Курсовая работа: Изучение радиологических эффектов у высших растений, обитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа

Курсовая работа: Изучение радиологических эффектов у высших растений, обитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа

Введение

1 Обзор литературных данных

2 Материал и методика исследования

3 Результаты и обсуждение

3.1 Цитогенетические исследования

3.1.1 Спонтанный мутагенез

3.1.2 Влияние неравномерного фракционированного облучения на прозанник пятнистый (Achyrophorus maculatus L.)

3.1.2.1 Влияние на индуцированный мутагенез γ-лучей 60Со в дозе 5 Гр

3.1.2.2 Влияние на индуцированный мутагенез γ-лучей 60Со в дозе 30 Гр

3.1.2.3 Значение временной организации фракционированного облучения  в формировании радиологического эффекта

3.2 Биохимические исследования

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

29 сентября 1957 года вследствие теплового взрыва емкости с радиоактивными отходами на Южном Урале (химкомбинат «Маяк») произошла одна из наиболее крупных ядерных аварий. Суммарный выброс радионуклидов был равен 7,4×1016 Бк[I]. Исключительно важное радиологическое значение имело присутствие в составе смеси долгоживущего радионуклида – 90Sr с периодом полураспада 28,5 лет, что и предопределило длительную опасность этого радиоактивного загрязнения [5]. В результате указанного выброса образовался ВУРС[II] – уникальный полигон для изучения эффектов хронического облучения малыми дозами [7].

Изучение механизмов радиорезистентности природных популяций региона Кыштымской аварии вносит вклад в разработку проблемы накопления патологического груза, механизмов адаптации к радиационной среде, прогнозирования отдаленных последствий и поиску средств их коррекции [16]. Актуальность этой проблемы определяется тем, что на ясном понимании закономерностей формирования биологических эффектов малых доз ионизирующего излучения должна основываться разработка новой концепции радиационной защиты человека и биоты [8].

В плане выяснения природы явлений, наблюдающихся при фракционировании дозы, значительный интерес представляют работы с описанием защиты от радиации под действием предварительного облучения малой дозой. Радиация обладает многосторонним действием на клетку и организм и наложение двух доз отражается неодинаково на отдельных составляющих радиационного эффекта, влияя на выход цитогенетических нарушений [12].

Целями настоящей работы на высших растениях с территории ВУРСа являются:

>   изучение влияния малых доз ионизирующих излучений на спонтанный мутагенез;

>   межвидовые сравнения хромосомной нестабильности;

>   исследование эффекта неравномерного фракционированного облучения;

>   определение роли антиоксидантных систем в формировании радиопротекторного эффекта.

Для достижения целей необходимо выполнение следующих задач:

а)         ознакомление с объектами исследования и условиями их обитания;

б)         анализ состояния проблем на сегодняшний день;

в)         освоение методик исследований и применение их на практике;

г)         применение методов вариационной статистики для обработки и анализа эмпирических данных.

Изучение мутационного процесса в природных популяциях, подвергающихся хроническому действию ионизирующих излучений, важно в связи c задачами, возникающими в теории эволюции, с разработкой проблем охраны окружающей среды, для прогнозирования отдаленных генетических последствий загрязнения биосферы радионуклидами [4].

Среди классических методов радиобиологии и радиационной генетики наибольший интерес представляет прием повторного действия мутагенов. При взаимодействии эффектов двух доз возможно модифицирующее влияние предыдущего облучения на результат последующего. Фракционирование дозы облучения является методом анализа процессов восстановления [12, 25], кроме того, оно неодинаково отражается на отдельных составляющих радиационного эффекта. При повторном облучении в определенных условиях возникает эффект защиты, который наиболее легко обнаружить при использовании первого облучения в небольшой дозе [12]. Считается, что хроническое облучение является частным случаем фракционирования дозы [25].

Решающим фактором в ответной реакции клетки является доза. Клетка обладает способностью устранить нанесенное ей повреждение. Помимо суммарной дозы на ход реакции восстановления влияет и мощность доз. Как правило, при уменьшении мощности доз, т.е. при растягивании времени облучения, процесс восстановления выражен сильнее, а лучевое поражение меньше [11].

Многие авторы указывают на повреждающее действие повышенного фона радиоактивности, однако положительное действие малых доз радиации также широко известно: стимуляция биологических процессов: роста, развития, выживаемости, плодовитости, исцеления и др. [12, 21]. В популяциях дикорастущих растений, произрастающих на загрязненных радионуклидами территориях, произошли адаптационные изменения, выражающиеся в повышенной радиоустойчивости по сравнению с популяциями тех же видов, произрастающими на чистых незагрязненных почвах [3, 4, 17, 24]. Одним из механизмов повышения радиоустойчивости облучаемых организмов является увеличенное содержание в их тканях антиоксидантов [17]. Однако мутационный процесс в облучаемых популяциях растений протекает более интенсивно по сравнению с контрольными [4, 24].

Сравнение биохимических показателей у двух видов мелких млекопитающих, обитающих на контрольных и радиационно-загрязненных территориях ВУРСа позволило отнести характеристики окислительно-восстановительного метаболизма к основным физиологическим детерминантами (определителями) их радиорезистентности к длительному низкоинтенсивному воздействию [16].

Приступая к экспериментам с предварительным облучением малой дозой, авторы [13] предполагали, что данное воздействие может вызвать скрытые лучевые повреждения, снижающие выживаемость объекта после дополнительного облучения массивной дозой, однако их предположения не подтвердились. Снижение частоты хромосомных аберраций при фракционировании дозы связано с обратимыми физиологическими изменениями в клетке, которые делают хромосомы менее чувствительными ко второй экспозиции [1]. Авторами [13] высказывается предположение, что радиобиологические эффекты радиостимуляции и повышения радиорезистентности под влиянием предварительного облучения малыми дозами регулируются единым механизмом.

В основе радиационно-химических изменений молекул могут лежать два механизма. 1. Прямое действие, при котором данная молекула испытывает изменение непосредственно при прохождении через нее кванта энергии. 2. Косвенное действие изменяемая молекула непосредственно не поглощает энергию падающего излучения, а получает ее путем передачи от другой молекулы [9, 25].

Ионизирующие излучения характеризуются незадержанным эффектом индуцирования аберраций хромосом [12], что позволяет использовать в качестве количественного показателя радиочувствительности подсчет клеток с хромосомными перестройками. Оценка поражения может проводиться путем мета- или анафазного анализа, но первый из них весьма трудоемок. При анализе анафаз легко различимы «летальные» для клетки аберрации – дицентрики и фрагменты; достоинством этого метода является относительная простота, делающая его доступным и в то же время достаточно корректным для оценки радиочувствительности [25]. Часть аберраций, как, например, дицентрики, механически препятствует делению клетки; появление ацентрических фрагментов приводит к неравномерному разделению и утрате генетического материала, вызывающего гибель клетки из-за нехватки метаболитов, синтез которых кодировался ДНК утраченной части хромосомы [11, 25]. Учет частоты фрагментов, однако, не является достаточно надежным показателем вследствие того, что фрагменты могут вовлекаться расходящимися хромосомами в анафазные шапки, где они не обнаруживаются, после чего элиминируются, объединяясь в микроядра; к тому же, фрагменты могут теряться в процессе приготовления препаратов [12, 25].

Структурно-метаболическая теория (СМТ) в радиобиологии является современным обобщением огромного фактического материала и ранее существовавших теорий в радиобиологии в свете представлений о неразрывном единстве и взаимовлиянии структуры и метаболизма. СМТ исходит из положения, что при действии радиации на клетку первичные процессы возникают во всех ее структурах и затрагивают многие метаболические процессы, неразрывно связанные с этими структурами. Любой радиобиологический эффект возникает во времени в результате взаимодействия многих процессов, как развившихся после облучения, так и нормально протекающих в клетке. СМТ подчеркивает значение фактора времени в проявлении любых радиобиологических эффектов. Скорость протекания процессов, происходящих в клетке после облучения, будет зависеть не только от места и величины поглощенной энергии, наличия веществ, обрывающих цепные процессы. Структурно-метаболическая теория рассматривает механизмы поражающего действия сублетальных и летальных доз радиации, так и стимулирующего действия малых доз радиации. СМТ является общей теорией действия радиации на биологические объекты, начиная с клеточного уровня и заканчивая высокоорганизованными многоклеточными организмами [9].

Объектами исследования являются многолетние травянистые растения[III]: Прозанник пятнистый – Achyrophorus maculatus L. (семейство Сложноцветные; 2n = 10, рис. 1А; стр. I) и два вида подорожника: Подорожник ланцетолистный – Plantago lanceolata L. (2n = 12, рис. 1Б) и Подорожник средний – Plantago media L. (2n = 24, рис. 1В, оба из семейства Подорожниковые) [13]. Семена всех видов растений были собраны на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа как с контрольных участков, так и с загрязнённых радионуклидами 90Sr–90Y и 137Cs. В местах сбора материала первоначальное загрязнение составляло 1500-2000 Ки[IV]/км2; 90% дозы формируется за счёт распада 90Sr и 10% – за счёт 137Cs. В настоящее время прошло 1,7 периодов полураспада радиостронция и остаточное загрязнени