.

Селекция растений на устойчивость к загрязнителям окружающей среды

Язык: русский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 365
Скачать документ

Современные живые организмы и среда их обитания находятся под постоянным
антропогенным давлением. Это давление многолико и разнообразно. Но общим
для него является уменьшение биологического разнообразия, изменение хода
эволюции, генетическая эрозия и, как следствие, падение качества жизни
самого человека.

Среди множества факторов, негативно влияющих на популяции, биоценозы и
биоту в целом, следует назвать так называемые “загрязнители” окружающей
среды. Хотя в атмосфере обнаружено свыше трех тысяч посторонних
химических веществ, основными компонентами загрязнения являются озон,
сернистый газ, окись углерода, окислы азота, углеводороды и другие
соединения, основными источниками которых являются ГРЭС и ТЭЦ,
транспорт, пестициды и удобрения. Токсическим действием обладают также
тяжелые металлы. Подсчитано, что количество отходов, загрязняющих среду
обитания, ежегодно увеличивается в среднем на 4%.

Особое место в загрязнении окружающей среды занимает радиоактивное
загрязнение. В наше время радиация стала вездесущей, всепроникающей и в
каком-то смысле бесконечной. По образному выражению одного из
исследователей радиоактивности, “мы купаемся в море радиации, носим её в
себе” (цит. по Булатову, 1996). Поражающим действием обладают не только
высокие дозы радиации, но, как показали независимые исследования
профессора Гофмана (1994), малые дозы (до 20 Гр) также способны вызывать
различные заболевания у человека, в том числе и рак.

Источников радиоактивного загрязнения много, но главные из них добыча и
обогащение урана;

Действие загрязнителей на живые организмы ощущается на разных уровнях.
Повышенные фоны загрязнения могут действовать на отдельные организмы, их
органы и ткани, на клетки и отдельные внутриклеточные структуры, а также
на более высокие уровни организации живых систем – популяции и
сообщества.

В многочисленных исследованиях показано, что загрязнение воздуха
оказывает значительное влияние на рост и развитие разных видов растений.
Общим эффектом этого действия является снижение продуктивности растений.
Так, например, загрязнение воздуха окислителями на восточном побережье
США снизило урожайность картофеля на 50% (Marx, 1975). Токсичность озона
проявляется в появлении хлоротических пятен и опадении листьев. Нередко
на корнях поврежденных растений наблюдается образование колоний грибов в
количествах больших, чем у здоровых растений. Озон и другие загрязнители
ингибируют функциональную активность митохондрий и увеличивают
проницаемость клеточных мембран. Под действием озона эпидермальные
клетки лопаются, теряют протоплазму и разрушаются. Озон окисляет
сульфогидрильные группы многих биологически активных соединений,
участвующих в энергетических процессах организмов.

Установлено, что устойчивость растений табака и лука к повреждающему
действию озона контролируется доминантными генами, которые регулируют
чувствительность мембран устьичных замыкающих клеток к озону.

В.П.Бессонова (1992) исследовала влияние загрязнения среды тяжелыми
металлами на древесные и кустарниковые растения. Она показала, что в
условиях загрязнения наблюдаются различные нарушения в мейозе и, как
следствие, образование стерильной пыльцы. В наших исследованиях
установлено, что тяжелые металлы в количествах, превышающих ПДК
(предельно допустимые концентрации), затормаживают рост картофеля,
этиолируют его листья, изменяют гелиотропизм. В то же время присутствие
в питательной среде таких элементов, как кадмий и свинец в
концентрациях, равных ПДК, стимулировало рост растений на 10–20% в
сравнении с контролем.

О действии радиации на живые организмы имеется огромная литература, так
как изучение этого вопроса началось еще в начале ХХ столетия.
Общебиологическое действие радиации в зависимости от дозы облучения
может выражаться в стимуляции, угнетении и летальном эффекте.
Ионизирующие излучения могут вызывать различные уродства на ранних
стадиях развития организма. В стадии гаметогенеза – нарушения этого
процесса, ведущие к стерильности. Радиация также действует на метаболизм
растений и животных, затрагивая самые различные функции организмов. Так,
например, при изучении реакции растений житняка гребенчатого (Agropyron
cristatum) на различные дозы облучения нами установлено более высокое,
чем в контрольных растениях, содержание сахаров, аскорбиновой кислоты,
хлорофиллов “а” и “в”. Действуя на физическую и химическую структуру
хромосом, радиация вызывает наследственные изменения – мутации.

Многочисленные исследования показали, что эффекты радиоактивного
облучения в значительной степени зависят от радиочувствительности
организмов, от вида радиации и от режима облучения, т.е. от
распределения дозы во времени или от ее мощности. Е.И.Преображенская
(1971) изучила радиочувствительность у 700 видов и сортов растений и
разделила их по этому свойству на три больших группы:
радиочувствительные, выдерживающие дозы облучения от 150 до 250 Гр,
среднечувствительные – 250–1000 Гр и радиоустойчивые – более 1000 Гр. По
современным представлениям радиоустойчивость-радиочувствительность
определяется следующими основными факторами: а) объем и структурная
организация генома; б) активность природных защитных и сенсибилизирующих
систем; в) уровень активности ферментов репарации; г) гетерогенность
клеток и возможность репопуляции (Кузин, Каушанский, 1981).

Наиболее важной особенностью всех загрязнителей окружающей среды
является их способность вызывать наследственные изменения – мутации. Для
иллюстрации приведем лишь один пример из множества экспериментальных
данных, полученных к настоящему времени. При оценке последствий
воздействия ядерных испытаний и других антропогенных загрязнений было
проведено сравнительное изучение популяций дикорастущих и культурных
растений из чистых (контрольных) и подвергшихся радиоактивному
загрязнению районов Алтайского края. При этом была установлена более
высокая частота клеток с перестройками хромосом у гороха, житняка,
гречихи, собранных в загрязненных районах, по сравнению с частотой
перестроек у тех же видов, взятых из контрольных районов. Кроме того,
методом электрофореза в полиакриламидном геле установлен широкий
полиморфизм по спектру запасного белка семян дикорастущих популяций
житняка гребенчатого (Agropyron cristatum). При этом выявлено, что число
вариантов запасного белка в популяциях из контрольных районов оказалось
существенно ниже, чем в популяциях из загрязненных районов. Эти данные
указывают на повышенный уровень мутационного процесса в растительных
популяциях загрязненных районов (Шумный и др., 1993).

При рассмотрении эффектов действия загрязнителей, и в первую очередь
действия радиации на природные популяции, выявляется сложное
взаимодействие повышенного уровня мутирования и отбора, направленного на
элиминацию вновь индуцированных мутаций, которые, как правило, понижают
жизнеспособность. Однако действие отбора неоднозначно. Он направлен не
только на элиминацию полулетальных и летальных мутаций, но и на
поддержание мутаций, повышающих жизнеспособность и резистентность
организмов к мутагенному фактору. Возникновение и отбор таких мутаций
ведет к глубоким изменениям популяций, подвергнутых воздействию
загрязнителей.

В естественных условиях обитания растительные организмы представлены
преимущественно в виде более или менее сложных сообществ (фитоценозов),
в которых все составляющие тесно связаны друг с другом и с компонентами
внешней среды. Общим биологическим эффектом загрязнителей среды является
снижение биомассы фитоценоза и обеднение его видового состава.

Краткий экскурс в проблему загрязнителей окружающей среды приводит нас к
убеждению в том, что они являются не только факторами, ингибирующими
жизнеспособность живых организмов, но и мощными факторами процесса
формообразования. Они могут изменять направление и темпы формирования
естественных популяций и культигенов, вплоть до биоценозов. К настоящему
времени накопилось достаточно данных, свидетельствующих о том, что виды
и популяции включают в свою структуру как устойчивые особи, так и
восприимчивые к различным загрязняющим факторам. При этом наблюдается
значительное варьирование по этому признаку. По данным Brennan, Hаlisky
(1970), изучивших устойчивость некоторых травянистых растений к озону и
двуокиси серы, полевица и однолетний мятлик оказались наименее
устойчивыми, свинорой был наиболее устойчив, а многолетний райграс и
овсяница красная имели промежуточную реакцию.

Анализ литературных данных показывает, что имеются существенные различия
между видами растений по их способности концентрировать радионуклиды.
При прочих равных условиях наиболее эффективными накопителями
стронция-90 являются зернобобовые (горох, люпин) и бобовые травы, затем
корнеплоды; в меньшей степени радионуклиды накапливают зерновые (овес,
пшеница) и кормовые злаки (Федоров и др., 1989).

Проведенный нами полевой и лабораторный анализ различных видов
дикорастущих растений позволил установить наличие внутривидового
полиморфизма по способности концентрировать стронций-90. Было
установлено, что популяции состоят из растений, эффективно и не
эффективно концентрирующих этот радионуклид, причем первые концентрируют
в 2–37 раз больше, чем вторые. Доля растений с высокой концентрирующей
способностью может достигать 10%.

Все это наталкивает на мысль о необходимости и возможности селекции на
устойчивость к загрязняющим факторам среды. С другой стороны,
способность некоторых форм концентрировать большие количества
загрязнителей, и в первую очередь радионуклиды, порождает надежду на
возможность создания форм растений-очистителей среды от активных
изотопов, тяжелых металлов и других загрязнителей. Это предположение
имеет под собой теоретическое обоснование. В.И.Вернадский (1940)
указывал, что химический состав организмов может быть таким же видовым
признаком, как и их морфологические особенности, и различал виды
организмов, богатые данным элементом, и обычные. Иными словами,
способность концентрировать различные элементы в больших количествах
детерминирована генетической системой вида, популяции и отдельных особей
и, следовательно, они могут быть подвергнуты искусственному отбору.

На сегодняшний день становится актуальной задача изучения генетики
признаков устойчивости к загрязняющим факторам среды, поиска и
сохранения геноисточников устойчивости и создания сортов, резистентных к
высоким концентрациям “загрязнителей”, а также сортов, способных
абсорбировать в больших количествах токсические вещества.

Автор не оригинален в постановке обсуждаемой задачи. Она была
рассмотрена в книге А.А.Жученко (1980) “Экологическая генетика
культурных растений”, но вопрос стал настолько злободневным
(незагрязненные пространства уменьшаются с каждым днем, подобно
“шагреневой коже”), что к нему приходится обращаться неоднократно.

Список литературы.

Бессонова В.П. // Экология. –1992. – № 4. – С. 45– 50.

Булатов В.И. Россия радиоактивная. – Новосибирск: ЦЭРИС, 1996. – 267 с.

Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1940.
– 387 с.

Гофман Дж. Рак, вызываемый облучением в малых дозах. – М:
Социально-экологический союз, 1994. – 354 с.

Жученко А.А. Экологическая генетика культурных растений. – Штиинца,
1980. – 587 с.

Кузин А.М., Каушанский Д.А. Прикладная радиобиология. – М: Энергоиздат,
1981.

Преображенская Е.И. Радиоустойчивость семян растений. – М: Атомиздат,
1971. – C. 456.

Федоров Е.А. и др. // Экология. – 1989. – № 5. – С. 79–83.

Шумный В.К. и др. Генетические эффекты антропогенных факторов среды. –
1993.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020