Radiation biology. RadioecologyRadiation biology. RadioecologyРадиационная биология. Радиоэкология0869-80313034-5898The Russian Academy of Sciences66111510.31857/S0869803123040033EIAXALRadioecologyРадиоэкологияState of the Scots Pine Seed Progeny from the Polessky State Radiation-Ecological Reserve, BelarusСостояние семенного потомства популяций сосны обыкновенной из Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, БелоруссияGeras’kinS. А.ГераськинС. А.stgeraskin@gmail.comVasilievD. V.ВасильевД. В.stgeraskin@gmail.comLichenkovaМ. А.ЛыченковаМ. А.stgeraskin@gmail.comKudinМ. V.КудинМ. В.stgeraskin@gmail.comRussian Institute of Radiology and AgroecologyВсероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологииPolesye State Radiation-Ecological ReserveПолесский государственный радиационно-экологический заповедник0107202363442143125022025Copyright ©; 2023, С.А. Гераськин, Д.В. Васильев, М.А. Лыченкова, М.В. КудинCopyright ©; 2023, С.А. Гераськин, Д.В. Васильев, М.А. Лыченкова, М.В. Кудин2023С.А. Гераськин, Д.В. Васильев, М.А. Лыченкова, М.В. КудинС.А. Гераськин, Д.В. Васильев, М.А. Лыченкова, М.В. Кудинhttps://journals.eco-vector.com/0869-8031/article/view/661115

We studied the state of seed progeny in Scots pine populations from the Polessky State Radiation-Ecological Reserve (PGRZ), Belarus. The seed progeny of the studied populations is characterized by an increased frequency of cytogenetic disorders and abortive seeds, as well as reduced germination. At the same time, Scots pine seeds from populations that have developed for a long time under chronic irradiation are characterized by increased resistance to additional γ-irradiation. Thus, the current levels of radiation exposure at the territory of the PGRZ can inhibit the reproductive capacity of Scots pine and serve as a selection factor for increased resistance to radiation.

Исследовали состояние семенного потомства в популяциях сосны обыкновенной из Полесского государственного радиационно-экологического заповедника (ПГРЗ), Белоруссия. Семенное потомство исследованных популяций характеризуется повышенной частотой цитогенетических нарушений и абортивных семян, а также пониженной всхожестью. Вместе с тем семена сосны обыкновенной из популяций, длительное время развивавшихся в условиях хронического облучения, отличаются повышенной устойчивостью к дополнительному γ-облучению. Таким образом, современные уровни радиационного воздействия на территории ПГРЗ способны угнетать репродуктивную способность сосны обыкновенной и служить фактором отбора на повышенную устойчивость к облучению.

30-kilometer zone of the Chernobyl nuclear power plantchronic irradiationscots pineseed progenycytogenetic disordersabortive seedsgerminationradioadaptation30-километровая зона ЧАЭСхроническое облучениесосна обыкновеннаясеменное потомствоцитогенетические нарушенияабортивные семенавсхожестьрадиоадаптацияGeras’kin S.A., Fesenko S.V., Alexakhin R.M. Effects of non-human species irradiation after the Chernobyl NPP accident // Environ. Int. 2008. V. 34. P. 880–897.Fesenko S. Review of radiation effects in non-human species in areas affected by the Kyshtym accident // J. Radiol. Prot. 2019. V. 39. P. R1–R17.Шевченко В.А., Печкуренков В.Л., Абрамов В.И. Радиационная генетика природных популяций. Генетические последствия Кыштымской аварии. М.: Наука, 1992. 221 с. [Shevchenko V.A., Pechkurenkov V.L., Abramov V.I. Radiation genetics of natural populations. Genetic consequences of the Kyshtym accident. M.: Nauka, 1992. 221 p. (In Russ.)]Geras’kin S., Volkova P., Vasiliyev D. et al. Scots pine as a promising indicator organism for biomonitoring of the polluted environment: A case study on chronically irradiated populations // Mutat. Res. 2019. V. 842. P. 3–13.Geras’kin S., Yoschenko V., Bitarishvili S. et al. Multifa-ceted effects of chronic radiation exposure in Japanese red pines from Fukushima prefecture // Sci. Total Environ. 2021. V. 763. 142946.Козубов Г.М., Таскаев А.И. Особенности морфогенеза и ростовых процессов у хвойных растений в районе аварии на ЧАЭС // Радиац. биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. № 3. С. 268–278. [Kozubov G.M., Taskaev A.I. Osobennosti morfogeneza I rostovih protsessov u hvoinih rasteniy v raione avarii na ChAES // Radiatsionnaya biologia. Radioecologia. 2006. V. 46. № 3. P. 268–278. (In Russ.)]Кальченко В.А., Спирин Д.А. Генетические эффекты в популяциях сосны обыкновенной, произрастающих в условиях хронического облучения малыми дозами // Генетика. 1989. Т. 25. № 6. С. 1059–1064. [Kalchenko V.A., Spirin D.A. Geneticheskie effecti v populatsiyah sosni obiknovennoy, proizrastayuschih v usloviah hronicheskogo obluchenia malimi dozami // Genetika. 1989. V. 25. № 6. P. 1059–1064. (In Russ.)]Федотов И.С., Кальченко В.А., Игонина Е.В., Рубанович А.В. Радиационно-генетические последствия облучения популяций сосны обыкновенной в зоне аварии на ЧАЭС // Радиац. биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. № 3. С. 268–278. [Fedotov I.S., Kalchenko V.A., Igonina E.V., Rubanovich A.V. Radiatsionno-geneticheskie posledstvia obluchenia populatsiy sosny obiknovennoy v zone avarii na CHAES // Radiatsionnaya biologia. Radioecologia. 2006. V. 46. № 3. P. 268–278. (In Russ.)]Евсеева Т.И., Гераськин С.А., Белых Е.С. и др. Оценка репродуктивной способности Pinus sylvestris, произрастающей в условиях хронического воздействия радионуклидов уранового и ториевого рядов // Экология. 2011. № 5. С. 355–360. [Evseeva T.I., Geras’kin S.A., Belih E.S. et al. Otsenka reproduktivnoy sposobnosti Pinus sylvestris, proizrostauschey v usloviah hronicheskogo vozdeystvia radionuklidov uranovogo I torievogo riadov // Ekologia. 2011. № 5. P. 355–360. (In Russ.)]Козубов Г.М., Таскаев А.И. Радиобиологические исследования хвойных в районе Чернобыльской катастрофы (1986–2001 гг.). М.: ИЦП “Дизайн. Информация. Картография”, 2002. 272 с. [Kozubov G.M., Taskaev A.I. Radiobiologicheskie issledovania hvoinih v raione Chernobilskoy katastrofi (1986–001). M.: ITSEP “Dizain. Informatia. Kartografi”, 2002. 272 pp. (In Russ.)]Fesenko S., Spiridonov S., Geras’kin S. Radiation effects in the forest ecosystems: Acute irradiation // J. Environ. Radioact. 2022. V. 250. 106908.Ipatyev V., Bulavik I., Braginsky V. et al. Forest and Chernobyl: forest ecosystems after the Chernobyl nuclear power plant accident: 1986–1994 // J. Environ. Radioact. 1999. V. 42. P. 9–38.Переволоцкая Т.В., Переволоцкий А.Н., Гераськин С.А. Ретроспективная оценка формирования радиационной обстановки в сосновых насаждениях в первый год после аварийных выпадений ЧАЭС // Радиац. биология. Радиоэкология. 2022. Т. 62. № 3. С. 295–307. [Perevolotskaya T.V., Perevolotskii A.N., Geras’kin S.A. Retrospectivnaya otsenka formirovania radiatsionnoy obstanovki v sosnovih nasazdeniyah v perviy god posle avariinih vipadenii TCHAES // Radia-tsionnaya biologia. Radioecologia. 2022. V. 62. № 3. P. 295–307. (In Russ.)]ICRP Publication 108. Environmental protection: the concept and use of reference animals and plants // Annals ICRP. 2009. V. 38 P. 1–242.Атлас современных и прогнозных аспектов последствий аварии на Чернобыльской АЭС на пострадавших территориях России и Беларуси (АСПА Россия-Беларусь) / Под ред. Ю.А. Израэля, И.М. Богдевича. М.: Фонд “Инфосфера” НИА Природа; Минск: Белкарография, 2009. 140 с. [Atlas sovremennyh i prognoznyh aspektov posledstvij avarii na Chernobyl’skoj AJeS na postradavshih territorijah Rossii i Belarusi (ASPA Rossija-Belarus’) / Pod red. Ju.A. Izrajelja, I.M. Bogdevicha. Moskva: Fond “Infosfera” NIA-Priroda; Minsk: Belkarografija; 2009. 140 p. (In Russ.)]Гераськин С.А., Фесенко С.В., Черняева Л.Г., Санжарова Н.И. Статистические методы анализа эмпирических распределений коэффициентов накопления радионуклидов растениями // Сельскохоз. биология. 1994. № 1. С. 13–37. [Geras’kin S.A., Fesenko S.V., Chernyaeva L.G., Sanzharova N.I. Statistical methods of analysis of empirical distributions of radionuclide accumulation coefficients by plants // Agricultural Biol. 1994. № 1. P. 13–37. (In Russ.)]Переволоцкая Т.В., Переволоцкий А.Н., Гераськин С.А. Дозы облучения сосновых насаждений в белорусском секторе 30-километровой зоны вокруг Чернобыльской АЭС на современном этапе // Радиационная биология. Радиоэкология. 2023. Т. 63. № 3. С. 300–310. [Perevolotskaya T.V., Perevolotskii A.N., Geras’kin S.A. Dozy obluchenia sosnovih nasazdeniy v belorusskom sektore 30-km zony vokrug Chernobylskoy AES na sovremennom etape // Radiac. biologiya. Radioekologiya. 2023. V. 63. № 3. Р. 300–310. (In Russ.)]Andersson P., Garnier-Laplace J. et al. Protection of the environment from ionizing radiation in a regulatory context (protect): proposed numerical benchmark va-lues // J. Environ. Radioact. 2009. V. 100. P. 1100–1108.Чережанова Л.В., Алексахин Р.М., О биологическом действии повышенного фона ионизирующих излучений и процессах радиоадаптации в популяциях травянистых растений // Журн. общей биологии. 1975. Т. 36. № 2. С. 303–311. [Cherezhanova L.V., Alexakhin R.M. On the biological effect of the increased background of ionizingradiation and radioadaptation processes in populations of herbaceous plants // J. Gen. Biol. 1975. V. 36. № 2. P. 303–311. (In Russ.)]Streffer C., Bolt H., Follesdal D. et al. Low dose exposures in the environment. Dose-effect relations and risk evaluation. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2004. 471 p.Geras’kin S.A., Zimina L.M., Dikarev V.G. et al. Bioindication of the anthropogenic effects on micropopulations of Pinus sylvestris L. in the vicinity of a plant for the storage and processing of radioactive waste and in the Chernobyl NPP zone // J. Environ. Radioact. 2003. V. 66. P. 171–180.Geras’kin S.A., Kim J.K., Oudalova A.A. et al. Bio-monitoring the genotoxicity of populations of Scots pine in the vicinity of a radioactive waste storage facility // Mutat. Res. 2005. V. 583. P. 55–66.Дмитриев А.П., Гродзинский Д.М., Гуща И.И., Крыжановская М.С. Влияние хронического облучения на устойчивость растений к биотическому стрессу в 30-километровой зоне отчуждения Чернобыльской АЭС // Физиология растений. 2011. Т. 58. № 6. С. 922–929. [Dmitriev A.P., Grodzinskii D.M., Gushcha N.I., Kryzhanovskaya M.S. Effect of chronic irradiation on plant resistance to biotic stress in 30-km Chernobyl nuclear power plant exclusion zone // Rus. J. of Plant Physiology. 2011. V. 58. № 6. P. 1062–1068. (In Russ.)]Peterson C.H., Rice S.D., Short J.W. et al. Long-term ecosystem response to the Exxon Valdez oil spill // Science. 2003. V. 302. P. 2082–2086.Theodorakis C.W. Integration of genotoxic and population genetic endpoints in biomonitoring and risk assessment // Ecotoxicology. 2001. V. 10. P. 245–256.Глазко Т.Т., Архипов Н.П., Глазко В.И. Популяционно-генетические последствия экологических катастроф на примере Чернобыльской аварии. М.: МСХА им. К.А. Тимирязева, 2008. 556 с. [Glazko T.T., Arhipov N.P., Glazko V.I. Populiatsionno-geneticheskie posledstviya ekologicheskih katastrof na primere Chernobilskoy avarii. M.: MSHA im. Timiriazeva, 2008. 556 p. (In Russ.)]Позолотина В.Н., Молчанова И.В., Караваева Е.Н. и др. Современное состояние наземных экосистем Восточно-Уральского радиоактивного следа: Уровни загрязнения, биологические эффекты. Екатеринбург: “Гощицкий”, 2008. 204 с.Geras’kin S.A., Evseeva T.I., Oudalova A.A. Plants as a tool for the environmental health assessment // Encyclopedia of Environmental Health. Burlington: Elsevier, 2019. V. 5. P. 239–248.Geras’kin S., Vasiliyev D., Makarenko E., Volkova P., Kuzmenkov A. Influence of long-term chronic exposure and weather conditions on Scots pine populations // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. V. 24. P. 11240–11253.Geras’kin S., Oudalova A., Kuzmenkov A., Vasiliyev D. Chronic radiation exposure modifies temporal dynamics of cytogenetic but not reproductive indicators in Scots pine populations // Environ. Pollut. 2018. V. 239. P. 399–407.Macnair M.R. The genetics of metal tolerance in vascular plants // New Phytologist. 1993. V. 124. P. 541–559.Pitelka L.F. Evolutionary responses of plants to anthropogenic pollutants // Trends Ecology Evolution. 1988. 3, 233-236.Hoffman A.A., Sgro C.M. Climate change and evolutionary adaptation // Nature. 2011. V. 470. P. 479–485.Eranen J.K. Rapid evolution towards heavy metal resistance by mountain birch around two subarctic copper-nickel smelters // J. Evol. Biology. 2008. V. 21. P. 492–501.Bondarenko V., Geras’kin S., Bondarenko E. et al. Comparative analysis of epigenetic changes in two pine species exposed to chronic radiation in the Chernobyl and Fukushima affected zones // Environmental Pollution, 2023. V. 330. 121790.Kovalchuk O., Burke P., Arkhipov A. et al. Genome hypermethylation in Pinus sylvestris of Chernobyl – a mechanism for radiation adaptation? // Mutat. Res. 2003. V. 529. P. 13–20.Volkova P.Y., Geras’kin S.A., Horemans N. et al. Chronic radiation exposure as an ecological factor: Hypermethylation and genetic differentiation in irradiated Scots pine populations // Environ. Pollut. 2018. V. 232. P. 105–112.Kovalchuk I., Abramov V., Pogribny I., Kovalchuk O. Molecular aspects of plant adaptation to life in the Chernobyl zone // Plant Physiology. 2004. 135. P. 357–363.Duarte G., Volkova P., Geras’kin S. The response profile to chronic radiation exposure based on the transcriptome analysis of Scots pine from the Chernobyl affected zone // Environ. Pollut. 2019. V. 250. P. 618–626.Volkova P., Duarte G., Kazakova E. et al. Radiosensiti-vity of herbaceous plants to chronic radiation exposure: Field study in the Chernobyl exclusion zone // Sci. Total Environ. 2021. V. 777. 146206.Podlutskii M., Babina D., Podobed M. et al. Arabidopsis thaliana accessions from the Chernobyl exclusion zone show decreased sensitivity to additional acute irradiation // Plants. 2022. V. 11. 3142.Geras’kin S.A., Oudalova A.A., Dikareva N.S. et al. Effects of radioactive contamination on Scots pines in the remote period after the Chernobyl accident // Ecotoxicology. 2011. V. 20. P. 1195–1208.Wu Y., Chen Z., Wang Z. et al. Nuclear safety in the unexpected second nuclear era // PNAS. 2019. V. 116. P. 17673–17682.Zandalinas S.I., Mittler R. Plant responses to multifactorial stress combination // New Phytologist. 2022. V. 234. P. 1161–1167.Scheffer M., Bascompte J., Brock W.A. et al. Early-war-ning signals for critical transitions // Nature. 2009. V. 461. P. 53–59.