 кР;
4) лен – 10 кР;
5) картофель – 15 кР;
6) сахарная свекла, турнепс – 20 кР;
7) капуста, морковь, столовая свекла – 25 кР.
Различия касаются не только разных культур, но и сортов
одного и того же вида. При этом сортовая радиочувствительность может отличаться
от полутора до пятнадцати раз. Сорта твердой пшеницы отличаются более высокой
чувствительностью к радиации, чем сорта мягкой. Например, наиболее устойчивым у
пшеницы является сорт Краснозёрная.
Из сортов гороха можно выделить Торсдаг, Немчиновский
и Капитал. Из сортов картофеля наибольшей чувствительностью обладает Белорусский
ранний, а наименьшей - сорт Лорх, хотя относительно высокая средняя
урожайность последнего делает эти различия в хозяйственном плане
незначительными.
|