Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Лекція 7

Тема: „Радіостійкість видів, що належать до різних таксонів. Радіочутливість рослин.”

План

1. Радіостійкість вірусів, бактеріофагів, бактерій, грибів, рослин та тварин.

2. Радіочутливість рослин. Критичні органи вищих рослин.

3. Надходження радіонуклідів у рослини з різних типів ґрунтів.

3. Радіоактивне забруднення тварин.

4. Радіостійкість видів і філогенез.

Найповніше досліджено вплив іонізуючих випромінювань на бактеріофаги, які порівняно легко виділяти й очищувати, дістаючи суспензії фагових частинок високих титрів. Розрізняють три основних типи негативного ефекту опромінення: інактивація вірусної частинки (летальний ефект); зміна властивостей культури вірусу щодо її вірулентності без генетичних наслідків (нелетальний ефект); нелетальний мутагенний ефект.

Інактивація вірусів, яку характеризують залежністю виживаності від дози опромінення, в умовах прямої дії радіації здійснюється за експоненціальною кривою, що свідчить про одноударну інактивацію. Проте характер інактивації вірусів істотно залежить від умов опромінення, які визначають співвідношення між прямою та непрямою дією радіації. За опромінення в концентрованому бульйоні або в разі додавання в середовище радіопротекторів (цистеїну, цистеаміну), коли вільні радикали продуктів радіолізу води, що виникають, перехоплюються й не досягають вірусних частинок, переважає пряма дія радіації; за опромінення в буфері або у воді основну роль відіграє непряма дія радіації.

Криві лозових залежностей виживаності свідчать про те, що мішенню є нуклеїнова кислота вірусу. Тому відносні молекулярні маси вірусів, визначені за кривою дозової залежності виживаності, збігаються з добутими за допомогою інших фізико-хімічних методів (табл. 14.1). При цьому для бактеріофагів з односпіральними РНК або ДНК співвідношення між відносними молекулярними масами, визначеними за теорією мішені та іншими методами, дорівнює одиниці. У вірусі із двоспіральною ДНК це співвідношення менше за одиницю. Це свідчить про те, що однониткові розриви є потенційно летальними, й вони не всі реалізуються інактивацією вірусної частинки.

Радіостійкість бактерій та грибів

Бактерії є класичним об’єктом для генетичних, біохімічних та радіобіологічних досліджень, оскільки їхні біологічні властивості дають змогу з належною точністю з’ясовувати природу окремих елементарних процесів, на які значно меншою мірою нашаровуються вторинні зміни, ніж це спостерігається в складніше організованих клітин.

Радіостійкість різних видів бактерій варіює в дуже широких межах, що видно з наведених нижче даних (за опромінення гамма- або рентгенівською радіацією):

Таблиця 7.1.

Радіостійкість різних видів бактерій

Вид бактерії	LD₉₀, Гр
Micrococcus radiodurans	10 000
Rseudomonas aeruginosa
Streptomyces flaveolus
Haemophilus influence
E. coli В
E. coli В/г
E. coli B_s-2

Ці дані відносні, бо значення LD₉₀ істотно залежить від стану культури в момент опромінення, й тому різні дослідники діставали неоднакові кількісні характеристики радіостійкості бактерій.

Характер дозових залежностей виживаності для різних видів бактерій дуже відрізняється: для радіостійких видів на кривій виживаності є велике «плече», для радіочутливих — це прості експоненти. Радіостійкість клітин деяких видів взагалі залежить від умов, у яких перебувають клітини в момент опромінення. Найвищу радіостійкість клітини мають у замороженому стані (LD_K = 21 кГр).

На бактерії Micrococcus radiodurans, що характеризується надзвичайно низькою радіочутливістю, досліджують природу тих процесів, від яких залежить унікально висока радіостійкість. Ця бактерія має досить великі клітини, З'єднані в групи по дві-чотири, й утворює рожеві колонії на твердому середовищі. Виявляють мікрокок у м'язах та шкірі тварин.

У стані спори бактеріальні клітини виявляють високу стійкість до різних факторів, зокрема й до іонізуючого випромінювання. Наприклад, для спор Bacillus subtilis летальна доза вдвоє вища, ніж для вегетативних клітин.

Численні дослідження, проведені на бактеріях, остаточно довели основне положення радіобіології про те, що ДНК хромосоми є мішенню для дії іонізуючого випромінювання. Разом із тим було показано, що радіостійкість контролюється генетичними системами. Так, з'ясувалося, що в культурах Е. coli спонтанно з частотою порядку 10 виникають радіостійкі мутанти, які відселектовуються внаслідок дії ультрафіолетового випромінювання, .

Було виділено й надчутливі до дії іонізуючих випромінювань (ультрафіолетового, гамма- й рентгенівського) мутанти цієї бактерії. Підвищена радіочутливість клітин корелює з порушеннями процесів життєдіяльності. Згідно з класифікацією радіочутливих мутантів Е. coli розрізняють такі типи мутантів:

• після опромінення втрачають здатність до поділу, й клітини утворюють довгі ниткоподібні форми — філаменти;

• після опромінення втрачають здатність реактивувати фаги, інактивовані ультрафіолетовим випромінюванням;

• характеризуються підвищеною чутливістю до дії ультрафіолетового випромінювання;

• мають підвищену чутливість як до ультрафіолетових променів, так і до більш жорсткого іонізуючого випромінювання;

• мають підвищену чутливість до ультрафіолетового й гамма-випромінювання; дляних характерне порушення механізму генетичної рекомбінації.

Особливості розмноження грибів та організації ядерного апарату їхніх клітин зумовлюють досить високу радіостійкість цих організмів.

Радіоактивне забруднення рослин

Радіоактивне ураження рослин проявляється в гальмуванні росту, зниженні врожайності, репродуктивної якості насіння, а при великих дозах викликає загибель рослин.

Рослини можуть забруднюватися двома шляхами: аерозольним (некореневий шлях) і кореневим (ґрунтовий шлях надходження).

Особливість некореневого шляху надходження полягає в тому, що при безпосередньому осіданні радіоактивних частинок з різних шарів атмосфери відбувається забруднення надземної маси рослин усіма РН, що випадають.

Радіоактивні частинки неповністю затримуються на рослинах. Ступінь затримання радіоактивних частинок рослинами характеризується величиною первинного затримання: відношенням кількості осілих на рослинах радіоактивних частинок до загальної їх кількості, яка випала з атмосфери на даній площі.

Коефіцієнт первинного утримання К_пу:

де - густота випадань (кількості радіоактивності, що випала на одиницю площі посіву або травостою); - густота радіоактивного забруднення надземної маси рослин (кількості радіоактивності в надземній масі з одиниці площі посіву).

Різні сільськогосподарські культури мають неоднакову здатність до утримання радіоактивних опадів з атмосфери, що зумовлено як специфікою морфологічної будови рослин, так і ступенем розвитку надземної маси. (Морфологія та будова рослин - форма, розміри, розташування листя, ступінь шорсткості їх поверхні.)

Коефіцієнт первинного утримання К_п_y може змінюватися в дуже широких межах - від кількох до 95%.

Так, К_пу мають: пшениця яра - 71%, просо - 51%, горох -74%, гречка - 39%, картопля - 25%.

Неоднаковою здатністю до утримання радіоактивних опадів характеризуються не тільки різні види сільськогосподарських культур, але й різні частини і органи однієї і тієї ж рослини. Так, для ярої пшениці первинне утримання складає:

для листя - 41%, для стебел - 18%, для полови - 11%, для зерна - 0,6%.

Вміст РН в одиниці маси зерна залежить від строків їх випадання. Найбільша концентрація РН у зерні спостерігається при їх випаданні в період цвітіння і молочної спілості, більш низька - при випаданні їх у фазі кущіння і виходу в трубку.

Найбільш чутливі до радіації в різних фазах розвитку квасоля, кукурудза, жито, пшениця; більш стійкі – льон, конюшина, люцерна, рис, томати.

Це зумовлено перш за все тим, що колосся, яке вже з'явилося, має високу здатність до утримання радіоактивних опадів, і частково тим, що в період наливання зерна відбувається відтікання поживних речовин з вегетативних органів у зерно.

Випадання ⁹⁰Sr з атмосфери на поверхню рослин практично не забруднює зерно сільськогосподарських культур із закритим насінням (горох, кукурудза). Бульби картоплі і коренеплоди столового і цукрового буряку також виявляються практично чистими, тому що стронцій при попаданні на листя дуже слабко проникає всередину рослин.

Однак випадання аерозольних частинок ⁹⁰Sr з атмосфери на деякі рослини дуже небезпечне. Це перш за все овочеві культури. Томати, огірки, капуста, листкові овочі можуть сильно забруднюватися.

При випаданні з атмосфери ¹³⁷Cs не тільки механічно забруднює урожай, але й інтенсивно проникає в тканини наземних органів рослин, включається в метаболізм, переміщується всередині рослини і накопичується в урожаї. Досить інтенсивно рухається всередині рослини при попаданні на її поверхню ¹³¹І. Незважаючи на порівняно короткий період піврозпаду, цей РН може проникати з кормом тварин у молоко, а через молоко - в організм людини.

Надходження РН у рослини залежно від їхніх фізико-хімічних

властивостей

Механізм засвоєння РН корінням рослин подібний до поглинання основних поживних речовин макро- і мікроелементів.

Головна відмінність полягає в тому, що здебільшого РН у зовнішньому середовищі наявні в гранично низьких концентраціях. Наприклад, стронцію 90 міститься 1,4 • 10^-12г-кг^-1ґрунту, а маса 1 Кі ⁹⁰Sr складає 7 • 10^-3г.

¹³⁷Cs є хімічним аналогом калію, a ⁹⁰Sr - кальцію, тому спостерігається певна подібність поглинання рослинами і пересування по них К, Са і їх хімічних аналогів Cs і Sr.

Найбільше поглинається рослинами з поживного розчину ¹³⁷Cs, значно менше - ⁹⁰Sr. Таких РН, як ⁶⁰Со, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴⁷Рm, надходить з водного розчину в наземну масу рослин у 10 разів менше, ніж Cs і Sr.

При просуванні РН по різних органах надземної частини рослин зберігається певна закономірність. РН, що надійшли в надземну частину рослин, переважно концентруються в соломі (листя, стебла), менше - у полові (колосся, волоття зерна) і в невеликих кількостях - у зерні. Деякий виняток з цієї закономірності складає цезій, відносний вміст якого в насінні може досягати 10% і вище загальної кількості його в надземній частині.

Загалом накопичення РН і їх вміст на одиницю маси сухої речовини в процесі росту рослин має таку ж закономірність, як і накопичення біологічно важливих елементів: з віком рослини у надземних органах збільшується абсолютна кількість РН і знижується вміст на одиницю маси сухої речовини.

При збільшенні врожаю, як правило, зменшується вміст РН на одиницю маси.

Надходження РН у рослини з різних типів ґрунтів

Забруднення продукції рослинництва (ступінь засвоєння) РР залежить від специфіки шару ґрунту, тобто від типу і властивостей ґрунтів, на яких зростають рослини.

Найбільш високі рівні забруднення стронцієм спостерігаються на дерново-підзолистих ґрунтах, менші - на сірих лісових ґрунтах і сіроземах і найнижчі - на чорноземах. Аналогічна залежність установлена і для цезію.

Велика різноманітність ґрунтів у нашій країні визначає значну різницю в поведінці РН у ґрунтах і накопиченні їх у рослинах. Тому концентрація РН у рослинах на різних ґрунтах в різних ґрунтово-кліматичних зонах країни при одному й тому ж рівні забруднення може різнитися в 10 разів.

Існує прямо пропорційна залежність між щільністю забруднення місцевості і накопиченням РН у рослинній продукції.

Надходження РН у рослини залежно від їхніх

біологічних особливостей

Розмір накопичення РН у рослинах залежить від їхніх видових і сортових особливостей. Рослини, які утримують більше кальцію, накопичують ⁹⁰Sr більше, а рослини, що відрізняються високим вмістом калію, накопичують більше ¹³⁷Cs.

У товарній частині рослинницької продукції найбільше ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs містять коренеплоди (столовий буряк, морква) і бобові культури (горох, соя, вика), далі картопля, менше РН - у зернових .злаках.

За накопиченням ⁹⁰Sr на одиницю сухої речовини овочеві культури можна розташувати в такому порядку: буряк, огірки, морква, капуста, томати, картопля.

Дослідженнями установлено, що діапазон накопичення ¹³⁷Cs в зерні різних сільськогосподарських культур різкий. Так, у зерні квасолі цезію на одиницю маси міститься в 3,-5 разів менше, ніж у зерні гороху і вівса. Видова відмінність у накопичуванні цезію окремими сортами пшениці, вівса, квасолі і гороху на одиницю маси зерна може досягати 10, а сортова - складає 1,5-2 рази.

Значно відрізняються вмістом РН озимі і ярові зернові культури. Озимі (пшениця, жито), як правило, накопичують у 2-2,5 рази менше ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs, ніж ярові зернові культури (пшениця, овес, ячмінь). Це пояснюється більш високим урожаєм озимих порівняно з яровими.

Овочі здебільшого надходять у їжу без переробки, тому їх споживання становить певну небезпеку. ⁹⁰Sr найбільше накопичується в коренеплодах степового буряку, моркви, огірках і найменше -г у плодах томатів і бульбах картоплі, що певною мірою пов'язано з концентрацією кальцію в цих частинах урожаю.

Менший вміст ⁹⁰Sr в бульбах картоплі, ніж у коренеплодах буряку і моркви, пояснюється, очевидно, тим, що коренеплід - це видозмінений корінь, через який РН надходять з ґрунту в рослину; бульба ж картоплі - видозмінене стебло, і РН можуть надходити з ґрунту в надземну частину рослини, обминаючи бульби. У зовнішній частині бульби картоплі (коркова тканина) міститься в 3 рази більше ⁹⁰Sr на 1 г сухої маси, ніж у решті бульби.

У природних умовах у багатьох продуктах харчування містяться PP. Наприклад, в 1 кг свіжої картоплі міститься близько 2,9 • 10^-9 Кі радіоактивного калію.

Забруднення харчових продуктів рослинництва, що сталося при засвоєнні РН кореневою системою і проникненні з атмосфери через поверхню, можна визначити кількісно. Концентрацію (3) РН у рослинних продуктах визначають за формулою:

З = С_ґ • K_ґ – С_п • K_n ,

де С_ґ - вміст РН у ґрунті, мКі • м^-2; С_п - інтенсивність осідання РН з атмосфери, мКі • м^-2; K_ґ і К_п - ґрунтовий і повітряний коефіцієнти, що встановлюються шляхом дослідів.

Ґрунтовий коефіцієнт К_ґ виражає концентрацію відповідних РН у рослинній продукції на одиницю щільності забруднення ґрунту. Наприклад, K_ґ ⁹⁰Sr для основних харчових продуктів рослинного походження має такі значення: для пшениці - 7, картоплі - 16, цукрового буряку - 6. Середньоквадратичне відхилення від наведених цифр не перевищує 25%. Величина K_ґ значною мірою залежить від природи РН.

Для відносної оцінки вмісту РН у раціоні людини і в кормах тварин необхідно знати розміри порівняльного їх накопичення в господарсько-цінній частині врожаю.

Радіоактивне забруднення тварин

РН можуть надходити в організм тварин через органи дихання, шлунково-кишковий тракт (ШКТ) і поверхню шкіри. Однак потенційний внесок кожного із зазначених шляхів далеко не однаковий.

Якщо в період радіоактивних опадів худоба знаходиться на пасовищі, то надходження РН може скласти (у відносних одиницях): через ШКТ - 1000, органи дихання - 1, шкіру -0,0001.

На пасовищі корова протягом доби з'їдає траву з площі 100-300 м². При цьому з травою вода споживає велику кількість радіонуклідів.

Науковий комітет ООН щодо дії атомної радіації підкреслює, що продукти тваринництва відносяться до основних джерел надходження РН до організму людини.

У багатьох країнах молоко виявлялося головним джерелом (на 70-90%) надходження ¹³¹І.

Молоко, м'ясо і продукти їх переробок служать основним постачальником ¹³⁷Cs (на 60-80%) до організму людини. Продукти тваринництва містять звичайно до 40-60% ⁹⁰Sr, що надходить до організму людини з раціоном.

Основне значення має фактор радіоактивного забруднення кормів. На забрудненій території споживання питної води не вносить істотних змін у загальне надходження РН до ШКТ тварин. Як приклад можна навести матеріали, опубліковані після аварії на ЧАЕС. В період аерозольного викиду (квітень - травень 1986 р.) максимальна концентрація РН у воді р. Прип'ять, яка протікала на відстані 1,5-2 км від проммайданчика АЕС, дорівнювала 10^-7 Кі • л^-1, а після закінчення радіоактивних викидів (липень - серпень 1986 р.) концентрація бета-випромінювання у воді знизилася до 10^-9-10^-10 Кі-л^-1.

Іншими словами, в зоні радіоактивного забруднення надходження РН з питною водою завжди буде на декілька порядків нижчим, ніж із кормами, одержаними на прилеглій водозбиральній території.

При однаковій щільності забруднення території (1 Кі • км^-2) забруднення кормів ⁹⁰Sr на порядок вище, ніж ¹³⁷Cs.

Накопичування і розподіл РН в організмі тварин

Враховуючи те, що ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs є хімічними аналогами кальцію і калію, накопичення їх в основному визначається розподілом цих елементів в організмі тварин.

Найбільш висока концентрація ⁹⁰Sr виявляється в скелеті, тоді як у м'яких тканинах і органах вона в десятки разів нижча. При цьому концентрація в таких органах, як печінка, легені, нирки у 2-5 разів вища, ніж у м'язах.

На відміну від ⁹⁰Sr РН ^I³⁷Cs розподіляються в організмі більш-менш рівномірно. З урахуванням введеної кількості на 1 кг тканини його трохи більше відкладається в печінці і нирках. Характерна його особливість - висока швидкість обміну в організмі. Так, 55% РН цезію-137 виводиться з м'язів з ефективним періодом напіввиведення - 46,2 діб.

Радіонуклід ¹³²І концентрується в щитовидній залозі. Вважається, що при пероральному надходженні РН йоду щитовидній залозі затримується близько 30% введеної кількості. Приблизно така ж кількість РН йоду затримується в організмі, і 60-70% РН затримується в м'яких органах і тканинах, частково виводиться з організму, а частково переходить у щитовидну залозу. Врешті-решт на 144-й день у щитовидній залозі виявляється близько 18% введеної кількості йоду (з урахуванням розпаду), а в інших органах і тканинах - близько 14%.

Тривале надходження РН - це поширений варіант надходження РН. Найбільш інтенсивно РН накопичуються в молодому віці. Відкладення ⁹⁰Sr залежить від рівня кальцієвого харчування. Насичення кальцієм раціону дозволяє, знизити накопичування ⁹⁰Sr в скелеті приблизно в 2-4 рази. Закономірності накопичування ¹³⁷Cs в організмі тварин мають багато спільного із закономірностями відкладення ⁹⁰Sr.

При хронічному надходженні РН їх відкладення в організмі поступово збільшується, далі настає стан рівноваги.

На відміну від ⁹⁰Sr, для ¹³⁷Cs характерне швидке встановлення рівноважного стану, приблизно протягом 1-2 місяців після початку надходження (для ⁹⁰Sr - 3-4 місяці).

Рівноважний стан - це стан, коли кожна нова порція РН при надходженні в органи і тканини зрівноважується РН, які виділяються з організму.

Різні види організмів значно відрізняються за своєю здатністю витримувати великі дози опромінення. На рис. 3.2 показана порівняльна чутливість представників трьох різних типів організмів до доз рентгенівського або гамма-випромінювання.

Вертикальні риски ліворуч вказують рівні, при яких у більш чутливих видів даної групи можуть виникнути серйозні порушення функції розмноження. Риски праворуч вказують рівні, що викликають негайну загибель більшої частини організмів (осіб). Стрілки, направлені ліворуч, вказують нижні межі доз, які можуть викликати загибель або ушкодження чутливих стадій життєвого циклу, наприклад ембріонів.

Загалом ссавці мають найбільшу чутливість. А мікроорганізми - найбільш стійкі.

Найбільш чутливі до опромінення - клітини, які діляться (цим пояснюється зниження чутливості з віком).

Радіостійкість видів і філогенез

Попри різноманітність рівнів радіочутливості видів у межах будь-якого таксона, все ж простежуються відмінності між великими таксонами щодо властивих їхнім представникам рівнів радіостійкості. Наприклад, найрадіостійкіші види трапляються серед бактерій і синьозелених водоростей. Висока радіостійкість властива частині видів найпростіших.

Розглядаючи загальноприйняту схему еволюції живого світу, можна побачити, що в давніх таксонів, які сформувалися на початкових етапах еволюції, радіостійкість видів, котрі до них належать, вища, ніж у видів більш просунутих таксонів. Це пов'язують і із тим, що становлення давніх таксонів відбувалося за тих часів історії Землі, коли природна радіоактивність земної кори була вищою, ніж в останній мільярд років.

У дуже давні періоди історії нашої планети радіоактивність була вищою за рахунок переважно ізотопу калію К (що достатньо просто обчислити за константою його розпаду), а також частково — за рахунок важких радіоактивних елементів. Є підстави вважати, що через несформованість атмосфери в ті часи була істотно більшою інтенсивність ультрафіолетових і космічних променів.

За умов підвищених рівнів іонізуючого, ультрафіолетового, космічного випромінювання й радіоактивності відбувався доклітинний етап біохімічної еволюції, коли виникали первинні біомакромолекули, ускладнювалась їхня структура й функції та робилися перші кроки в еволюції протобіонтів і прокаріот. Певно, за тих дуже давніх часів доклітинної й початкової клітинної еволюції виникла й система репарації ДНК, яка є необхідною для закріплення й стабілізації нуклеотидних послідовностей, що виникли в ході еволюції й сприяють удосконаленню біологічних систем. Не виключено, що й подвійна спіраль ДНК усталилась як така структурна організація геному, котра вможливлює репарацію. Оскільки формування систем репарації ДНК підвищувало рівень організації та життєздатність живих систем; його слід розглядати як важливий ароморфоз — перетворення будови й функцій систем клітини й організму, що зумовив прогрес в еволюції видів. У пізніші часи такими ароморфозами, крім зазначених, були формування ядра в еукаріот, ускладнення структури хроматину й геному виникнення поліалельності та систем міжклітинних взаємодій, що регулюють репопуляційне відновлення,тощо.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Лекція 6	\|	Лекція 8

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.008 сек.