Влияние хронического ионизирующего излучения на вариабельность митотической активности тканей Pinus sylvestris L.

УДК

630*165.43:539.16.04

DOI:

10.37482/0536-1036-2021-1-112-119

Аннотация

Развитие ядерной энергетики в перспективе будет продолжаться, что обуславливает сохранение вероятности попадания радионуклидов в окружающую среду. Выявлена актуальность исследования генетического материала хвойных как надежного биоиндикатора. Известно, что под воздействием ионизирующего излучения происходит накопление генетических нарушений в организмах потомства сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Наиболее чувствительны к ионизирующему излучению стадии гаметогенеза, зиготы и молодых проростков растительных организмов. Важно определить вариабельность митотического индекса тканей потомства сосны обыкновенной в зонах с различным уровнем ионизирующего излучения, в том числе и в зоне отчуждения. Мощность экспозиционной дозы измеряли на уровне почвы и на высоте 1 м от поверхности земли. Проращивание семян производили в термостате на влажной фильтровальной бумаге. Фиксировали корешки проростков длиной 0,5…1,0 см в смеси 96 %-го этилового спирта и ледяной уксусной кислоты. Корешки окрашивали в растворе ацетокармина. Размягчение тканей проводили сильным раствором хлоралгидрата. На «давленых» препаратах под микроскопом учитывали общее количество клеток, количество делящихся клеток, а также патологических митозов. Определяли митотический индекс и продолжи- тельность фаз митоза. Установлено, что при увеличении уровня радиоактивного загрязнения повышаются скорость деления клеток, количество клеток, находящихся в стадиях профазы, анафазы и телофазы, но сокращается продолжительность метафазы, а также изменяется относительная продолжительность фаз митоза. С ростом мощности экспозиционной дозы закономерно увеличивается число патологических митозов. Спектр нарушений митоза представлен различными аномалиями хромосомного аппарата в стадии анафазы: выходом и отставанием хромосом, мостами. При этом существенно возрастает количество анафаз с мостами, с одновременным выходом и отставанием хромосом.

Сведения об авторах

А.В. Скок¹, канд. биол. наук, доц.; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1128-8102
В.Н. Сорокопудов², д-р с.-х. наук, проф.; ResearcherID: B-1520-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0133-6919
И.Н. Глазун¹, канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: ABC-9610-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6625-4845
¹Брянский государственный инженерно-технологический университет, просп. Станке Димитрова, д. 3, г. Брянск, Россия, 241037; e-mail: s.anna.v@mail.ru, iglasunn@mail.ru
²Российский государственный аграрный университет – МС ХА им. К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, д. 49, Москва, Россия, 127550; e-mail: sorokopud2301@mail.ru

Ключевые слова

Pinus sylvestris L., мощность экспозиционной дозы, фазы митоза, нарушения анафазы, мосты, отставание хромосом, выход хромосом

Для цитирования

Скок А.В., Сорокопудов В.Н., Глазун И.Н. Влияние хронического
ионизирующего излучения на вариабельность митотической активности тканей Pinus sylvestris L. // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1. С. 112–119. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-112-119

Литература

1. Абрамов В.И., Динева С.В., Рубанович А.В., Шевченко В.А. Генетические последствия радиоактивного загрязнения популяций Arabidopsis thaliana, произрастающих в 30-километровой зоне аварии на ЧАЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. 1995. Т. 35, вып. 5. С. 676–689. [Abramov V.I., Dineva S.V., Rubanovich A.V., Shevchenko V.A. Genetic Consequences of Radioactive Contamination of Populations of Arabidopsis thaliana Growing in the 30-km Zone of the Chernobyl Accident. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya [Radiation biology. Radioecology], 1995, vol. 35, iss. 5, pp. 676–689].
2. Буторина А.К., Вострикова Т.В. Изучение цитогенетических показателей у березы повислой в условиях антропогенной нагрузки // Интеграция науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции: материалы междунар. науч.-практ. конф. (Воронеж, 25–27 сент. 2001 г.). Воронеж, 2001. С. 78–82. [Butorina A.K., Vostrikova T.V. The Study of Cytogenetic Parameters in White Birch under Anthropogenic Stress. Integration of Science and Higher Forestry Education in Forest and Forest Product Quality Management: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference (Voronezh, September 25–27, 2001). Voronezh, 2001, pp. 78–82].
3. Буторина А.К., Калаев В.Н., Миронов А.Н., Смородинова В.А., Мазурова И.Э., Дорошев С.А., Сенькевич Е.В. Цитогенетическая изменчивость в популяциях сосны обыкновенной // Экология. 2001. № 3. С. 216–220. [Butorina A.K., Kalaev V.N., Mironov A.N., Smorodinova V.A., Mazurova I.E., Doroshev S.A., Sen’kevich E.V. Cytogenetic Variation in Populations of Scots Pine. Ekologiya [Russian Journal of Ecology], 2001, no. 3, pp. 216–220]. DOI: 10.1023/A:1011366328809
4. Горячкина О.В., Сизых О.А. Цитогенетические реакции хвойных растений в антропогенно нарушенных районах г. Красноярска и его окрестностей // Хвойные бореальной зоны. 2012. Т. XXX, № 1-2. С. 46–51. [Goryachkina O.V., Sizykh O.A. Cytogenetic Responses of Coniferous Plants in Anthropogenically Disturbed Areas of Krasnoyarsk and Its Vicinities. Hvojnye boreal’noj zony [Conifers of the boreal area], 2012, vol. 30, no. 1-2, pp. 46–51].
5. Гродзинский Д.М. Радиобиология растений. Киев: Наук. думка, 1989. 380 с. [Grodzinskiy D.M. Radiobiology of Plants. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 380 p.].
6. Дмитриева С.А. Методология биотестирования состояния окружающей среды на основе цитогенетических исследований // Тез. V междунар. совещания по кариологии, кариосистематике и молекулярной систематике растений. СПб., 2005. С. 31–32. [Dmitriyeva S.A. Methodology of Environmental Biotesting Based on Cytogenetic Studies. Proceedings of the 5th International Conference on Karyology, Karyosystematics and Molecular Systematics of Plants. Saint Petersburg, 2005, pp. 31–32].
7. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1984. 424 с. [Zaytsev G.N. Mathematical Statistics in Experimental Botany. Moscow, Nauka Publ., 1984. 424 p.].
8. Ипатьев В.А., Багинский В.Ф., Булавик И.М., Дворник А.М., Волчков В.Е., Гончаренко Г.Г. Лес. Человек. Чернобыль. Лесные экосистемы после аварии на Чернобыльской АЭС: состояние, прогноз, реакция населения, пути реабилитации /под ред. В.А. Ипатьева. Гомель: Ин-т леса НАН Беларуси, 1999. С. 55–67. [Ipat’yev V.A., Baginskiy V.F., Bulavik I.M., Dvornik A.M., Volchkov V.E., Goncharenko G.G. Forest. Man. Chernobyl. Forest Ecosystems after the Chernobyl Accident: State, Forecast, Reaction of the Population, Ways of Rehabilitation. Ed. by V.A. Ipat’yev. Gomel, Institut lesa NAN Belarusi Publ., 1999, pp. 55–67].
9. Калашник Н.А. Хромосомные нарушения как индикатор оценки степени техногенного воздействия на хвойные насаждения // Экология. 2008. № 4. С. 276–286. [Kalashnik N.A. Chromosome Aberrations as Indicator of Technogenic Impact on Conifer Stands. Ekologiya [Russian Journal of Ecology], 2008, no. 4, pp. 276–286]. DOI: 10.1134/S106741360804005X
10. Криволуцкий Д.А., Тихомиров Ф.А., Федоров Е.А. Действие ионизирующей радиации на биогеоценоз. М.: Наука, 1988. 240 с. [Krivolutskiy D.A., Tikhomirov F.A., Fedorov E.A. The Effect of Ionizing Radiation on Biogeocenosis. Moscow, Nauka Publ., 1988. 240 p.].
11. Муратова Е.Н. Хромосомные числа голосеменных растений: Pinaceae (Picea-Pinus) // Ботан. журн. 2011. Т. 96, № 10. С. 1389–1404. [Muratova E.N. Chromosome Numbers of Gymnosperms: Pinaceae (Picea-Pinus). Botanicheskii Zhurnal, 2011, vol. 96, no. 10, pp. 1389–1404].
12. Позолотина В.Н. Отдаленные последствия действия радиации на растения: дис. … д-ра биол. наук. Екатеринбург, 2001. 401 с. [Pozolotina V.N. Long-Term Effects of Radiation on Plants: Dr. Biol. Sci. Diss. Yekaterinburg, 2001. 401 p.].
13. Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell. New York, Garland Science, 2008. 1616 p.
14. Evert R.F., Eichhorn S.E. Raven Biology of Plants. W.H. Freeman & Co, 2013. 900 p.
15. Hartwell L., Hood L., Goldberg M., Reynolds A.E., Silver L. Genetics: From Genes to Genomes. McGraw-Hill Education, 2010. 816 p.
16. Lackie J.M. The Dictionary of Cell and Molecular Biology. Amsterdam, Academic Press, 2013. 750 p. DOI: 10.1016/C2009-0-64239-2
17. Morgan D.O. The Cell Cycle: Principles of Control. London, New Science Press, 2007. 297 p.
18. Redei G.P. Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics, and Informatics. The Netherlands, Springer, 2008. 2201 p.
19. Rodionov S.S. Environmental Management in the Present State of the Information. The Strategies of Modern Science Development: Proceedings of the III International Conference. Yelm, WA, Science Book Publishing House, 2013, pp.183–186.
20. Ziegler I. The Effect of SO2 Pollution on Plants Metabolism. Residue Reviews. New York, Springer-Verlag, 1975, vol. 56, pp. 79–105. DOI: 10.1007/978-1-4613-9388-7_2

Ссылка на английскую версию:

Influence of Chronic Ionizing Radiation on the Variability of Mitotic Activity of Pinus sylvestris L. Tissues

INFLUENCE OF CHRONIC IONIZING RADIATION ON THE VARIABILITY OF MITOTIC ACTIVITY OF Pinus sylvestris L. TISSUES

Anna V. Skok¹, Candidate of Biology, Assoc. Prof.;
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1128-8102
Vladimir N. Sorokopudov², Doctor of Agriculture, Prof.; ResearcherID: B-1520-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0133-6919
Igor’ N. Glazun¹, Candidate of Agriculture, Assoc. Prof.; ResearcherID: ABC-9610-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6625-4845
¹Bryansk State Engineering and Technology University, prosp. Stanke Dimitrova, 3, Bryansk, 241037, Russian Federation; e-mail: s.anna.v@mail.ru, iglasunn@mail.ru
²Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy, ul. Timiryazevskaya, 49, Moscow, 127550, Russian Federation; e-mail: sorokopud2301@mail.ru

Abstract. The development of nuclear power engineering will increase in the future, due to the continued likelihood of radionuclides entering the environment. The relevance of studying the genetic material of conifers as a reliable bioindicator was revealed. It is known that under the influence of ionizing radiation there is an accumulation of genetic abnormalities in pine (Pinus sylvestris L.) progeny. The stages of gametogenesis, zygotes and young seedlings of plant organisms are most sensitive to ionizing radiation. It is important to determine the variability of the mitotic index (MI) of tissues of Scots pine (Pinus sylvestris L.) progeny in areas with different levels of ionizing radiation, including in the exclusion zone. The exposure dose rate was measured at the soil level and 1 m from the ground surface. Germination of seeds was carried out in a thermostat on wet filter paper. Roots of seedlings 0.5–1 cm long were fixed in a mixture of 96 % ethanol and glacial acetic acid. Root staining was carried out in a solution of acetocarmine. Tissue softening was carried out with a strong chloral hydrate solution. The total number of dividing cells, as well as pathological mitoses (PM) were counted on squash preparations using a microscope. The mitotic index and the duration of the phases of mitosis were determined. An increase in the level of radioactive contamination increases the cell division rate in prophase, anaphase, and telophase, but decreases the duration of metaphase, and also changes the relative duration of mitosis phases. With an increase in the exposure dose rate, the number of pathological mitoses naturally increases. The spectrum of mitosis disorders is represented by various abnormalities of the chromosome apparatus in anaphase: exit and lagging of chromosomes, bridges. Herewith, the number of anaphases with bridges increases significantly with simultaneous exit and lagging of chromosomes.
For citation: Skok A.V., Sorokopudov V.N., Glazun I.N. Influence of Chronic Ionizing Radiation on the Variability of Mitotic Activity of Pinus sylvestris L. Tissues. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 1, pp. 112–119. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-112-119

Keywords: Pinus sylvestris L., exposure dose rate, mitosis phases, anaphase abnormalities, bridges, chromosome lagging, chromosome exit.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
The authors declare that there is no conflict of interest

Поступила 28.09.19 / Received on September 28, 2019