Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Проблема биоиндикации радиоактивного и химического загрязнения
природных и аграрных экологических систем 9
Повышенный уровень техногенного загрязнения как экологический фактор, оказывающий влияние на сообщества растений 9
Феномен радио адаптации как ответная реакция популяций растений на антропогенное воздействие 12
Проблема биологической индикации антропогенного воздействия на природные и аграрные экологические системы 26
Особенности формирования ответной реакции клетки на раздельное и сочетанное действие низких доз и концентраций факторов разной природы 37
Классификация аберраций хромосом в соматических клетках 45
Сосна как тест-объект для биоиндикации антропогенного воздействия 48 Глава 2. Объект и методы исследования 54
Характеристика районов исследования 54
Объект исследования, используемые тест-системы и методики проведения наблюдений 59
Методика статистического анализа экспериментальных данных 64
Структура и принципы организации базы данных цитогенетических и морфологических наблюдений на сосне обыкновенной 68
Глава 3. Результаты исследования 71
3.1. Биометрические и ростовые характеристики семян сосны обыкновенной
из подвергшихся антропогенному воздействию микропопуляций 71
Анализ выхода цитогенетических нарушений в репродуктивных и вегетативных органах сосны обыкновенной 76
Анализ выхода цитогенетических нарушений в корневой меристеме проростков после острого у-облучения семян контрольной и испытывающих антропогенное воздействие микропопуляций сосны обыкновенной 84
Анализ изменения во времени частоты цитогенетических нарушений в контрольных и испытывающих антропогенное воздействие микропопуляциях сосны обыкновенной 90 Выводы 95 Литература 97
Введение к работе
Актуальность проблемы. В современном мире техногенное загрязнение стало одним из наиболее значимых экологических факторов, определяющих условия существования и эволюции всей биоты, включая человека. В этой связи большое значение имеет вопрос о возможных последствиях для всего живого столь глобального и быстрого изменения уровня техногенной нагрузки на биосферу. Для ответа на этот вопрос необходима объективная информация о фактическом состоянии биосферы и научно обоснованный прогноз ее состояния в будущем. Получить такую информацию можно методами биологического мониторинга.
Результаты изучения интактных и подвергшихся загрязнению в результате промышленных аварий и испытаний ядерного оружия природных популяций позволили сделать вывод о том, что техногенное воздействие все в большей степени определяет интенсивность и направленность микроэволюционных процессов в окружающем нас мире. Опыт изучения генетических последствий радиационных аварий на Южном Урале [5,80,122] и в Чернобыле [5,80] свидетельствует о том, что существенное усиление мутационных и рекомбинационных процессов ведет к перестройке генетической структуры популяций растений и животных. Фактическое отсутствие научно обоснованных экологических нормативов и представлений о том, где и в какой мере превышен допустимый уровень воздействия, ведущего к разрушению экосистем и снижению биоразнообразия, делает актуальным разработку теоретических основ и практических методик биологического мониторинга, базирующихся на экологических принципах норм, регламентирующих социально приемлемый уровень антропогенного воздействия на живую природу.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлся анализ эффективности использования частоты и спектра цитогенетических нарушений в вегетативных и репродуктивных органах Pinus sylvestris L. для биоиндикации разных типов антропогенного загрязнения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:
сопоставить чувствительность и информативность имеющихся на Pinus sylvestris L. биологических тест-систем в реальных условиях антропогенно загрязненных территорий;
провести сравнительное исследование частоты, дисперсии и спектра цитогенетических нарушений в репродуктивных и вегетативных органах сосны обыкновенной из контрольных и испытавших антропогенное воздействие популяций;
сопоставить устойчивость к острому у-облучению семян сосны обыкновенной из контрольной и подвергшихся антропогенному воздействию популяций;
исследовать изменение во времени частоты цитогенетических нарушений в контрольных и испытавших антропогенное воздействие популяциях сосны обыкновенной;
создать базу данных морфологических и цитогенетических наблюдений за изменчивостью вегетативных и репродуктивных органов сосны обыкновенной.
Положения, выносимые на защиту:
1. Анализ частоты и спектра цитогенетических нарушений в вегетативных и репродуктивных органах Pinus sylvestris L. показал, что, в отличие от 30-км зоны ЧА-ЭС, в районе расположения предприятия по хранению и переработке радиоактивных
отходов ЛСК «Радон» значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносят агенты химической природы.
В произрастающих на территории ЛСК «Радон» и в г. Сосновый Бор популяциях сосны обыкновенной идут процессы цитогенетической адаптации, выявляемые с помощью дополнительного острого у-облучения семян.
На протяжении всего времени исследования (1997-2001) частота цитогенетических нарушений в корневой меристеме проростков семян из подвергшихся антропогенному воздействию популяций сосны обыкновенной увеличивалась. Анализ изменения спектра структурных нарушений свидетельствует о том, что номенклатура и природа действующих агентов со временем принципиально не менялись.
Научная новизна. Впервые:
-сопоставлены частота и спектр цитогенетических нарушений в корневой меристеме семян сосны обыкновенной из популяций, произрастающих в 30-км зоне ЧАЭС, и в районе расположения комплекса предприятий атомной промышленности (г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.);
-на протяжении пяти последовательных лет изучена динамика частоты и спектра цитогенетических нарушений в вегетативных и репродуктивных органах сосны обыкновенной из контрольной и испытывающих антропогенное воздействие популяций;
-показано, что основанные на анализе частоты и спектра цитогенетических нарушений в вегетативных и репродуктивных органах Pinus syivestris L методы биоиндикации позволяют не только эффективно диагностировать разные типы антропогенного загрязнения, но и делать обоснованные предположения об их природе, исследо-
7 вать динамику и направленность идущих в изучаемых популяциях растений процессов.
Практическая значимость. Полученные в настоящей работе результаты свидетельствуют о том, что анализ частоты и спектра цитогенетических нарушений в вегетативных и репродуктивных органах 1'inus sylvestris L. является высокочувствительным и информативным методом оценки экологического состояния в районе произрастания растений. При этом развитые в настоящей работе подходы позволяют не только зафиксировать сам факт биологически значимого воздействия, но и формулировать обоснованные гипотезы о природе действующих агентов. Предложенные в настоящей работе подходы позволяют не только зафиксировать факт адаптации природных популяций к антропогенному воздействию, но и исследовать динамику этого процесса. Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты могут быть использованы для прогнозирования изменения состояния природных популяций растений в условиях экологического стресса.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на: 111 съезде по радиационным исследованиям (Москва, 1997); конференции «Научные основы ведения агропромышленного производства в условиях крупных радиационных аварий» (Обнинск, 1998); Международной конференции «Achievements & Challenges: Advancing Radiation Protection into 21 st Century» (Southport, UK, 1999); конференции «Актуальные проблемы экологии на пороге третьего тысячелетия» (Брянск, 1999); Всероссийской научной конференции «Растения и почва» (Санкт-Петербург, 1999); конференции «Биосфера и человечество», посвященной 100-летию со дня рождения Н.В. Тимофеева-Рессовского (Обнинск, 2000); Международной конференции «Проблемы радиационной генетики на рубеже веков» (Москва, 2000); Международ-
ной конференции «Радиоактивность при ядерных взрывах» (Москва, 2000); Международной конференции «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды» (Сыктывкар, 2001); конференции "Роль творческого наследия академика ВАСХНИЛ В.М. Клечковского в решении современных проблем сельскохозяйственной радиологии" (Москва, 2001); Научно-практической конференции «Наследие Чернобыля: медико-психологические, радиоэкологические и социально-экономические аспекты ликвидации последствий аварии на ЧАЭС в Калужской области» (Калуга, Обнинск, 2001); Международной конференции «Современные проблемы радиобиологии, радиоэкологии и эволюции» (Дубна, 2001); IV съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2001); Международной конференции «Генетические последствия чрезвычайных радиационных ситуаций» (Москва, 2002); Международной конференции «Экологическая безопасность, техногенные риски и устойчивое развитие» (Москва, 2002); VIII Российской научной конференции «Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях» (Обнинск, 2002). Апробация диссертации состоялась на межлабораторном научном семинаре ВНИИСХРАЭ в сентябре 2002 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, включает 15 таблиц и 5 рисунков. Список литературы содержит 141 источник.
