Сотрудники лаборатории популяционной радиобиологии ИЭРиЖ под руководством доктора биологических наук Веры Николаевны Позолотиной подвели итоги сравнительного исследования, объектом которого был подорожник большой (Plantago major L.), произрастающий в зонах Восточно-Уральского радиоактивного следа и Карабашского медеплавильного завода. Выявлены специфические эффекты у подорожника из зон радиоактивного и химического загрязнения на физиолого-биохимическом уровне, но их последствия в дальнейшем компенсируются и не приводят к существенным изменениям жизнеспособности семенного потомства, что позволяет популяциям стабильно существовать в зонах техногенного стресса.
Подорожник большой на обочине дороги
Специфика адаптивных реакций растений проявилась на уровне клеточных мембран и работы ферментов антиоксидантной защиты. У проростков, выращенных из семян, собранных в радиоактивной зоне, было зафиксировано усиление окислительного стресса, то есть усиление повреждений мембран клеток из-за действия активных форм кислорода, а также модуляция системы антиоксидантной защиты. У проростков из зоны химического загрязнения подобных эффектов не наблюдалось. Авторы исследования пришли к выводу, что специфика адаптивных ответов растений при действии радиации и тяжелых металлов формируется за счет различий в образовании активных форм кислорода при действии разных факторов.
Другой аспект исследования – это вопрос о влиянии радиоактивного и химического загрязнения на качество семенного потомства подорожника, поскольку существование любой популяции в пространстве и во времени зависит от полноценного размножения. Анализ жизнеспособности семян, а также оценка реакций семенного потомства на воздействие «привычным» и «новым» факторами (дополнительное облучение или проращивание семян на почве с тяжелыми металлами), не показал различий между растениями из разных зон. Только у проростков из наиболее загрязненных участков в зоне влияния Карабашского медеплавильного завода и Восточно-Уральского радиоактивного следа отмечено снижение роста листьев и корней.
Подорожник большой довольно устойчив к антропогенному стрессу, его образ жизни тесно связан с человеком. Этот вид чаще всего растет по обочинам дорог и тропинок, а человек помогает его распространению, перенося семена на колесах автомобилей и обуви. Результаты исследования показали, что именно эта особенность подорожника оказывает существенное влияние на генетическое разнообразие данного вида. Так, в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа генетическое разнообразие у подорожника оказалось снижено по сравнению с фоновыми участками, и вероятной причиной этого является ограничение доступа людей на загрязненную территорию, которое привело к снижению миграции семян с других территорий. У растений, растущих вблизи Карабашского медеплавильного завода, генетическое разнообразие тоже было снижено, но по другой причине – условия в зоне химического загрязнения крайне неблагоприятны, поэтому выжить здесь могут только самые устойчивые организмы. Выбросы Карабашского медеплавильного завода привели к сильному загрязнению тяжелыми металлами и увеличению кислотности почв прилегающей территории, местами превратившейся в техногенную пустыню.
Карабашский медеплавильный завод и его почти безжизненные окрестности
В полусотне километров к востоку от Карабашского медеплавильного завода находится Восточно-Уральский радиоактивный след, который возник в результате аварии на первом в нашей стране предприятии по производству оружейного плутония (ПО Маяк) в 1957 г. В настоящее время радиационный фон в этой зоне существенно снизился за счет естественного распада радионуклидов, но до сих пор содержание радиоактивного стронция в почвах и растениях вблизи эпицентра аварии превышает фоновые значения в тысячи раз. Такие радиационные нагрузки для растений считаются «малыми дозами», флора ВУРСа даже более разнообразна, чем на прилегающих к ней территориях, однако последствия облучения проявляются на разных уровнях организации живого.
Доступ людей в головную часть ВУРСа запрещен
Растения ведут прикрепленный образ жизни и не могут избежать действия неблагоприятных условий, которые складываются в зонах техногенного загрязнения. Те из них, что способны жить и размножаться в подобных условиях, очень интересны для изучения механизмов их адаптации к стрессовым воздействиям, а зоны техногенного загрязнения служат естественными полигонами для таких исследований. Работ по изучению растений в зонах радиоактивного и химического загрязнения выполнено большое количество. Однако исследований, в которых проведено сравнение биологических эффектов у растений в зонах с разными типами техногенных воздействий, немного. А это очень интересная тема, ведь тяжелые металлы и радиация по-разному действуют на живые организмы. Эффект ионизирующих излучений в первую очередь обусловлен передачей энергии, образованием свободных радикалов и перекисных соединений, а токсическое влияние тяжелых металлов основано на их химических свойствах. Но оба фактора, хотя и в разной мере, способны усиливать образование активных формы кислорода, вызывающих нарушение работы ферментов, повреждение мембран, молекул белков и ДНК.
Результаты исследования опубликованы:
1) Shimalina N. S., Antonova E. V., Pozolotina V. N. Genetic polymorphism о Plantago major populations from the radioactive and chemical polluted areas // Environmental pollution. 2020. V. 257. 113607 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113607
2) Karimullina E., Mikhailovskaya L.N., Pozolotina V., Аntonova E. Radionuclide uptake and dose assessment of 14 herbaceous species from the East-Ural Radioactive Trace area using the ERICA Tool // Environmental Science and Pollution Research. 2018. V. 25. №14. P. 13975–13987. http://dx.doi.org/10.1007/s11356-018-1544-y
3) Шималина Н.С., Орехова Н.А., Позолотина В.Н. Особенности про- и антиоксидантных систем Plantago major, длительное время произрастающего в зоне радиоактивного загрязнения // Экология. 2018. № 5. С. 333-341. [Shimalina N.S., Orekhova N.A., Pozolotina V.N. Features of Prooxidant and Antioxidant Systems of Greater Plantain Plantago major Growing for a Long Time under Conditions of Radioactive Contamination // Russian Journal of Ecology. 2018. V. 49. № 5. P. 375-383.] https://doi.org/10.1134/S1067413618050120
4) Шималина Н.С., Позолотина В.Н., Орехова Н.А., Антонова Е.В. Оценка биологических эффектов у семенного потомства Plantago major L. в зоне воздействия медеплавильного производства // Экология. 2017. №6. 420–430. [Shimalina N.S., Pozolotina V.N., Orekhova N.A., Antonova E.V. Assessment of Biological Effects in Plantago major L. Seed Progeny in the Zone of Impact from a Copper Smelter // Russian Journal of Ecology. 2017. V. 48. № 6. P. 513–523.] https://doi.org/10.1134/S1067413617060108
Материал подготовила Шималина Н.С.
