Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Післярадіаційне відновлення організму




Післярадіаційне відновлення організму - це нормалізація після

радіаційного ураження функцій клітин його критичних органів, що забезпечує нормалізацію їх функціональної діяльності і одужання його як цілісної системи. Таке визначення поняття "відновлення" відбиває суть процесів, що приводять до нормалізації функцій багатоклітинного організму, пошкодженого іонізуючими випроміненнями. І з таких позицій під відновленням критичних тканин рослин - меристем слід розуміти відновлення здатності їх клітин до поділу, а меристеми в цілому - до проліферації.

Явище післярадіаційного відновлення являє собою багаторівневий процес, і те, що сприймається як відновлення організму, як одужання від

променевої хвороби, звичайно відображає функціонування чисельних складних систем відновлення, які діють на різних рівнях організації.

В 1972 р. Д.М. Гродзинським і І.М. Гудковим була запропонована схема основних шляхів післярадіаційного відновлення рослин (рис. 17). Згідно неї, загальне відновлення рослини досягається за рахунок чотирьох

способів післярадіаційного відновлення: репараційного, репопуляційного, регенераційного і компенсаторного.

Репараційне, або поклітинне, відновлення, досягається за рахунок відновлення макромолекул клітини, в першу чергу ДНК, та окремих структур клітини - хромосом, мембран та інших. Репопуляційне відновлення

забезпечується розмноженням клітин, які в момент опромінення перебували в радіостійкому стані і зберегли здатність до поділу. Це - клітини, що

знаходяться у радіостійких періодах клітинного циклу та поза циклом – стані спокою. Регенераційне відновлення відбиває, з одного боку, проліферацію тканин, що знаходяться в стані спокою (наприклад, центру спокою кореня), і з іншого - органів, що знаходяться в стані спокою (наприклад, сплячих бруньок). На відміну від інших організмів цей тип відновлення у вищих рослин відіграє дуже важливу роль. І, нарешті, компенсаторне відновлення

може досягатися за рахунок того, що функції пошкоджених клітин (тканин, органів), несучи підвищене навантаження, виконують неушкоджені клітини (тканини, органи), та за рахунок дедиференціації спеціалізованих клітин і

тканин у проліферуючі.


Таким чином, можливі різні шляхи післярадіаційного відновлення на різних рівнях організації організму. Але при опроміненні такого багатоклітинного утворення як вища рослина, доводиться зустрічатися з дуже складним переплетенням цих шляхів і далеко не завжди є можливість відрізнити їх один від одного.

 

 

Рис. 17. Шляхи (типи) післярадіаційного відновлення живих організмів.

 

 

Репараційне відновлення.Досить переконливі докази можливості репараційного, або поклітинного, відновлення окремих пошкоджених іонізуючими випроміненнями клітин були одержані порівняно недавно - лише в 60-х рр. і то тільки для одноклітинних організмів і клітин в культурі. Але ще добре десятиліття не було підстав говорити про конкретні механізми молекулярного відновлення і відновлення клітинних структур, хоча передумови для цього існували. Головною з них є репарація сублетального пошкодження.

В опроміненій клітині розрізняють два типи пошкодження – потенційно летальне та сублетальне. Потенційно летальними пошкодженнями називають такі, які можуть привести до загибелі клітини,

але в певних умовах можуть бути відновлені. Під сублетальними розуміють такі типи пошкоджень, які самі по собі ще не приводять до загибелі клітини, але при наступному опроміненні здатні її викликати.

Відповідно розрізняють два типи репарації - від потенційно летальних і від сублетальних пошкоджень. Можливість репарації від сублетальних

пошкоджень звичайно доводиться дослідами по фракціонованому

опроміненню, в основі яких лежить гіпотеза про те, що якби радіаційне ураження носило повністю незворотний характер, то ефект, викликаний фракціонованим опроміненням при певній сумарній дозі, був би таким же, як


і при одноразовому опроміненні у тій же дозі. Але це не так. Величезна кількість даних, одержаних в дослідженнях з найрізноманітнішими організмами, в тому числі і з рослинами, свідчить про те, що при фракціонуванні дози ступінь радіаційного ураження, як правило, зменшується. При цьому ураження тим слабше, чим більший проміжок часу розділяє фракції і чим більша кількість фракцій, на які розділена доза

Як випадок максимального ступеня фракціонування дози можна розглядати опромінення при зниженні потужності дози. Результати

досліджень багатьох авторів, які проводили опромінення рослин і тварин за

різних потужностей доз, однозначно свідчать про те, що з її зменшенням дія опромінення, як правило, значно знижується. Слід відмітити, що в сухих

системах (насінні, спорах, пилку), при обмеженні доступу кисню ефект фракціонування і потужності дози не проявляється або значно

послаблюється. І найбільш переконливе пояснення цього явища можна знайти саме у визнанні реальності існування поклітинного відновлення, обов'язковою умовою якого є підтримування в клітинах активного обміну речовин.

Хоча існують і інші спроби пояснення цих ефектів. Деякі автори вважають, що перша фракція дози може переводити клітину у більш радіостійкий стан, наприклад, індукуючи затримку поділу і роблячи її менш

чутливою до наступного опромінення. Інші вважають, що при першій фракції дози може відбуватися стимулювання процесів репарації, що зумовлює

меншу пошкоджуваність при опроміненні другою фракцією. Але обидві ці гіпотези ні в якій мірі не суперечать ідеї поклітинного відновлення, тому що підвищення радіостійкості при затримці поділу нерідко пояснюють саме створенням придатних умов для процесів репарації.

Таким чином, дослідження по фракціонованому опроміненню однозначно свідчать про наявність відновних процесів в клітинах рослин.

Молекулярне відновлення. Основним молекулярним пошкодженням клітини при дії іонізуючих випромінень, як уже не раз відзначалось, є пошкодження молекул ДНК. Головним структурним пошкодженням ДНК -

одно- і двониткові (одиночні і подвійні) розриви її полінуклеотидних ланцюгів. Репарація цих типів пошкоджень, яким приписується головна роль

в загибелі клітини, вперше була показана в дослідах з бактеріями, які дають змогу одержувати штами, дефектні за окремими ферментами, що контролюють певні етапи репарації.

На першому етапі після утворення розриву відбувається виявлення місця пошкодження за допомогою спеціальних контролюючих систем. Потім ділянка полінуклеотидної нитки з пошкодженими нуклеотидами з обох боків

надрізається за допомогою спеціальних ферментів ендонуклеаз, вищеплюється з молекули - інцизія і видаляється - ексцизія. Останній етап здійснюється за допомогою ферментів, які називаються екзонуклеазами.

Розмір утвореного розриву буває різним - від декількох одиниць до декількох тисяч нуклеотидів. Після звільнення молекули від пошкодженої


ділянки відбувається комплементарний синтез ДНК на місці бреши з використанням залишку непошкодженої нитки ДНК в ролі матриці - так звана репаративна реплікація. Цей етап контролюється ферментами ДНК- полімеразами, які беруть участь і у звичайному реплікативному синтезі ДНК. І, нарешті, відбувається зшивання кінців синтезованої ділянки з полінуклеотидною ниткою.

Тип репарації, що йде за наведеною схемою, одержав назву ексцизійної репарації. Але описані й інші типи репараційного синтезу ДНК. Більшість з

них хоч і має певні особливості, в цілому нагадують дану схему, суть якої

визначається принципом "вищепління-заміщення".

Для репарації двониткових, або подвійних, розривів ДНК необхідно, щоб клітина мала активну систему рекомбінації і непошкоджені ділянки ДНК, гомологічні тим ділянкам, які мають подвійні розриви.

Але до недавнього часу не було чітких доказів існування молекулярної репарації ДНК в рослинних клітинах. Більше того, в зв'язку з тим, що спроби

виявити систему ферментів репарації в рослинах і процеси репаративної

реплікації завершились невдало, у 60-ті рр. було висловлене припущення про принципову відмінність тваринних і рослинних клітин, яка полягає нібито саме у відсутності у останніх механізмів репарації ДНК.

Заперечення існуванню молекулярної репарації у рослин виглядало

досить несподівано, так як суперечило загальним принципам організації живого на молекулярному і клітинному рівнях, виключало існування в клітинах рослин дуже важливого механізму, покликаного слідкувати за незмінністю структури ДНК, стабільністю генетичного коду. Тому пошуки репаруючих систем у рослин тривали. І хоча в зв'язку з відсутністю у вищих рослин відповідних мутантних форм, як у бактерій, не було одержано прямих даних про послідовний хід етапів реплікативної репарації, було здобуто досить багато фактів, що свідчать про її існування.

Важливим доказом наявності у вищих рослин механізмів молекулярної репарації ДНК стало встановлення можливості відновлення її молекулярної маси за допомогою методу центрифугування в лужному градієнті сахарози.

Суть його полягає в тому, що при центрифугуванні препаратів ДНК стан її окремих фракцій за молекулярною масою описується відповідною

седиментограмою з характерним піком у максимумі молекулярної маси. При виникненні в ДНК при опроміненні розривів її молекулярна маса зменшується. На седиментограмі це відображується зміщенням піку в бік більш легких фракцій. У дослідах з найрізноманітнішими видами рослин було цілком однозначно показано, що зі збільшенням часу між опроміненням рослин і виділенням ДНК профіль її седиментації все в більшій мірі повертається до нормального, тобто первинного стану.

Доказом можливості молекулярної репарації ДНК є демонстрація додаткового включення попередників в ДНК опромінених клітин - так званого позапланового синтезу ДНК, який відбиває етап комплементарного

синтезу на місці пробілу в молекулі, що виник після вищеплення


пошкодженої ділянки. Так як інтенсивність репаративного синтезу ДНК в порівнянні з реплікативним досить низька, його звичайно встановлюють в ДНК-несинтезуючі періоди клітинного циклу (в пре- та постсинтетичну фази) по включенню специфічного міченого попередника синтезу ДНК тимідину (3Н-тимідіну). Це можна зробити тільки на клітинах, які діляться синхронно, тобто при роботі з тканиною або клітинною популяцією, в якій всі клітини водночас проходять фази клітинного циклу, чого практично не буває в природних умовах, але чого почасти можна досягти в умовах

лабораторії за допомогою синхронізаторів поділу. Але навіть кращі з них дають змогу досягти не більш як 80-90% синхронності поділу. Не залучені ж в одночасний поділ клітини, синтезуючи ДНК в будь-який слушний для них час, не дають можливості показати існування позапланового синтезу ДНК.

Але відомо, що в зародках насіння, яке перебуває в стані спокою, до

100% клітин можуть знаходитися у так званій G0-фазі. При набуханні і проростанні насіння вони переходять в пресинтетичну G1-фазу і тільки пройшовши її - в ДНК-синтезуючу S-фазу. При проростанні насіння при кімнатній температурі перші ДНК-синтезуючі клітини з’являються, як правило, тільки через 10-30 годин. До цього періоду склад клітин меристем зародка не змінюється і практично повністю представлений клітинами, які знаходяться у пресинтетичній фазі чи, точніше, перехідному G0-G1-періоді. І було доведено, що γ-опромінення насіння в цей період індукує додатковий позаплановий синтез ДНК в клітинах зародкового кореня. Ступінь включення міченого тимідину залежав від дози: з її збільшенням він зростав, досягав максимуму (5-7% клітин порівняно з 0,5% у контролі) і при подальшому збільшенні дози зменшувався.

Існують дані і про молекулярне відновлення РНК, деяких білків, зокрема, ядерного білку хроматину, окремих основ ДНК. Але і в їх основі лежать механізми, аналогічні репарації ДНК. Тому репарація ДНК вважається основним механізмом молекулярного відновлення. Саме за його допомогою ліквідуються індуковані випроміненнями генетичні пошкодження.

Відновлення клітинних структур. Ще в 50-х рр. була висунута гіпотеза про можливість відновлення радіаційних пошкоджень на рівні хромосом. Вона була заснована на підставі багатьох експериментальних даних про те, що при фракціонуванні дози опромінення кількість аберацій хромосом на клітину суттєво залежить від інтервалу часу між фракціями дози. Але якщо при невеликих інтервалах, вимірюваних хвилинами - годинами, практично завжди спостерігається збільшення числа аберацій, то при подальшому зростанні часу між фракціями або кількості фракцій результати виявляються досить суперечливими: в одних випадках відбувається очікуване монотонне їх зменшення до певного рівня, а в інших - після зменшення знову спостерігається збільшення. Іноді зустрічаються і менш чіткі залежності, які не відносяться ні до першого, ні до другого випадку, та як виняток -


обернена залежність: збільшення кількості аберації хромосом при фракціонуванні.

В цілому ж вважається, що в післярадіаційний період відбувається відновлення хромосом. Але досі ще не встановлено якихось певних механізмів їх репарації.

Є дані і про репараційне відновлення деяких інших структур клітини і, зокрема, мембран, які відіграють важливу роль в розвитку радіаційного

ураження. Встановлено, що структура мембран, її проникливість, пошкоджені іонізуючими випроміненнями, можуть з часом відновлюватися. Але молекулярні механізми цього процесу досліджені поки що слабо.

Яку роль відіграє репараційне відновлення в загальному відновленні

організму і, зокрема, рослин, поки що невідомо. Досить переконливо не показана кореляція між радіостійкістю видів вищих організмів та їх здатністю до репарації. Відомі лише окремі роботи, в яких на основі дуже вузьких досліджень висловлюється версії про можливість такого зв'язку. Але в цілому, не заперечуючи важливої ролі процесів поклітинного відновлення в житті всіх організмів, можна з усією впевненістю стверджувати, що прямої кореляції між здатністю клітин меристем до репарації і радіостійкістю рослин не існує.

Розгляд часових характеристик кінетики відновлення меристем у післярадіаційний період і відновлення постійно оновлюваних тканин ссавців

свідчить про те, що для нормалізації здатності критичних тканин до виконання своїх функцій необхідні, як мінімум, декілька клітинних циклів, тобто декілька діб, а не кілька годин, достатніх для поклітинного відновлення. І післярадіаційне відновлення будь-якої багатоклітинної системи є не стільки функцією репарації окремих її клітин, скільки

розмноженням клітин, які зберегли здатність до поділу - репопуляції.

Репопуляційне відновлення.Джерелом репопуляційного відновлення є клітини, які зберегли репродуктивну здатність після опромінення. З одного боку, це клітини, що в момент дії радіації перебували в радіостійких періодах клітинного циклу, а з іншого боку - клітини, що знаходилися в стані спокою - "поза циклом".

Розмноження клітин, які перебувають в радіостійких фазах клітинного циклу. Радіостійкість клітин меристем в залежності від фази і

періоду клітинного циклу може розрізнятися в 2-3 рази. Тому завдяки

асинхронності поділу, що є нічим іншим, як механізмом підтримки стійкості твірних тканин до ушкоджуючих факторів, в меристемах рослин в будь-який момент часу присутні клітини на різних фазах клітинного циклу. І популяція клітин меристеми після опромінення являє собою досить строкату картину,

так як в нiй в залежності від радіочутливості окремих клітин будуть присутні три основних їх пули (рис. 18): клітини, що були пошкоджені і втратили здатність до поділу (які перебували в момент опромінення в

найрадіочутливіших періодах циклу); клітини практично не пошкоджені (що знаходились в найрадіостійкіших періодах), і клітини, що несуть


потенціально летальні пошкодження, які в залежності від умов і ситуації можуть перейти як в клас 1, так і в клас 2 (які перебували в проміжних за радіочутливістю періодах клітинного циклу).

 

 

 

Рис. 18. Схема репопуляційного відновлення опроміненого організму (Д.М. Гродзинський, І972).

 

 

Клітини, які зберегли здатність до поділу, продовжують розмножуватися. Більше того, „відчувши” нестачу клітин в меристемі при елімінації тих, що втратили здатність до поділу, вони діляться з більшою швидкістю, ніж в нормі. Було показано, що тривалість клітинного циклу клітин меристеми кореня, котрі зберегли здатність до поділу, в такій ситуації скорочувалась з 17 до 1З годин. І через декілька днів, тобто після кількох клітинних циклів, спостерігається її відновлення.

Розмноження клітин, які знаходяться поза циклом поділу. Резервом репопуляції такого відновлення рослин є клітини меристем в стані спокою - клітини, що перебувають поза циклом поділу. У таких клітин є дві принципові можливості по відношенню до своєї подальшої долі: з припиненням дії чинника, який примусив їх вийти зі стану спокою або після відновлення пошкодження, якщо зупинка була його наслідком, знову повернутися на шлях поділу, або під впливом відповідного стимулу перейти до диференціації. Яким саме з цих шляхів піде клітина, багато в чому визначається міжклітинними взаємодіями, які складаються в популяції.

Перебуваючи в стані спокою, клітини меристеми мають більш високу стійкість до γ-випромінення, ніж клітини, що діляться. І при дії на рослини іонізуючих випромінень в дозах, що ведуть до втрати репродуктивної здатності у всіх або в певної кількості клітин, що діляться, до процесів

репопуляційного відновлення підключаються клітини, які перебувають поза циклом поділу. Саме тому перехід клітин в стан спокою варто розглядати як спосіб створення клітинних резервів тканини, які є фондом її

репопуляційного відновлення.


Можливість репопуляційного відновлення і його темпи залежать від розміру пулу клітин, що зберегли здатність до поділу. Із збільшенням дози опромінення його об'єм зменшується і імовірність відновлення цим шляхом знижується. Теоретично репопуляційне відновлення можливе при наявності в популяції навіть однієї клітини, яка зберегла здатність до поділу. І дійсно, в дослідах з ссавцями було показано, що ті крипти кишкового епітелію, в яких при опроміненні вижила хоча б одна клітина, можуть повністю відновлюватися за рахунок її поділу і розмноження.

Отже, розмноження клітин, які зберегли здатність до поділу після опромінення, становить суть репопуляційного відновлення. Звичайно, серед здорових клітин можуть зустрічатися групи клітин, утворені від частково

пошкоджених, але таких, що зберегли здатність до поділу, клітин, а також репарованих, які можуть мати ознаки радіаційного ураження. За

термінологією Д.М. Гродзинського, організм, що сформувався після опромінення, являє собою радіаційну химеру.

Слід відзначити, що найефективніший на теперішній час прийом лікування променевої хвороби людини, який полягає у трансплантації кісткового мозку здорового індивідууму хворому, являє собою ні що інше, як репопуляційне відновлення кровотворної тканини за рахунок розмноження непошкоджених радіацією клітин донора. Цей прийом застосовується саме

тоді, коли при високих дозах опромінення втрачають повністю здатність до поділу стовбурові кровотворні клітини кісткового мозку -

найрадіочутливішої тканини хребетних.

Регенераційне відновлення.Якщо перші два шляхи післярадіаційного відновлення - репарація і репопуляція властиві всім багатоклітинним організмам, як рослинам, так і тваринам, то регенераційне відновлення -

переважно лише рослинам. Так, поряд з такою надійною формою захисту виду, як існування надзвичайно стійкої фази їх онтогенезу – насіння, рослини мають потужну систему регенерації - здатність до відновлення втрачених органів і навіть всієї рослини за рахунок спеціальних тканин і органів, клітини яких, аналогічно клітинам насіння, знаходяться у стані спокою і

мають високу стійкість до всіх уражуючих чинників.

В різних частинах рослини є тканини і органи, які протягом певного періоду онтогенезу, а часом і всього її життя, знаходяться в стані спокою.

Клітини таких тканин заблоковані в G0-фазі. Але їх проліферацію можна індукувати, подавивши поділ клітин в тканинах і органах, що активно ростуть. I тут саме і приходиться зіткнутися з дуже цікавими явищами біології рослин - регенерацією і регенераційним відновленням. Тут будуть

розглянуті два основні типи регенерації у вищих рослин - регенерація тканин, які перебувають в стані спокою, і регенерація органів, які перебувають в стані спокою.

Регенерація тканин, які перебувають в стані спокою. На самому кінчику кореня, на межі з кореневим чохликом знаходиться особлива група клітин, яка має форму півсфери або двояко випуклої лінзи. Клітини цього


утворення, яких, як правило, нараховується не більше 1-2 тисяч, діляться дуже рідко - раз на 200-500 годин, в той час як тривалість клітинного циклу переважної кількості оточуючих їх проліферуючих клітин меристеми складає лише 12-24 години. Англійський ботанік і фізіолог рослин Ф. Клаус, який відкрив і перший почав дослідження цієї ділянки кореня у 1954 р., назвав його центром спокою.

Функції центру спокою до кінця не з’ясовані. Але дослідники вважають його основою меристеми, з якої походять всі типи клітин кореня.

Припускається, що він є місцем синтезу деяких фізіологічно активних

речовин і, зокрема, цитокінінів. Крім того, вважається, що клітини центру спокою є надзвичайним клітинним резервом меристеми. При пошкодженні

меристеми і втраті здатності до поділу всіх її клітин клітини центру спокою починають ділитися і протягом декількох циклів можуть відновити

початковий клітинний об'єм.

Існує певний критичний рівень пошкодження меристеми, при якому індукується поділ клітин центру спокою. Тільки при втраті здатності до поділу у певної кількості клітин до процесів репопуляційного відновлення можуть підключатися клітини центру спокою. Очевидно, це є результатом міжклітинних взаємодій, що існують між субпопуляціями клітин, які діляться і які перебувають в стані спокою. Можливо, ці взаємодії мають гормональну

природу, швидше за все цитокінінову, і визначаються кількістю клітин, які знаходяться в різних станах.

Після повного відновлення меристеми, коли кількість клітин, що діляться, досягає в ній рівня норми, виникає новий центр спокою.

Регенерація органів, які перебувають в стані спокою. Верхівкова меристема пагона вищих рослин, яка активно росте, в значній мірі, а іноді і

повністю, придушує поділ клітин в меристемах бокових бруньок. Це явище отримало назву апікального домінування. Видалення верхівки приводить до зняття апікального домінування і посилення проліферативної активності тканин, які перебувають в стані спокою, пробудженню бокових бруньок і навіть процесів дедиференціації деяких тканин. Всі ці явища належать до

регенераційних.

Апікальне домінування в основному визначається гормональним типом впливу на точки росту. Це підтверджується чисельними дослідженнями, в

яких за допомогою таких рістактивуючих речовин, як кінетин і гетероауксин,

вдавалося знімати апікальне домінування або, навпаки, відновлювати його при видаленій верхівковій меристемі.

Опромінення рослин іонізуючою радіацією веде до більшого пошкодження верхівкових меристем, клітини яких активно діляться і

ростуть. І якщо у рослини існують органи, які перебувають в стані спокою і мають підвищену радіостійкість, то загибель цих меристем повинна викликати їх регенерацію. Описані в радіобіологічній літературі факти, які

свідчать про сильне гілкування опромінених рослин, активацію утворення


бокових коренів, про підвищення кущування та інше, пояснюється саме зняттям апікального домінування і посиленням регенераційних процесів.

У рослин є багато різноманітних центрів, відповідальних за процеси регенерації. Так, корені можуть виникати із клітин періциклу, епідермальних клітин, калуса, клітин кори. Часті випадки регенерації клітин листків, які мають ділянки перебуваючих в стані спокою меристем в субепідермальних шарах клітин листка, який формується, або ділянок меристем, які

зберігаються в пластинці дорослого листка вздовж жилок, епідермальних клітин і паренхімних тканин в черешкові листка або стебла. Навіть клітини мезофілу можуть бути місцем закладання твірних тканин.

Таким чином, в основі регенерації різних частин рослин лежить

активація проліферації тканин і органів, які перебувають в стані спокою і до певного моменту знаходяться в неактивному стані. Регенерація починається тоді, коли клітини цих тканин у відповідь на гальмування і припинення проліферації в активній (звичайно апікальній) зоні вступають у фазу поділу.

Найбільш часто апікальне домінування проявляється у рослин з моноподіальним і симподіальним типами гілкування, які властиві практично для всіх видів сільськогосподарських рослин. Найкраще воно вивчене у бобових, які мають чітке апікальне домінування як в пагонах, так і коренях. Бокові бруньки у бобових розміщені в пазухах листків і тому називаються

пазушними. За нормальних умов росту і розвитку вони знаходяться в стані спокою протягом всього онтогенезу. Але при знятті апікального

домінування, наприклад, шляхом механічного видалення верхівкової бруньки (декапітація), одна (іноді дві) бокова брунька вступає в ріст і розвивається в пагін, який повністю повторює організацію головного пагона і формує в подальшому всю рослину.

Аналогічна ситуація виникає при опроміненні рослин, як і при пошкодженні апікальної бруньки хімічними агентами, її усиханні, відмерзанні і дії інших чинників. Існує мінімальне порогове значення дози опромінення, при якій апікальне домінування повністю знімається. Воно залежить від видової і індивідуальної радіочутливості рослини і визначається

тим рівнем дози. який веде до припинення поділу у певної критичної кількості клітин і інгібування синтезу фітогормонів, що пригнічують ріст

пазушних бруньок. Саме тоді клітини меристем пазушних бруньок приступають до проліферації.

Хід появи пагонів з пазушних бруньок при опроміненні суттєво не відрізняється від того, який спостерігається при знятті апікального домінування іншими способами. Але якщо при мінімальних значеннях доз нові пагони практично не несуть якихось ознак радіаційного ураження, то

при близьких до максимальних вони відростають більш повільно, а листя набуває характерних морфологічних змін: скручується, зморщується, змінює форму, колір.

Регенераційне відновлення дійсно слід віднести до найпотужнішої системи відновлення вищих рослин, котрі не мають можливості захищатися


від пошкоджень за допомогою інших засобів. В його основі лежать неспецифічні пристосувальні реакції, які розширюють межі зміни умов життя рослин, і механізм регенераційного відновлення ефективний при дії будь- якого пошкоджуючого агента.

Компенсаторне відновлення.Цей тип післярадіаційного відновлення є найменш вивченим в радіобіології, хоча компенсаторне посилення окремих функції у опромінених іонізуючими випроміненнями організмів, в тому числі

і рослин, доводиться спостерігати нерідко. Серед них можна виділити два основних типи компенсаторних реакцій. Перший з них зв'язаний з виконанням непошкодженими внаслідок опромінення клітинами, тканинами, органами не властивих їм функцій. Другий - з посиленням функцій, коли

непошкоджені клітини, тканини, органи посилюють власне навантаження з метою надолуження функції інших, які втратили їх внаслідок опромінення.

Дедиференціація спеціалізованих клітин і тканин. У перебігу розвитку організму в ньому відбувається формування спеціалізованих клітин, тканин і органів за рахунок виникнення протягом морфогенезу відмінностей між однорідними клітинами і тканинами - процес диференціації. Так, меристематична клітина після здійснення декількох (п'яти-семи) поділів переходить до розтягнення, в процесі якого змінюється її форма і збільшуються розміри, потім до диференціації, при якій зовнішньо однакові

клітини набувають різних властивостей та формують різні типи тканин, і далі до спеціалізації, яка характеризується різними рівнями метаболічної

активності і ступенем структурної організації тканин і органів.

Молекулярно-генетичною основою диференціації є активність специфічних для кожної тканини генів. І хоча всі соматичні клітини рослини чи будь-якого організму мають однаковий набір генів, в кожній тканині

активна лише частина їх, відповідальна за даний етап розвитку. Роль факторів диференціації зводиться до вибіркової активації одних і пригнічування других генів. Багато з цих факторів не вивчені. Але відомо, що хід диференціації залежить від фітогормонів, зокрема ауксинів і цитокінінів. Найбільш поширена думка, що диференціація контролюється

співвідношенням між окремими фітогормонами і іншими фізіолого-

активними речовинами.

Звичайно, диференціація необоротна. Але в умовах пошкодження тканин, при злоякісному рості і деяких інших ситуаціях, що ведуть до зміни балансу фізіолого-активних речовин, природний хід руху клітин по життєвому циклу порушується, і вони можуть набути здатності до диференціації в зворотному напрямі, тобто дедиференціації. Саме такі умови можуть скластися при опроміненні рослин, коли, як згадувалося, змінюється баланс фітогормонів, і клітини меристеми втрачають здатність до поділу. При цьому дедиференційовані клітини починають ділитися і стають джерелом відновлення меристеми або виникнення нових твірних тканин. На інтактних – цілісних рослинах це явище ще не одержало чітких експериментальних доказів, хоча вже є непрямі дані, що свідчать про


можливість переходу до поділу клітин зони розтягнення кінчика кореня при репродуктивній загибелі клітин меристеми. Але вона показана для клітин і тканин в культурі. В цих умовах вдається за допомогою іонізуючих випромінень індукувати здатність до поділу у різних типів диференційованих тканин: паренхіми, склеренхіми, флоеми, епідермісу, мезофілу та інших. Саме на здатності клітин диференційованих тканин до поділу і знову до диференціації оснований спосіб одержання рослин із культури клітин і тканин, клонового розмноження рослин та інші, які лежать в основі найновіших біотехнологій вирощування клітинної біомаси і одержання унікального матеріалу для селекції.

Дедиференціація – один з найяскравіших прикладів компенсаторного відновлення, коли після опромінення клітини набувають не властивих їм

функцій.

До компенсаторного шляху післярадіаційного відновлення слід віднести нерідко констатоване після опроміненні посилення функцій клітин, тканин і органів, які залишились непошкодженими. Так, при опроміненні кущових форм злаків на тлі зменшенні числа стебел доводиться спостерігати, що ті, які вижили, як правило, бувають більш рослими і міцнішими, ніж окремі стебла в неопроміненому контролі. При пошкодженні генеративних органів і зменшенні кількості зав'язі на рослині сформовані колоски, стручки, плоди виявляються більш продуктивними, ніж в контролі. При зменшенні кількості зерен в колосі, суцвітті, коробочці ті, що залишились, за абсолютною масою перевищують контрольні.

Ці факти можна пояснити з позицій зміни характеру перерозподілу поживних речовин, що надходять з кореневої системи - те, що призначалося для семи, дістається одному. В цьому відношенні не менш ілюстративними,

але однозначно трактованими з позицій компенсаторного посилення функцій, є дані, одержані на рівні клітин, окремих тканин. Зокрема, вище згадувалось, що при γ-опроміненні рослин в дозах, при яких кількість клітин в меристемах зменшується в 2-3 рази, різко зростає швидкість їх поділу. Виявляється, що клітини, які залишаються непошкодженими або відновлюють здатність до

поділу, намагаючись поновити початковий клітинний об'єм меристеми, починають активно розмножуватися (репопуляційне відновлення). В цей

період після короткочасного гальмування швидкість поділу клітин суттєво зростала - майже на чверть скорочувалась тривалість їх клітинного циклу. Потім, по мірі досягнення меристемою норми, вона поступово збільшувалась і досягала початкового рівня.

Таке, навіть короткочасне, але досить суттєве посилення швидкості поділу клітин є характерним прикладом прояву компенсаторних явищ на

рівні клітинної популяції.

Свідченням компенсаторного типу відновлення може бути тимчасове посилення синтезу нуклеїнових кислот, білків, фітогормонів. ферментів, макроергічних та інших біологічно активних сполук організму після


опромінення у пошкоджуючих дозах. Саме наслідком всіх цих процесів і є посилення поділу клітин, яке можна вважати їх інтегральним показником.

В цілому, розуміючі під терміном "відновлення” сукупність процесів, що забезпечують збереження рослини від пошкодження або загибелі при дії іонізуючої радіації як організму, якому притаманне виконання певних функцій, варто уважно вивчати особливості прояву різних його реакцій, спрямованих на відновлення саме втрачених функцій. Управляючи цими

процесами, можна сприяти більш або менш значному відновленню опромінених рослин у післярадіаційний період.

Управління процесами післярадіаційного відновлення.До 60-х рр. була поширена думка, що наслідки радіаційного ураження не піддаються

модифікації у післярадіаційний період. І хоча часто описувались зміни реакцій опромінених рослин і тварин протягом часу, їх залежність від різних

факторів, це пояснювали звичайно дією на організм умов навколишнього середовища, які не мають безпосереднього відношення до процесів формування радіобіологічних ефектів.

Так, було встановлено, що післярадіаційне прогрівання насіння, спор, вегетуючих рослин або вирощування опромінених рослин при підвищених температурах веде до зниження ступеня радіаційного ураження. Зберігання опроміненого насіння при температурах, нижчих за оптимальні, також

зменшує його. Пошкодження насіння зменшується із збільшенням його вологості у післярадіаційний період. Зниження вмісту в атмосфері кисню

також сприяє зменшенню ступеня пошкодження. Зміна інтенсивності освітлення, спектрального складу світла, дія магнітних і електричних полів не тільки до, під час, але й після опромінення також може змінювати ступінь прояву реакції рослин на опромінення.

Є не мало даних і про те, до багато хімічних речовин - ті ж сульфгідрильні сполуки та інші відновники, солі різних металів і елементи живлення, гормони, ферменти, макроергічні сполуки та інші фізіологічно- активні речовини, інгібітори окремих процесів метаболізму здатні суттєво впливати на хід розвитку радіаційного пошкодження при введенні їх в

поживне середовище у післярадіаційний період.

Механізми дії більшості модифікаторів радіаційного ураження як фізичної, так і хімічної природи пов'язують з їх впливом не на віддалені

етапи розвитку радіаційного ураження, а саме на первинні. Так, дія

підвищених температур, вологості, газового складу, хімічних відновників пояснюється збільшенням швидкості рекомбінації вільних радикалів - фактором пошкодження, що реалізується в близькому післярадіаційному періоді. 3 відновлювальними ефектами на рівні репарації молекул ДНК і

хромосом часто зв'язується дія низьких температур, ультрафіолетової радіації, високочастотного опромінення та деяких інших чинників. 3 інгібуванням метаболізму і блокуванням поділу клітин, які створюють

сприятливі умови для репараційних процесів, нерідко пояснюється дія ряду факторів, здатних індукувати зупинку клітинного циклу.


Дія деяких чинників хімічної природи, які застосовують перед опроміненням, може тривати і після нього, впливаючи на відновлювальні процеси. Так, безпосередньою участю в процесах післярадіаційного відновлення пояснюється протирадіаційна дія препаратів ДНК, окремих нуклеотидів, ферментів, гормонів та інших.

З інгібуванням процесів репараційного відновлення пов'язана радіосенсибілізуюча дія ряду хімічних речовин. Таку властивість, зокрема,

мають специфічні інгібітори репарації ДНК кофеїн, акрифлавін, аміноптерін.

Ефективність репопуляційного та регенераційного відновлення визначається, головням чином, темпами розмноження клітин, які зберегли здатність до поділу після опромінення. Тому, діючи на швидкість їх поділу,

можна управляти цими шляхами післярадіаційного відновлення. Так,

створюючи оптимальні умови для вирощування рослин за допомогою регулювання температурного і газового режиму, освітленості, забезпечення

елементами мінерального живлення можна сприяти ходу цих процесів.

Додавання в поживне середовище фітогормонів-активаторів росту, і в першу чергу цитокінінів або некоренева обробка ними рослин прискорюють поділ клітин, зумовлюючи підвищення темпів репопуляційного та регенераційного відновлення.

Таким чином, можливі різні шляхи післярадіаційного відновлення

організму і різні способи управління ними.

При аварійних ситуаціях на підприємствах ядерного паливного циклу і деяких інших гострому зовнішньому опроміненню і тривалому радіонуклідному забрудненню можуть бути піддані живі організми на досить значних територіях, що приводить до суттєвого радіаційного ураження біоценозу. Заходи, спрямовані на прискорення його післярадіаційного відновлення, повинні носити комплексний характер і по відношенню до рослинного компоненту визначатися двома основними прийомами:

- створенням для опромінених рослин в післярадіаційний період оптимальних умов для росту і розвитку;

- застосування фізіологічно-активних сполук, які прискорюють хід всіх

типів післярадіаційного відновлення і головним чином розмноження клітин, проліферацію тканин і органів, що зберегли ці функції.

Це може значно знизити наслідки радіаційного ураження рослин фітоценозів, в тому числі і лісових угруповань, в умовах господарювання на забруднених радіоактивними речовинами територіях.

 

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-02-10; просмотров: 620; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты