Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии
Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.

Лекция 5-6. Механизм взаимодействия ионизирующего излучения с биологической тканью

5. Радиочувствительность растений и факторы ее определяющие

Конечным результатом действия радиации на клетки и ткани живого организма являются различные патологические реакции. Степень лучевого поражения зависит от дозы и длительности облучения.

Под радиочувствительностью понимают степень нарушения различных процессов или поражения тканей и организма в целом при одной и той же дозе облучения.

При хроническом облучении общая доза растягивается на длительный период. А если та же общая доза занимает короткий промежуток времени, говорят об остром облучении. Повреждение растений и животных при таком облучении обычно наступает при меньших дозах, чем при хроническом облучении. Так, сильное угнетение вегетации растений наблюдается при остром облучении в 30 раз меньшем, чем при хроническом, а гибель организмов происходит в 15 раз чаще.

При хроническом облучении важное значение имеет общая доза, накопленная за митотический цикл, продолжительность которого тесно связана с температурой окружающей среды. При более высокой температуре клетки делятся интенсивнее, поэтому длительность митоза и общая хроническая доза изменяются.

Существенную роль в развитии лучевых поражений играет также и мощность поглощенной дозы облучения. Это та доза, которую поглощает тот или иной организм за единицу времени.

Так, доза 40 кР при мощности 5-10 рентген в минуту у пшеницы и ячменя практически не повлияли на рост растений, а гамма-облучение мощностью 50 Р/мин вызывает резкое торможение вегетации.

Радиочувствительность растений различных видов, разновидностей и сортов может различаться в 100 и более раз. При этом наиболее молодые в филогенетическом отношении формы более устойчивы, чем эволюционно старые.

Степень поражения тканей и организма в целом зависит от многих факторов, которые подразделяются на три группы:

1) генетические;   2) физиологические   и   3) паратипические.

К числу первых относятся видовые и сортовые особенности растений, которые определяются размерами ядер, числом хромосом и количеством ДНК. Наиболее надежным показателем радиочувствительности служит отношение объема ядра в расчете на одну хромосому (объем хромосомы).

Чем эта величина больше, тем радиочувствительность меньше. Поэтому на устойчивость растений к действию радиации влияет степень их полиплоидности: более чувствительными являются три- и тетраплоидные формы, а менее – диплоидные.

К физиологическим относятся фазы и стадии роста растений в период облучения, скорость вегетации и уровень обмена веществ. При остром облучении зависимость радиочувствительности от скорости митоза, а значит и роста организма, подчиняется действию закона Ж.Бергонье — Л.Трибондо.

Растения при остром облучении обладают повышенной радиочувствительностью в стадиях наиболее интенсивного роста. А при хроническом облучении проявляется обратная зависимость: чем выше интенсивность роста, тем меньше тяжесть лучевого поражения. Быстро делящиеся клетки поглощают за время одного акта клеточного цикла деления меньшую дозу и повреждаются слабее. Поэтому любой фактор, приводящий к увеличению продолжительности митоза или мейоза, усиливает радиационное поражение, вызывая рост частоты хромосомных перестроек под действием облучения, и в большей степени угнетает рост и развитие растительного организма.

К факторам внешней среды относятся погодно-климатические условия в период облучения, минеральный состав и плодородие различных видов почв и ряд других.

К общим критериям радиочувствительности растений относятся:

1) степень подавления митоза (мейоза);

2) процент поврежденных клеток при первом делении;

3) число хромосомных перестроек на одну клетку;

4) процент всхожести семян;

5) депрессии роста и развития растения;

6) радиоморфозы;

7) процент хлорофильных мутаций;

8) выживаемость растений;

9) урожайность.

Количественная оценка радиочувствительности растений по критерию выживаемости устанавливается по показателям ЛД₅₀, ЛД₇₀ и ЛД_100. Это величины доз, при которых погибает 50, 70 или 100% из числа облученных объектов.

В процессе роста радиочувствительность растений меняется. Считается, что к наиболее чувствительным периодам относятся прорастание семян и переход растения от вегетативного состояния к генеративному, когда закладываются органы плодоношения.

Злаковые культуры более радиочувствительны в фазы выхода в трубку, кущения и колошения. Зерновые бобовые наиболее чувствительны в период бутонизации, а самое резкое снижение урожайности овощных культур и картофеля наблюдается при их облучении в период появления всходов.

В целом растения наиболее устойчивы к действию радиации в период созревания и физиологического покоя семян. При облучении растений в период от всходов до начала цветения урожай снижается на 50% при следующих дозах:

1) горох и озимая рожь – 2 кР;

2) пшеница, ячмень, горох, подсолнечник – 3 кР;

3) гречиха, просо, томаты – 5 кР;

4) лен – 10 кР;

5) картофель – 15 кР;

6) сахарная свекла, турнепс – 20 кР;

7) капуста, морковь, столовая свекла – 25 кР.

Различия касаются не только разных культур, но и сортов одного и того же вида. При этом сортовая радиочувствительность может отличаться от полутора до пятнадцати раз. Сорта твердой пшеницы отличаются более высокой чувствительностью к радиации, чем сорта мягкой. Например, наиболее устойчивым у пшеницы является сорт Краснозёрная.

Из сортов гороха можно выделить Торсдаг, Немчиновский и Капитал. Из сортов картофеля наибольшей чувствительностью обладает Белорусский ранний, а наименьшей — сорт Лорх, хотя относительно высокая средняя урожайность последнего делает эти различия в хозяйственном плане незначительными.