Assessment of morphometric indexes in the second generation of Scots pine trees in the Chernobyl exclusion zone

Cover Page

Abstract


Background. A series of morphometric indexes was studied in Scots pine trees, which are the second generation of trees severely exposed at the Chernobyl accident in doses of 4-5, 10-20 and 80-100 Gy. Materials and methods. Variability of length and mass of needles, curvature of sprouts, tree height and trunk circumference were studied in 2011-2014. Results. Needle gigantism, one of the typical radiomorphoses, was observed in 2012 and 2013 in all groups of trees. Curved sprouts were discovered more often in a reference group. Tree height and trunk circumference in groups of 4-5 and 10-20 Gy were significantly higher than in the reference group. Conclusion. The trees of the second generation of severely exposed pines can be characterized with needle gigantism and stimulation of growth processes (circumference of the trunk, height of the tree) at doses of 4-5 Gy and 10-20 Gy.

Введение Влияние отдаленных последствий действия радиации на живые организмы в природных условиях является одним из основных вопросов в радиобиологии. Особый интерес вызывает способность ионизирующего излучения, относящегося к мутагенным факторам, приводить к генетической нестабильности. Около половины всей территории 30-километровой зоны Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) занимают леса, около 80 % из которых - сосновые насаждения. Сходная радиочувствительность клеток человека и меристемы сосны (Сарапульцев, Гераськин, 1993), широкий ареал распространения, информативность, технологичность и чувствительность методик тестирования выдвинули Pinus sylvestris L. в число основных природных тест-объектов радиобиологических исследований. Изучение отдаленных последствий радиоактивного облучения на примере процессов роста и морфогенеза в условиях экспериментальной площадки важно для прогнозирования ситуации в облученных природных популяциях. Целью данной работы является изучение второго послеаварийного поколения сосны обыкновенной из ближней зоны ЧАЭС по морфометрическим показателям. Материалы и методы Объектом исследования являются саженцы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), представляющие собой второе поколение деревьев из ближней зоны аварии на ЧАЭС. Данные молодые деревья выращивались в условиях естественного радиационного фона в питомнике. В связи с пожарами в 2010 г. саженцы в возрасте четырех лет были пересажены на другую площадку. Деревца объединены в дозовые группы в соответствии с радиационными нагрузками на родительские популяции, которые составляли 4-5, 10-20 и 80-100 Гр на 01.06.1986. Первое послеаварийное поколение представляют сосны, выросшие путем самосева в условиях хронического радиационного воздействия. Контрольная группа деревьев располагается недалеко от экспериментальной группы и сходна с ними по возрасту. В контроле проанализировано 29-32, а в импактной группе - 31-33 растения. Изучали морфометрические показатели хвои (длину, массу), а также высоту и окружность ствола саженцев. Для анализа отбирали однолетнюю хвою 2011, 2012 и 2013 гг. (по 10, 15 и 20 хвоинок с каждого дерева соответственно). Парные хвоинки разделяли и проводили измерения длины и массы обеих хвоинок по отдельности. Длину хвои измеряли линейкой с точностью до 0,5 мм. Далее хвоя подсушивалась 20 мин в сухожаровом шкафу с доведением температуры до 125 °C. Взвешивание проводили на лабораторных аналитических весах марки Ohaus Adventurer Pro с точностью до 0,1 мг. Высоту дерева и окружность ствола измеряли в 2011, 2012 и 2014 гг. с точностью до 0,5 см. Статистическую обработку экспериментального материала проводили с помощью пакета прикладных компьютерных программ Microsoft Office Excel 2003. Данные были проверены по критерию Диксона на наличие выбросов, которые были исключены из дальнейшего рассмотрения. Для определения значимости различий между средними значениями использовали критерий Стьюдента. На рисунке представлены средние значения и стандартные ошибки среднего. Результаты и обсуждение Результаты данного исследования показали, что в 2011 г. в группе потомков с дозовой нагрузкой на родительские деревья 80-100 Гр длина и масса хвои были существенно снижены (рис. 1). В 2012 и 2013 гг. во всех дозовых группах произошло резкое увеличение длины и массы хвои относительно контрольной группы (рис. 1). Вероятно, наблюдаемая в 2011 г. картина связана с последствиями стресса, вызванного пересадкой растений, причем высокие уровни облучения родителей в группе 80-100 Гр оказали негативное влияние на адаптационный потенциал потомков. Последовавший в 2012 и 2013 гг. активный рост хвои может быть связан с включением компенсаторных механизмов, направленных на преодоление последствий пересадки деревьев. Стоит также упомянуть, что гигантизм хвои является одним из типичных радиоморфозов. На обследованных деревьях обнаружены молодые искривленные побеги, доля деревьев с которыми варьирует от 9 (3 из 33) до 35 (11 из 31) % в импактной и от 0 до 10 (3 из 29) % в контрольной группе за три года наблюдений. Определение прироста высоты и окружности ствола за 2011-2012 гг. не выявило различий с контрольным уровнем. В период 2012-2014 гг. прирост высоты в группах, чьи родительские популяции были из зон среднего и сублетального поражения, получив 4-5 и 10-20 Гр в 1986 г., составил 53 ± 3 и 55 ± 4 см, а прирост окружности ствола 5,5 ± 0,7 и 5,0 ± 0,3 см, значимо превысив контрольный уровень 40 ± 2 и 3,7 ± 0,3 см соответственно. Известно, что при облучении растений в зависимости от дозы возможно как усиление метаболических процессов (Нариманов, Корыстов, 1997), так и их угнетение. В настоящем исследовании выявлено влияние острого облучения родительских деревьев на ростовые процессы во втором послеаварийном поколении. Заключение Второе поколение сосны обыкновенной, происходящее от деревьев, испытавших острое радиационное воздействие в первый период после Чернобыльской аварии, является очень интересным и высокоинформативным объектом для изучения. Результаты настоящей работы показали, что деревья второго пострадиационного поколения характеризуются гигантизмом хвои, деформацией побегов, стимуляцией ростовых процессов (окружности ствола, высота дерева) при дозах 4-5 и 10-20 Гр.

Ekaterina Sergeevna Makarenko

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: makarenko_ek_obninsk@mail.ru
Junior Researcher, Laboratory of Radiobiology and Ecotoxicology plants

Alla Alexandrovna Oudalova

National Research Nuclear University MEPhI

Email: oudalova@mail.ru
Head of the Department, doctor biol. sciences, Department "Ecology"

  1. Сарапульцев Б. И., Гераськин С. А. (1993) Генетические основы радиорезистентности и эволюция. М.: Энергоатомиздат.
  2. Нариманов А. А., Корыстов Ю. Н. (1997) Стимулирующее действие малых доз ионизирующего излучения на развитие растений. Радиационная биология. Радиоэкология. Т. 37 (3): С. 312-319.

Views

Abstract - 329

PDF (Russian) - 258

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2015 Makarenko E.S., Oudalova A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies