Фізіологія рослин - конспект лекцій - О. М. Тарнопільська 2019

8. Пристосування і стійкість рослин до несприятливих факторів середовища
8.8 Радіостійкість

Біологічний ефект іонізуючого випромінювання є результатом впливу радіації на багатьох рівнях — від молекулярного до організменного й популяційного. Їхньою загальною особливістю є те, що значний біологічний ефект спричиняє слабка енергія і невелика кількість первинних радіаційно- хімічних реакцій. Наприклад, при гамма-опроміненні дозою близько 10 Гр (1 000 р), летальною для ссавців, поглинається енергія, яка може підвищити температуру лише на 0,001 °С.

Розрізняють пряму й непряму дію радіації на живі організми. Пряма дія полягає в радіаційно-хімічних перетвореннях молекул у місці поглинання енергії випромінювання. Пряме потрапляння в молекулу спричиняє її збуджений чи іонізований стан. Уражаюча дія пов’язана з іонізацією молекули. Непряма дія радіації полягає в пошкодженні молекул, мембран, органоїдів, клітин, що зумовлюється продуктами радіолізу води, кількість яких у клітині при опроміненні дуже велика. Заряджена частинка випромінювання, взаємодіючи з молекулою води, спричиняє її іонізацію.

За наявності розчиненого у воді кисню утворюються також потужний окислювач НО₂ (Н+ + О₂→НО₂) і нові пероксиди (НО₂ + Н→Н₂О₂). Ці сильні окислювачі протягом існування 10-6 - 10-5 с можуть пошкодити (змінити) багато біологічно важливих молекул - нуклеїнових кислот, ферментів, ліпідів мембран тощо. Крім того, у разі взаємодії радикалів води з органічними речовинами за наявності кисню утворюються органічні пероксиди, що також сприяє променевому пошкодженню молекул і структур клітини.

У разі зниження концентрації кисню в середовищі (тканині) зменшується ефект променевого ураження. Цей «кисневий ефект» виявляється на всіх рівнях організації біологічних об’єктів - від молекулярного до тканинного.

Пошкодження, що виникли раніше, можуть підсилюватися (розвиватися) внаслідок виникнення під дією випромінювань радіотоксинів; при нагромадженні помилок у процесах реплікації ДНК, синтезу РНК і білків; унаслідок ушкодження ферментів, що забезпечують синтез біологічно важливих сполук тощо.

Для клітини найбільш небезпечне порушення шляхом опромінення унікальної структури ДНК. Інші зміни стосуються радіаційних впливів на ядерну мембрану й хроматин. Опромінення може також інактивувати ферменти, що беруть участь у репарації пошкоджень молекули ДНК. Ці й інші пошкодження як на рівні ДНК, так і хроматину насамкінець виражаються в змінюванні білкового синтезу, проходженні фаз клітинного циклу, в утворенні хромосомних аберацій, збільшенні частоти мутацій у клітинах, порушенні систем регуляції й загибелі клітини.

Серед тканин рослинного організму найбільш чутливими до радіації є меристеми. Їх називають критичними тканинами рослини, оскільки променеве ураження меристем визначає променеву хворобу і загибель всього організму.

Типовою реакцією рослин на опромінення є змінювання ростових процесів, до того ж залежно від дози спостерігаються як стимулюючі, так і пригнічуючі ефекти. Наприклад, незначні дози радіації (0,35-0,5 Гр, чи 0,0350,05 кр) стимулюють ріст проростків гороху й кукурудзи протягом 4-6 днів після опромінення, а потім посилення росту припиняється. Стимулюючий ефект невисоких доз (5 Гр, або 500 р) використовують у виробничих умовах для передпосівного опромінення насіння кукурудзи, що збільшує її врожайність на 10-12 %. Найменш радіостійкі вегетуючі рослини: летальні дози опромінення для проростків високочутливих до радіації кормових бобів (68 Гр, або 0,6-0,8 кр) і гороху (10-15 Гр, або 1,0-1,5 кр) прирівнюються до летальних доз опромінення для багатьох ссавців (близько 10 Гр, або 1 кр). Опромінення призводить до різноманітних морфологічних аномалій у рослин (змінювання розмірів, скручування й зморшкуватість листків, гіпертрофія органів, поява пухлиноподібних утворень на всіх органах).

Значно змінюється радіостійкість в онтогенезі рослин. Рослина найчутливіша до опромінення під час проростання насіння і в період споро- й гаметогенезу. Під час дозрівання радіостійкість насіння зростає до максимуму.

Одноклітинні рослини найбільш стійкі до опромінення відразу після закінчення поділу й наприкінці фази синтезу ДНК.

Розвиток рослин як у філогенезі, так і в онтогенезі відбувається в умовах природної радіоактивності. На ранніх етапах розвитку життя на Землі радіоактивний фон був набагато вищим за сучасний і поступово знижувався внаслідок розпаду радіоактивних елементів земної кори, можливо тому більш давнім за походженням організмам властива підвищена радіостійкість. Високі дози радіації здатні витримувати ціанобактерії, гриби й лишайники.