Радиация и растения. Реферат: Влияние радиации на клетки организма

ПОЛЕЗНАЯ РАДИАЦИЯ

Если бы Господь Бог сделал мне честь спросить

мое мнение при сотворении мира, то я бы ему

посоветовал сотворить его получше, а главное - попроще

КОРОЛЬ АЛЬФОНС КАСТИЛЬСКИЙ XIII ВЕК

Наверно, у каждого из нас неоднократно возникала мысль о том, насколько сложно и остроумно организована живая клетка. Кажется, она продумана до конца и так совершенна, что ее нельзя улучшить. В процессе эволюции миллионы раз были переработаны варианты оптимальных конструкций клетки И миллионы вариантов были забра­кованы Остались наиболее отработанные, законченные и совершенные образцы. Но за последние десятилетия уче­ные убедительно доказали возможность улучшения расте­ний и других организмов с помощью ионизирующей ра­диации и радиоактивных изотопов.

В Париже, в районе Жардеп до Плант, стоит неболь­шой дом Он - достояние Национального музея естествен­ной истории На его стене скромная доска, и на ней над­пись «В лаборатории прикладной физики Музея Анри Беккерель открыл радиоактивность 1 марта 1896 года». С тех пор прошло три четверти века Предполагал ли кто-нибудь даже из самых прозорли­вых соотечественников Беккереля, что семьдесят лет спу­стя радиоактивные изотопы станут широко использоваться в сельском хозяйстве, биологии, медицине? Что меченые атомы будут надежными помощниками человека при решении самых насущных задач? И что, наконец, с помощью проникающей радиации некоторых радиоактивных изото­пов можно будет повышать урожайность зерна?

Используя ионизирующую радиацию, действительно можно изменять в нужном для человека направлении жи­вые организмы

Несколько лет назад в Молдавии весной можно было встретить на дорогах автофургон с надписью на кузове" «Атом - миру» Это не простой грузовик, а передвижной облучатель для предпосевной обработки семян Его «атом- пое сердце» - большой контейнер с гамма-активным изо­топом цезия-137 Накануне сева автофургон выезжает в поле К нему подъезжает грузовик с семенами кукурузы Включается ленточпый транспортер Семена засыпаются в бункер с радиоактивным изотопом цезия Полностью изо- тарованные от непосредственного контакта с изотопом, се­мена в то же время облучаются гамма-лучами в нужной дозе Непрерывной струей бежит зерно через бункер По том оно попадает на другой транспортер и ссыпается в мешки на другой автомашине Предпосевное облучение се­мян закончено Семена можно высевать.

Для чего облучали семена кукурузы? Предпосевное об­учение семян - это метод повышения урожайности сель­скохозяйственных культур С его помощью можно уско­рить созревание растений и улучшить их полезные каче­ства.

На лабораторном столе стоят десять горшков с проро­стками кукурузы различной высоты Под крайним левым подпись: «Контроль», под каждым из остальных цифры- 100, 300, 500, 800.. И так до 40 000. В лабораторном жур­нале записано «Высота проростков кукурузы при разных дозах облучения на 13-й день вегетации».

При облучении семян в дозе 100 и 300 рентген высота проростков такая же, как в контрольной группе При дозе облучения 500 рентген растения выше контроля в полто­ра раза. Но потом, по мере увеличения дозы, величина проростков уменьшается При дозе 8000 рентген растения кажутся карликами При дозе 40 000 их еле видно.

Через несколько страниц в том же лабораторном жур­нале вклеена фотография Это корни тех же растений Почти такая же закономерность При определенной дозе гамма-лучей - резкое увеличение роста, а потом посте­пенное уменьшение При больших дозах рост корней резко затормаживается.

Сначала ставят опыты в лабораторных условиях Потом опыты повторяют в поле. Опыты в поле - это как гене­ральная репетиция в театре, как последний экзамен, после которого результаты экспериментальных исследований будут внедрены в практику Экспериментаторы облучали семена кукурузы сортов «Стерлинг» и «Воронежская-76», которые в Московской области выращивают для получения силосной массы Опыты в поле в течение трех лет показа­ли, что облучение семян в дозе 500 рентген увеличивает выход зеленой массы кукурузы на 10-28 процентов Си­лос, полученный из таких растений, содержит больше бел­ка, жиров, безазотистых веществ, клетчатки, углеводов

А если облучить семена редиса.

На столе экспериментатора два пучка редиса одного сорта. Количество редиса в каждом пучке одинаково Но редис слева значительно толще и мясистее По сравнению с ним редис справа кажется худосочным. А ведь правый пучок - это обычный, так сказать, «нормальный» редис Упитанный родственник слева - это редис, выращенный из облученных семян При облучении семян этого сорт,! гамма-лучами в дозе 500 рентген урожай повысился на 37 процентов! Собрать 100 или 137 кг редиса - существен­ная разница И это из одного количества семян, на одних землях и при одном и том же уходе А затраты на облуче­ние крайне невелики

У других сортов редиса - «Рубин», «Розовый с белым кончиком», «Сакс» - урожайность повышалась при облу­чении в дозе 1000 рентген А облученный «Сакс» был к то­му же и сочнее и вызревал раньше обычного на 5-6 дней Предпосевное облучение семян «Рубина» не только повы­шало урожай корнеплодов, но и увеличивало в них содер­жание витамина С. С помощью ионизирующей радиации в корнеплодах можно увеличить и содержание витамина А. Так, после облучения семян моркови сорта «Нантская» в дозе 4000 рентген урожайность корнеплодов по отношению к контролю увеличилась на 26 процентов, а запас кароти­на - растительного пигмента, который в организме чело­века превращается в витамин А,- на 56.

А кукуруза? Облучение семян в дозе 500 рентген уве­личивало урожай зеленой массы до 28 процентов

Стимулирующее действие предпосевного облучения се­мян доказано для огурцов, томатов, свеклы, капусты, са­люта, картофеля, хлопка, ржи, ячменя...

Ученые заметили одну особенность. Доза ионизирую­щей радиации, вызывающая эффект стимуляции, различ­на не только для разных видов растений, но даже для раз­ных сортов одного вида. Более того, она оказалась не оди­наковой для одного и того же сорта, высеваемого в разных географических зонах.

Так стимулирующая доза облучения для огурцов сорта «Нежинские», высеваемых в Московской области, равняет­ся 300 рентген, а для получения такого же результата в Азербайджане была необходима доза около 2000- 4000 рентген.

Возьмем семена кукурузы Много семян. Облучим их при одинаковых условиях дозой гамма-лучей, которая вы­зывает стимуляционный эффект. Разделим их на четыре равные группы - по 1000 штук в каждой Одну группу по­сеем сразу после облучения, вторую - через неделю, тре­тью - через две, четвертую - через месяц. Теперь будем терпеливо ждать Семена взошли, растения начали разви­ваться. Но что это? Быстрее других развиваются расте­ния, высеянные непосредственно после облучения. У семян, которые были высеяны через неделю после облуче­ния, стимуляционный эффект был выражен меньше. У се­мян, высеянных через 2 недели после лучевой обработки, ускорение развития почти не наблюдалось. Семена, выдер­жанные после облучения в течение месяца, прорастали, но стимуляционного эффекта не имели. Значит, при хра­нении какое-то таинственное вещество, какой-то стиму­лятор медленно исчезал.

В чем же дело?

Мы вступаем в область, где факты еще дружат с пред­положениями, где еще многое не исследовано. Установле­но, что после облучения в семенах образуются очень ак­тивные осколки молекул, называемые радикалами Опи способны вступать в необычные для здорового организма реакции. И вот оказалось, что после облучения семян ко­личество радикалов со временем постепенно убывает. Про­ходит несколько дней, и радикалы исчезают полностью. Чем выше температура и влажность, при которой хранят­ся семена, тем радикалы исчезают быстрее

Что же происходит, когда семена попадают во влаж­ную, прогретую солнцем почву? Питательные вещества, содержащиеся в семенах, начинают переходить в раство­римую форму и транспортируются к зародышу. В так на­зываемом алейроновом слое семени активизируются окис­лительные процессы, и начинается выработка соединений, богатых энергией Зародыш пробуждается, его клетки на­бухают и начинают делиться. Наступают процессы роста и развития проростков. Клетки начинают делиться, и им нужен строительный материал. Активность многих фер­ментов в результате облучения значительно возрастает. И вот при облучении семян окислительные процессы начи­нают протекать значительно интенсивнее. А это приводит к более быстрому развитию и ускорению всхожести семян, к их прорастанию. Растения становятся более мощными.

Не так давно в журнале «Курьер», который издается ООН, была напечатана статья. В ней говорилось, что каж­дый третий крестьянин в Африке работал фактически на птиц, грызунов, насекомых-вредителей и микропара­зитов.

За точность зтих цифр, естественно, поручиться труд­но, но то, что потери от вредителей огромны,- факт.

Специалисты подсчитали сельскохозяйственные вре­дители уничтожают за год столько зерна, что им можно было бы прокормить 100 миллионов человек.

Чем может помочь ионизирующая радиация сельскому хозяйству в борьбе с вредителями?

Вы уже знаете: различные виды растений обладают различной радиочувствительностью Некоторые - доволь­но высокой Насекомые, как правило, высокорадиоустойчивы. Среди них есть даже своеобразные чемпионы радио­устойчивости. Например, скорпионы. Но яйца и личинки насекомых оказались более радиочувствительными. И вос­производящие клетки насекомых тоже более чувствитель­ны к облучению.

Схема борьбы с насекомыми-вредителями проста Через бункер, заряженный радиоактивным изотопом, пропус­кается по конвейеру зерно За определенный промежуток времени оно получает необходимую для гибели вреди­телей дозу ионизирующей радиации Такое зерно, конеч­но, не используют как посадочный материал Но для пи­тания людей оно совершенно безвредно После облучения зерно поступает в хранилище - опасный вредитель ему уже не угрожает Этими же приемами можно бороться с вредителями сухих фруктов - насекомыми и их личинка­ми, облучая «будущие компоты» гамма-лучами в дозе до 50 ООО рентген А в Канаде предложили метод лучевой борьбы с сальмонеллами, заражающими яичный порошок Знаете ли вы о методе «стерильпых самцов»? Ученые разработали его сравнительно недавно Насекомые, облу­ченные понтирующей радиацией в определенный период ра шития, неспособны давать потомство «Стерильные сам­цы» спариваются с нормальными самками. Однако самка потомство не приносит Чем больше самцов будет стерили­зовано, тем больше возможностей, что самки не дадут по­томства Если стерилизованных насекомых будет много в течение нескольких поколений, то потомство резко сокра­тится В некоторых странах обитает опасный вредитель - так называемая мясная муха Она откладывает свои яйца в рапы теплокровных животных Из яиц развиваются ли­чинки, которые вызывают заболевание и даже гибель домашнего скота, диких зверей и дичи Мясная муха нано­сит большой вред хозяйству И тогда решили испробовать метод лучевой стерилизации на мясной мухе Построили «мушиную» фабрику, на которой разводили и стерилизова­ли мух Стерилизованных насекомых выпускали на зара­женную местность Результат сказался быстро Заболевание и падеж скота резко уменьшились Затраты на «мушиную» фабрику не только окупились в первый год, но и принесли равную по сумме затрат прибыль. В США на острове Куракоо, площадью в 435 квадратных километров, выпусти­ли около 2000 стерильных самцов мясной мухи на один квадратный километр На острове мясная муха практи­чески уничтожена.

Идея консервирования продуктов возпикла давно Продукты консервировали древние египтяне и ипки На­верное, самый древний способ сохранения продуктов - высушивание их па солнце Со временем способы консер­вирования менялись Сегодня холодильник имеется почти в любой городской квартире Но самый современный спо­соб сохранения пищевых продуктов - консервирование их с помощью проникающих излучений Если облучать, например, свежее мясо гамма-лучами в дозе 100000 репт- геп, то срок его храпепия на складе удлиняется в пять раз Если облученпое мясо хранить при температуре около нуля градусов, то оно сохраняется в течение нескольких месяцев, не теряя питательных и вкусовых качеств С по­мощью радиации удлиняются сроки хранения свежей рыбы Облученная рыба в рефрижераторах сохраняет свои вкусовые качества до 35 дней А без лучевой обработки при тех же условиях хранения - 7 - 10 дней.

Сейчас ищут способ консервировать с помощью гамма- лучей икру, молоко, фрукты И даров моря- крабов, устриц, креветок

Хорошие результаты дает облучепие ягод и фруктов Облученная клубника, хранившаяся в рефрижераторе при температуре +4 градуса, длительное время не теряла ни свежести, ни аромата Даже опытные дегустаторы и экс­перты не могли установить, какие из ягод были облучены в «консервирующих» дозах А грибы шампиньоны? Они обладают прекрасными вкусовыми качествами И их мож­но выращивать искусственно в течение всего года Но при хранении грибы быстро портятся теряют свежесть и вку­совые качества, сохпут и шляпка их разворачивается, как у старых грибов Облученные шампиньоны в течение дли тельного хранения выглядели так, будто их только что принесли из парника - старение грибов резко затормажи­валось, шляпки их были круто закручепы, как у молодых грибов.

Недавно в печати появилось сообщение о лучевом коп- сервировании цветов. Знаменитые голландские тюльпаны, облученные в определенной дозе, помещенные в пакет, на­дутый углекислым газом, удобны в транспортировке и мо­гут храниться длительный срок Казалось, что они только что сорваны с грядки, настолько свежими были их лепе­стки.

Особенно выгодно с помощью радиации увеличивать срок хранения овощей.

Картофель имеет один серьезный недостаток: при хра­нении он прорастает, клубни сморщиваются и теряют свои вкусовые качества. Над проблемой лучевой консервации картофеля начали работать многие ученые в различных научно-исследовательских институтах нашей страны. Мно­гочисленные опыты показали: облучение клубней в дозе 10 ООО рентген резко затормаживает или прекращает ве­сеннее прорастание картофеля и не понижает сопротивляе­мости его к заболеваниям. Вкусовые качества облученно­го картофеля не ухудшаются. Опытные дегустаторы не на­шли никаких изменений в блюдах, приготовленных из такого картофеля.

Проблема лучевой консервации интенсивно разрабаты­вается во всем мире. И это закономерно Слишком очевид­ные экономические выгоды она несет. Некоторые методы лучевого консервирования уже разрешены для практиче­ского использования. Другие еще не вышли из стен лабо­раторий И самое главное - идут многолетние опыты, ко­торые должны доказать: облученные продукты безвредны для человека.

На растениях легче экспериментировать, чем на живот­ных. Работая с облучением семян, можно ставить опыты сразу на многих тысячах биологических объектах. И поэто­му ученому заметно помогает статистика Да и экономиче­ски такой опыт значительно выгоднее.

А использовалась ли ионизирующая радиация для практических целей в животноводстве?

Животные намного чувствительнее к действию прони­кающей радиации, чем растения В нашей стране на одной из современных птицефабрик был поставлен такой опыт В течение нескольких часов в процессе инкубации кури­ные яйца облучали в дозе 1-2 рентген. Такие незначи­тельные дозы радиации оказали стимулирующее действие: количество вылупившихся цыплят увеличивалось, куры из облученных яиц обладали большей яйценоскостью.

Курам «повезло» или стимулирующее действие малых доз ионизирующей радиации - общая закономерность?

Наверное, тут таятся и общие закономерности Во вся­ком случае, врачи всего мира давно признают целебное действие радоновых ванн для человека.

Итак, ионизирующая радиация радиоактивных изотопов может разумно использоваться человеком и в сельском хо­зяйстве. Но любознательный читатель, наверно, уже заме­тил, что речь шла о внешних источниках проникающих лучей Как правило, о гамма-лучах, испускаемых радиоак­тивным кобальтом. Но существует огромное количество радиоактивных изотопов, которые испускают, например, «мягкие» бета-лучи, энергия которых невелика. Радиоак­тивный углерод С" и радиоактивная сера в3®, биологически наиболее важные элементы, обладают именно таким, «мягким», излучением. Энергия проникающего излучения другого биологически важного изотопа - радиоактивного фосфора Р3! значительно выше, но и она «мягче» по срав­нению с «жесткими» гамма-лучами кобальта Со0.

Возможности использования таких «меченых» атомов в народном хозяйстве тоже велики. Приведем примеры.

Чтобы врага победить, его надо знать. Чтобы успешно бороться с опасными вредителями сельского хозяйства, с вредными насекомыми, надо хорошо изучить их жизнь.

Ученые метили радиоактивным фосфором таких опас­ных насекомых, как саранча, малярийный комар, а также фруктовую муху. Этим способом определили скорость пе­релета саранчи и дальность ее распространения из главных очагов размножения; выяснили протяженность перелетов малярийных комаров. Фруктовая муха оказалась относи­тельным домоседом. Ее метили радиоактивным фосфором л выпускали в апельсиновой роще. При благоприятных усло­виях фруктовые мухи не удалялись от места обитания больше чем на несколько сот метров.

Полученные сведения позволили наметить расположе­ние заградительных зон и разработать систему обороны и борьбы с этими насекомыми.

Инсектициды - яды для насекомых, один из современ­ных способов борьбы с ними. Введем в эти химические со­единения радиоактивную метку. Индикатор сразу позволя­ет ответить на целый ряд важных вопросов. Как ведут себя эти соединения в организме насекомых, почему они ядовиты для них? Как сделать их избирательными по дей­ствию - не вредными для человека, растении и полезных насекомых? Не попадают ли яды в сельскохозяйственные продукты? Когда яды теряют свою токсичность?

На наших древнейших друзьях - пчелах были постав­лены опыты. Например, кормили радиоактивным фосфором рабочую пчелу, и она становилась меченой. В улей поме­щали счетчик радиоактивных частиц И вот удалось устано­вить, сколько раз в день вылетает на работу рабочая пче­ла, каков ее рабочий день и какова скорость полета Или по­ступали по-другому Подслащенные сахаром растворы с подмешанным к ним радиоактивным фосфором помещали на какое-нибудь поле Прилетающие на него пчелы, есте­ственно, метились И тогда можно было точно определить, какие поля пользуются у пчел наибольшей популярно­стью А отсюда и практические решения, которые помогут увеличить продукцию неутомимых тружеников.

Радиоактивные изотопы используются во всех исследо­ваниях по биохимии и физиологии насекомых. Значение этих работ понятно Изучив, например, деятельность гор­монов и ферментов, управляющих развитием и поведением полезных насекомых, можно будет использовать насекомых в интересах человека.

Ученые были поражены, когда узнали, с какой скоро­стью протекают в растениях некоторые биохимические процессы.

В коробочку из плексигласа помещали несколько листь­ев растения, впускали туда определенное количество ра­диоактивной по углероду углекислоты и оставляли растение на солнечном свету В результате процессов фотосинтеза углекислота усваивалась, переходила в состав органиче­ских веществ и транспортировалась в различные участки растения Через равные интервалы времени брали образцы и измеряли их радиоактивность И вот оказалось, что ско­рость передвижения вновь синтезированных соединений с восходящим током весьма значительна: дпем на солнечном свету - 50-100 сантиметров в минуту Раньше считали, что весь углерод в оргапических веществах образуется растепием из углекислоты воздуха, хотя его там сотые до­ли процепта Только сравнительно недавно с помощью меченых атомов удалось доказать, что углекислота и соли угольной кислоты, содержащиеся в почве, интенсивно.

Радиоактивным фосфором можно пометить насекомых и растения.

используются растением. Они активно транспортируются из корней в листья. Там, в результате фотосинтеза, из них образуются углеводы и идет синтез органических ве­ществ. А отсюда следовал практически важный вывод: для повышения урожайности необходимо обогащать почву углекислотой - вносить в почву соли угольной кислоты. Можно добавлять в почву и так называемые зеленые удоб­рения Например, запахивать многолетние травы. Пример­но через 20-30 дней начинается выделение углекисло­ты, которое продолжается все лето.

Так использование метода радиоактивных индикаторов оказалось полезным для науки об удобрениях растений.

Чем и как выгоднее подкармливать растения? В какие сроки? В какой форме вносить удобрения? Как на них влияют климатические условия? Как они транспортируют­ся в растениях и где усваиваются?

Меченый по фосфору суперфосфат, гидроксилапатит и другие удобрения вносили в почву. И оказалось, что куку­руза через 2,5 месяца после посадки лучше всего усваивала фосфор из трехкальциевого фосфата, хуже из суперфосфа­та и еще хуже из гидроксилапатита. Обнаружили, что хлопчатник особенно нуждается в подкормке фосфором в возрасте 10-20 дней и во время цветения.

С помощью меченых атомов определили роль в жизни растений микроэлементов - кобальта, марганца, цин­ка, меди. Достаточно, например, внести в почву 1-3 ки­лограмма бора на гектар пашни, и урожайность клевера резко возрастет. Марганец повышает урожайность сахар­ной свеклы, медный купорос - урожай зерновых на тор­фяных почвах.

Однажды на лекции по радиационной биохимии ко мне подошла студентка биологического факультета Москов­ского университета. Она жаловалась, что в наше время до­казана невозможность чуда. «Была какая-то надежда,- говорила она,- когда в печати появились сообщения о су­ществовании «снежного человека» или предположение, что на Землю упал не тунгусский метеорит, а прилетал кос­мический корабль с неведомых планет неземной цивили­зации. Так нет тебе! Дотошные ученые быстро доказали, что этого быть не может».

Но разве исследователи не нашли маленькое чудо, ко­гда установили, что отдельные деревья в лесу могут обме­ниваться между собой питательными веществами через сросшиеся корни? В дубовой роще радиоактивный броми­стый калий, введенный в дерево, через 3 дня обнаружи­вался у пяти рядом расположенных дубов!

Особенно часто используются химические соединения, меченые радиоактивным углеродом, фосфором, серой. И конечно, микроэлементы и такие соединения, как калий, натрий, железо... Но нужно хорошо представлять задачу исследования, чтобы правильно выбрать радиоизотоп На­пример, период полураспада радиоактивного углерода С" около 6000 лет. Этот радиоизотоп слишком «молод» для изучения геологических процессов, но он незаменим для исследования процессов обмена веществ в организме жи­вотных.

Пользуясь радиоактивным углеродом, можно узнать, какие условия питания необходимы для достижения мак­симальной продуктивности животных или как усваиваются питательные корма и что нужно ввести в рацион коров, чтобы увеличить удои молока.

Без хорошей теории не может быть и хорошей практи­ки Возможности метода радиоактивных изотопов для ре­шения самых сложных теоретических вопросов биохимии, физиологии, биофизики безграничны Ученый в течение одного рабочего дня не успеет прочитать даже одни заго­ловки статей и исследований, в которых рассказывается об использовании радиоактивных изотопов для различных биологических целей Даже специалистов нередко удивля­ют исследования, в которых используют меченые атомы.

Иногда сложные биологические задачи решаются про­сто Иногда наоборот: казалось бы, простое биологическое явление расшифровывается путем многолетней и кропот­ливой работы

Например, из каких составных, простейших частей об­разуется коровье молоко и в каких тканях?

Вопрос звучит просто, но для ответа на него потребо­вались усилия многих десятков ученых в течение многих

Три четверти века назад о существовании радиоактив­ных изотопов знало всего несколько человек. Сегодня «по­лезная радиация» стала достоянием миллионов людей. Альберт Эйнштейн сказал: «Явления радиоактивности - самая революционная сила технического прогресса за все время с тех пор, как доисторический человек открыл огонь».

Евгений Романцев. "Рожденная атомом"

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА РАСТЕНИЯ Наша планета постоянно подвергается бом­бардировке неисчислимым количеством не ви­димых глазом частиц, идущих из глубин Все­ленной. При попадании в какое-либо вещество эти частицы вызывают в нем образование ио­нов 1 , поэтому их называют ионизирующими, а весь поток таких падающих на Землю частиц - ионизирующей радиа­цией (излучением). В ис­кусственных услови­ях ионизирующая ра­диация получается при работе всем известного рентгеновского аппара­та, а также в атомных реакторах, где проис­ходит бомбардировка атомов нейтронами.

В окружающей нас Вселенной находятся колоссальные источни­ки ионизирующей ра­диации. Это так назы­ваемые «горячие звез­ды». Примером подоб­ной звезды может слу­жить наше Солнце, представляющее собой природный атомный ре­актор. В нем постоянно идут процессы распада с выделением громадных количеств энергии в виде альфа-, бета-, гамма-, икс-лучей 2 , нейтронных и протонных частиц. Ученые придумали интересные способы обна­ружения пути, по которому пролетают ионизи­рующие частицы. Один из них состоит в том, что в камеру Вильсона - небольшую метал­лическую коробку со стеклянной крышкой я дном - нагнетается сильно увлажненный воздух. Пролетающая через камеру ионизиру­ющая частица вызывает на своем пути образо­вание капелек воды, поскольку ионизированные частицей атомы воздуха становятся центрами конденсации. Благодаря этому путь частицы становится видимым и его можно сфотографи­ровать. Другой способ еще проще. Пролетаю­щие частицы оставляют след на фотопластинке,

Схема образования пути

ионизирующей частицы в

камере Вильсона.

Эмульсионный способ обнаружения пути ионизирующих частиц.

Покрытой толстым слоем специальной эмульсии. Таким образом, частицы как бы сами фотогра­фируют свой путь или место столкновения с дру­гими частицами. Число образующихся ионов на 1 микрон пробега частицы, так же как и та энергия, которую теряет частица на своем пути, служит важным показателем для каждого вида ионизирующих частиц.

Различие в действии нейтронов (а ) и рентгеновских лучей (б) на проростки ячменя: в рамках - необлученные растения, вне рамок - проростки при постепенном увеличении дозы радиации.

Многочисленные опыты показали, что плотность ионизации имеет большое значение для определения биологической реакции при облу­чении животных и растений. Например, бета-

1 Ион - часть молекулы, несущая электрический заряд.

2 Альфа-, бета-, гамма-, икс-лучи - различные виды излучений.

частицы стимулируют рост растений, а альфа-частицы такого действия не оказывают. По­смотрите на рисунок, где показано действие на проростки ячменя двух видов радиации - рентгеновских лучей и нейтронов. Если при действии нейтронов высота проростков равно­мерно уменьшается с увеличением дозы облу­чения, то при действии рентгеновских лучей проростки реагируют по-разному. Сейчас уже выяснено, что, несмотря на многие общие черты, присущие ионизирующим частицам, ха­рактер вызываемых ими изменений во многом зависит от вида ионизирующей радиации, дли­тельности облучения, от количества частиц в секунду, попадающих в растение, и, наконец, от фазы развития растения.

Количество ионизирующей радиации изме­ряется в особых единицах, называемых в честь известного ученого Рентгена рентгенами, со­кращенно обозначаемых буквой р.

ОХОТНИКИ ЗА... ОДНИМ ПРОЦЕНТОМ

После открытия ионизирующей радиации ученые-радиобиологи обнаружили, что облу­чение вызывает различные изменения в клет­ках и тканях растения. Так, под действием больших доз радиации изменяется форма и цвет листьев, цветков, подавляется рост. Вместе с тем отмечалось, что средние и малые дозы радиации, наоборот, способствуют ускорению роста растений. Такая стимуляция повышает урожайность многих культур, сокращает сроки созревания, повышает сахаристость плодов и т. д.

Каждое растение по-своему чувствительно к ионизирующей радиации. Эта чувствитель­ность изменяется в зависимости от фазы раз­вития. Например, для повышения урожайно­сти и усиления роста пшеницы и ячменя их проростки облучают рентгеновскими лучами в 400-750 р. Если же мы возьмем сухие семена этих культур, то они требуют в 10-30 раз большей дозы облучения. При облучении сухих семян пшеницы наряду с растениями-гигантами появились и маленькие, карликовые. При этом колос у гигантов был большой, но рыхлый, а у карликов очень ценный для селекционных целей - плотный и компактный.

Таким образом, изменения, возникающие в растениях при облучении их семян или пророст­ков, могут оказаться полезными для селек­ционеров. Можно отобрать формы, отличающие­ся высокой урожайностью, прочностью соло­мины, повышенным содержанием белка в семе­нах, величиной зерен, плодов. При скрещивании между собой этих новых форм получатся расте­ния, которые будут обладать многими ценными свойствами и признаками. Правда, из ста про­центов возникающих в растениях изменений ценным для селекционеров оказывается всего лишь один процент. Сотни исследователей в различных странах мира облучают растения в надежде получить этот заветный один процент. Когда же приходит удача, наградой исследова­телю служат сорта и формы растений с необы­чайно ценными свойствами.

Радиобиология дала в руки исследователей новый метод расшатывания наследственных свойств, получения резко измененных растений,

Разнообразные формы колосьев у озимой пшеницы, появившиеся после облуче­ния семян гамма-лучами и быстрыми нейтронами: 1 - исходный сорт; 2-18 - наследственно измененные колосья. (Из работы В. Ф. Можаевой, В. В. Хвостовой и Г. Д. Лапченко.)

начиная от бесполезных уродств и кончая расте­ниями с такими изумительными свойствами, что другим способом их нельзя было бы полу­чить вовсе. Правда, для этого пришлось немало поработать.

Тот, кто думает, что селекционная работа растениевода всего-навсего опыление цветков, сильно ошибается.

НУЖНА ЛИ БЕТОННАЯ СТЕНА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ГОРОХА И ЯБЛОК

Если задать подобный вопрос человеку, не­знакомому с успехами и достижениями радио­биологии, то он, возможно, недоуменно по­жмет плечами.

А ведь в наши дни такие удивительные поля существуют. Мало того, они не только ограждены подчас высокой бетонной стеной, но опоясаны двумя рядами колючей проволоки и снабжены щитами с грозной надписью: «Опас­но для жизни! Радиоактивность!» Это гамма-поле. Оно получило такое название потому, что на нем находится источник, излучающий гам­ма-лучи.

Как же устроено это поле? В середине боль­шого огороженного участка устанавливается радиоактивный источник. Он представляет со­бой двухметровый столб, на вершине которого в специальной трубке находится излучающий гамма-лучи радиоактив­ный кобальт - Со 60 . На поле в радиальном на­правлении, начиная от проростков и кончая взрослыми растениями, высаживают различные культуры: пшеницу, рожь, ячмень, горох, вику, черную сморо­дину и другие кустар­никовые, а также ябло­ни, груши различных возрастов. Все эти ра­стения в течение дли­тельного времени облу­чаются, получая различ­ные дозы радиации. Именно на таком гамма-поле ученым удалось, например, получить вы­сокоурожайные, с прочной соломиной и устойчивые к заболеваниям ячмени. У облученных на поле яблонь изменя­лась величина и окраска плодов и т. п.

Ионизирующее излучение применяется те­перь и в цветоводстве. Облучение тюльпанов и гиацинтов дало очень интересные результаты- появились цветы с необычными расцветками, с измененными лепестками.

Но для чего бетонная стена, колючая про­волока и щиты с грозными надписями? Дело в том, что радиоактивное облучение опасно для жизни человека, и поэтому на гамма-поле при­нимаются все меры безопасности. Когда в кон­це года на поле приходят исследователи для сбора растительного материала, плодов и се­мян, кобальтовый источник автоматически за­крывается свинцовыми экранами-щитами и с помощью особого устройства опускается в глу­бокий подземный колодец - стальную трубу, заполненную минеральным маслом. В таком виде он не страшен исследователям.

ЧТО ТАКОЕ РАДИОСТИМУЛЯЦИЯ

Сразу же после открытия ионизирующих частиц ученые обнаружили, что большие дозы радиации вредны растениям, а малые, напро­тив, стимулируют их. Стимулирующее дей­ствие ионизирующей радиации (радиостиму­ляция) сказывается в том, что растения лучше

А - схематический план гамма-поля; Б - вид облучаемых растений на делянках гамма-поля.

развиваются, в них накапливается больше хло­рофилла - основного пигмента, необходимого для фотосинтеза. Они становятся крепкими, лучше противостоят неблагоприятным клима­тическим условиям. Стимуляция влияет не только на растения, но и на их семена. Напри­мер, под воздействием малых доз радиации повысился урожай растений. Если взять с этих растений семена и высеять их в следующем году, то они также дадут повышенный урожай. В на­стоящее время проводятся большие работы для выяснения тех причин, которые приводят к ра­диостимуляции. Есть основания предполагать, что главная причина радиостимуляции состоит в том, что в тканях облученных растений про­исходит очень быстрое деление клеток, связан­ное с ускоренным образованием в клеточных ядрах дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Правда, некоторые ученые объясняют ра­диостимуляцию просто химическим действи­ем радиоактивных веществ или находящих­ся в них примесей. Другие исследователи в своих опытах вовсе не получили радиостимуля­ции. Таким образом, предстоит еще очень большая работа по выяснению всех тех из­менений, которые вызывает ионизирующая радиация при воздействии на живой организм.

В связи с опытами по облучению растений были обнаружены интересные явления. В од­них и тех же горшках ученые выращивали облу­ченные и необлученные проростки огурцов и редиса. Оказалось, что при совместном выра­щивании не только облученные, но и необлу­ченные растения замедляют свой рост! Зна­чит, облученные растения воздействуют на необлученные.

Торможение роста необлученных расте­ний при совместном выращивании с облучен­ными наблюдается при воздействии на послед­ние дозами в 150 р (для бобов), 2-5 тыс. р (для огурцов и редиса). При облучении растений большими дозами (в 50 тыс. р) они уже не тор­мозят роста выращиваемых рядом с ними необ­лученных растений. Почему это происходит, ученые пока еще не знают. Но нет сомнения, что разгадка тайны близка.

Интересным оказалось исследование влия­ния ионизирующего облучения на движения, совершаемые листьями растений. Наверное, немногие знают, что листья растений совершают определенные движения - они то поднимаются, то опускаются и даже могут поворачиваться вокруг своей оси, как бы закручиваясь. Прав­да, увидеть это довольно трудно, потому что движения очень медленные. Но если растения

Схематическое изображение положения листьев расте­ния в различное время су­ток: а - движение листь­ев в нормальных условиях; б - движение листьев пос­ле облучения.

Фотографировать с течение дня через определен­ные промежутки времени, а затем просмотреть снятую кинопленку, движение листьев делает­ся видимым отчетливо. Растение периллу мас­личную облучали гамма-лучами. При дозах в 5 тыс. р движение ее листьев ослаблялось, при дозах в 50 тыс. р становилось еле-еле замет­ным, а при дозах в 100 тыс. р остановилось окон­чательно. Рост растений при этом прекращается, но никаких других внешних признаков по­вреждения нет. Они остаются зелеными, жизне­способными.

Любые данные, полученные в результате кропотливой исследовательской работы, уче­ные сразу же стараются поставить на службу человеку. Мы говорили уже о том, что облуче-

Схема промышленной установки для облучения пищевых про­дуктов радиоактивным кобальтом: 1 - бассейн для загрузки излучателя; 2 - траншея, по которой источник излучения передается в рабочий бассейн; 3 - бассейн для хранения ис­точника излучения в нерабочем состоянии; 4 - кассеты с ра­диоактивным кобальтом; 5 - корзина с облучаемыми про­дуктами, передвигающаяся на цепном транспортере; 6 - цеп­ной транспортер; 7 - поворотные звездочки; 8 - место загрузки корзин продуктами. Внизу слева - картофель не­облученный, справа - облученный.

Ние приостанавливает рост растений. Это свой­ство сейчас используется при хранении сель­скохозяйственных продуктов: лука, картофеля и др. У картофельных клубней, как известно, после 5-6-месячного периода покоя начинается процесс прорастания. Если не принять свое­временно мер, то клубень пропадет. И вот тут на помощь хозяйственникам приходит радио­биология, умело использующая биологическое действие ионизирующей радиации. В хранили­щах картофеля устанавливают источник гамма-лучей - стальную трубку, содержащую радио­активный кобальт (подобно тому, как это описано для гамма-поля, только с меньшей интенсивностью излучения). Облучение при­водит к тому, что клубни картофеля не прора­стают, сохраняются длительное время, причем они не теряют своих вкусовых и питательных свойств.

Есть еще одна важная область применения ионизирующей радиации. Очень важно, чтобы поступающие к нам продукты в значительной мере были бы свободны от микробов. С этой целью продукты с помощью ионизирующей ра­диации стерилизуют. При этом фрукты, на­пример, меньше портятся и поступают в про­дажу свежие, как будто только что сорванные с ветки.

Так достижения науки служат человеку, облегчают его труд.

РАСТЕНИЯ И МАГНИТ

Более 100 лет назад известный английский ученый М. Фарадей показал, что все вещества обладают магнитными свойствами, только вы­ражены они у них в разной степени.

Наиболее сильно эти свойства проявляются у железа, кобальта, никеля и некоторых спла­вов; у других же веществ они настолько слабы, что их устанавливают и измеряют лишь с по­мощью особого прибора, названного магнит­ными крутильными весами.

В том, что магнитное поле действует и на растение, довольно легко убедиться. Возьмем сухой лист барбариса и подвесим его между полюсами сильного электромагнита, ближе к одному из них. Когда мы потом включим или выключим ток, идущий через катушку электро­магнита, то увидим, как лист вздрагивает и втягивается в зазор либо, наоборот, выталки­вается из него (см. рис. на стр. 119).

Если какие-либо вещества притягиваются к области наиболее сильного магнитного поля, они называются парамагнитными; если выталкиваются, они называются диа­магнитными.

Оказалось, что магнитные свойства расти­тельного объекта во многом зависят от того, сколько в нем содержится воды. Сухое яблоко, например, всегда диамагнитно, а сырое - может быть как диамагнитным, так и пара­магнитным.

Магнитное поле бывает однородным и неод­нородным. В первом случае напряженность не меняется в пределах изучаемого объема поля, а во втором - в разных точках этого

При включении очень сильного магнитного поля лист бар­бариса вздрагивает и втягивается в зазор между полюсами.

Поля она различна. В неоднородном поле пара­магнитные вещества притягиваются в точку наибольшей напряженности поля, а диамагнитные - отталкиваются. Эта реакция веществ на неоднородное магнитное поле - реакция магнито-механическая. Английские ученые изучали такую реакцию в кончиках корней проростков кресс-салата, помещенных в сильное неоднород­ное магнитное поле. Под микроскопом они уви­дели, как зерна крахмала, которые имеются в клетке, под действием магнитного поля смеща­лись в протоплазме клетки в области наимень­шей неравномерности и напряженности поля. Под действием раздражения, вызванного их давлением, эта часть клетки замедляла свой рост. Больше того, кончик корня, как бы ста­раясь уйти из магнитного поля, начал изги­баться в том же направлении.

Описанную нами реакцию на неоднородное магнитное поле ученые назвали магнитотропической, а самое явление - магнитотропизмом.

Ну, а что происходит, если магнитное поле однородно в границах исследуемого объекта? Этим вопросом заинтересовались русские уче­ные. Они показали, что постоянное магнитное поле действует на биотоки и биохимические реакции в клетке.

Многостороннее действие магнитного поля на растительную клетку выражается в том, что при различной ориентации клетки в магнит­ном поле в ней по-разному изменяется скорость движения протоплазмы и находящих­ся в ней частиц и органелл клетки. (Органеллы - части клетки, выполняющие различные жизненные функции.) Теоретически подсчитано, что в 75 случаях магнитное поле должно тормо­зить движение протоплазмы; практически уче­ные установили, что оно тормозится в 79 случаях.

Особенно чувствительна клетка к действию магнитного поля во время деления и роста. Поэтому самыми восприимчивыми к магнитному полю оказываются молодые, интенсивно расту­щие части растений - кончик корня и первый лист злаков, так называемый колеоптиле.

Наиболее хорошо изучено сейчас действие постоянного магнитного поля на рост корневой системы у растений. Известно, что кончик корня многих растений, например гороха, при росте совершает небольшие колебательные движения относительно своей оси. Как пока­зывают опыты, в сильном магнитном поле (в 10 тыс. эрстед 1) эти движения в значительной мере расстраиваются: появляются вращательные движения, возрастают углы отклонения кончи­ка корня от оси. На протяжении длительного времени ученые в своих опытах наблюдали, как рост корешка в таком поле замедлялся и в дли­ну, и в толщину. Большие магнитные поля ока­зывали воздействие также и на дыхание рас­тений, например: проростки гороха, помещен­ные в магнитное поле 10 тыс. эрстед, снижа­ли выделение углекислоты почти на 25%.

Но все же неправильно думать, что только сильное магнитное поле оказывает заметное действие на растение. Часто все происходит совсем наоборот. Например, наблюдая с помо­щью горизонтального микроскопа 2 за корнем проростка пшеницы при напряженности маг­нитного поля в 60 и в 1600 эрстед, можно ви­деть, что в первом случае действие поля сти­мулирует рост корня, а во втором - не влия­ет на него совсем. Вполне естественно воз­никает вопрос: каков же нижний предел напря­женности магнитного поля, способный вызвать реакцию со стороны растения?

Долгое время в науке имелось предполо­жение, что земное магнитное поле небезраз­лично для роста растений. И вот совсем недавно, в 1960 г., советские физиологи расте­ний А. В. Крылов и Г. А. Тараканова сумели показать, как прорастающие семена кукурузы и пшеницы определенных сортов реагируют на ориентировку относительно полюсов магнитно­го поля Земли. Так, ими было установлено, что обращенное при посадке зародышем к южному

1 Эрстед - единица напряженности магнитного поля. Один эрстед - это такая напряженность поля, которая примерно в 2 раза сильнее напряженности земного магнитного поля в районе Москвы.

2 Микроскоп называется горизонтальным, потому что его тубус и вся увеличительная система располо­жены в горизонтальной плоскости. Он применяется для изучения, скорости роста кончиков стеблей или корней.

Схематическое изображение корневой системы пшеницы сорта Харьков, ориентирующейся по земному магнитному меридиану (он не совпадает с географическим меридианом) в направлении север - юг: 1 - вид сбоку; 2 - вид сверху.

Магнитному полюсу Земли семя прорастает быстрее. Корневая система такого проростка развивается значительно интенсивнее, чем у семени, которое при посадке было обращено к северному магнитному полюсу Земли. Та­ким образом, можно считать доказанным, что растение не только реагирует на магнитное поле Земли, напряженность которого в наших широтах 0,5 эрстеда, но и различает направление силовых линий земного магнитного поля.

Канадские ученые установили, что взрослые растения пшеницы сорта Харьков свою корне­вую систему располагают в почве по линии север - юг. По данным других авторов, корни сахарной свеклы некоторых сортов располагаются по линии запад - восток. Это означает, что расте­ния по-разному реагируют на земное магнитное поле и что характер подобной реакции является генетическим признаком. Сейчас еще рано гово­рить, чем объясняется такая реакция и каково ее значение для растительного мира. Ученые только начали работать в этом направлении. В некоторых случаях реакцию выбора опре­деленного направления или преимуществен­ный рост в сторону какого-нибудь одного полю­са наблюдали также и в искусственном маг­нитном поле. В 1958 г. были опубликованы результаты работы ученых, которые наблюдали за ростом корня бобов в магнитном поле. Если кон­чик корешка этого растения направлялся в сто­рону северного конца магнитного поля, то на его рост поле не оказывало никакого влияния. Наоборот, ориентировка верхушки корня к юж­ному магнитному полюсу тормозила рост корня.

Эти наблюдения лишний раз подтвердили всю важность дальнейшего изучения реакции растений на полюса магнита, которая, по-ви­димому, у разных растений различна.

Для чего же нужно изучать действие маг­нитного поля на растения?

Магнитное поле - один из постоянно при­сутствующих факторов внешней среды. Однако можно с уверенностью сказать, что это и один из наименее изученных факторов в смысле влияния его на растения, животных и человека. Когда при дальнейшем освоении космиче­ского пространства и развитии техники жизнь человека будет в какой-то промежуток вре­мени проходить в магнитных полях в тысячи раз сильнее земного, он уже должен знать, как действует поле на биологические объекты, в том числе и на растения (см. ст. «Космическая биология»). Но и «маленькое», земное магнит­ное поле может представить для него практи­ческий интерес в области сельскохозяйственного

Корни сахарной свеклы некоторых сортов располагаются по линии запад - восток: 1 - вид сверху, 2 - вид сбоку.

Производства. Если окажется, что расположе­ние корневых систем некоторых сельскохозяй­ственных растений в значительной мере оп­ределяется магнитным полем Земли, то, види­мо, придется считаться с этим фактором как при внесении удобрений, так и при выведении новых сортов.

КАК РАСТЕНИЯ БОРЮТСЯ С ЗАСУХОЙ И ЗАСОЛЕНИЕМ ПОЧВЫ

Климат на необъятной территории нашей Родины весьма разнообразен. На Севере зимой морозы достигают 60° и более, а в пустынях Средней Азии летом в тени бывает свыше 50° тепла. В районе г. Батуми на Черноморском побережье выпадает около 2000 мм осадков в год, а в пустынях Туркмении их выпадает немногим больше 100 мм, т. е. в 20 раз меньше.

В большинстве районов Средней Азии зем­леделие невозможно без орошения. Сельско­хозяйственные растения здесь страдают от за­сухи, т. е. повреждаются от недостатка воды в почве и от слишком сухого и горячего воздуха.

В то же время в пустынях есть много дико­растущих растений, которые приспособились к этим суровым условиям, хорошо растут и развиваются. Им помогает переносить жесто­кую засуху и успешно бороться с ней целый

Многие растения степей добывают воду глубоко уходящей В почву корневой системой: слева - корень фалькарии; спра­ва - корень шалфея.

Корень вероники инкана.

ряд свойств, или, как говорят биологи, при­способлений. Эти свойства у растений пустыни возникли не сразу, а за очень длитель­ное время.

Сменились многие тысячи поколений, мно­гие из возникших видов погибли. Выжили лишь те виды растений, у которых под влиянием окружающих условий в процессе естественного отбора появились свойства, помогавшие им бо­роться с засухой.

Растения, хорошо переносящие засуху, есть не только в пустынях, но И в степях. В степях осадков больше (300-350 мм в год), но летом почти всегда, хотя бы и на короткий срок, бы­вает засуха. Растения, хорошо переносящие засуху, получили название ксерофитов (от греческих слов«ксерос»-сухой и «фитон» - растение). Какими же путями борются ксе­рофиты с засухой?

Наиболее интересные ксерофиты - как­тусы, жители пустынь Северной и Централь­ной Америки. Кактусы хорошо нам известны, их разводят любители комнатных цветов. Акад. Н. А. Максимов удачно назвал кактусы растениями-«скопидомами». Действительно, в пери­од дождей кактусы запасают воду в стеблях, поглощая ее сильно разветвленной, но лежа­щей в почве неглубоко корневой системой. Листья у них изменились и стали колюч­ками. Кактусы покрыты толстой кутикулой и очень экономно расходуют воду. В то же время они устойчивы к действию высоких температур. Многие кактусы без особого вреда выносят нагревание своих тканей до 62° и даже несколько выше. Это наиболее жароустой­чивые цветковые растения на Земле.

Кроме кактусов, запасающих воду в стеблях, существуют растения, запасающие воду в листь­ях. К ним относится всем известное комнатное растение алоэ. В диком виде оно растет в южноафриканских пустынях. В средней полосе нашей страны на песчаной почве растет небольшое цветущее золотисто-желтыми цвет­ками растение очиток едкий.

Листья очитка мясистые, с запасами во­ды, которые растение расходует при отсут­ствии дождей.

Многие кустарники и небольшие деревья в пустынях Средней Азии добывают воду при помощи глубоко уходящей в почву корневой системы.

Среди побуревшей растительности выж­женной солнцем глинистой среднеазиатской пу­стыни выделяются яркие зеленые кусты с очень мелкими листьями и массой колючек. Это - верблюжья колючка, или янтак, как его называет местное население. В тканях верблюжьей колючки много сахару, но питается ею только неприхотливый верблюд. Даже осел отказывается есть ее. Почему же верблюжья колючка чувствует себя хорошо, когда большин­ство других растений пустыни погибает от засухи? Дело в том, что длинный корень колю­чки доходит до грунтовой воды - на глубину

10-20 м. Когда рыли Суэцкий канал, то в од­ном месте обнаружили корень верблюжьей ко­лючки на глубине 33 м. Поэтому-то колючка и не испытывает недостат­ка в воде. Испаряя во­ду, она охлаждает свои ткани и может перене­сти высокую температу­ру воздуха.

В наших степях встречается небольшое растение из семейства зонтичных - фалькария (резак). Так же как верблюжья колюч­ка, фалькария снабжает­ся водой при помощи корневой системы, про­никающей в почву на 5-6 м.

У растений сущест­вуют и другие способы борьбы с засухой. В пес­чаных пустынях Сред-

Фалькария.

Ней Азии встречаются прутообразные кусты джузгуна (каллигонума). Его листья срослись со стеблями. Листовая поверхность у джузгуна меньше, чем у других растений, а по­этому и испарение воды небольшое.

В западносибирской степи обращает на себя внимание маленькое сизое растение - веро­ника инкана. Стебель и листья у нее опушены волосками. Волоски эти быстро отми­рают и заполняются воздухом. Воздух плохо

Однолетние эфемеры пустыни.

Пропускает тепло, и потому вероника инкана не так сильно нагревается солнечными лучами. Кроме того, вероника сравнительно легко пере­носит высыхание. Она может потерять до 60% содержащейся в ней воды и все же пережить засуху. Такими же свойствами отличается и полынь сизая.

В степях во время и после дождя можно заме­тить на поверхности почвы небольшие темно-зеленые комочки сине-зеленой водоросли носток. Когда нет дождей, носток высыхает, становится маленькой сухой буровато-серой корочкой, которую трудно заметить. В та­ком виде носток переносит засуху, а растет и развивается после выпавшего дождя и осенью.

В глинистых пустынях Средней Азии ран­ней весной почва почти сплошь покрыта эфемерами (от греческого слова «эфемерос» - однодневный) - растениями из различных семейств: злаковых, крестоцветных, макоцветных и др. Эти растения борются с засухой, как

бы обгоняя ее: у них очень быстрое развитие. Весной в почве пустыни есть влага, и тем­пература воздуха умеренная. Эфемеры исполь­зуют это и быстро заканчивают свой рост и раз-питие. За 5-6 недель они успевают зацвести и принести семена, которые пролежат в сухой почве до следующей весны.

Кроме однолетних эфемеров, в пустыне есть и многолетние эфемероиды. К эфемерои­дам относятся растущие в степях и пустынях тюльпаны, песчаная осока и ряд других расте­ний. Они переживают засуху, образуя корне­вища, клубни и луковицы. Все эти части растений находятся в почве и защищены от потери воды специальными покровами. Эфемероиды, как и эфемеры, успевают принести потомство (семена) весной. Когда приходит засуха, она им уже не страшна.

Не надо думать, что ксерофиты встречаются только в степях и пустынях. Есть они и в сред­ней полосе, и даже в северной части нашего Союза. В сосновом бору-беломошнике в жар­кий летний день под ногами хрустят высохшие кустики лишайника - так называемого оленьего мха, или ягеля. Как почти все лишайники, ягель хорошо переносит высыхание, а после дождя вновь начинает расти.

Не менее интересна, чем ксерофиты, груп­па растений галофитов (от греческого слова «гальс» - соль). Они растут на засолен­ной почве: по берегам морей или в засушли­вом климате (в зоне сте­пей, полупустынь и пу­стынь). В засушливом климате с поверхности почвы сильно испаряет­ся вода, а растворенные в ней соли (поваренная соль, сернокислый нат­рий, сода и др.) подни­маются с водой наверх и остаются в почве. Так образуются солончаки, на которых могут расти только одни галофиты. Обычно в самом центре солончака, где засоле­ние наиболее сильно, растений совсем нет, а только белеют «выцве­ты» солей. Вокруг ли-

Галофит солерос: 1 - об­щий вид; 2 - веточка; 3 - поперечный разрез веточки.

Солерос лучше развивается на засоленной почве. В сосуде слева почва незасоленная; в сосуде справа - засоленная. Посажены растения одновременно.

Растения, не при­способленные к засолению, разви­ваются на соле­ной почве плохо. В обоих сосудах хлопчатник посе­ян одновременно: в сосуде слева почва незасолен­ная, в сосуде справа - засолен­ная.

Шейного растительности пятна, там, где солей уже меньше, поселяется самое солелюбивое на свете растение - солерос. Вид у соле­роса необычный. Это небольшое однолетнее травянистое растение, высотой от 10 до 30 см. Оно состоит из отдельных члеников, толстых и мясистых. Каждый такой членик представляет сросшийся с листом стебель. Внутри своих тканей солерос накапливает соли. Когда в тка­ни оказывается слишком много солей, отдель­ные членики отпадают. Так солерос защищает­ся от избытка солей внутри своего организма. Бок о бок с солеросом растет сведа, имеющая стебель и толстые мясистые листья. Она хуже, чем солерос, выдерживает засоление почвы. Несколько иным образом борется с засолением кермек, обладающий прикорневой розеткой

Введение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Во время радиоактивного распада ядер испускаются α-, β- и γ- лучи, обладающие ионизационной способностью. Облучаемая среда частично ионизируется поглощаемыми лучами. Эти лучи взаимодействуют с атомами облучаемого вещества, что приводит к возбуждению атомов и вырыванию отдельных электронов из их электронных оболочек. В результате атом превращается в положительно заряженный ион (первичная ионизация). Выбитые электроны, в свою очередь, сами взаимодействуют со встречными атомами, вызывая вторичную ионизацию. Электроны, затратившие всю энергию, «прилипают» к нейтральным атомам, образуя отрицательно заряженные ионы. Число пар ионов, создаваемых в веществе ионизирующими лучами на единице длины пробега, называется удельной ионизацией, а расстояние, пройденное ионизирующей частицей от места ее образования до места потери энергии движения, называется длиной пробега.

Ионизирующая способность различных лучей неодинакова. Она наиболее высока у альфа-лучей. Бета-лучи вызывают меньшую ионизацию вещества. Самой низкой ионизационной способностьюобладают гамма-лучи. Проникающая же способность наивысшая у гамма-лучей, а наинизшая - у альфа-лучей.

Не все вещества одинаково поглощают лучи. Высокой поглощающей способностью обладают свинец, бетон и вода, которые чаще всего и используют для защиты от ионизирующих излучений.

1 Факторы, определяющие реакцию растений на облучение

Степень поражения тканей и растительного организма в целом зависит от множества факторов, которые можно разделить на три основные группы: генетические, физиологические и условия внешней среды. К генетическим факторам относятся видовые и сортовые особенности растительного организма, которые в основной определяются цитогенетическими показателями (размером ядра, хромосом и количеством ДНК). Цитогенетические характеристики - размеры ядер, число и строение хромосом - определяют радиоустойчивость растений, которая находится в тесной зависимости от объема клеточных ядер. К физиологическим факторам относят фазы и стадии развития растений в момент начала облучения, скорость роста и обмен веществ растительного организма. К факторам внешней среды относят погодно-климатические условия в период облучения, условия минерального питания растений и т. д.

Объем клеточного ядра отражает содержание в нем ДНК, существует связь между чувствительностью растений к облучению и количеством ДНК в ядрах их клеток. Поскольку число ионизации внутри ядра пропорционально его объему, то чем больше объем ядра, тем больше повреждений хромосом будет приходиться на единицу дозы. Однако обратной пропорциональной зависимости между величиной летальной дозы и объемом ядра не наблюдается. Это обусловлено тем, что число и строение хромосом в клетках растений различных видов неодинаково. Поэтому более верным показателем радиочувствительности служит величина объема ядра в расчете на одну хромосому, т. е. отношение объема ядра в интерфазе к числу хромосом в соматических клетках (кратко называют объемом хромосом). В логарифмическом масштабе эта зависимость выражается прямой с тангенсом угла наклона, равным 1, т. е. между указанными характеристиками существует линейная связь (рис.).

Радиочувствительность различных растений при хроническом облучении (по А. Спэрроу)

Зависимость радиочувствительности древесных (а) и травянистых (б) растений от объема интерфазных хромосом (по Спэрроу, 1965): 1-острое облучение (экспозиция в Р); 2 - хроническое об» лучение (экспозиция в Р/сут)

Из этого следует, что произведение двух величин - дозы (или мощности дозы) и объема хромосомы при данной степени лучевого повреждения - величина постоянная, т. е. при постоянном среднем числе ионизации в каждой хромосоме появляется одинаковая вероятность повреждения генетического материала клетки. Это означает, что для лучевого поражения клеток растений существенна не столько величина удельной поглощенной дозы (например, на 1 г ткани), сколько величина энергии излучения, поглощенной ядерным аппаратом. Обратная пропорциональность изоэффективных доз размерам хромосомного аппарата означает, что среднее количество энергии, адсорбированной хромосомами при экспозициях, необходимых для вызывания данного эффекта, примерно постоянно в пределах каждой растительной группы, т. е. для деревьев и трав. Изоэффективная доза - доза, оказывающая такой же (подобный) эффект.

На устойчивость растений к облучению влияет и степень плоидности растительных организмов. Более чувствительны диплоидные виды. Дозы, повреждающие полиплоидные виды, выше. Полиплоидные виды устойчивы к радиационному поражению и к действию других неблагоприятных факторов, поскольку обладают избытком ДНК.

Из физиологических факторов на радиочувствительность растений влияет скорость роста, т. е. скорость клеточного деления. При остром облучении зависимость радиочувствительности от скорости деления подчиняется закону Бергонье - Трибондо: растения обладают большей радиочувствительностью в стадии наиболее интенсивного роста, медленно растущие растения или их отдельные ткани устойчивее к действию облучения, чем растения или ткани с ускоренным ростом. Прихроническом облучении проявляется обратная зависимость: чем выше скорость роста, тем меньше угнетаются растения. Это обусловлено интенсивностью деления клеток. Быстро делящиеся клетки накапливают за время одного акта клеточного цикла меньшую дозу и, следовательно, повреждаются слабее. Такие клетки имеют больше возможностей перенести облучение без существенного нарушения функций. Поэтому при облучении в сублетальных дозах любой фактор, увеличивающий продолжительность митоза или мейоза, должен усиливать радиационное повреждение, вызывая увеличение частоты наведенных излучением хромосомных перестроек и более сильное торможение скорости роста.

Критерий действия ионизирующих излучений на растения. Поскольку радиочувствительность - явление сложное, комплексное, определяющееся многими факторами, следует остановиться на тех методах оценки и критериях, по которым судят о степени радиочувствительности растений. Обычно в качестве таких критериев используют: подавление митотической активности при клеточном делении, процент поврежденных клеток в первом митозе, число хромосомных аберраций на одну клетку, процент всхожести семян, депрессии в росте и развитии растений, радиоморфозы, процент хлорофильных мутаций, выживаемость растений и в конечном результате урожай семян. Для практической оценки снижения продуктивности растений от воздействия радиации обычно используют два последних критерия: выживаемость растений и их урожай.

Количественная оценка радиочувствительности растений по критерию выживаемости устанавливается по показателю ЛД50 (или ЛД50, ЛД100). Это величина дозы, при которой погибает 50 % (или 70, 100 %) из числа всех облученных особей. Показатель ЛД50 может быть использован также и при оценке потерь урожая в результате радиационного поражения растений. В этом случае он показывает, при какой дозе облучения растений их урожай снижается на 50 %.

Радиочувствительность растений в разные периоды их развития. В процессе роста и развития радиочувствительность растений существенно изменяется. Это обусловлено тем, что в различные периоды онтогенеза растения отличаются не только морфологическим строением, но и разнокачественностью клеток, тканей, а также характерными для каждого периода физиолого-био-химическими процессами.

При остром облучении растений в различные периоды онтогенеза они реагируют по-разному в зависимости от этапа органогенеза в момент начала облучения (рис.). Радиация вызывает у растений поражение тех органов и смещение тех процессов, которые формируются и протекают в период воздействия. В зависимости от величины дозы облучения эти изменения могут носить либо стимулирующий, либо повреждающий характер.

Радиационное поражение растений в той или иной степени затрагивает все органы и все функциональные системы организма. Наиболее чувствительными «критическими органами», повреждение которых определяет развитие и результат радиационного поражения растений, являются меристематические и эмбриональные ткани. Качественный характер реакции растений на их облучение зависит от биологической специфичности морфофизиологического состояния растений в период накопления основной дозы облучения.

Колебания радиоустойчивости растений в онтогенезе (Батыгин, Потапова, 1969)

По поражению основного побега все культуры проявляют наибольшую чувствительность к действию радиации в первый период вегетации (I и III этапы органогенеза). Облучение растений в эти периоды тормозит ростовые процессы и нарушает взаимосогласованность физиологических функций, определяющих формообразовательные процессы. При дозах облучения, превышающих их критические значения для определенной культуры (ЛД70), во всех случаях наблюдается гибель основного побега злаковых растений.

Если растения подвергаются облучению на ранних этапах органогенеза (I и V), образуются дополнительные побеги, которые при благоприятных условиях сезона успевают дойти до созревания и дать урожай, компенсирующий в той или иной мере потери, связанные с гибелью главного побега. Облучение растений на VI этапе органогенеза - в период формирования материнских клеток пыльцы (мейоз) - может привести к значительной стерильности и потере урожая зерна. Критическая доза облучения (например, 3 кР для пшеницы, ячменя и гороха) в этот период вызывает полную стерильность соцветий основных побегов. Дополнительные побеги кущения или ветвления, развивающиеся у этих растений в сравнительно позднее время, не успевают завершить свой цикл развития и не могут компенсировать потери урожая с основных побегов.

При облучении растений на том же VI этапе органогенеза в период формирования одноядерных пыльцевых зерен устойчивость к действию ионизирующей радиации у растений значительно повышается. Например, при облучении пшеницы дозой 3 кР в период мейоза урожай зерна практически равен нулю, тогда как при облучении растений в период формирования одноядерной пыльцы наблюдается снижение урожая на 50%. На последующих этапах органогенеза устойчивость растений к действию радиации возрастает еще сильнее. Облучение растений в период цветения, эмбриогенеза и налива зерна при одних и тех же дозах не вызывает заметного снижения их продуктивности. Следовательно, к наиболее чувствительным периодам относятся прорастание семян и переход растений от вегетативного состояния к генеративному, когда закладываются органы плодоношения. Эти периоды характеризуются повышенной метаболической активностью и высокой интенсивностью клеточного деления. Наиболее устойчивы растения к радиации в период созревания и в период физиологического покоя семян (табл.). Злаковые культуры более радиочувствительны в фазы выхода в трубку, кущения и колошения.

Выживание озимых культур при их облучении в осенне-зимне-весенний период заметно повышается при посеве озимых культур в наиболее ранние из установленных сроков. Это объясняется, очевидно, тем, что облученные растения, уходя под зиму более окрепшими, в состоянии полного кущения, оказываются более устойчивыми к последствиям действия радиации.

Аналогичная закономерность снижения урожая зерна при облучении растений в разные фазы развития получена и на других культурах. Зерновые бобовые культуры обладают наибольшей радиочувствительностью в период бутонизации. Самое резкое снижение урожая овощных культур (капуста, свекла, морковь) и картофеля наблюдается при воздействии ионизирующего облучения в период всходов.

Все зерновые культуры обладают максимальной радиочувствительностью в фазе выхода в трубку. В зависимости от биологических особенностей растений наблюдается некоторое различие. Так, овес проявляет максимальную радиочувствительность в конце фазы выхода в трубку и в период выметывания метелки.

Снижение урожая зерна озимых зерновых культур (пшеница, рожь, ячмень) в зависимости от облучения растений γ-лучами в разные фазы развития растений, % к необлученному контролю

Отрицательное действие внешнего γ-облучения меньше сказывается на продуктивности зерновых культур при их облучении в фазе кущения. При частичном повреждении растений происходит усиленное кущение и в целом снижение урожая компенсируется за счет формирования вторичных побегов кущения. Облучение зерновых культур в период молочной спелости не вызывает заметного повышения стерильности колосьев.

2 Действие внешнего ионизирующего излучения на организм

2.1 Варианты возможного радиационного воздействия

Источники ионизирующего излучения (радионуклиды) могут находиться вне организма и (или) внутри его. Если животные подвергаются воздействию излучения извне, то говорят о внешнем облучении, а воздействие ионизирующих излучений на органы и ткани от инкорпорированных радионуклидов называют внутренним облучением. В реальных условиях чаще всего возможны различные варианты и внешнего, и внутреннего облучения. Такие варианты воздействия называются сочетанными радиационными поражениями.

Доза внешнего облучения формируется главным образом за счет воздействия γ-излучения; α- и β-излучения не вносят существенного вклада в общее внешнее облучение животных, так как они в основном поглощаются воздухом или эпидермисом кожи. Радиационное поражение кожных покровов β-частицами возможно в основном при содержании скота на открытой местности в момент выпадения радиоактивных продуктов ядерного взрыва или других радиоактивных осадков.

Характер внешнего облучения животных во времени может быть различным. Возможны разные варианты однократного облучения, когда животные подвергаются радиационному воздействию в течение короткого промежутка времени. В радиобиологии принято считать однократным облучением воздействие радиации на протяжении не более 4 сут. Во всех случаях, когда животные подвергаются внешнему облучению с перерывами (они могут быть различными по продолжительности), имеет место фракционированное (прерывистое) облучение. При непрерывном длительном воздействии ионизирующего излучения на организм животных говорят о пролонгированном облучении.

Выделяют общее (тотальное) облучение, при котором радиационному воздействию подвергается все тело. Этот вид облучения имеет место, например, при обитании животных на территории, загрязненной радиоактивными веществами. Кроме того, в условиях специальных радиобиологических исследований может осуществляться местное облучение, когда радиационномувоздействию подвергается та или иная часть тела! При одной и той же дозе облучения наиболее тяжелые последствия наблюдаются при общем облучении. Например, при облучении всего тела животных в дозе 1500 Р отмечается практически 100%-ная их гибель, тогда как облучение ограниченного участка тела (головы, конечностей, щитовидной железы и т. д.) каких-либо серьезных последствий не вызывает. В дальнейшем рассматриваются последствия только общего внешнего облучения животных.

2.2 Влияние ионизирующей радиации на иммунитет

Малые дозы радиации, по-видимому, не оказывают заметного влияния на иммунитет. При облучении животных сублетальными и летальными дозами происходит резкое снижение резистентности организма к инфекции, что обусловлено рядом факторов, среди которых важнейшую роль играют: резкое повышение проницаемости биологических барьеров (кожи, дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и др.), угнетение бактерицидных свойств кожи, сыворотки крови и тканей, снижение концентрации лизоцима в слюне и крови, резкое уменьшение числа лейкоцитов в кровеносном русле, угнетение фагоцитарной системы, неблагоприятные изменения биологических свойств микробов, постоянно обитающих в организме, - увеличение их биохимической активности, усиление патогенных свойств, повышение резистентности и др.

Облучение животных в сублетальных и летальных дозах приводит к тому, что из крупных микробных резервуаров (кишечник, дыхательные пути, кожа) в кровь и ткани поступает огромное количество бактерий.! При этом условно выделяют период стерильности (его продолжительность одни сутки), в течение которого микробов в тканях практически не обнаруживается; период обсемененности регионарных лимфатических узлов (обычно совпадает с латентным периодом); бактериемический период (длительность его 4-7 дней), который характеризуется появлением микробов в крови и тканях, и, наконец, период декомпенсации защитных механизмов, в течение которого отмечается резкое возрастание количества микробов в органах, тканях и крови (этот период наступает за несколько дней до гибели животных).

Под действием больших доз радиации, вызывающих частичную или полную гибель всех облученных животных, организм оказывается безоружным как к эндогенной (сапрофитной) микрофлоре, так и к экзогенным инфекциям. Считают, что в период разгара острой лучевой болезни и естественный, и искусственный иммунитет сильно ослаблен. Однако имеются данные, указывающие на более благоприятный исход течения острой лучевой болезни у животных, подвергшихся иммунизации до воздействия ионизирующего излучения. Вместе с тем экспериментально установлено, что вакцинация облученных животных отягощает течение острой лучевой болезни, и по этой причине она противопоказана до разрешения болезни. Напротив, через несколько недель после облучения в сублетальных дозах выработка антител постепенно восстанавливается, и поэтому уже через 1-2 мес после радиационного воздействия вакцинация вполне допустима.

2.3 Сроки гибели животных после воздействия радиации в летальных дозах

При однократном облучении сельскохозяйственных животных в дозах, вызывающих крайне тяжелую степень острой лучевой болезни (более 1000 Р), обычно они погибают в течение первой недели после радиационного воздействия. Во всех других случаях летальные исходы острой лучевой болезни наблюдаются чаще всего на протяжении 30 дней после облучения.1! Причем после однократного облучения большая часть животных погибает между 15-м и 28-м днями (рис.); при фракционированном облучении летальными дозами гибель животных происходит в течение двух месяцев после радиационного воздействия (рис.).

Как правило, молодняк погибает в более ранние сроки после облучения в летальных дозах: смертность животных обычно отмечается на 13-18-й день. Для всех возрастных групп животных, облученных в летальных дозах, характерна более ранняя гибель при наиболее высоких дозах радиационного воздействия (рис.). Однако это явление можно расценивать скорее как тенденцию, чем закономерность, так как имеется достаточно много экспериментальных данных о ранних сроках гибели животных при облучении их сравнительно невысокими дозами радиации.

Смертность овец после внешнего γ -облучения летальными дозами (Пейч в др., 1968)

Смертность коз, подвергшихся фракционированному рентгеновскому облучению (Тайлор и др., 1971)

Следует иметь в виду, что при фракционированном облучении сроки гибели животных зависят прежде всего от мощности дозы. Так, при ежедневном облучении ослов в дозе 400 Р все животные погибали между 5-м и 10-м днями. В экспериментах, где доза ежедневного облучения составляла 50 и 25 Р, средняя продолжительность жизни после начала радиационного воздействия составляла соответственно 30 и 63 дня. Кроме того, на продолжительность жизни сильно влияют видовые особенности животных. При фракционированном ежедневном облучении свиней в дозе 50 Р средняя продолжительность жизни у них оказалась равной 205 дням, что в 6,4 раза превышало среднюю продолжительность жизни ослов при тех же условиях радиационного воздействия.

Смертность коров в различные сроки после γ-облучения (Броун и др., 1961)

2.4 Хозяйственно полезные качества животных, подвергшихся воздействию ионизирующей радиации

В принципе все сельскохозяйственные животные, подвергшиеся действию ионизирующих излучений, могут быть разделены на две категории. К первой категории относятся животные, получившие летальные дозы радиации. Срок их жизни от момента облучения сравнительно невелик, но в некоторых ситуациях продуктивность смертельно пораженных животных может представлять известный интерес.

Молочная продуктивность коров в первые 10- 12 дней после радиационного воздействия изменяется незначительно, а затем резко падает, и уже за 2 дня до гибели животных лактация полностью прекращается. Мясная продуктивность животных, которая обычно характеризуется динамикой живой массы, также изменяется незначительно: снижение массы тела у смертельно пораженных животных (если оно имеет место), как правило, не превышает 5-10%. Яйцекладка у кур-несушек, подвергшихся воздействию летальных доз радиации, прекращается в течение ближайших 5-7 дней. О шерстной продуктивности летально пораженных овец говорить не приходится, так как у них через 7-10 дней после радиационного воздействия наблюдается интенсивная эпиляция.

У животных, выживших после облучения в летальных или сублетальных дозах (вторая категория), продуктивность снижается ненадолго. Например, при облучении коров за 60 дней до отела в дозе 400 Р их молочная продуктивность на протяжении первых 10- 12 нед была ниже контроля на 5-10%. После повторного облучения в дозе 350 Р через 18 нед после начала лактации удой в течение первой недели после облучения снизился на 16%, к 5-й неделе -на 8%, а на 6-й неделе молочная
продуктивность облученных коров вернулась к норме. Ориентировочно можно считать, чтооблучение коров в дозах, которые могут вызвать частичную гибель дойного стада, приводит к снижению удоя в целом за лактацию в среднем на 5-8 %.

У выживших животных, подвергшихся воздействию радиации в полулетальных дозах (или близких к ним), отмечены также другие неблагоприятные последствия. Так, после двукратного облучения свиней (480 рад + 460 рад через 4 мес) отмечено снижение прироста массы: спустя 2 года после радиационного воздействия облученные животные имели массу тела на 45 кг ниже, чем контрольные свиньи. Продолжительность жизни свиней сокращается в среднем на 3 % на каждые 100 рад внешнего облучения животных (рис.). При облучении кур породы белый леггорн в дозе 800 Р (смертность кур составляла в среднем 20%) наблюдается заметное снижение яйцекладки (рис.).

Дозы облучения, вызывающие острую лучевую болезнь легкой или средней степени тяжести, обычно не отражаются заметным образом на продуктивности сельскохозяйственных животных. Например, после внешнего γ-облучения в дозе 240 Р в течение последующих 40 нед бычки имели прирост массы тела 131 кг (в контрольной группе 118 кг). Свиньи, подвергавшиеся хроническому облучению в дозах 360-610 Р (мощность дозы 1,4 Р/ч), в течение всего времени облучения и последующие 90 дней опыта имели достаточно высокий среднесуточный прирост (500-540 г) и по этому показателю не отличались от контрольных групп (примерно 470 г). Аналогичная картина наблюдалась и при фракционированном облучении свиней в дозе 50 Р/сут. Не было обнаружено снижения яйцекладки у кур после облучения их в дозе 400 Р, а при дозе 600 Р яйцекладка снижалась примерно на 20 % только в первой декаде после воздействия.

Таким образом, при облучении сельскохозяйственных животных в сублетальном диапазоне доз существенных изменений в их продуктивных качествах не отмечается (если, конечно, животным созданы нормальные условия содержания и они обеспечены соответствующими рационами). При облучении животных абсолютно летальными дозами продуктивность снижается, но качество животноводческой продукции остается достаточно высоким. При длительном скармливании животным продукции, полученной от смертельно пораженных радиацией овец и коров, не наблюдается каких-либо патологических изменений как у потребляющих эту продукцию, так и у их потомства. Однако при использовании для питания продукции от радиационно пораженных животных рекомендуется проводить особо тщательно бактериологические исследования и соответствующую кулинарную обработку.

2.5 Воспроизводительные способности животных

Половые железы животных отличаются высокой чувствительностью к действию ионизирующих излучений. При облучении самцов сублетальными дозами происходит лучевое поражение семяродного эпителия в семенных канальцах, а также сперматогониев и сперматоцитов; созревшие и сформированные сперматозоиды считаются радиорезистентными. Высокие дозы радиации вызывают почти полное уничтожение семяродного эпителия и последующее затухание спермопродукции, тогда как облучение самцов средними и низкими дозами вначале приводит к снижению сперматогенеза, а затем отмечается постепенное его восстановление (рис.). Весьма характерны уменьшение объема эякулята, снижение концентрации и подвижности спермиев в эякуляте, появление в большом количестве уродливых сперматозоидов, падение биологической полноценности спермы и ее оплодотворяющей способности. Кроме того, уменьшается масса семенников: при γ-облучении хряков в дозе 400 Р масса тестикулов снизилась на 30%, а при облучении петушков в дозе 500 Р она уменьшилась в 3 раза по сравнению с массой семенников у контрольных петушков.

Влияние внешнего γ -облучения кур в дозе 800 Р на яйценоскость выживших кур (Малоний, Мрац, 1969)

Спермопродукция хряков, подвергшихся воздействию внешнего γ-облучения в сублетальных дозах (Паке в др., 1962).

Облучение в дозе 400 Р у отдельных хряков вызывает длительное бесплодие (хряк № 5)

Если дозы облучения не слишком велики, то с течением времени наблюдается частичное или полное восстановление воспроизводительной функции у самцов. В опытах на баранах, например, было установлено, что при облучении в дозе 100 Р качество спермы восстанавливается уже через 4 мес, в дозе 430 Р - лишь через 12 мес. Заметим, что аналогичное восстановление качества спермы у облученных хряков и быков наблюдалось уже через 5-б мес, т. е. примерно вдвое быстрее, чем у баранов.

Ионизирующая радиация влияет и на репродуктивную функцию самок. У облученных животных повреждаются и частично гибнут все виды клеток функционирующего яичника (в особенности первичные и вторичные фолликулы, зрелые яйцеклетки), нарушаются астральные циклы. Следует, однако, иметь в виду, что вскоре после облучения (даже среднелетальными дозами) воспроизводительная функция у самок восстанавливается и они могут приносить жизнеспособное потомство. Например, не было отмечено снижения плодовитости у взрослых коров, подвергшихся двукратному (с перерывом в 2 года) радиационному воздействию в дозах 400 Р.

Наиболее тяжелые последствия наблюдаются при воздействии ионизирующей радиации на животных в период их внутриутробного развития. Большая часть зародышей погибает в предимплантационный период, т. е. в период, когда еще не произошло внедрения развивающегося оплодотворенного яйца в толщу слизистой оболочки матки (у овец и свиней - в первые 13, у коров - в первые 15 дней после оплодотворения), или подвергается резорбции (рассасыванию) сразу же после имплантации. При облучении беременных животных в период основного органогенеза (у овец - на 17- 19-й, у свиней - на 15-18-й, у коров - на 22-27-й день) даже при сравнительно невысоких дозах радиационного воздействия (200-300 Р) во многих случаях возможна резорбция эмбриона, а у выживших эмбрионов наблюдаются отставание в росте, появление пороков развития, увеличение смертности новорожденных, сокращение продолжительности жизни. Например, при облучении сукрольных самок на 12-14-й день беременности в дозе 400 Р наблюдали случаи сросшихся пальцев передних и задних конечностей у потомства. При облучении животных на более поздних стадиях беременности радиочувствительность плодов несколько снижается.

При исследовании последствий действия ионизирующих излучений на организм в период внутриутробного развития была обнаружена исключительно высокая чувствительность воспроизводительной системы плода к действию радиации. При хроническом облучении свиноматок в течение 108 дней беременности (дозы γ-облучения от 1 до 20 рад/сут, длительность ежесуточного облучения 22 ч) беременность у животных протекала нормально, общее состояние свиноматок, число живых поросят в помете и их послеродовая жизнеспособность не отличались от тех же показателей в контрольных группах животных. Вместе с тем даже при облучении супоросных свиноматок в дозе 1 рад/сут у новорожденных поросят обнаруживается существенное снижение общего числа зародышевых клеток (у животных обоих полов). Так, у боровков количество гоноцитов (первичных предшественников половых клеток) составляло всего 3 % контроля, а у самок число выживших ооцитов было равным 7 % ооцитов контрольных свинок. Облучение в утробный период развития было причиной снижения спермопродукции (на 83 %), увеличения числа дефектных сперматозоидов с 2,8 % (контроль) до 11,4 °/о, что повлекло за собой бесплодие у 4 из 10 хряков. Несмотря на существенное снижение количества первичных и растущих фолликулов у облученных свинок, их воспроизводительные способности в первом помете были такими же, как у контрольных животных, но при повторном спаривании у 4 из 23 свиноматок было установлено бесплодие. Облучение супоросных свиноматок в дозе 0,25 рад/сут практически не влияет на воспроизводительную функцию у потомства.

Список литературы

1. Анненков Б.Н., Юдиннева Е.В. Основы сельскохозяйственной радиологии.- М.: Агропромиздат, 1991. - 287 с: ил.

2. Старков В.Д., Мигунов В.И. Радиационная экология. Тюмень: ФГУ ИПП «Тюмень», 2003, 304 с.

В целом, растения более устойчивы к радиационному воздействию, чем птицы и млекопитающие. Облучение в небольших дозах может стимулировать жизнедеятельность растений - рисунок 3 - прорастание семян, интенсивность роста корешков, накопление зелёной массы и др. Нужно отметить, что дозовая кривая, приведенная на этом рисунке безусловно повторяется в опытах в отношении самых разнообразных свойств растений для доз радиационного воздействия, вызывающих угнетение процессов. В отношении стимуляции дозовая характеристика процессов не так очевидна. Во многих случаях проявление стимуляции на живых объектах не наблюдается.

Рисунок 3 - Зависимость числа проросших глазков картофеля сорта от дозы облучения

Большие дозы (200 - 400 Гр) вызывают снижение выживаемости растений, появление уродств, мутаций, возникновение опухолей. Нарушения роста и развития растений при облучении в значительной степени связаны с изменениями обмена веществ и появлением первичных радиотоксинов, которые в малых количествах стимулируют жизнедеятельность, а в больших - подавляют и нарушают её. Так, промывка облученных семян в течение суток после облучения снижает угнетающий эффект на 50-70%.

У растений лучевая болезнь возникает под воздействием различных видов ионизирующих излучений. Наиболее опасны альфа-частицы и нейтроны, нарушающие нуклеиновый, углеводный и жировой обмен в растениях. Очень чувствительны к облучению корни и молодые ткани. Общий симптом лучевой болезни - задержка роста. Например, у молодых растений пшеницы, фасоли, кукурузы и других задержка роста наблюдается через 20--30 ч после облучения дозой более 4 Гр. В то же время разными исследователями показано, что облучение воздушно-сухих семян многих культур дозами 3-15 Гр не только не приводит к угнетению роста и развития растений, а напротив способствует ускорению многих биохимических процессов. Это выражалось в ускорении развития и увеличении урожайности.

Установлены видовые, сортовые и индивидуальные внутрисортовые различия в радиочувствительности растений. Например, симптомы лучевой болезни у традесканции возникают при её облучении дозой 40 р, у гладиолуса - 6000 р. Смертельная доза облучения для большинства высших растений 2000-3000 р (поглощенная доза порядка 20-30 Гр), а низших, например дрожжей, 30 000 р (300 Гр). При лучевой болезни повышается также восприимчивость растений к инфекционным болезням. Пораженные растения нельзя использовать в пищу и на корм скоту, так как они могут вызвать лучевую болезнь у человека и животных. Методы защиты растений от лучевой болезни разработаны недостаточно.