Введение к работе
Астуапьнасть проблемы Резкое возрастание техногенного загрязнения окружающей среды, которое в ряде регионов Расст уже сегодня достигло масштабов экошгичесгога бедствия, а также аварии на объектах атомной аергетики, химической и военой промыш-ленюсти выдвин/пи на первый план проблему коррешемкогичесгвенш оценю биологических эффектов комбинированного действия факторов разной природы в дозах и концентрациях, характерных для современтои среды обитания человека. Даже в случае такого хорошо изученного фактора, как ионизирующие излучения характер дозовой зависимости в области малых доз по выходу генетических повреждении в области малых доз остается под вопросом. Принятая ранее МКРЗ и НКДАР ООН в качестве официальной концепции (Публикация МКРЗ N 26,1978) линейная беспороговая гипотеза в настоящее время подвергается критике как не имеющая прочного оиогюгичесюгосккх>ованля(Филошкт Петоян 1988; Гераськин, 1995)и вступающая в противоречие с имеющимися экспериментальными данными. В случае других поппштянтов фитлчегжой, химической и (лиолоплческой природы связать экспозицию с биологическим эффектом гораздо сложнее, поскольку механизмы их действия изучены значительно хуже. Еще более сложной является задача оценки последствий комбинированного деи-сіния факюров разной природы вследствие возможности индукции нелинейных (синергизм, антагонізм) эффектов. Следует также отметить, что для реальных ситуаций характерно од-нпвремен-ое воздействие на объекты живой природы практичесмі неограниченного количества потенциалы их мугаге+ш в невысоких дозах, что обуславливает малую величину npeRbnueH/ія индуцировзных поврежден*! над спонтанным уровнем и часто не позволяет корректно оцешгь наблюдаемые биологические эффекты Таким образом, оцени реального 5КОЛ0ПЛЧЄСКОГО риска техногенного загрязнения невозможна без разработки принципов и ме-юдов когмчнет венной оцени отклика биологической системы на комбинированное воздействие факторов разной природы
Удобным объектом для проведения таких исследовании являются сельскохозяйствен ! we рзстеняп, обладающие рядом преимуществ по сравнению с другими тест-объектами: возможность получежя репрезентативных выборок, стационарный (прикрепленный) образ жизни, дешевизна и технологичность проведения всех видов экспериментов, наличие эмбриональных тканей - меристем - долго сохраняющих способность к делению и близких по чувствительности к критическим тканям человека и животных (Гудков, 1985).
Цель и задачи исследования, Целью настоящей работы является изучение закономерностей формирования генетических эффектов у сельскохозяйственных растений в условиях раздельного и комбинированного действия ионизирующих излучений и тяжелых металлов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать принципы и методы анализа биологических эффектов комбинированного действия факторов разной природы, которые применимы в реальных ситуациях, характеризующихся большим числом одновременно действующих факторов, наличием нелинейных (антагонизм, синергизм) эффектов взаимодействия повреждений, небольшим превышением экспозиции к отдельным агентам над фоновым значением и малым объемом доступной исследователю экспериментальной информации.
-
Исследовать закономерности индукции аберраций хромосом в клетках корневой и листовой меристем сельскохозяйственных растений в зависимости от вида и экспозиции повреждающего агента.
-
Исследовать закономерности индукции аберраций хромосом в интеркаляр-ной меристеме сельскохозяйственных растений при комбинированном действии облучения и тяжелых металлов.
-
Исследовать формирование генетических эффектов у растений, выращенных в сложных реальных условиях, характеризующихся комбинированным действием малых доз повреждающих факторов разной природы.
Положения, выносимые на защиту
-
Частота выхода индуцированных ионизирующим излучением структурных мутаций в клетках листовой и корневой меристемы сельскохозяйственных растений нелинейно зависит от величины поглощенной дозы.
-
Для выхода цитогенетичесхих повреждений в клетках листовой меристемы ячменя Hordeum vulgare в условиях комбинированного действия ионизирующего излучения и загрязнения лочвы солями тяжелых металлов (свинец, кадмий) характерно проявление нелинейных (синергизм, антагонизм) эффектов взаимодействия, которые имеют место преимущественно в области малых значений экспозиции.
-
Частота структурных мутаций в клетках корневой меристемы семян ячменя, выращенных в 30-км зоне Чернобыльской АЭС, не имеет достоверной связи с поглощенной за вегетационный период дозой 0.06-3.30 сГр. Статистически достоверное различие ряда цитогенетических показателей, полученных на различных по
плотности радиоактивного загрязнения участках, обусловлено действием нерадиационных факторов.
Научная новизна. Впервые:
разработана и применена к анализу конкретного экспериментального материала система принципов и методов анализа биологических эффектов комбинированного действия факторов разной природы;
показан нелинейный характер дозовой зависимости выхода цитогенетичв-ских повреждений, индуцированных ионизирующим излучением в клетках листовой и корневой меристем сельскохозяйственных растений, в области малых значений поглощений дозы;
исследованы закономерности индукции аберраций и их распределения по клеткам, формирования поврежденности аберрантных кпегок и спектра структурных мутаций у сельскохозяйственных растений при раздельном и комбинированном действии ионизирующих излучений и тяжелых металлов;
при исследовании закономерностей выхода структурных мутаций в корневой меристеме облученных семян ячменя-выявлен участок (1-10 Гр), в пределах которого частота аберрантных клеток статистически достоверно превышает спонтанный уровень и не зависит от величины дозы:
показано, что в условиях комбинированного действия ионизирующего излучения и тяжелых металлов имеют место достоверные нелинейные эффекты по выходу цитогенетических повреждений, которые характерны главным образом для сочетания малых уровней воздействия этих повреждающих агентов;
использован бутстреп-метод для анализа биологических данных;
показано, что уровень цитогенетических повреждений в клетках корневой меристемы семян ячменя, выращенных в 30-км зоне Чернобыльской АЭС, не имеет достоверной связи с поглощенной за вегетацию дозой в диапазоне 0.06-3.30 сГр, однако статистически значимо зависит от интенсивности воздействия факторов нерадиационной природы.
Теоретическая и практическая значимость. Предложенная в диссертационном исследовании методология анализа отклика биологической системы на сочетанное действие повреждающих факторов разной природы позволяет получить научно обоснованные количественные оценки реального генетического риска воздействия на человека и экологические системы комбинированного техногенного загрязнения среды, которые могут стать основой для принятия оптимальных (а, значит, экономически эффективных) управленческих решений по размещению экологически вред-
іьіх производств, целесообразности их перепрофилирования, допустимых масштабах применения агротоксикантов. разработки нормативных документов.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что при оценке и нормировании техногенного воздействия на человека и биоценозы необходимо учитывать возможность синергических и антагонистических эффектов взаимодействия факторов разной природы.
Предложенные в исследовании методы анализа экспериментальных данных легко реализуемы на практике и дают хорошие результаты в условиях малых выборок и многомерности экспериментальной информации.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на 2-ои международной конференции 'Радиобиологические последствия аварий на атомных электростанциях* (Москва, 1994). Биофизическом семинаре Объединенного института ядерных исследований (Дубна. 1995). 10-ом Международном конгрессе по радиационным исследованиям (Вюрцбург, 1995), представлены на II Радиобиологическом съезде (Киев, 1993), Международной конференции "Проблемы смягчения последствий Чернобыльской катастрофы' (Брянск. 1993). 26-ой Ежегодной конференции Европейского радиобиологического общества (Амстердам, 1994). Апробация диссертации состоялась на межлабораторном научном семинаре ВНИИСХРАЭ в апреле 1995 г.
Публикации По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, включая 27 таблиц и 25 рисунков. Список литературы содержит 148 наименований, в том числе 45 иностранных.
