Польза от радиации для растений
Радиоактивные вещества поступают в растения двумя основными путями: загрязнения растений радиоактивными веществами, которые оседают из атмосферы непосредственно на растения и усвоения растениями радионуклидов из почвы. В вегетационный период загрязнения растений радионуклидами может происходить одновременно двумя путями.
Загрязнение сельскохозяйственных растений внекорневой путем поступления обусловливается природой радиоизотопов, условиями внешней среды, физико-химическими свойствами радиоактивных веществ и б биологическими свойствами росли.
Уровни радиоактивного загрязнения растений зависят от концентрации радионуклидов в атмосфере и интенсивности их оседания. Значительную роль играет дисперсность радиоактивных веществ, чем крупные частицы, т тем меньше их задерживается на растениях на степень фиксации растениями радионуклидов влияют химические свойства. У растения проникают наиболее подвижные радионуклиды, в первую очередь йод и цезийзій.
На степень радиоактивного загрязнения растений влияют морфологические особенности. Задержка растениями радиоактивных веществ увеличивается с ростом и развитием вегетативной массы, с горизонтальным размещен нням листьев и стеблей, наличием складок, морщинистости, опушености и смолистых отложенияхь.
На уровне радиоактивного загрязнения существенно влияют условия внешней среды. Повышенная влажность воздуха увеличивает степень задержания на растениях радиоактивных веществ, и наоборот, сильный дождь змы ивае их с рослин.
Уменьшение загрязнения растений радионуклидами со временем уменьшается благодаря действию всех факторов внешней среды: смыванию дождем, сдувания ветром, отряхивания животными, опадение с отмершим старым л листья.
Облучение растений происходит радиоактивными веществами, находящимися на растениях и на поверхности почвы
Радиационное поражение растений в основном происходит вследствие бета-излучения. Бета-лучи сильнее поглощаются органами растений: листьями, стеблями, точками роста, генеративными органами и семенами
В общей поглощенной растениями дозе излучения доля бета-излучения может в 10-15 раз превышать долю гамма-излучения в зависимости от вида и высоты растений, т.е. доза облучения, как ку получает, растение в 10-15 раз выше экспозиционной дозы гамма-излучения с дозиметрическими приборам.
При поражении радиоактивными веществами растений весной и летом в момент их активного роста содержание радионуклидов оказывается наиболее высоким в вегетативных органах – листьях и стеблях растений. Зерно забрю уднюеться меньше и неодинаково у разных культур и сортов: больше в колосовых за счет непосредственного попадания на них радиоактивных веществ, меньше – в бобовых и кукурузыи.
Лучевое поражение у растений проявляется в торможении и задержке роста, снижении урожайности, уменьшении репродуктивных свойств семян, клубней и корнеплодов. Снижаются пищевые качества урожая. Тяжелое е поражение приводит к полной остановке роста и гибели растений через несколько дней или недель после облученияня.
Облучение растений может быть внешним, внутренним и смешанным. При внешнем облучении растений бета-частицы равномерно облучают все органы. Внутреннее облучение растений происходит тогда, когда ра адиоактивни вещества попадают в растения через корневую систему и письмотя.
Наличие источников внешнего и внутреннего излучения дает смешанное облучение
Степень радиационного поражения (от едва заметного подавления роста к полной потере урожая и даже гибели всех растений) зависит в основном от следующих факторов: полученной дозы облучения и радиочу утливости растений при облучении.
Радиочувствительность растений количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает определенный эффект – угнетение роста, снижение урожайности, частичную или полную гибель. Различные сельскохозяйственные культуры г имеют различную радиочувствительность. В табл 19 приведены летальные дозы облучения сельскохозяйственных культур. Радиочувствительность растений значительно зависит от их фазы развития растения, которые формируют наземные пло ди, наиболее чувствительны к облучению в фазе закладки и формирования репродуктивных органеганів.
Таблица 19. Летальные дозы однократного облучения растений в фазе вегетации
Растения | Доза облучения, советов | Растения | Доза облучения, советов |
Лук репчатый | 1500 | Сахарная свекла | 13 400 |
Овес | 3 300 | Рис | 19 600 |
Кукуруза | 4 200 | Лен | 20 700 |
Рожь | 4 350 | Фасоль | 36 000 |
Ячмень | 4 350 | тыс. | 800 |
Пшеница | 4 500 | Сосна веймутова | 1000 |
Горох | 4 600 | Ель сизая | 1020 |
Хлопчатник | 10100 | Лиственница японская | 1250 |
Природные травы | 12 000 | Туя западная | 1500 |
Капуста | 12 300 | Береза | 8 000 |
Помидоры | 12 400 | Дуб красный | 8 000 |
Картофель | 12 600 | Клен красный | 10 000 |
Так, пшеница, рожь, ячмень и другие злаковые культуры наиболее чувствительны в фазе выхода в трубку (табл. 20), кукуруза – в фазе выбрасывания метелки, гречка, бобовые и семенники двухлетних культур – в ранней фаз с бутонизации, картофель и корнеплоды – в фазе проростковв.
Качество семян больше снижается при облучении в фазе колошения у зерновых и цветения – в бобовых. В овощных культур семенники наиболее радиочувствительны в фазе начала бутонизации
Таблица 20. Возможные потери урожая зерна озимой пшеницы, ржи и ячменя в зависимости от суммарной экспозиционной дозы облучения и фаз развития растений в момент выпадения радиоактивных веществ,%
Уровень радиации, Р / ч | Фаза развития | |||
Кущение | Выход в трубку | Колосится и цветения | Молочная спелость | |
20-40 | 10 | 20 | 5 | 5 |
40-60 | 25 | 40 | 15 | 5 |
60-80 | 45 | 60 | ЗО | 10 |
80-120 | 60 | 80 | 45 | 10 |
120-160 | 80 | 90 | 60 | 15 |
160-240 | 90 | 100 | 80 | 15 |
240-600 | 100 | 100 | 80 | 15 |
Радиоактивные осадки, оседая на растения, не только поражают их, но и загрязняют урожай. Загрязненность урожая радиоактивными веществами зависит от следующих факторов: плотности осадка радиоактивных ве овин; первичного задержания радиоактивных осадков в момент их выпадения на поверхности растений, зависит от вида растений, размеров и растворимости частиц осадков; потерь радиоактивных частиц с заб руднених растений, которые обусловлены смыванием частиц из растений дождями, встряхиванием ветром, опадением отмерших загрязненных частей рослин.
Расскажу я вам, дружочки, как выращивать грибочки:
Нужно в поле утром рано сдвинуть два куска урана.
(c) неизвестный автор
Атомные грибы, выросшие над Хиросимой и Нагасаки в 1945 году испугали человечество. А вот энтузиасты от науки считали, что будущее атома не только мирное, но и прекрасное. Многие ученые полагали, что при умелом обращении атом способен дать не только океаны сверхдешевой энергии, но и завалить планету продуктами, навсегда избавив человечество от голода и войн. Обе надежды сбылись лишь частично.
Источник изображения: thestreet.dk
В 50-х годах прошлого века в США была запущена программа исследований “Атомы ради мира”, в рамках которой начались работы по выведению новых сортов растений путем воздействия на них гамма-излучения. Это стало толчком к так называемому «атомному садоводству».
В чем суть атомного садоводства
Сам замысел атомного садоводства был прост и красив — незачем заниматься длительным выведением новых сортов, если можно этот процесс многократно ускорить путем вызывания мутаций под воздействием радиации.
Источник изображения: сozivotdal.eu
Различных мутаций будет множество, причем бОльшая часть из них окажется или гибельными для растений, или вредоносными для человека. Но некоторое количество случайных мутаций окажется полезной для садоводческих культур. Они увеличат устойчивость перед неблагоприятными внешними факторами, увеличат размер плодов, улучшат их вкус. Вот растения с такими мутациями и предполагалось в дальнейшем культивировать в сельском хозяйстве.
Процесс облучения растений был понятен всем – в центре кругового поля возвышалось подобие столба с находящимся в нем источником гамма-излучения кобальтом-60.
Если людям было необходимо посетить опытное поле, то столб опускался вниз в специальную подземную экранированную свинцом от радиации камеру.
Если смотреть на поля атомного садоводства сверху, то обязательно на память придет знак радиационной опасности. Однако это не более чем случайное совпадение, вызванное интересами науки.
Источник изображения: discovery.163.com
Ученые высаживали различные сельскохозяйственные культуры секторами, чтобы определить воздействие на каждый конкретный сорт различных уровней радиации. Известно, что интенсивность радиации падает пропорционально квадрату расстояния от источника, так что логика специалистов в секторных посадках была вполне оправданной.
Источник изображения: discovery.163.com
Рассвет атомного садоводства
В конце 50-х годов атомное садоводство преодолело границы Нового света. В 1959 году в Англии Мюриэл Ховарт стала основательницей «Общества атомных садоводов». Ей удалось привлечь внимание к новомодной затее благодаря ужину с радиоактивным арахисом.
Мюриэл Ховарт показывает английскому писателю Беверли Николсу растение, выращенное из облученных арахисовых семян. Источник изображения: wikimedia.org
Доктор Уолтер Грегори, работавший в университете Северной Каролины, облучил высокой дозой радиации с помощью рентгеновского аппарата 200 фунтов семян арахиса, которые после высадил на опытном университетском участке. Результат оказался потрясающий — новые плоды оказались в 2-4 раза крупнее природных, а вкус остался тем же. Вот этим арахисом Мюриэл Ховарт и попробовала угостить своих гостей во время ужина. Правда, никто из приглашенных диковинных плодов отведать не решился, поела радиоактивного арахиса только сама хозяйка. Но все же своим поступком госпожа Ховарт вызвала в Англии вспышку интереса к атомному садоводству.
Мутировавший арахис Уолтера Грегори. Источник изображения: atomicgardering.com
В США ближе к 60-м годам в рамках программы «Атомы ради мира» каждый гражданин страны мог получить (абсолютно бесплатно!) небольшое количество кобальта-60, который следовало использовать для атомного садоводства.
Что удалось вырастить таким путем?
Продажа облученных семян. Источник изображения: theplanthunter.com.au
В 60-е года бум на атомное садоводство пошел на убыль. Однако некоторые гамма-поля того времени сохранились. Самым известным действующим объектом тех времен является атомный сад Хитатиомия, с радиусом в 100 м и забором в 8 м. Главным достижением этого сада считается выведение сорта груши «Золотой Нидзиссейки», который устойчив к болезни черных пятен.
Кроме того, появились новые атомные сады в Корее, Малайзии, Перу, Вьетнаме и некоторых других странах. У новичков есть определенные успехи, так в Перу уже удалось путем мутаций вывести культурные растения пригодные к выращиванию в высокогорных районах Анд.
Еще успехами проекта по атомному садоводству пользовался в жизни практически каждый человек, пользующийся зубной пастой. Перечная мята сорта «Тодд Митчем», входящая в состав этого гигиенического средства, получена именно благодаря атомному садоводству. А еще благодаря проекту вывели сорт грейпфрутов «Рио стар», отличающийся красным цветом и прекрасным вкусом. Сейчас этот сорт составляет 3/4 всех посадок грейпфрутов в Техасе.
Первичные реакции в сложном растительном организме начинаются с действия радиации на биологически активные молекулы, входящие в состав практически всех компонентов живой клетки. Биологические процессы, вызванные облучением растений, связаны с множеством обменных реакций в клетках. В зависимости от дозы облучения и фазы развития растений в момент воздействия излучений у вегетирующих растений наблюдается значительная вариабильность изменений обменных процессов. Реакция растительных объектов на действие гамма- и рентгеновского излучения проявляется в виде активации или подавления ростовых процессов, что вызывает изменение темпов клеточного деления.
У злаковых культур, подвергшихся облучению дозами 20-30 Гр, наблюдается торможение роста главного побега в высоту, а затем вследствие активации покоящихся центров начинается рост боковых побегов, что выражается в мощном кущении. Причем кустистость пшеницы может повыситься в 3 раза. Хроническое облучение может привести к увеличению вегетативной массы к моменту уборки почти в 6 раз.
При действии повреждающих доз излучений в растениях возникают различные морфологические аномалии. Так, в листьях происходит увеличение или уменьшение количества и размеров, изменение формы, скручиваемость, ассиметричность, утолщение листовой пластинки, опухоли, появление некротических пятен. При поражении стеблей наблюдается угнетение или ускорение их роста, нарушается порядок расположения листьев, изменяется цвет, появляются опухоли и аэральные корни. Наблюдается также угнетение или ускорение роста корня, расщепление главного корня, отсутствие боковых корней, появление вторичного главного корня, опухолей. Происходит также изменение цветков, плодов, семян – ускорение или задержка цветения, увеличение или уменьшение количества цветков, изменение цвета, размеров и формы цветков; увеличение или уменьшение количества плодов и семян, изменение их цвета и формы и т.д.
В ряде случаев действие больших доз облучения на растения повышает темпы развития вследствие активации процессов старения – растение быстрее зацветает и созревает. Разнообразны и генетические повреждения. В результате мутаций, например, у пшеницы встречаются высокорослые, низкорослые, карликовые формы, растения с ветвящимися или стелющимися стеблями. При больших дозах возможна гибель растений.
При действии излучений в невысоких дозах (5-10 Гр для семян и 1-5Гр для вегетирующих растений) наблюдается так называемая радиостимуляция – ускорение темпов роста и развития растений. Стимуляция наблюдается при действии гамма-, бета- и рентгеновских излучений (при действии альфа- излучений стимуляции не наблюдается). При действии больших доз уменьшается не только количество зерна в урожае, но заметно изменяется и его качество – обычно зерно оказывается щуплым.
Таким образом, реакция растений на действие излучений сложна и разнообразна. Процессы, происходящие на молекулярном и клеточном уровне, в целом сходны у всех живых организмов. На более высоких уровнях организации проявляются только характерные для растений изменения, зависящие от особенностей структуры и функций различных тканей и органов растительного организма.
Ученые выяснили, как малые дозы радиации влияют на процессы жизнедеятельности и развития растений и как этот механизм в перспективе поспособствует использованию сельскохозяйственных растений для очищения и восстановления районов Чернобыльской зоны отчуждения.
Чернобыльская АЭС / ©slavdelo.dn.ua
Радиобиологи и генетики из Сибирского федерального университета, Института клеточной биологии и генетической инженерии (Украина) и Гёттингенского университета (Германия) выяснили, как малые дозы радиации влияют на процессы жизнедеятельности и развития растений и как этот механизм в перспективе поспособствует использованию сельскохозяйственных растений для очищения и восстановления районов Чернобыльской зоны отчуждения.
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Radiation Biology.
Проблема влияния хронического облучения на живые организмы обрела особую актуальность в контексте исследований отдаленных последствий катастроф на атомных электростанциях и производствах, приведших к долгосрочному радиактивному заражению обширных территорий малыми дозами радиации.
Экспериментальные работы, которые проводятся с 1986 года в Чернобыльской зоне, показали, что малые дозы существенно влияют на биоту.
Многолетние наблюдения за ростом и развитием растений, осуществляемые международным коллективом украинских, европейских и российских ученых, и протеомный анализ показали, что малые хронические дозы облучения вызывают различные изменения в растительных организмах.
«Очень важно более детально изучить действия малых доз на процессы жизнедеятельности и развития растений, чтобы понять тенденции влияния радиации на загрязненных территориях.
Мы показали индукцию («включение») ключевых генов репарации (восстановления) ДНК — RAD51, Rad1, Ku70 — при облучении модельного растения арабидопсис (Arabidopsis thaliana) редко ионизирующим острым (однократным, фракционированным) и хроническим излучением в дозе до 6 Гр включительно.
Arabidopsis thaliana
Болeе высокие дозы вызывали как индукцию, так и репрессию (подавление транскрипции) этих генов. В предыдущих работах уже отмечалось, что однократное излучение обладает большим потенциалом активизации восстановительных механизмов по сравнению с фракционированным.
Интересно, что у необлученных потомков облученных растений сохраняется повышенный уровень экспрессии генов (экспрессия — преобразование наследственной информации генов в РНК или белок), среди которых RAD51 и Rad1, но не Ku70», — сообщил один из участников исследования Константин Крутовский, руководитель лаборатории лесной геномики и НОЦ геномных исследований Сибирского федерального университета, ведущий научный сотрудник Института общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук, профессор Гёттингенского университета (Германия) и Техасского А&М университета (США).
Изучив влияние низких доз хронического облучения также на ключевые гены цветения, исследователи обнаружили, что хроническое облучение может существенно изменять активность этих генов.
При воздействии в дозе 3cGy наблюдалось более раннее, а при увеличении дозы до 17cGy — более позднее цветение, чем у растений, которые не подвергались воздействию.
Кроме того, было выявлено, что повышенный фон радиации существенно влияет на сигнальные системы растений.
Ученые отметили, что выживание в условиях воздействия вредного фактора зависит в том числе от взаимодействия стрессоров (гипертермический или осмотический шок, засоление почвы).
Со временем наблюдается восстановление ростовой функции при всех применяемых дозах радиации, но в случае наложения гипертермии или солевого стресса восстановление растения происходит более активно.
Возможно, есть общие компоненты восстановительных реакций после воздействия этих трех стрессоров.
При этом в начальный период воздействия стрессора происходит одновременное повышение устойчивости растения и к нескольким другим стресс-факторам, которое в дальнейшем может вернуться к исходному уровню.
«Проведенные эксперименты показывают, что изменения климата на планете, повышение средней температуры, засуха, засоление почв и так далее могут привести к непредвиденным последствиям.
Не стоит забывать и об изменении толщины озонового слоя, что также приводит к увеличению количества УФ-лучей, которые достигают земной поверхности.
В сочетании с другими антропогенными факторами это существенным образом влияет на биоту — в частности, негативно сказываясь на урожайности сельскохозяйственных культур.
Что же касается подтвержденной способности растений накапливать радионуклиды в низких концентрациях в семенах и масле, это дает нам возможность говорить о возможном использовании технических сельскохозяйственных растений для стабильной ремедиации районов Чернобыльской зоны отчуждения», — сообщил соавтор этого исследования Намик Рашидов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией биофизики сигнальных систем растений отдела биофизики и радиобиологии Института клеточной биологии и генетической инженерии Национальной академии наук Украины.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирский федеральный университет — высшее учебное заведение, расположенное в Красноярске. Первый в России федеральный университет. Крупный научно-исследовательский и образовательный центр в России. Крупнейший университет восточной части России.