Исследователи определили, каким образом незначительные объемы радиации воздействуют на жизненные процессы и рост растений, а также как это знание может быть использовано для восстановления и очистки территорий в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС с помощью сельскохозяйственных культур.
Ученые-радиобиологи и генетики из Сибирского федерального университета, Института клеточной биологии и генетической инженерии (Украина) и Гёттингенского университета (Германия) провели исследование, в результате которого стало известно, как низкие дозы радиации воздействуют на жизненные процессы и развитие растений. Полученные данные могут быть использованы для разработки методов применения сельскохозяйственных культур в целях очистки и рекультивации территорий, пострадавших от Чернобыльской аварии.
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Radiation Biology.
В связи с изучением долгосрочных последствий аварий на атомных электростанциях и предприятиях, а также из-за радиоактивного загрязнения больших площадей незначительными дозами радиации, вопрос о воздействии продолжительного облучения на живые организмы приобрел важное значение.
Исследования, проводимые в Чернобыльской зоне начиная с 1986 года, продемонстрировали значительное воздействие малых доз на живые организмы.
На основе многолетних исследований роста и развития растений, проведенных совместной командой ученых из Украины, Европы и России, и с использованием протеомного анализа, было установлено, что малые, постоянные дозы облучения приводят к разнообразным изменениям в растительных организмах.
«Необходимо более глубокое исследование воздействия малых доз на жизненные процессы и развитие растений для выявления закономерностей влияния радиации в загрязненных районах.
При облучении модельного растения арабидопсис (Arabidopsis thaliana) однократными и хроническими дозами ионизирующего излучения до 6 Гр, мы зафиксировали активацию ключевых генов репарации (восстановления) ДНК, таких как RAD51, Rad1 и Ku70.
Повышенные концентрации препарата приводили как к активации, так и к подавлению транскрипции данных генов. Ранее было показано, что единовременное облучение обладает более высоким потенциалом для активизации восстановительных процессов, чем фракционированное.
По словам Константина Крутовского, руководителя лаборатории лесной геномики и НОЦ геномных исследований Сибирского федерального университета, ведущего научного сотрудника Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН, профессора Гёттингенского университета (Германия) и Техасского А&М университета (США), у потомства растений, подвергшихся облучению, сохраняется повышенная экспрессия ряда генов, включая RAD51 и Rad1, в то время как экспрессия гена Ku70 не изменяется).
Анализ влияния малых доз хронического облучения на гены, ответственные за цветение, показал, что оно способно оказывать значительное воздействие на их активность.
При облучении дозой 3cGy отмечалось более раннее начало цветения, а при увеличении дозы до 17cGy – более позднее, по сравнению с контрольными растениями.
Установлено, что возвышенный уровень радиации оказывает значительное воздействие на механизмы передачи сигналов в растениях.
Способность существ выживать при воздействии негативных факторов обусловлена, среди прочего, взаимодействием различных стрессоров, таких как гипертермия, осмотический шок и засоление почвы).
Восстановление ростовой функции наблюдается со временем при любых дозах радиации, однако воздействие гипертермии или солевого стресса ускоряет этот процесс у растений.
Вероятно, существуют общие элементы в процессах восстановления после воздействия этих трех факторов.
На первых этапах воздействия стрессора наблюдается одновременное увеличение устойчивости растения к ряду других негативных факторов, однако впоследствии этот эффект может снизиться до первоначального.
«Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что изменения климата, включая повышение средней температуры, засухи и засоление почв, способны вызвать непредсказуемые последствия.
Важно учитывать и изменения в озоновом слое, поскольку они способствуют увеличению потока ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли.
Этот фактор, в совокупности с другими, вызванными деятельностью человека, оказывает значительное воздействие на живые организмы, в особенности, снижая урожайность сельскохозяйственных культур.
Установленный факт накопления радионуклидов растениями в небольших количествах в семенах и масле позволяет рассматривать возможность применения технических сельскохозяйственных культур для стабильной очистки территорий Чернобыльской зоны отчуждения. Об этом сообщил 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, соавтор данного исследования.