Введение к работе
Актуальность проблемы. Тема настоящей диссертации связана с одной из важных и актуальных проблем клеточной биологии - изучением структурной организации и механизмов функционирования клеток растений после действия заряженных частиц высоких энергий - вредоносного и сугубо специфического фактора космического полета.
Уровни радиации, обусловленные космическим излучением, - достаточно велики и возрастают с увеличением длительности и дальности полетов. Дозный эквивалент за пределами магнитосферы Земли для космонавтов в 10 раз превышает уровень предельно допустимых доз, принятый для лиц группы "А" /непосредственно работающих с источниками радиоактивных ИЗЛУЧЄНИйУ/Letaw et al., 1988/.
Выоокая плотность ионизации в треках высокоэнергетических заряженных частиц обуславливает качественно иные механизмы радиобиологического действия, при которых единичная частица в состоянии вызвать гибель целой клетки и даже группы клеток или их трансформацию. Поэтому, обстоятельное изучение радиационного риска космического излучения возможно лишь с привлечением современных цитологических и биофизических подходов с целью адекватного определения всего спектра возникающих радиационных повреждений на клеточном и субклеточном уровнях.
Растения, как основной компонент замкнутых экологических систем жизнеобеспечения в длительных космических полетах, удобны для радиобиологических исследований благодаря простоте культивирования и наличию в них популяций пролиферирующих клеток - меристем /Гудков, 1985/.
Исследования биологического действия частиц высоких энергий непосредственно в условиях космического полета проводились с использованием биосборок типа "Биоблок" и "Биостек". Круг изучаемых биологических объектов включал бактериальные споры, цисты простейших, семена растений, яйца креветок и насекомых /Акоев, 1979; Григорьев, 1982;
Мансимова, 1987; Невзгодина и др., 1984; Ногпеск et al.,1990; pianei et ai., 1974 /, то есть биологические обькты с замедленный обменом веществ. Использование таких экспериментальных систем затрудняет оценку биологического действия заряженных частиц космического излучения на клеточном и субклеточном уровнях /Мансимова, 1987/. К недостаткам экспериментов в космосе с использованием биосборок следует отнести их высокую стоимость, сложности идентификации сорта и времени попадания единичных заряженных частиц, а гакяе трудности обеспечения ішзнедеятельности активно ые-таболизирующих биологических объектов.
Модельные эксперименты по облучению биологических систем на ускорителях многозарядных ионов имеют весомые преимущества по сравнению с натурными исследованиями в космосе благодаря тому, что в наземных экспериментах получают пучки заряженных частиц с энергиями, близкими н энергиям частиц космического излучения, и в то же время с хорошо известными, легко варьируемыми и воспроизводимыми характернетиками /Зиновьев и др., 1982/.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось изучение нарушений энергетического метаболизма, структурно-функциональной организации растительных клеток и репродукции растений после воздействия частиц высоких энергий.
При этом были поставлены следующие основные задачи:
1. Определить отношение адеиалатов АТФ/АДФ в цитозо-
ле клеток корней гороха и культивируемых клеток табака
на ранних этапах пооле облучения ускоренными протонами и ионами гелия.
-
Изучить структурно-функциональную организацию микроядер, образовавшихся в меристематических клетках корней гороха спустя неокольво циклов деления после облучения высоноэнергетичесними заряженными'частицами.
-
Определить количественные закономерности образо-
вания микроядер после облучения клеток меристемы корней гороха заряженными частицами с различными линейными потерями энергии.
4. Оценить биологическую эффективность ускоренных ионов железа по критерию прорастания облученных этими ионами семян арабицопсиса.
Научная новппиа. Впервые выявлены ранние изменения уровня аденилатов АТФ и АДФ и их отношения в цитозоле клеток растений in vivo и in vitro после облучения ус-воре иными заряженными частицами.
Впервые с помощью ультраструктурного анализа показана различная степень функциональной активности микроядер, образовавшихся в растительных клетках после облучения вы-соноэнергетическпми заряженными частицами.
Впервые исследованы количественные закономерности образования микроядер в клетках корневой меристемы растений при облучении заряженными частицами с различными линейными потерями энергия /ЛПЭ/.
Впервые в радиобиологических экспериментах был применен анализ поверхности диэлектрических трековых детекторов с помощью растрового электронного микроскопа для определения плотности потока и пространственного распределения ускоренных заряженных частиц.
Практическая ценность. Полученные данные о сегрегации ядерного материала при воздействии заряженных частиц и образовании микроядер с различной ультраструктурной организацией и функциональной активностью имеют значение для выяснения особенностей радиобиологического действия этого вида излучения на репаративаые и восстановительные процессы в клетках растений. При исследовании модифицирующего влияния различных физиологических факторов на радиационный ответ клеточной системы, важное значение могут иметь установленные нарушения энергетического баланса. Результаты этой работы могут найти применение при разработке удобных тест-систем на основе пролиферирующих кле-
ток растений для оценки биологической эффективности при действии высокоэнергетических заряженных частиц в космосе и шютноионизирующего излучения от искусственных источников на Земле.
Публикация и апробация результатов. По материалам диосертации опубликовано 8 работ. Результаты исследований докладывались на семинарах отдела цитологии Института ботаники АН УССР Д987 - І990Д на Ш Республиканской конференции "Электронная микроскопия и вопросы диагностики", Кишинев, 1986; УШ съезде Украинского ботанического общества, Ивано-Франковск, 1987; УІ Всесоюзном симпозиуме "Ультраструктура растений", Чернигов, 1988; ХХХТХ Международном астронавтическом конгрессе МАФ, Бангалор, Индия, 1988; ХХУД Международном конгрессе КОСПАР, Хельсинки, Финляндия, 1988; ХХХХ Международном астронавтическом конгрессе МАФ, Малага, Испания, 1989; П Межреспубликанской конференции "Электронная микроскопия и современная технология", Кишинев, 1990; ХХУШ Международном конгрессе КОСПАР, Гаага, Нидерланды, 1990.
Объем и структура дисоергацив. Диссертация изложена на 142 страницах, включая 3 таблицы, 54 рисунка и содержит следуювде разделы: введение, обзор литературы, материал и методика исследований, результаты исследований, обсуждение результатов, выводы и литература из 182 публікацій.
Похожие диссертации на Структурно-функциональная организация растительных клеток привоздействии высокоэнергетических частиц
