close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

837

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л-зй9#?
ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОМИССИЯ
ПО ПРОДОВОЛЬСТВИЮ
И ЗАКУПКАМ ПРИ СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ
На правах рукописи
СЕМЕРДЖЯН
Сурен Петросовнч
УДК 577.391/581.1
РАДИОБИОЛОГИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ
(Экспериментальные и прикладные исследования)
03.00.01 — радиобиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Обнинск— 1989
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-ла л ЛДгЛ&
Работа выполнена в научно-исс/^и земледелия АрмССР.
}• у
f
/rf?jt///
Официальные оппонентi!i.
- s
v.
-»'
' *'"
доктор биологических наук, профессор Н. Ф. Батыгин —
Агрофизический НИИ ВАСХНИЛ (г. Ленинград)
доктор биологических наук, профессор В. И. Корогодин —
Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна)
доктор биологических наук Ю. А. Кутлахмедов — Институт
ботаники им. Н. Г. Холодного АН УССР (г. Киев)
Ведущая организация:
Кишиневский сельскохозяйственный институт
им. М. В. Фрунзе
Защита диссертации состоится «» 7 >>&Ч&{ЧЦЯ. 1990 го­
да в . ' / . часов на заседании Специализированного совета
Д 120.81.01 при Всесоюзном научно-исследовательском ин­
ституте сельскохозяйственной радиологии Госкомиссии по
продовольствию и закупкам при Совете Министров СССР
по адресу: г. Москва, Волков пер., 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Все­
союзного научно-исследовательского института сельскохозяй­
ственной радиологии.
Отзывы просьба направлять по адресу: 249020, г. Об- t
нинск. Калужской области, ВНИИСХР, Специализировал^,'
liufi совет Д 120.81.01.
'".^
Автореферат разослан « ^ > ^С^Ш>^*^~Ученый секретарь
Специализированного совета,
кандидат биологических наук
1989 года.
Н. И. Санжарова
»
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Изучение механизмов радиочувствительнос­
ти клеток, тканей и целых организмов в связи с бурным ростом приме­
нения радиоактивных изотопов и ионизирующих излучении в производст­
венной и научной деятельности человека остается одной из наиболее
актуальных задач современной радиобиология. В настоящее время уста­
новлено, что радиочувствительность является генетически детерминиро­
ванным признаком, а каждой клетке и организму присуща видоспецифичная норма реакции на действие ионизирунцего излучения. Вместе с тем,
размах нормы реакции этого признака зачастую оказывается весьма зна­
чительным, что и обуславливает широкое варьирование радиочувстви­
тельности различных организмов при действии разнообразных модифицируидих факторов физической и химической природа. Иными словами, по­
мимо генетически детерминированной видовой радиоустойчивости можно
выделить ряд модифицирующих факторов эндогенной и экзогенной приро­
ды, в значительной степени обусловливающих фенотипическое варьирова­
ние радиоустойчивости клеток и организмов. Анализ механизмов дейст­
вия сопутствующих облучению факторов на формирование уровня радиоус­
тойчивости позволяет выявить основные этапы лучевого поражения на
физико-химическом и биологическом уровнях.
Следует отметить, что в обширной литературе по проблеме радио­
чувствительности организмов практически отсутствуют работы, позволя­
ющие в более или менее полной степени объяснить роль эндогенных и
экзогенных факторов в формировании радиоустойчивости биологических
систем. В ранних работах механизмы радиоустойчивости сводились к к а ­
кому-либо одному фактору, что, в конечном итоге, привело к появлению
большого количества альтернативных теорий и гипотез, зачастую взаим­
но исключающих друг друга. В связи с этим не вызывает сомнений, что
для выявления достаточно полной картины формирования феномена радио­
устойчивости необходимо проведение комплексных исследовании, учиты­
вающих, наряду с генетически детерминированной компонентой, влияние
широкого круга эндогенных и экзогенных модифицирующих факторов физи­
ческой и химической природы.
В настоящем исследовании в качестве основных объектов использо­
вали проростки и покоящиеся семена растений. Преимущества указанных
объектов связаны с тем, что проростки, благодаря небольшим размерам
и относительно высокой радиочувствительности, можно облучать в р а з -
|'"
ЦЕНТРАЛЬНАЯ
~1
НАУЧНАЯ С13Л:!ОТЕКА {
Моск. сздьс-тохэ.) а-гаде.-лм i
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 2 личных условиях окружающей среды и анализировать на репрезентативных
выборках модификационную изменчивость генетически детерминированного
признака радиоустойчивости. Покоящиеся семена, благодаря крайне за­
медленному метаболизму и отсутствию гуморальной регуляции, являются
незаменимой экспериментальной системой для исследования влияния влаж­
ности, температурного режима, эффекта хранения, газового состава ат­
мосферы, радиопротекторов и радиосенсибилизаторов как в момент облу­
чения, так и на разных этапах пострадиационного восстановления. Более
того, в зародышах и эндосперме можно раздельно оценить количество ин­
дуцированных облучением свободных радикалов, эндогенных радиопротек­
торов и радиосенсибилизаторов. Именно использование покоящихся семян
позволяет отделить во времен первичные процессы поглощения энергии
ионизирующего излучения от последующих событий пострадиационного вос­
становления, начинающихся лишь в процессе замачивания и прорастания
семян.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является ком­
плексное изучение роли эндогенных и экзогенных факторов в модифика­
ции генетически детерминированной радиоустойчивости семян и пророст­
ков сельскохозяйственных растений, для достижения указанной цели не­
обходимо решить следующие конкретные задачи:
1. Провести систематическое изучение соотношения генотипической
и модификационной изменчивости радиоустойчивости пшеницы в зависимос­
ти от сортовой принадлежности, пловдности, срока хранения, биохими­
ческого состава, крупности и влажности семян.
2. Охарактеризовать районированные в АрмССР сорта шеницы по
уровню радиоустойчивости семян в зависимости от агроклиматических
условий их репродукции.
3. Исследовать сравнительную радиоустойчивость семян и пророст­
ков полиплоидных форм шеницы и тритикале с учетом содержания сульфгидрильных групп в зародышах и меристематических тканях.
4. Провести цитогенетический анализ частоты спонтанных аберра­
ций хромосом, количества свободных радикалов и роли газового соста­
ва атмосферы в модификации радиочувствительности семян в процессе их
хранения.
5. Провести исследование зависимости радиоустойчивости семян
от их размера, влажности и газового состава атмосферы в период пост­
радиационного восстановления.
6. Исследовать роль эндогенных радиопротекторов (количество
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 3 сульфгидрильных групп, белков, аминокислот, активность липоксигеназы) и радиосенсибилизаторов (уровень эндогенных хинонов) в механиз­
ме модификации радиоустойчивости семян и растений.
7. Оценить вклад процессов пострадиационного восстановления
онтогенетических повреждений клеток в формирование дифференциальной
радиоустойчивости растений.
8. Разработать теоретические основы и практические приемы реа­
лизации предпосевного облучения семян овощных и кормовых сельскохо­
зяйственна культур малыми дозами ионизирующих излучений и провести
апробацию метода в условиях Араратской долины АрмССР.
Научная новизна. В настоящей работе впервые проведено комплекс­
ное систематическое исследование роли эндогенных и экзогенных факто­
ров физической и химической природы в модификации гештически детер­
минированной радиоустойчивости семян и проростков сельскохозяйствен­
ных культур, позволившее выявить ранее не известные факты и сформу­
лировать принципиально важные положения о механизме формирования
дифференциальной радиоустойчивости организмов, которые выносятся на
- экспериментально определены параметры радиоустойчивости райониро­
ванных сортов пшеницы с учетом экологических условий репродукции се­
мян в основных агроклиматических зонах АрмССР;
- в полиплоидном ряду шеницы различия по радиоустойчивости наблюдаются только на стадии покоящихся семян и нивелируются при их прорас­
тании. На основании данных по сравнительной радиоустойчивости про­
ростков, сухих и набухших семян, а также по содержанию сульфгидриль­
ных соединений в зародыше и меристемной ткани показано, что число
элементарных геномов не является единственным фактором, детерминиру­
ющим уровень видовой радиоустойчивости;
- наг растительных объектах теоретически обоснована и эксперименталь­
но подтверждена сульфгидрильная гипотеза радиоустойчивости биологи­
ческих систем. Показано неравномерное распределение сульфгидрильных
групп в анатомических структурах семени, основное количество которых
находится в зародыше и коррелирует с уровнем радиоустойчивости семян;
- уровень кислородного эффекта зависит от газового состава атмосферы
в момент облучения. При отсутствии кислорода в момент облучения кис­
лородное последействие выражено в большей степени;
- определяющим фактором реализации лучевых повреждений в пострадиа­
ционный период является относительная влажность атмосферы хранения
семян;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 4 - в пределах сортовой популяции пшеницы фракции крупных и шлких се­
мян достоверно различаются по уровням радиоустойчивости. Определяю­
щими факторами при этом являются: а) соотношение массы эндосперма и
зародыша, содержание белка в эндосперме, гистидина, аргинина, глютаминовой кислоты, цистина и пролина в эндосперме и пролина в зароды­
ше, активность и изоферментныи состав липоксигеназы, а тапке уровень
индуцированных облучением радиотоксинов хиноидной природы в тканях
проростков; б) различия в элиминации первичных цитогенетических пов­
реждений на физико-химическом уровне и в процессе репарации делящих­
ся т е т о к корневой меристемы в первом пострадиационном митозе;
- теоретические основы и режимы предпосевной обработки семян овощных
и кормовых культур с учетом комплекса модифицирующих радиоустойчивооть факторов для получения стабильно воспроизводимых результатов
радиационной отимуляции продуктивности растений в условиях Араратс­
кой долины АрмССР.
199ВЗДИЧ90КаЯ Л ДаКШескаЯ .анаЧИМОМЬ. Теоретическое значение
проведенных исследований заключается в том, что впервые получен боль­
шой массив экспериментальных данных, позволяющий выявить новые зако­
номерности и расширить представления о генетических и физиолого-биохимических механизмах формирования радиоустойчивости семян и пророст­
ков сельскохозяйственных растений. Радиоустойчивость растений опреде­
ляется взаимодействием генетических и модификационных факторов, вклю­
чающих структурную организацию генома, физиологическое состояние ор­
ганизма в момент облучения, содержание таких биологически активных
соединений, как белки и белковые фракции, аминокислотный состав, ак­
тивность и изоферментныи состав липоксигеназы, уровни сульфгидрильных соединений, свободных радикалов и хинонов в зародыше, эндосперме
и меристемной ткани в пострадиационный период. Полученные результа­
ты позволяют количественно оценить вклад различных эндогенных и эк­
зогенных факторов в формирование дифференциальной радиоустойчивости
семян и проростков.
Разработанная радиобиологическая модель крупных и мелких семян
в пределах сортовой популяции вида позволяет на генетически однород­
ном материале оценить взаимодействие комплекса модифицирующих факто­
ров, контролирование которых является необходимой предпосылкой для
получения стабильно воспроизводимых результатов в радиационно-биологических исследованиях и технологических процессах.
Приоритетными являются также результаты экспериментов по изуче­
нию индивидуальной радиоустойчивости проростков пшеницы и выявление
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 5 тесной коррелятивной связи с такими важными биологическими парамет­
рами, какими являются митотическая активность клеток меристемы, объ­
ем интерфазных ядер-и содержание эндогенных белковых сульфгидрильных
соединений в клетках меристемы. Показана, что в пределах вида корре­
ляция между митотической активностью, объемом интерфазных ядер и ра­
диоустойчивостью отсутствует, однако между содержанием белковых
сульфгидрильных групп и радиоустойчивостыо выявляется. Этот резуль­
тат является первым подтверждением на примере растительных объектов
сульфгидрильной гипотезы радиоустойчиарсти биологических систем.
В работе проведена экспериментальная проверка и обсуждается
возможность и перспективность внедрения в производство метода предпооевного облучения сешн овощных и кормовых культур в условиях отк­
рытого и защищенного грунта. Эффективность разработанных методов
предпооевнаго облучения семян подтверждена соответствующими актами
производственных испытаний. Решением Коллегия Миниотеротва оельокого хозяйотва АрмССР от 30 июля 1979 года (постановление Я 10/5) ме­
тод предпооевного облучения семян овощных культур рекомендовав для
использования в овощеводческих хозяйствах реопублики.
^WXfoTlflff ци"^туи»тт- п " ипт "" п положения дисоертационной работы
были доложены на П и Ш Международных симпозиумах "Первичные я началь­
ные механизмы действия радиации на клетку"(Ереван, 1968, 1975), на
Международном симпозиуме "Атмоофера-88" (Ереван, 1988), на I Научнопрактической конференции по применению язотов и ионизирупцих излуче­
ний в сельском хозяйстве (Кишинев, 1970), на П Всесоюзном симпозиуме
по радиобиологии растений (Ташкент, 1971), на Всесоюзном симпозиуме
по радиационной генетике (Звенигород, 1975), на Симпозиуме по сельс­
кохозяйственной радиобиологии (Кишинев, 1976), на Всесоюзном совеща­
нии "Сиотемы, определяпцие радиорезистентность растений" (Киев, 1977),
на Всесоюзном симпозиуме "Роль я механизмы дейотвяя бнологнчеокя ак­
тивных соединений в хшма-обдученном организме" (Пущине, 1978), ва
Всесоюзных конференциях "Радиочувствительность я процессы восстанов­
ления у животных и растений" (Ташкент, 1979), "Теоретические основы
противолучевой защиты и принципы изыскания новых радиопротекторов"
(Свердловок, 1930), на I Воеооюэной конференции по прикладной радио­
биологии (Кишинев, 1981), на 17 Всесоюзном симпозиуме "Роль первич­
ных и начальных процессов в проявления основных радиобиологических
реакций'' (Ереван, 1982), на Всесоюзном симпозиуме "Модификация луче­
вого поражения растений" (Чернигов, 1963), на П Всесоюзной юнференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинок, 1984), ва Воеооюз-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 6 -
ном рабочем совещании "Модификация радиочувствительности биологичес­
ких объектов и ее значение для практики" (Эчмиадзин, 1965), на научно-координапдонном совещании "Использование физических факторов для
обработки семян и посадочного материала" (Рязань, 1986), на Всесоюз­
ном совещании "Пострадиационное восстановление у растений" (Паланга,
1987), на Ш традиционном симпозиуме по современным проблемам биологии,
посвященном памяти Н.В.Тимофеева-Ресовского (Нор-Амберд, 1989), на
Научной сессии НИИ земледелия Закавказских республик, ^освященной
100-летию со дня рождения В.И.Ленина (Мцхета, 1969), на Закавказском
симпозиуме по биологии шеницы (Эчмиадзин, 1976), на П Закавказской
конференции по применение изотопов и ионизирующих. излучений в сельс­
ком хозяйстве (Тбилиси, 1933), на Ш Съезде Армянского общества г е н е ­
тиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (Ереван, 1976) и на Ш Респуб­
ликанской научной сессии по вопросам биофизики1 (Ереван, 1982), а так­
же представлены на I Всесоюзном радиобиологическом съезде (Москва,
1989).
Щ&шаджв. Основные результаты исследований изложены в 56 публи­
кациях, в т . ч . в 32 статьях.
дтруятура и объем тзаботы. Диссертация состоит из введения, о б з о ­
ра литературы, описания материалов я методов исследования, трех зкс-„
периментальных глав, заключения и основных выводов. Работа изложена
на 345 страницах машинописного текста, содержит 83 таблицы и 28 ри­
сунков. Список литературы содержит 534 оригинальных источника.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Основными объектами исследований служили кондиционные семена и
цророотки конских бобов, различных оортов и полиплоидных форм ш е н и ­
цы, районированных в АрмССР оортов томатов, огурцов и люцерны. Вое
опыты проведены при отрогом контролировании влажности семян. Фракцио­
нирование оемян проводили о помощью специальных калибровочных сит.
Намачивание, проращивание и фиксацию материала проводили стандартны­
ми методами. Частоту клеток о аберрациями хромосом определяли цнтогенетнческнм методом в анафазах иди ранних телофазах 1-го пострадиаци­
онного митоза в клетках меристемы.
Источником ионизирующего излучения служили рентгеновский аппа­
рат РУМ-11, а также установки ГУТ-400 и ГУБЭ-33 ( ^ С о ) . Радиобиологи­
ческий эффект оценивали по подавлению роста проростков и частоте абер­
раций хромооом. По кривым доза-эффект находили дозы, приводящие к
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 7оШ-ному ингибированию роота 7-инсуточных пророотков (ВД50/7)• * Д°~
зы, вызыващие в 50% делящихся клеток аберрации хронооои при прохож­
дении 1-го митотического цикла ( % Q ) .
Пострадиационное восстановление клеток от первичных патогенети­
ческих поврехдений оценивали по изменению кривых время-эффект с уче­
том действия экспериментально моделируемых модифицирующих факторов.
С целью изучения механизмов модификации радиоуотойчивоотж семян
и проростков применяли общепринятые биохимические теотн для количест­
венного определения белков я их фракционного состава, аминокислот,
белковых и кислоторастворимых оульфгидрильных групп, хияонов и фермен­
тов.
Вое экспериментальные данные подвергнуты статистичэской обработ­
ке (Рокецкий, 1964; Урбах, 1968).
I. Роль эадогэаад Фишмв в отададит шаэтттетпитшипот». ишш
и в а а а ш й . Известно, что радиочувствительность оемян ж вегеярующих растений варьирует в широком диапазоне, причем редиоуотойчивость
оемян по сравнению о вега тирующими растениями одного и того же вида
оказваетоя, как правило, на порядок и более высокой. Наряду о сущест­
вованием межвидового радиационного полиморфизма, различия в уровнях
радиоуотойчивости оемян выявляются также в пределах одного вида, меж- .
ду сортами и индивидуумами в пределах популяции. В этой связи предотавляло интерес изучить радиочувствительность сортов шеницы, возделыва­
емых в условиях Армении. На основании лабораторных, вегетационных и
полевых опытов районированные сорта была разделены на радиоуотойчжвую
(Эритролеукон 12, Бгварди 4 , Безостая I ) , ореднвчувотвнтельную (Арташати 42, Кангун 20, Шираки I ) и радиочувствительную (Кармир
Слфаат, Мироновская 808) грушш. В этой серии исследований радиочувст­
вительность сортов оценивалась по комплексу признаков, учитываемых от
начала прорастания семян до плодоношения растений. Следует отметить,
что различия в радиоустойчивости сортов наиболее четко выявляются на
ранних стадиях развития растений и нивелируются на более поздних эта­
пах онтогенеза.
Извеотно, что устойчивость растений к действию неблагоприятных
факторов в значительной степени определяется условиями выращивания.
В ряде исследований показано (Нуждин и д р . , 1967; Янушкевич, 1961),
что семена, репродуцированные в разных географических зонах, облада­
ют неодинаковой чувствительностью к ионизируют» излучениям. Ландшафт
Армении характеризуется вертикальной зональностью, что позволяет на
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 8 сравнительно небольшой территории выращивать семена в крайне отлича1ЩИ0Я УСЛОВИЯХ.
Элита ооадавалась индивидуально-семейным отбором с двухкратной
проверкой по потомству и репродуцировалась в различных овльскахозянотвеяшх зонах. Результаты радиобиологического анализа элитных сейш
приведены в табл. I . I .
ТАБЛИЦА I . I .
Радиочувствительность элитных семян шеницы, выращенных в раз­
личных почвенно-кяяматжчеокнх зонах, и содержание T-SH в зародышах
Зова репродукр£н!ИДсп л?, 1Кхетхн с хромооомшши!Содержание T_SH в
I
' !аберрациями, %
!зародшах,мкмоль на
I Гр I
ИСК) мг навески
Одаун
Эчмяадаин
Ацик
Зангезур
149
144
142
117
48,2 +
46,2 +
44,8+
55,4 +
2,9
2,9
2,9
2,8
3,62
3,91
3,67
3,33
+
+
+
+
0,05
0,02
0,0
0,0
Из табл. I . I . видно, что элитные семена, репродуцированные в
Зангезурской зоне, характеризуются повышенной радиочувотвительностью
по сравнению о семенами других почвенно-клвматических зон.
Не менее существенным доказательством влияния почвенно-кяиматических условий возделывания сортов на их радиочувствительность явля­
ются результаты опытов с репродуцированными семенами. С этой целью
элиту получали в каждой из пяти почвенно-климатических зон (Араратс­
кой, Ширакокой, Северо-Восточной, Зангезурской и Севанского бассейна)
и репродуцировали в течение 4-х лет по месту создания, а такие в ч е ­
тырех других зонах. Результаты исследований показали, что^аиболыпей
радиочувотвительностью, независимо от места получения элиты, харак­
теризуются семена зангезурской репродукции. Так, если проростки о е мян первой репродукции, полученные в Зангезуре от элитных оригннаторов одзунского, эчмиадзянокого, ацикского и норакертокого происхожде­
ния, характеризовались ВД50/7 равным 91+101 Гр, то аналогичные пара­
метры для семян, выращенных в Одзуне, Эчмиадзине, Ацике и Норакерте,
были равны 135*156, 150+168, I3I+I44 и 118*127 Гр соответственно.
Сходные закономерности установлены при оценке радиобиологического эф­
фекта по/тесту хромосомных аберраций. Следует также отметить, что
в радиочувствительных семенах зангезурской репродукции концентрация
общих оульфгидрильных групп достоверно ниже, чем в относительно ра-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 9 диоустойчивых семенах остальных зон возделывания. Зангезурская зона
отличается большим количеством атмосферных осадков в период вегетации, '
относительно высокими температурами в зимний период, низкой урожай­
ностью сортов и высокой зараженностью грибковыми заболеваниями, что,
вероятно, и является причиной пониженной радиоустойчивости репроду­
цированных в этой зоне семян сортов пшеницы.
Хорошо известно,,что активно метаболизирупцие и быстроразвивающиеся организмы, ткани и органы характеризуются повышенным уровнем
радиочувствительности. Из табл. 1.2 следует, что проростки конских
бобов с быстрорастущими корешками достоверно более радиочувствитель­
ные по сравнению с растениями, имеющими медленнорастущие корешки.
ТАБЛИЦА 1.2
Радиоустойчивость проростков конских бобов в зависимости
от скорости роста корешков
Коу^ойчивости
проростков
!
Доза излучения, Гр
|
,
,
0>75
1>00
1>75
Проростки с быстрорастущими корешками
Подавление роста, в %
к контролю
59.1
62,8
80,7
Аберрации хромосом, % 23,0 + 3,0
30,0' + 3,2
38,0 + 3,4
Проростки с медленнорастущими корешками
Подавление роста, в %
к контролю
' 52,9
55,3
75,9
Аберрации хромосом, % 27,5 + 3,2
26,5 + 3,1
27,0 + 3,1
Общее содержание сульфгидрильных групп в целых корешках по ме­
ре увеличения возраста проростков закономерно уменьшалось, причем в
сравнительно радиоустойчивых медленнорастущих корешках содержание
s Н-групп достоверно выше (0,104 + 0,002 мкмоль), чем в радиочувст­
вительных быстрорастущих корешках (0,085 + 0,002 мкмоль). Следует
отметить неравномерное распределение сульфгидрильных групп в кореш­
ках быстро- и медленнорастущих проростков: в кончиках корешков их
больше (0,21 и 0,24 мкмоля соответственно), чем в средней части
(0,10 и 0,12 мкмоль) и основании (0,10 и 0,12 мкмоль). Разница в ра­
диочувств ителыюсти между проростками с быстро- и медленнорастущими
корешками наиболее отчетливо проявлялась у 3-суточяых проростков, что
соответствовало наиболее выраженным различиям в содержании общих суль­
фгидрильных групп (0,12 против 0,15 мкмоль).в корешках интактных про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 10 ростков. Аналогичные закономерности обнаружены также в отношении
кислоторастворимых сульфгидрильных соединений.
С точки зрения экспериментальной проверки тиоловой гипотезы радиочувствительюсти (Граевский, 1966; 1969) несомненный интерс пред­
ставляют результаты цитохимического анализа (рис. I.I), свидетельст­
вующие о том, что содержание белковых сульфгидрильных групп значи­
тельно выше в меристемных клетках медленнорастущих корешков.
м
СО
Ф
N
№
Ф
О
iCEPHfl
И СЕРИЯ
Рис. I . I . Относительное содержание белковых сульфгидрильных
групп в клетках меристемы быстро- и медленнорасту­
щих корешков пророотков конских бобов
Закономерности, установленные в опытах о конскши бобами, нашли
овое подтверждение при иооледовании быстро- и медленнорастущих про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- II ростков швницы. Так, частота клеток с хромосомными аберрациями в
быстрорастущих проростках в среднем по трем сериям опытов достигала
39,0 + 2,8$ против 28,7 + 2,7$ у медленнорастущих проростков при соответствуицзм увеличении уровня общих сульфгидральных групп от
0,938 + 0,014 до 1,234 + 0,012 мкмоль.
С целью более глубокого понимания генетической природы радиоус­
тойчивости анализу были подвергнуты семена и проростки полиплоидных
форм швницы. Семена и проростки облучали на установке РУМ-П в до­
зах 50, 100, 150, 200, 300 и 10, 20, 30 Гр соответственно. Содержа­
ние сулъфгвдрильных групп определяли в эндосперме, зародыше и в
стеблевой меристеме. Результаты исследований показали (табл. 1.3),
что по мере увеличения пловднрсти наблюдается закономерное повышение
ТШЩА 1.3
Радиочувствительность семян и содержание сульфгидрильньк
групп у полиплоидных форм шеницы
Уровень 1иДсП/7, Клетки с аберра-!Содеркание сульфгидрильных групп,
TTirnmtunf^mt VTT !циями хромосом, !мкмоль на 100 мг навески
пловдности! Гр
;%ГдБза*100 i V I эндоопеш ! зародыш
2п=
2п=
2п,=
2п'=
14
28
42
56
90 + 2
160 + 3
180+3
190 + 4
63,2
53,4
51,2
42,8
+
+
+
+
2,5
2,2
2,5
2,4
0,340
0,360
0,390
0,460
+
+
+
+
0,045 3,983 + 0,083
0,038 4,199 + 0,066
0,019 4,367 + 0,033
0,020 4,699 + 0,033
уровня радиоусгойчивосги семян при параллельном возрастании содержа­
ния сульфгидрильных групп в структурах семени и проростках. При ана­
лизе радиоусточивости набухших семян показано, что при замачивании
в течение 18 ч отмеченные выше различия практически полностью ниве­
лируются и величины ИДзд/^ для всего ряда полиплоидных форм колеблятся в пределах 16-18 Гр. При этом особого внимания заслуживает тот
факт, что в результате гидратации семян нивелируются не только раз­
личия в радиоустойчивости, но и в концентрациях сульфгидрильных
групп у полиплоидных форм швницы. Аналогичный вывод об отсутствии
связи между уровнем плоидности и содержанием общих сульфгидрильных
соединений был сделан при анализе радиочувствительности 2-суточных
проростков ди-,тетра- и гексашгавдной пшеницы {см. рис. 1.2). Факты
существования зависимости уровня радиорезиотентности от числа элемен­
тарных геномов при анализе покоящихся семян и отсутствия подобной за­
висимости при изучении набухших семян и проростков в значительной
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 12 -
n fl
/
/
/
/
/
/
I
i
О
ё
u
8
м
Рис. 1.2. Радиочувствитель­
ность проростков
и содержание сульфгидрилышх соедине­
ний (заштрихованные
столбцы) в клетках
полиплоидных форм
пшеницы
El
2п-П 2n-28 2n-42 2n«»
Уровни плоидности
степени объясняют противоречивость имещихся в литературе данных
о существовании (Сарыч, 1957; Сахаров, 1962), либо отсутствии опре­
деленной связи (Садынов, 1970) между уровнями радиоустойчив ости и
плоидности раотений.
В процессе старения семян изменяются скорость и направленность
физиолого-<5иохимических процессов, которые в значительной степени
влияют на энергию прорастания, всхожесть и модифицируют ответные ре­
акции растительного организма на экстремальные воздействия. В связи
с этим, особый интерес представляло изучение радиочувствительности
интактннх семян, долгое время хранившихся в различных условиях ат­
мосферы, влажности и температуры. При старении семян увеличивается
частота спонтанных хромосомных аберраций и мутаций. Так, Навалшн
(1933) обнаружил 1000-кратное увеличение уровня спонтанного мутаге­
неза (с 0,1 до 80% в расчете на I проросток) между свежеубранными и
хранившимися в течение 5-6. лет семенами, что сопоставимо с частотой
хромее емных аберраций при облучении свежеубранных семян в дозе 30 Гр.
В опытах Сакса и Сакса (1961) количество индуцированных при облуче­
нии в дозе 12 Гр хромосомных аберраций возрастало с 39 до 55 на 100
клеток у семян 1959 и 1958 гг репродукции.
В наших опытах проведено исследование радиочувствительности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 13 разновозрастных семян пшеницы сортов Арташати 42 и Эритролеукон 12.
Результаты опытов, представленные в таил. 1.4, однозначно указывают
на то, что по мере старения радиоустойчивость семян снижается при соответстзупцем уменьшении количества общих сульфгидрильных групп.
ТАБЛИЦА 1.4
Влияние старения на радиоустойчивость и содержание общих сульф­
гидрильных групп в зародышах интактных семян
Сорт '.Год репро-!Кол-во клеток с хромо-!Кол-во общих сульфгидрильпшвницы{дукции
Гсомными я^пряггиящ fftmrr групп, мкмолей/ЮОмг
;
!контроль ! Доза J.UU Гр!навески
Арташа­
ти 42
1967
1969
1970
1963
Эритроле­ 1965
укон 12
1967
1969
5,3 + 1,3 68,5 + 2,7
2,0 + 0.8 56,3 + 2,9
38,5 + 2,8
11,0 +
11,7 ±
6,0 +
4,0 +
1,8
1,8
1,6
1,1
69,7 +2,7
58,0 ± 2,8
53,0 + 2,9
49,3 + 2,9
2,938 + 0,003
3,306 + 0,007
3,453 + 0,010
2,678
2,767
2,900
3,400
+ 0,011
+0,0
+0,0
+ 0,0
Результаты цитохимического анализа позволили получить данные о сни­
жении содержания белковых сульфгидрильных групп в клетках зародыша
и стеблевой меристемы по мере старения семян. Вышеописанная законо­
мерность наиболее четко проявляется у сорта Эритролеукон 12 и иллю­
стрируется на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Радиочувствитель­
ность семян пшеницы сорта
Эритролеукон 12 (I - конт­
роль; 2 - количество клеток
с аберрациями хромосом, %)
и содержание белковых сульф­
гидрильных групп в клетках
зародыша (3) и стеблевой ме­
ристемы (4) в зависимости от
возраста (срока хранения)
X - оптическая плотность
белковых оульфласраяъяых групп
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 14 Таким образом, при старении семян пшеницы, наряду с увеличени­
ем уровня спонтанного мутагенеза, наблюдается закономерное возраста­
ние радиочувствителшости. Следует однако отметить, что радиобиоло­
гический эффект старения семян не является простой суммой накопления
спонтанных и индуцированных облучением повреждений генетических
структур клетки, а непосредственно определяется увеличением чувстви­
тельности семян к действию ионизируицего излучения.
Среди факторов, оказывавших наиболее выраженное модифицирующее
радиочувствительность действие, особое место принадлежит влажности
семян в момент облучения. Еще в серэдине 50-х годов была обнаружена
обратная зависимость радиочувствительности покоящихся семян от со­
держания в них влаги ( Caldecott, 1955; EhrenberE , 1955). В после­
дующих работах многими авторами ( Notani et a l . , 1962; Порядкова,
1962; 1963; Немцева и др., 1969; Царапкин, 1974; Атаян, 1985) было
убедительно показано, что вода является одним из наиболее эффектив­
ных модификаторов лучевого поражения.
В экспериментах с разными сроками гидратации семян по кривым
доза-эффект определены величины ИД50/7 ( т а й я ' 1*5)» анализ измене­
ния которых показывает, что по мере увеличения сроков гидратации
ТАБЛИЦА. 1.5
Влияние времени гидратации на уровень общих сульфгидрильных
1
трупп и радиочувствительность семян пшеницы
Время гид-! % 0 / 7 ' !Содержание общих сульфгидрильных групп,
! мкмодь" на 100 мг навески
ратации, ч! Гр
!
зародыш
1 эндосперм
148
0
3,449 + 0,017
0,280 + 0,0
0,5 ,
132
3,203 + 0,011
0,120 ± 0,0
I
116
2,821 £ 0,015
0,135 + 0,005
2
106
2,705 + 0,005
0,135 + 0,005
4
77
2,294 + 0,035
0,145 + 0,005
6
56
2,095 + 0,050
0,200 + 0,0
12
30
1,924 + 0,012
0,200 + 0,0
18
10
1,789 + 0,011
0,320 ± 0,004
36
9
1,744 + 0,017
0,340 + 0,0
48
7
1,725 + 0,011
0,385 + 0,005
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 15 радиочувствительность семян неуклонно возрастает и ко 2-и суткам в
20 раз уступает контрольным воздушно-сухим семенам. Из таил. 1.5
также следует, что между радиоустойчнвостью гидратированных семян и
содержанием в зародышах общих сульфгидрильных групп наблюдается чет­
кая линейная зависимость. В эндосперме характер подобных изменений
оказывается более сложным: в первый момент замачивания (0,5 ч) про­
исходит резкое снижение количества общих сульфгидрильных групп, за­
тем постепенное увеличение их количества с превышением к 18 ч соответствукщзго уровня контрольных сешн. Вероятной причиной подобных
изменений может быть то обстоятельство, что при длительном замачи­
вании (более 18 ч) тиоловые ферменты пер&ходят из зародыша в эндос­
перм и осуществляют мобилизацию питательных веществ семени.
Облучение покоящихся семян разной влажности в широком диапазо­
не доз от 50 до 300 Гр позволило по кривым доза-эффект установить
величины ИД5О/7 и П 0 К а з а т ь , что сухие семена (влажность 5,95?) в 3
раза чувствительнее к действию ионизирущего излучения по сравнению
с семенами, увлажненными до 17%, Однако дальнейшее повышение влаж­
ности до 23,6 и 28,5/5 приводит не к повышению, а, напротив, к сниже­
нию радиоустойчивости семян (табл. 1.6)
1
ТАЫИЦА. 1.6
Влияние влажности семян на уровень их радиоустойчивости и со- '
держание общих сульфгидрильных групп в зародыше и эндосперме
Влажность ! ИДсп/7. Содержание общих сульфгидрильных групп,
семян, % | Гр
! №№ДЬ- щ ЮР.ДГ j p W M
j
;
зародыш
i
эндосперм
5,9
9,6
17,0
23,6
28,5
88
148
230
184
120
3,400
3,449
3,189
3,021
2,846
+
+
+
+
+
0,015
0,017
0,066
0,019
0,065
0,270
0,260
0,185
0,110
0,080
±0,0
+ 0,0
+ 0,0
+ 0,0
+ 0,0
Сравнение уровней радиоустойчивости семян с содержанием в их
зародышах и эндоспермах общих сульфгидрильных групп на первый взгляд
противоречит тиоловой гипотезе. В этой связи представляется вероят­
ным, что в сухих семенах с ограниченной подвижностью молекул взаимо­
действие свободных радикалов и сульфгидрильных групп практически не
происходит. Этим можно объяснить отсутствие корреляции между уровня-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-16 ми радиоустойчивости и сульфгидрильных групп в зародше и эндоспер­
ме семян, содержащих до 17% влаги. Бели же влажность превышает зна­
чение, соответствующее максимальному уровню радиоустойчивости, соз­
даются необходимые условия взаимодействия сульфгидрильных групп со
свободными радикалами. Поэтому именно в диапазоне влажности от 17
до 28,5% прослеживается положительная корреляция между уровнями ра­
диоустойчивости и общих сульфгидрильных групп в зародыше и эндоспер­
ме семян.
Роль воды в формировании радиобиологического эффекта не ограничи­
вается ее модифицирующим действием в моиент облучения семян, а в зна­
чительной степени проявляется в процессе пострадиационного хранения.
Обычно эффект хранения сопровождается усилением радиационного пора­
жения и, несмотря на наличие противоречивых данных (см. обзор Атаяна, 1987), характеризуется рядом вполне определенных закономернос­
тей: поражение усиливается пропорционально напряжению кислорода.
(ConRer , I96I), уменьшению влажности семян ( Constantin et a l . ,
1970; Порозова, 1983), температуры хранения (Атаяк, 1978, 1979; Порозова, 1979, 1980), дозе (Позолотила, 1980) и мощности дозы (Юпков, 1979) излучения. Следует также особо отметить, что механизмы,
ответственные за развитие поражения в процессе длительного хранения,
в корне отличны от механизмов, действующих сразу после облучения
(Гудков, 1973), что и лежит в основе неоднозначности и противоречи­
вости результатов ряда исследований. Из сказанного следует, что при
изучении эффекта хранения особое внимание необходимо уделить широко­
му варьированию как условий облучения, так и режимов пострадиацион­
ного хранения.
В проведенной нами серии экспериментов эффект хранения регист­
рировали в зависимости от газового состава атмосферы и влажности
как в момент облучения, так и в пострадиационшй период. В ходе "фо­
новых" опытов была установлена зависимость радиационного поражения
семян пшеницы сорта Арташати 42 при влажности в момент облучения 5
и 10%. Облучение проводили на гамма-установке в камере с кислородом
при давлении 7,5 атм. или азотом при давлении I атм. Эквивалентные
дозы облучения были подобраны в предварительных экспериментах и рав­
нялись для семян с влажностью 5% - 100 Гр, а для семян с влажностью
Ю# - 240 Гр. Часть семян замачивали сразу после облучения, а осталь­
ные - после хранения в течзние 15 сут. Результаты исследований пока­
зали, что кислородный эффект наблюдается в семенах обеих влажностей,
причем с увеличением влажности от 5 до 10$ ФИД возрастает с 1,53 до
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 17 3,72. Хранение семян сопровождается усилением радиобиологического
эффекта, наибольшая величина которого обнаруживается при хранении в
атмосфере азота. Для семян с влажностью 5 и 10$ ФИД в атмосфере азо­
та равен 1,99 и 2,98, а в атмосфере кислорода соответственно 1,65 и
1,06.
Полученные в этой серии экспериментов результаты можно отнести
к категории нетривиальных, поскольку согласно свободнорадикальной
концепции следовало ожидать, что кислородный эффект будет более вы­
ражен при хранении семян меньшей влажности в атмосфере кислорода.
Однако при использованной нами схеме опыта эффект кислорода проявил­
ся еще в момент облучения, а дальнейшее хранение семян в присутствии
кислорода уже не оказывает заметного влияния m ход физико-химичес­
ких процессов.
Приведенные выше рассуждения основаны на свободнорадикальной
концапции лучевого поражения. В связи с этим,была предпринята попыт­
ка методом StIP-спектрометрии экспериментально изучить выход и кине­
тику рекомбинации свободных радикалов в ходе пострадиационного хра­
нения семян с влажностью 5 и 10%. Результаты опытов приведены в
табл. 1.7, из которой видно, что количество свободных радикалов заТАБЛИЦА 1.7
Изменение сигнала ЗПР в .процессе пострадиационного хранения
семян разной влажности (доза облучения - 36 Гр)
Влажность !
семян, % 1~
5
10
j
Время пострадиационного хранения, ч
| 24
! %
| 168
}
360
I2;90j0,37.I0,95±0,I5 5,40+0,25: 4,20+0,09 3,00+0,10
9,25+0,13 7,40+0,10 3,60+0,25 1,60+0,10 1,00+0,09
метно уменьшается в процессе пострадиационного хранения семян. Вы­
ход свободных радикалов, зарегистрированный спустя I ч с момента об­
лучения, на 40% выше в относительно более сухих семенах. Кинетика
рекомбинации свободных радикалов во времени происходит сначала быст­
ро, а затем замедляется. Важно отметить, что в относительно радио­
чувствительных семенах с влажностью 5% стационарные концентрации
свободных радикалов в любые отрезки времени оказываются достоверно
выше по сравнению с более радиоустойчивыми семенами с влажностью 10$.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
•
. '
- 18 Полученные данные хорошо укладываются в модель Конгера (1970), сог­
ласно которой часть сохранившихся в сухих семенах свободных радика­
лов образует высокоактивные перекисные продукты, обусловливающие до­
полнительное поражение критических структур семени.
Для ремэния вопроса о роли газового состава атмосферы в разви­
тии биологического последействия при пострадиационном хранении семе­
на с влажностью 5 и 23$ облучали предварительно подобранными эквива­
лентными дозами 80 и 180 -Гр в атмосфере азота или кислорода, а затем
хранили в специальных сосудах,заполненных азотом или кислородом. Вы­
бор влажности семян осуществлен таким образом, что'в одном случае
(вариант с 5$-ной влажностью) можно было ожидать реализацию эффекта
хранения в соответствии со свободнорадикальной концепцией, а в дру­
гом (вариант с 23$-ной влажностью) - свободнорадикальный механизм не
мог иметь места, поскольку при такой высокой влажности рекомбинация
радикалов в основном завершается уже в процессе облучения. Действи­
тельно, как показали результаты экспериментов, эффект хранения про­
являлся только в случае сухих семян при хранении их в атмосфере кис­
лорода.
Следующим этапом этой серии экспериментов явилось изучение вли­
яния пострадиационного изменения влажности семян на эффект хранения.
Постановка такой задачи продиктована тем обстоятельством, что радиа­
ционная чувствительность семян зависит, с одной стороны, от их влаж­
ности в момент облучения, а с другой - величина эффекта хранения
также зависит от влажности семян: в сухих семенах развивается значи­
тельное последействие, а во влажных подобный эффект выражен в значи­
тельно меньшей степени. Эти две группы экспериментальных фактов и
стимулировали исследования по влиянию изменения влажности в процессе
пострадиационного хранения на конечный радиобиологический эффект.
Следует заметить, что имеющиеся по этому вопросу литературные дан­
ные в значительной степени противоречивы (см. обзор Атаяна, 1987),
Причина этого, на наш взгляд, заключается в том, что опыты проводи­
лись, как правило, при одной произвольно выбранной дозе облучения,
а влажность семян не всегда варьировалась в достаточно широких пре­
делах. Тем не менее на основе анализа литературных данных можно
• сформулировать рад общих положений: минимальная радиочувствительность
семян- наблюдается в диапазоне влажности 12-20$, а наибольшая - при
2-3$, причем высокая чувствительность сухих семян обусловлена, в
первую очередь, кислородным эффектом. С увеличением влажности роль
этого механизма резко снижается, а чувствительность влажных семян
к действию ионизирующих излучений падает. Дальнейшее увеличение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-
19
-
влажности приводит к повышению радиочувствительности, что обусловли­
вается усилением метаболических процессов и деконденсацией хромати­
на в набухших семенах.
При облучении семян пшеницы сорта Безостая I с влажностью 5,
12 и 23$ на рентгеновской установке РУМ-II в дозах 10, 50, 100, 150
и 200 Гр по кривым доза-эффект были определены величины Д50,которые
оказались соответственно равными 30, НО и 80 Гр. В последупцих опы­
тах семена облучались только этими изоэффективными (в отношении вы­
хода клеток с аберрациями хромосом) дозами. Часть семян сразу после
облучения проращивали, а остальные хранили в течение 2, 15 и 30 су­
ток в условиях различной относительной влажности атмосферы, обеспе­
чивающих поддержание в семенах уровней влажности 5, 12 и 23$.
Результаты исследования показали, что модификация эффекта об­
лучения путем хранения семян в атмосфере кислорода или азота в усло­
виях, приводящих к 5#-ной влажности семян,наблвдается,независимо от
исходной влажности семенного материала, уже на вторые сутки и вплоть
до 30 суток хранения не сказывается на уровне поражения (рис.1.4).
««
я>
to
50-
Ч
Ь-
Рис.1.4. Уровень поражения клеток
в семенах с исходной влаж­
ностью 5 (а), 12 (б) и 23#
(в) при пострадиационном
хранении в условиях, приво­
дящих влажность семян к 5%
в зависимости от хранения
в атмосфере кислорода (I)
или азота (2).
ог
i5
То
Время после облучения, сутки
Вместе с тем необходимо отметить, что хранение семян в кислородных
условиях увеличивает, а в бескислородных - уменьшает поражение хро­
мосом.
w
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
Аналогичная картина наблюдалась при пострадиационном хране­
нии в условиях, приводящих к 12$-ной влажности семян (рис.1.5).
Рис.1.5. Уровень поражения
клеток в семенах о
исходной влажностью
5 (а), 12 (б) и 23!?
(в) при пострадиаци­
онном хранении в ус­
ловиях, приводящих
влажность семян к
12% в зависимости от
хранения в атмосфере
кислорода (I) или
азота (2)
»•
70
40
р.
Ф
•о
о
О
70
»Г*--~~"
02
W
Го
Время после облучения, сутки
Особый интерес представляют результаты опыта по хранению облу­
ченных семян в условиях, повышающих их влажность до 23#-ного уровня
(рис.1.6). В этом случае, по мере увеличения времени хранения вплоть
Рис.1.6. Уровень поражения кле­
ток в семенах с исход­
ной влажностью 5 (а),
12 (б) и 23$ (в) при
пострадиационном хра­
нении в условиях,при­
водящих влажность се­
мян к 23$ в зависимос­
ти от хранения в ат­
мосфере кислорода (I)
или азота (2)
ог
и
>о
Время после облучения, сутки
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 21 до 30 суток наблвдается тенденция к усилению лучевого поражения хро­
мосом, причем присутствие кислорода в пострадиационный период оказы­
вает наиболее выраженное действие на уровень поражения по сравнению
с более сухими семенами 5- и 12#-ной влажности.
Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельст­
вуют о том, что определяющим фактором реализации лучевых повреадений
хромосом в пострадиационный период является относительная влажность
атмосферы, в которой хранятся облученные семена. Данный вывод пред­
ставляется достаточно обоснованным, поскольку схема опытов предпола­
гала широкое варьирование атмосферных условий хранения, а также ис­
ходной влажности семян в момент облучения и в процессе пострадиаци­
онного хранения.
Данные, полученные для относительно сухих семян, вполне уклады­
ваются^ свободнорадикальную концепцию Конгера (1963, 1972). Однако
положения этой концепции нельзя распространять на весь диапазон экс­
периментальных условий, поскольку эффект хранения, по-видимому, обус­
ловлен лишь малой долейгамма-индуцирсванных радикалов, локализован­
ных в непосредственной близости биологически важных макромолекул уникальных внутриклеточных структур. Изменение влажности семян резко
изменяет кинетику рекомбинации свободных радикалов, однако заметно
не влияет на величину эффекта хранения, поскольку содержание воды в
чувствительных сайтах может не соответствовать среднему количеству
воды в семенах. Подобное предположение фактически было сформулирова­
но при изучении влияния влажности на рекомбинацию индуцированных об­
лучением каслородочувствителышх сайтов в зародышах и семенах ячме­
ня при пострадиационном замачивании (confer ot al . , 1969;Donaldson
e t a l . , 1982)
Таким образом, в ходе многолетних систематических исследований
определены основные параметры и изучено соотношение генотипической
и модификационной изменчивости радиационной устойчивости в зависи­
мости от сорта, уровня плоидности, срока хранения, влажности и био­
химического состава семян. Показано, что семена диплоидной пшеницы
достоверно радиочувствительнее тетра- и гексаплоидных форм. Вместе
с тем, радиоустойчивость полиплоидных форм определяется не только
их геномным составом, но и зависит от уровня сульфгидрильных групп
в зародышах и меристемных тканях. В процессе старения семян возрас­
тает количество спонтанных нарушений хромосом и снижается уровень
их радиоустойчивости. Хранение облученных семян в атш сфере азота
или кислорода приводит к усилению поражения лишь при высоких (более
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 22 25 Гр) дозах облучения. Максимальной радиоустойчивостью обладают се­
мена с влажностью 17%, причем отклонение от этого уровня как в сто­
рону уменьшения, так и увеличения влажности сопровождается снижени­
ем радиоустойчивости семян. Экспериментальным подтверждением справед­
ливости сульфгидрильной гипотезы радиоустойчивости применительно к
растениям является установление четкой коррелятивной связи между ра­
диоустойчивостью семян и проростков и содержанием в зародышах и меристемных тканях общих и белковых сульфгидрильных групп.
2. Радиочувствительность семян шениш в пределах сорта в зави­
симости от их КРУПНОСТИ. Известно, что признак радиоустойчивости рас­
тений генетически детерминирован и размах нормы реакции определяет­
ся уровнем модификационной изменчивости под действием ЭНДОГРНГТС И
экзогенных факторов различной природы. Следовательно, для р а д и в о логических исследований и, особенно, при изучении механизмов радио­
устойчивости особое значение приобретает вопрос выбора удобного объ­
екта исследований. С учетом этого для проведения модельных экспери­
ментов были выбраны контрастные по размеру фракции семян пшеницы
сорта Безостая 1, поскольку крупные и мелкие семена в пределах сор­
товой популяции, различаясь во все годы репродукции по массе 1000
зерен в два раза, имеют единую генетическую основу и могут служить
незаменимым объектом при анализе модификационной изменчивости радио­
устойчивости в пределах генетически детерминированной нормы реакции
этого признака.
При облучении семян пшеницы в диапазоне доз 25*250 Гр по кри­
вым доза-эффект рассчитаны величины Ш%0/7 и %0 д л я ^У™0** и м е л _
кой фракций семян в разные годы репродукции (табл. 2.1), сравнение
которых позволяет сделать определенный вывод о достоверно более вы­
соком уровне радиоустойчивости фракции крупных семян.
ТАБЛИЦА 2.1
Радиоустойчивость семян шюницы сорта Безостая I в зависимости
от их крупности в разные годы репродукции
Год репро-! Фракция !
дукции
! семян
!
1
,q,
1
9 7fi
6
;
2
Крупная
Мелкая
;
ИДсП/7, Гр
J
'
з
23В + 8
176 ~
!
4
;
ДсП, Гр
J
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 23 -
Окончание таблицы 2.1
I
1977
1978
1979
1980
1981
1982
!
2
!
t
*
1
Крупные
Мелкие
Крупные
Мелкие
Крупные
Мелкие
Крупные
Мелкие
Крупные
, Мелкие
Крупные
Мелкие
1
3
250 + 9 „
175 + 3 *
155
128
180
150
275
237
250
187
+
+
+
+
+
+
+
+
7
7
7
9
8
8
9
4
„
*
„
*
„
*
115
50
98
82
85
65
100
75
100
60
83
52
+
+
+
±
+
+
+
+
+
+
+
+
4 „
3 *
5„
3 *
5_
5 *
3„
3 *
3ж
2 *
4 „
3 *
" - различие между фракциями семян одного года репродукции досто­
верно при р * 0,01
Для объяснения причин различной радиоустойчивости семян разно­
го размера было проведено сравнение отношений массы эндосперма и за­
родыша, которое показало, что этот показатель у крупных семян (92,8
+ 0,7) достоверно (р *• 0,01) выше, чем у мелких семян (85,5 + 0,4).
На основании этого можно предположить, что в пределах сортовой попу­
ляции большее отношение массы эндосперма и зародыша является одной
из предпосылок относительно высокой радиоустойчивости фракции круп­
ных семян.
Как было показано выше, радиочувствительность семян в значитель­
ной степени модифицируется содержанием в них влаги в момент облуче­
ния. Однако, как гоказали опыты,влажность фракций крупных (10,6 +
0,1) и мелких (10,5 + 0,1) семян практически совпадает и, следова­
тельно, не может являться причиной их дифференциальной устойчивости
к действию ионизирующего излучения. Более того, опыты по определе­
нию радиоустойчивости фракций семян с варьированием их влажности по­
казали, что величина Д^д'при повышении содержания влаги в крупных
семенах,от 5,7, 10,6 до 16,25? возрастает соответственно от 27,5,
100 и до 160 Гр, однако во всех вариантах опыта достоверно (р ^ 0,01)
превосходит соответствующие показатели (17, 75 и 100 Гр) мелких се­
мян с приведенной влажностью 5,8, 10,5 и 15,95? соответственно.
При изучении связи радиочувствительности фракций семян с уров­
нями первичного поражения, элиминации и восстановления радиационных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 24 повреадений хромосом установлено, что в течение первого после облу­
чения клеточного цикла митотическая активность при прорастании круп­
ных ((5,8+6,3) + 0,3$) и мелких ((5,7*6,4) + 0,3$) семян практически
совпадает, такяа одновременно (через 20-22 ч после завершения зама­
чивания) происходит выход на плато миготической активности и переход
к 28-30 ч ко второму пострадиационному митозу. Однако за этот проме­
жуток времени доля восстановленных от цитогенетических повреадений
клеток составила 19,6 + 2,5$ у крупных семян по сравнению с 13,2 +
2,3$ - У мелких. Следовательно, уже на ранних этапах прорастания
скорость восстановления клеток у крупных радиоустойчивых семян при­
мерно в 1,5 раза выше по сравнению с мелкими радиочувствительными
семенами (р ^ 0,01). Наблвдаемый эффект в основном связан с уменьше­
нием количества клеток с фрагментами.
В пользу представлений о том, что в основе различия радиочувствителшости крупных и мелких семян пшеницы лежит неодинаковый уро­
вень элиминации повреждений и восстановления,свидетельствуют резуль­
таты опытов с кофеином и цистеамином, представленные на рис. 2.1 и
в табл. 2.2.
У.
100 -
ЯТА
£
2?
<0
а
I
в
I
I
о
-41-
20
52
22
54
24
56
26
58
26 (i ) t.4.
40 (
Рис. 2 . 1 . Восстановление поврежденных клеток в первом митотическом
цикле при пострадиационной (доза 75 Гр) обработке крупных
(темные точки на графике) и мелких семян цистеамином (а)
и кофеином (б)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 25 Таблица 2.2
Влияние цистеамина, кофеина, их комбинированного и совместного
действия на величины Д^д и ФИД у крупных и мелких семян
Фракция ; Вариант обработки |
семян
Вода
Цистеамин
Крупная
Юфеин
Цистеамин + Кофеин
Цистеамин х Кофеин
Мелкая
Вода
Цистеамин
Кофеин
Цистеамин + Кофеин
Цистеамин х Кофеин
Д 5 0 , ГР
83+3
91 + 3 *
44 ± 3 ш
64 + 3 * *
45 + 3 **
52
65
23
39
21
+
+
+
+
+
2
3 **
3 **
2 т
3 **
\
ФИД
1,00
1,11 +
0,54 +
0,73 +
0,55 +
0,07 х
0,05 **
0,05 **
0.04 ш
1,00
1,25
0,44
0,75
0,40
0,07
0,06
0,05
0,06
+
+
+
+
**
**
**
**
Различие с контрольным вариантом обработки (вода) достоверно при
*- р ^ 0,05; ** - р ^ 0,01
Если основываться на литературных данных о связи радиочувстви­
тельности с процессами восстановления, то при воздействии ингибито­
ра репарационных процессов - кофеина следовало ожидать примерно оди­
наковый выход клеток с аберрациями хромосом независимо от крупности
семян. Однако, как показали опыты (рис. 2.1, табл. 2.2), разница в
поражении крупных и мелких семян сохраняется на прежнем уровне, не­
смотря на значительное подавление процессов восстановления по сравне­
нию с контрольным вариантом.
Пострадиационное замачивание семян в цистеамине приводило к'
уменьшению наблюдаемого эффекта у обеих фракций семян, причем у
крупных семян доля клеток с аберрациями хромосом снизилась о 39,2
до 32,0$, а у мелких - с 46,5 до 47,2%. В первом пострадиационном
митозе происходило достоверное (р *• 0,05) увеличение объема восста­
новленных клеток, который у крупных оемян составил 46,5%, а у мел­
ких - 40,2%. По величине митотической активности мериотемных ххетох
независимо от способа обработки каких-либо существенных отличий меж­
ду фракциями не зарегистрировано.
Изучение кривых доза-эффект показало, что цистеамин снижает ра­
диационный аффект как у крупных радиоустойчивых (Дзд « 91 Гр), так
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
. - 26 и у мелких радиочувствительных- (Д5о = 65 Гр) семян по сравнению с
контролем (83 и 52 Гр соответственно). По этим данным ФИД составил
1,11 и 1,25.
При комбинированном воздействии кофеин полностью не подавляет
эффект цистеамина. Это обстоятельство, по-видимому, обусловлено тем,
:
что к моменту ингибиторного воздействия кофеина цистеаман успевает
репарировать часть потенциальных повреждений, что подтверждается
изменениями Д 50 до 64 и 39 Гр и ФИД - до 0,78 и 0,75.
При одновременном применении этих препаратов эффект цистеамина
не проявляется и уровень клеток с аберрациями хромосом не отличает­
ся от варианта опыта с воздействием одного кофеина. Значения Дзд в
этом случае равнялись 45 и 21 Гр с ФИД, равным 0,55 и 0,40 для круп­
ных и мелких семян соответственно.
Полученные в этой серии опытов результаты позволяют сделать вы­
вод о том, что в основе различной радиоустойчивости крупных и мелких
семян шеницы лежат по крайней мере два процесса: элиминация цитогенетических повреждений на физико-химическом уровне и восстановле­
ние клеток от хромосомных аберраций в первом пострадиационном мито­
зе.
В серии биохимических анализов было показано, что по содержанию
общих сульфгидрилышх групп в зародышах интактных семян достоверных
различий между крупной (2,97 + 0,03 мкмолей/ 100 мг навески) и мел­
кой (фракциями (2,96 + 0,03) не наблюдается. Иная картина имеет место
в отношении содержания в интактных семенах белков, поскольку крупные
семена независимо от года репродукции (опыты I978-I90I г г . ) характе­
ризовались более высокой (в среднем на 1,2—2,452; р * 0,01) белковос­
тью, которая складывалась прежде всего за счет эндосперма (разница
на 21,6л) и оказывалась незначительной в случае зародышей обеих фрак­
ций. Определение фракционного состава белков этих же семян показало,
что крупные семена превосходят мелкие по содержанию альбуминов, проламинов и остаточных белков на 15,6-27,6/», а также глютелинов на
40,8$. В отношении характерной для зародыша глобулиновой фракции
достоверных различий между фракциями не обнаружено. Крупные семена
отличались от мелких также повышенном содержанием клейковины (23,5
+ 0,5 против 22,4 + 0,3 %; р ^ 0,05).
Результаты аминокислотного анализа показали, что в эндосперме
крупных семян увеличено содержание цистина (на 48$), гистидина, ар­
гинина, пролина и глютаминовой кислоты (на 23-27$), а в зародыше пролина (на 1750 по сравнению о соответотвупцими структурами мелких -
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 27 семян. Суммарное количество аминокислот также было больше в эндоспер­
ме крупных семян (12,9 против 10,8$) и примерно равным (28,9 и
29,4%) в зародышах обеих фракций.
В тканях проростков, выращенных из интактных семян, достовер­
ных различий по содержанию хинонов между фракциями (5,3+0,9 и
7,0+2,1 отн.ед. для крупных и мелких семян соответственно) не обна­
ружено. Однако при облучении семян дозой 200 Гр в мелких семенах
(Дзд = 50 Гр) индуцируется на 55% больше радиотоксинов хиноидной
природа по сравнению с крупными радиоустойчивыми семенами (27,0+
+2,0 против 18,2+1,6 отн.ед. соответственно).
Определение активности и пзоферментного состава липоксигеназы,
катализирующей реакции перекисного окисления лишэдов показало, что
при одинаковых условиях выделения и инкубирования активность этого
ключевого для устранения радиотоксинов перекисной природы фермента
на 10$ выше в крупных семенах (1430 отн.ед.) по сравнению с мелкими
(1300 отн.ед.). Липоксигеназа крупных семян была преимущественно
представлена из ферментами с относительно низкой электрофоретической подвшшостью (0,14 и 0,18) .свойственными, по данным Борисовой и
Оганесян (IS84).радиоустойчивым видам,а для мелких семян были харак­
терны изоферменты с относительно высокой подвижностью (0,25 и 0,30)..
Таким образом, изучение роли некоторых биологически, активных
соединений в механизме модификации радиоустойчивости генетически од­
нородных семян показало, что повышенная устойчивость фракщш крупных
семян в пределах сортовой популяции определяется следующими с^акторами:
1. Большим содержанием белков как в целом зерне, так и в эндо­
сперме с преобладанием в их фракционном составе альбуминов, проламинов и глютелинов;
2. Повышенным содержанием клейковины, суммарного количества ами­
нокислот в эндосперме и отдельных аминокислот в зародыше и эндосперме;
3. Повышенной удельной активностью липоксигеназы с преобладани­
ем в её составе изоферментов с низкой электрофоретической подвижнос­
тью, характерных для радиоустойчивых видов;
4. Относительно малым выходом индуцированных облучением семян
радиотоксинов хиноидной природы в проростках;
5. Высокой активностью процессов элиминации цитогенетических
повреждений на физико-химическом уровне и эффективным восстановлени­
ем клеток ,от аберраций хромосом в первом пострадиационном митозе.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 28 3. Ршпшдтддгдяди .оедьстохоаяДотдедах, тартеддй. Одним из эф­
фективных методов радиадионно-биологической технологии в области
сельского хозяйства является предпосевное гамма-облучение семян (Ку­
зин, 1974, 1981). Однако, несмотря на многочисленные положительные
результаты по изучение эффективности этого перспективного агроприема, метод не нашел достаточно широкого применения в условиях произ­
водства. Основная причина, ограничивающая внедрение метода предпо­
севного облучения семян,.связана'с низкой воспроизводимостью эффекта
радиостимуляции вследствии действия неконтролируемых в производствен­
ных условиях радхомодифицирующих факторов. Поэтому для успешного при­
менения метода необходимо для каждой агроклиматической зоны и культу­
ры сельскохозяйственных раотений подобрать оптимальные режимы радиа­
ционной обработки и условий выращивания.
Исходя из такой постановки вопроса с 1973 года нами проводились
исследования по радиационной стимуляции семян овощных (томаты, огур­
цы) и кормовых (лщерна) культур. Выбор объектов определялся большим
народохозяйотвенным значением этих культур для основной сельскохо­
зяйственной зоны АрмССР - Араратской долины. Исследования проводили
в условиях как открытого, так и защищенного грунта.
. Для изучения радиостимуляционного эффекта у томатов в условиях
открытого грунта воздушно-сухие семена 5-ти районированных сортов
облучали на рентгеновской установке РУМ-П в дозах 5, 10, 15, 20, •
25 и 30 Гр. На основании 2-хлетних испытаний (1975-1976 гг.) два
сорта были исключены из дальнейших испытаний, так как не проявляли
достаточно четкого эффекта радиостимуляции. В 1979 году был исклю­
чен из испытаний третий сорт как снятый с производства. Для сортов
Эчмиадзин 260 и Юбилейный 261 эффект радиостимуляции проявлялся в
диапазоне доз от 5 до 20 Гр с максимальной эффективностью при дозе
20 Гр. Результаты производственного испытания предпосевного облуче­
ния семян трматов в дозе 20 Гр приведены в.табл. 3.1, из которой
видно, что" этот агроприем характеризуется высокой экономической эф­
фективностью. Обращают на себя внимание результаты производственно­
го испытания метода в колхозе Араташен Эчмиадзинского района (1982),
где в условиях частичного засоления опытного участка урожай томатов
в варианте с радиостимулирувдим воздействием более чем в 2 раза-пре­
восходил контрольный уровень. Кроме того, предпосевное облучение се­
мян в условиях открытого грунта способствовало снижению поражения
растений вильтом. На опытных участках плоды созревали, как правило,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТАБЛИЦА З.Т
Результаты производственного испытания метода предпосевного облучения семян томатов
Сорт
! Год Шло-!
)испы-!щадд>!
}танкя! га !
Хозяйство, ! Урожай плодов, ц/га{Прибавка к!Экономическая эффекрайон
!
!урожага, % !тивность метода в
! Контроль! Доза 20Гр!
!расчете на гектар
Эчмиадзин 260 1977 2
342
399
16,7
570 руб (112 руб.) *
Юбилейный 261
Юбилейный 261
285
220
351
250
24,2
14,0
690 руб.(127 руб.)
300 руб.( 80 руб.)
400
450
12,5
500 руб.(105 руб.)
340
687
102,1
3470 руб.(487 руб.)
648
346
800
504
23,5
45,7
1520 руб.(228 руб.)
1580 руб.(235 руб.)
Юбилейный 261
Юбилейный 261
Юбилейный 261
Юбилейный 261
Совхоз Гукасаван
Масисского р-на
1977 2
-"1980 2 Колхоз им. Грибоедова Эчмиадзинского р-на
1980 2 Совхоз им. Ленина Эчмиадзинского р-на
1982 2,3 Колхоз Араташен
Эчмиадзинского
р-на
1983 3,4
- " 1985 2 Колхоз Акнашен
Эчмиадзинского
р-на
* - расчет экономической эффективности метода включает стоимость дополнигачьной продукции в
действующих закупочных ценах, затраты на обработку и дополнительные расходы
•
м
<°
'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-ЗОна 7-10 дней раньше контрольных.
На основании результатов производственного испытания Коллегия
Министерства сельского хозяйства АрмССР приняла решение (Постанов­
ление ii I0/5 от 30,07.79 г.) о внедрении метода предпосевного облу­
чения семян томатов в овощеводческих хозяйствах республики.
Анализ многочисленных литературных и наших экспериментальных
данных показывает, что эффективность предпосевного гамма-облучения
семян сельскохозяйственных культур в значительной степени зависит
от модифицирующего действия сопутствующих факторов. В силу этого,
перспективным представляется применение этого метода в условиях за­
щищенного грунта, где факторы внешней среды ^температура, освещен­
ность, условия питания) могут поддерживаться на относительно посто­
янном уровне или регулироваться для достижения стабильного эфс'^кта
радиос тимуляции.
Наши исследования радиостимуляционного эффекта у томатов в ус­
ловиях защищенного грунта показали, что оптимальные дозы могут варь­
ировать от 3 до 20 Гр и зависят от условий питания растений. На обыч­
ном фоне питания растений (кI20PI20KI20) оптимальный эффект дости­
гался при дозе 12 Гр, а на высоком агрофоне (к 240Р240К240) - 5 Гр.
При этих дозах прибавки урожая плодов составили соответственно 20,2
и 15,1$, что соответствует годовому экономическому эффекту примене­
ния метода предпосевного облучения 22,8 и 19,3 тыс. руб. в расчете
на один гектар.
Применение предпосевного облучения семян томатов обеспечивает
не только повышение урожая, но и способствует улучшению качества
плодов. Данные биохимического анализа свидетельствуют о том, что
при оптимальных режимах облучения в плодах повышается содержание
сухих веществ, Сахаров и витамина С.
Эффективность метода предпосевного облучения семян в условиях
защищенного грунта может быть повышена при использовании дозы 12 Гр
и выращивании растений на относительно низком фоне удобрений. В
этом случае, при реализации добавочного урожая чистый доход состав­
ляет 3,3 руб./i/r при себестоимости I кг плодов 0,94 руб. С учетом
низких затрат на облучение, возможности получения экологически чис­
той продукции, стабильности воспроизведения и высокой экономической
эффективности метод предпосевного облучения семян огурцов в дозе
12 Гр также предложен для внедрения в тепличные хозяйства республи­
ки.
для сельского хозяйства АрмССР особо важное значение имеет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 31
люцерна. Сочетание высокой урожайности,способность давать многократ­
ные укосы, благоприятное влияние ее возделывания на структуру поч­
вы и значение в борьбе с сорняками ставят люцерну вне конкуренции
с другими многолетними травами в севооборотах орошаемого земледелия.
В связи с этим, проблема повышения урожая зеленой массы и семян прив­
лекает пристальное внимание специалистов сельского хозяйства. Для ре­
шения этой проблемы, помимо создания новых высокоурожайных сортов и
совершенствования традиционных агротехнических приемов возделывания,
перспективным является использование метода предпосевного гамма-об­
лучения семчн.
В многолетних исследованиях эффекта радиостимуляции райониро­
ванных в Армении сортов люцерны удалось показать, что оптимальными
для повышения урожая зеленой массы или сена является доза 20 Гр, а
для повышения урожая семян - доза 50 Гр. Использование этих доз об­
лучения позволяет добиться повышения в зависимости от сорта и места
выращивания урожая зеленой массы на 7-10$, а урожая семян - на 2734$. За три года использования посевов люцерны для получения сена
чистый доход в случае возделывания сортов Армянская I и Апаранская
местная составил 0,43 и 0,36 тыс. руб. в расчете на один гектар. В
случае радиостимуляции урожая семян применение метода оказывается
более экономически эффективным, обеспечивая получение чистого дохо­
да для указанных сортов 0,90 и 0,99 тыс. руб. соответственно.
Таким образом, предпосевное облучение семян сельскохозяйствен­
ных культур является высокоэффективным приемом управления жизнеде­
ятельности растений. Стабильное получение эффекта радиостимуляции
может быть достигнуто при точном подборе оптимальных доз ионизирую­
щего излучения с учетом конкретных сельскохозяйственных культур,
условий выращивания и возможного действия модифицирующих факторов
среды.
ОСНОВНЫЕ
ВЫВОДЫ
I . На основании многолетних систематических исследований опре­
делены параметры и изучено соотношение генотипической и модификационной изменчивости радиоустойчивости пшеницы в зависимости от сорто­
вой принадлежности, плоидности, срока хранения, крупности, влажности
и биохимического состава семян, а также агроклиматических условий их
выращивания. Показано, что возделываемые в условиях АрмССР сорта по
типу генетически детерминированной устойчивости к действию ионизиру-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-32 - •
пцего излучения разделяются на устойчивую (Эритролеукон 12, Егварди
4, Безостая I ) , среднеустойчивую (Арташати 42, Кангун 20, Шираки I)
и чувствительную (Мироновская 808, Кармир Слфаат) группы. Семена, ре­
продуцированные в Зангезурской зоне, оказываются более радиочувстви­
тельными по сравнению с семенами, полученными в Араратской, Ширакской. Севанского бассейна и Северо-Восточной зонах.
2. Семена тетрапловдной и гексашговдной пшеницы достоверно ра­
диоустойчивее диплоидных форм, однако достоверно не отличаются между
собой и значительно уступают по этому признаку октаплоидным формам
тритикале. Набухшие оемена и проростки полиплоидных форм пшеницы и
тритикале по уровням радиоустойчивости достоверно не отличаются. Уро­
вень радиоустойчивости полиплоидных форм определяется не только ге­
номным составом, но и содержанием сульфгидрильных соединений Р заро­
дышах и меристемных тканях, которые защищают уникальные стр^кт,^ се­
мени и способствуют восстановлению клеток от повреждений хромосом.
3. В процессе хранения (старения) семян возрастает количество
опонтанных аберраций хромосом и увеличивается радиочувствительность.
При хранении облученных семян количество свободных радикалов снижает­
ся и сопровождается увеличением радиобиологического эффекта. Хранение
облученных семян в атмосфере азота или.кислорода приводит к усилению ,
поражения лишь при высоких (более 25 Гр) дозах облучения, причем эф*
фект хранения более выражен в атмосфере кислорода.
4. Наибольшей радиоустойчивостью характеризуются семена с влаж­
ностью 17$. Отклонение влажности семян до 5,9 или 23$ сопровождается
снижением уровня радиоустойчивости. При влажности семян до 10$ наблю­
дается кислородный эффект, причем пострадиационное усиление поражения
хромосом выражено- сильнее в семенах, облученных в отсутствие кислоро­
да. Определяющим фактором степени реализации лучевых повреждений в
пострадиационный период является относительная влажность атмосферы
при хранении семян.
5. Получены экспериментальные доказательства сульфгидрильной ги­
потезы радиоустойчивости клеток, тканей и целых растений, заключаю­
щиеся в установлении положительной корреляции между радиоустойчивос­
тью семян и проростков и содержанием в зародышах и меристемных тка­
нях общих к белковых сульфгидрильных групп.
6. В пределах сортовой популяции пшеницы Безостая I фракция круп­
ных семян достоверно/йревосходит по радиоустойчивости фракцию мелких
выполненных семян. Повышенная радиоустойчивость крупных семян опреде­
ляется как большим объемом репарации первичных повреждений на физико-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 33 химическом уровне, так и более эффективным пострадиационным восста­
новлением делящихся клеток.
. 7. Интактные крупные семена характеризуются большим содержанием
белков и кжейковины с преобладанием низкомолекулярных альбуминов и
проламинов, а также высокомолекулярных глютелинов. Основные различия
по содержанию белков между крупными и мелкими семенами создаются за
счет эндосперма. Суммарное количество аминокислот достоверно выше в
эндосперме крупных семян и примерно равно в зародышах сравниваемых
вариантов. 2 зародышах крупных семян достоверно увеличено содержание
пролина, а в эндосперме - пролина, аргинина, цистита, гистидина и
глютаминовой кислоты.
8. При облучении мелких радиочувствительных' семян в одноднев­
ных проростках индуцируется примерно вдвое больше радиотоксинов
хиновдной природы, чем при облучении крупных-семян.
9. Крупные радиоустойчивые семена отличаются большей активностью
липоксигеназы о преобладанием изоферментов с относительной электрофоретической подвижностью 0,14 и 0,18, в то время как для липоксигена­
зы из мелких радиочувствительных семян характерны изоферменты о отно­
сительной подвижностью 0,25 и 0,30.
10. Оптимальные дозы для радиостимуляции семян томатов и огур­
цов равны 12 и 5 Гр, предпосевная обработка которыми в условиях защи­
щенного грунта обеспечивает годовой экономический эффект 22,8 и 21,9
тыс. руб. соответственно. В условиях открытого грунта в зависимости
от сорта томатов экономическая эффективность колеблется в пределах
0,3-1,0 тыч. руб. в расчете на один гектар.
11. Радиостимуляционный эффект районированных сортов люцерны
наблюдается на втором и третьем годах использования растений с при­
бавкой урожая сена при облучении семян дозой 20 Гр не менее 10-13$ и
чистым дополнительным доходом за 3 года использования метода 364 и
434 руб./га для сортов Апаранская местная и Армянская I соответствен­
но. Применение метода предпосевного облучения в условиях Араратской
долины наиболее эффективно с целью получения семян. При облучении оп­
тимальной для радиостимуляции дозой 50 Гр семенная продуктивность у
сортов Армянская I и Апаранская местная возрастает на 34 и 27%, что
обеспечивает чистый доход с одного гектара 0,90 и 0,99 тыс. руб.
12. Результаты исследования модификационной изменчивости радиоустойчивости семян и пророотков сельскохозяйственных раотений в пре­
делах генетически детерминированной нормы реакции этого признака од-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 34 нозначно свидетельствуют о необходимости учета сортовых и видовых
особенностей, плоидности, влажности, срока и условий хранения, круп­
ности и биохимических особенностей семян при планировании радиобиоло­
гических экспериментов и определении оптимальных режимов предпосев­
ной обработки семян в целях радиационной стимуляции продуктивности
растений для получения стабильно воспроизводимых результатов и корректной интерпретации радиационно-биологических эффектов.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ. ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Семерджян С П . , Оганесян Дж.О., Симонян Н.В. Радиобиологичес­
кий эффект у семян пшеницы в зависимости от их возраста // Биол. жур­
нал Армении. 1969. Т. 22. * 9. С. 47-53.
2. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г. О роли сульфгидрильных групп
в определении природной радиочувствительности проростков vicia faba
и Triticum // Радиобиология. 1971. Т. II. * 2. С 278-281.
• 3. Нор-Аревян Н.Г., Семерджян С П . О корреляции радиорезистент­
ности корешков vicia faba с содержанием в них тиоловых соединений
// Радиобиология. 1971. Т. II. № 2. С. 281-284.
4. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Саакян А.Г., Григорян З.Д.
О связи радиочувствительности проростков с содержанием сульфгидриль­
ных соединений в клетках меристемы // Биол. журнал Армении. 1971.
Т. 24. № 3. С 106-107.
5. Семерджян СП., Нор-Аревян Н.Г., Григорян З.Д., Саакян А.Г.
Влияние различных модифицирующих факторов на уровень тиолов в семе­
нах пшеницы и их радиочувствительность / / Радиобиология. 1972. Т. 12.
* 6. С 907-909. •
6. Семерджян СП., Нор-Аревян Н.Г., Оганесян Дж. 0. О роли тио­
лов в определении радиочувствительности семян пшеницы / / Радиобиоло­
гия. 1973. Т. 13. J» 2. С 303-306.
7. Семерджян С П . , Оганесян Дж.О., Мартиросян В. Цитохимический
анализ белковых сульфгидрильных групп в клетках зародыша и меристе­
мы у различных по радиочувствительности семян пшеницы / / Тр. НИИ зем­
леделия АрмССР, серия "Пшеница". 1973. & I . С. 3^7.
8. Семерджян СП., Нор-Аревян Н.Г. Влияние влажности и кислоро­
да, присутствующего в момент облучения, на эффект хранения семян
пшеницы / / Тр. НИИ земледелия АрмССР, серия "Пшеница". 1972. * I .
С. 157-159.
9. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Григорян З.Д., Саакян А.Г.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 35 О возможной роли тиолов в определении природной радиочувствительнос­
ти сухих и набухших семян и проростков полиплоидов пшеницы / / Радио­
биология. 1973. Т. 13. * 5. С. 771-773.
10. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Казарян Г.Т. Влияние влаж­
ности и кислорода на эффект хранения облученных семян пшеницы / / Тр.
НИИ земледелия АрмССР, серия "Пшеница". 1973. J6 2. С. 52-57.
11. Семерджян С П . , Григорян З.Д., Нор-Аревян Н.Г., Саакян А.Г.
Сравнительное изучение радиочувствительности различных сортов пшени­
цы / / Там же. 1974. № I . С 17-29.
12. Семерджян С П . , Григорян З.Д., Нор-Аревян Н.Г., Саакян А.Г.
Зависимость радиочувствительности семян озимой пшеницы от экологи­
ческих условий выращивания / / Там же. 1974. № 2. С. 50-58.
13. Нор-Аревян Н.Г., Семерджян СП. Влияние шоковой температуры
и кислорода на величину сигнала ЗПР при облучении семян пшеницы / /
Там же. 1975. * I . С 3-6.
14. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Григорян З.Д. Влияние эко­
логических условий выращивания на радиочувствительность семян пшеницы
/ / Инф. бюлл. "Радиобиология". 1976. № 19. С. 56-59.
15. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Айдинова Ж.Р., Мартиросян
В.Т. К вопросу о роли хинонов в механизме радиочувствительности рас­
тений / / Тр. НИИ земледелия АрмССР, серия "Пшеница". 1976. * I . С. •
3-9.
16. Аславян Г.Г., Семерджян С П . , Казарян СА. Влияние предпо­
севного облучения семян на
продуктивность тепличных огурцов
/ / Научные труды (юбилейные) НИИ земледелия АрмССР. 1977. С. 156-158.
17. Варданян К.А., Нор-Аревян Н.Г., Семерджян СП. Изучение ра­
диочувствительности семян пшеницы в зависимости от их влажности в
момент облучения, газовых условий и влажности среды в пострадиацион­
ный период / / Биол. журнал'Армении. 1978. Т. 31. № 7. С. 771-775.
18. Семерджян С П . , Оганесян Дж. 0 . , Нор-Аревян Н.Г. Роль эндо­
генных тиолов в радиочувствительности конских бобов при фракциониро­
ванном облучении// Биол. журнал Армении. 1981. Т. 34. J* 6. С 570-580.
19. Семерджян СП. Сульфгидрилыше группы и радиочувствитель­
ность семян растений / / Инф. мат. "Теоретические основы противолуче­
вой защиты и изыскания новых радиопротекторов", Свердловск. 1980,
С 49-51.
20. Нор-Аревян Н.Г., Семерджян СП., Варданян К.А. 0 роли хино­
нов в механизме радиочувствительности растений / / Радиобиология.
1982. Т. 22. К 4. С. 567-571.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 36 21. Погосян Г . С , Авакян А.Г., Семерджян СП. Эффективность
предпосевного гамма-облучения семян томатов в условиях защищенного
грунта под действием минеральных удобрений / / Докл. ВАСЙШ. 1983.
* 3. С. 18-19.
22. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Варданян К.А. Зависимость
степени лучевых повреждений клеток зародыша семян пшеницы от их ве­
личины // Инф. бюлл. "Радиобиология". 1983. № 27. С 31-32.
23. Семерджян С П . Сульфгидрильные группы и радиочувствитель­
ность растений // Проблемы природной и модифицированной радиочувстви­
тельности / М.-.Наука, 1983. С. 177-185.
24. Нор-Аревян Н.Г., Варданян К.А., Семерджян С П . О возможной
связи радиочувствительности сешн пшеницы, отличающихся крупностью в
пределах сорта, о содержанием белка // Радиобиология. 1984. Т.24.
* I. С 87-89.
25. Семерджян С П . , Авакян А.Г., Оганесян Дж.О. Предпосевное
гамма-облучение семян томатов // Инф. листок Арм. НИИ научно-техн.
информации и технико-экономич. исследований Госплана АрмССР. 1983.
26. Семерджян С П . , Нор-Аревян Н.Г., Варданян К.А. Внутрисортовая разнокачественность семян пшеницы и их радиоустойчивссть // Инф.
бюлл. "Радиобиология". 1984. № 30. С 53-54.
27. Нор-Аревян Н.Г., Оганесян В.В., Варданян К.А., Семерджян С П ,
О возможной связи радиоустойчивости семян шеницы, отличакщихся круп­
ностью в пределах сорта, с содержанием аминокислот // Радиобиология.
1985. Т. 25. * 6. С 822-825.
28. Варданян К;А., Оганесян Н.А., Семерджян С П . О возможной
связи радиоустойчивости семян пшеницы с активностью и изоферментным
составом липоксигеназы // Биол. журнал Армении. 1987. Т. 40. № 10.
С 872.
29. Semerdjian S.P., Nor-Arevian N. G . The content of sulfhydril
Sroups in the meristematic cells of Triticum and Vicia faba as con­
nected to their radiosensitivity // IY Intern, congress of radiation
res., Evian. 1970. P. 195.
30. Semerdjian S.P., Nor-Arevian N. G . The role of a few endoSenous compounds on the radiosensitivity of plants // Studia biofisica (Berlin). 1975. B. 53. S. 161-162.
ТБ-02933 Подписано в печать 18.10.89 г.
Заказ 6046 Объем 2 п. л. Тираж 100
Обнинская городская типография
г. Обнинск, Комарова, в
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
1 040 Кб
Теги
837
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа