Влияние раздельного и сочетанного действия γ -излучения и нитрата свинца на всхожесть, антиоксидантный статус и цитогенетические показатели проростков ярового ячменя

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Воздействие γ-излучения на семена в дозе 20 Гр и концентрацией свинца 2 мг/мл существенно модифицирует оксидативный статус растений ячменя. Свинец в исследованной концентрации угнетает развитие проростков, но уступает воздействию γ-излучения в способности индуцировать цитогенетические нарушения в корневой меристеме. Токсичность свинца гораздо больше сказывается на корнях, чем на побегах, поскольку корни непосредственно взаимодействуют с раствором свинца. Предварительное γ-облучение семян модифицирует оксидативный статус растений, что снижает негативное действие свинца на всхожесть семян и митотическую активность клеток. Сочетанное действие свинца и ионизирующего излучения не ведет к усилению оксидативного стресса и увеличению частоты цитогенетических нарушений по сравнению с их раздельным действием.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Станислав Алексеевич Гераськин

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Автор, ответственный за переписку.
Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9978-3049
Россия, Обнинск

Александр Арменович Празян

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
Россия, Обнинск

Денис Владимирович Васильев

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0463-0029
Россия, Обнинск

София Валерьяновна Битаришвили

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3623-7128
Россия, Обнинск

Алёна Сергеевна Смирнова

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-1263-9188
Россия, Обнинск

Екатерина Михайловна Шестерикова

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6737-5753
Россия, Обнинск

Анастасия Сергеевна Ханова

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1171-0844
Россия, Обнинск

Иван Андреевич Пишенин

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2633-9251
Россия, Обнинск

Елизавета Александровна Казакова

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2975-5891
Россия, Обнинск

Екатерина Сергеевна Квичанская

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7519-9550
Россия, Обнинск

Мария Александровна Лыченкова

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6148-2021
Россия, Обнинск

Дарья Дмитриевна Бабина

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2544-9667
Россия, Обнинск

Марина Юрьевна Король

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0911-2650
Россия, Обнинск

Яна Александровна Блинова

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
Россия, Обнинск

Михаил Сергеевич Подлуцкий

НИЦ “Курчатовский институт” – ВНИИРАЭ

Email: stgeraskin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7890-0469
Россия, Обнинск

Список литературы

  1. Palumbl S.R. Humans as the world’s greatest evolutionary force. Science. 2001;293:1786–1790.
  2. Aslam M., Aslam A., Sheraz M. et al. Lead toxicity in cereals: Mechanistic insight into toxicity, mode of action, and management. Front. Plant Sci. 2021;11:587785.
  3. Санжарова Н.И., Цыгвинцев П.Н., Анисимов В.С. и др. Тяжелые металлы в агроценозах: миграция, действие, нормирование. Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ, 2019. 398 с. [Sanzharova N.I., Tsigvintsev P.N., Anisimov V.S. et al. Tiazholie metally v agrotsenozah: migratsia, deistvie, normirovanie. Obninsk: FGBNU VNIIRAE, 2019. 398 p. (In Russ.)]
  4. Алексахин Р.М., Фесенко С.В., Гераськин С.А. и др. Методика оценки экологических последствий техногенного загрязнения агроэкосистем. М., 2004. 88 с. [Alexakhin R.M., Fesenko S.V., Geras’kin S.A. et al. Metodika otsenki ekologicheskih posledstviy technogennogo zagriazneniya agroekosistem. M., 2004. 88 p. (In Russ.)]
  5. Gudkov S.V., Grinberg M.A., Sukhov V., Vodeneev V. Effect of ionizing radiation on physiological and molecular processes in plants. J. Environ. Radioactiv. 2019;202:8-24.
  6. Choudhury F.K., Rivero R.M., Blumwald E., Mittler R. Reactive oxygen species, abiotic stress and stress combination. Plant J. 2017;90:856–867.
  7. Geras’kin S.A., Kim J.K., Dikarev V.G. et al. Cytogenetic effects of combined radioactive (137Cs) and chemical (Cd, Pb, and 2,4-D herbicide) contamination on spring barley intercalar meristem cells. Mutat. Res. 2005;586:147–159.
  8. Qi W., Zhang L., Wang L. et al. Pretreatment with low-dose gamma irradiation enhances tolerance to the stress of cadmium and lead in Arabidopsis thaliana seedlings. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015;115:243–249.
  9. Wang X., Ma R., Cui D. et al. Physio-biochemical and molecular mechanism underlying the enhanced heavy metal tolerance in highland barley seedlings pretreated with low-dose gamma irradiation. Scient. Rep. 2017;7:14233.
  10. Mohammed A.H.M.A., Mohamed H.I., Zaki L.M., Mogazy A.M. Pre-exposure to gamma rays alleviates the harmful effect of salinity on cowpea plants. J. Stress Physiology & Biochemistry. 2012; 8(4):199–217.
  11. Козьмин Г.В., Гераськин С.А., Санжарова Н.И. и др. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ, 2015. 400 с. [Kozmin G.V., Geras’kin S.A., Sanzharova N.I. et al. Radiatsionnie tekhnologii v selskom hoziaistve I pischevoy promishlennosti. Obninsk: FGBNU VNIIRAE, 2015. 400 p. (In Russ.)]
  12. Newton A.S., Flavell A.J., George T.S. et al. Crops that feed the world 4. Barley: a resilient crop? Strengths and weaknesses in the context of food security. Food Security. 2011;3(2):141.
  13. Geras’kin S, Churyukin R, Volkova P. Radiation exposure of barley seeds can modify the early stages of plants’ development. J. Environ. Radioactiv. 2017;177:71–83.
  14. Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С., Гераськин С.А. Внутривидовой полиморфизм ярового ячменя (Hordeum vulage L.) по устойчивости к действию свинца. Сельскохоз. биология. 2014;(5):78–87. [Dikarev A.V., Dikarev V.G., Dikareva N.S., Geras’kin S.A. Vnutrividovoy polimorphizm yarovogo yachmenia (Hordeum vulage L.) po ustoichvosti k deystviyu svintsa. Selskohoziaistvennaya biologia. 2014;(5):78–87. (In Russ.)]
  15. ГОСТ 12038–84 Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Стандарты на методы контроля. М.: Стандартинформ, 2002. 28 с. [GOST 12038-84 Mezgosudarstvenniy standart. Semena selskohoziaystvennih kultur. Metodi opredelenia vshozesti. Standarti na metodi kontrolia. M.: Standartinform, 2002. 28 p. (In Russ.)]
  16. Бабаян Р.С. Проращивание семян в рулонах из фильтровальной бумаги и полиэтиленовой пленки. Сельскохоз. биология. 1981;(3):473–475. [Babayan R.S. Prorschvanie semian v rulonah iz filtrovalnoy bumagi i polietilenovoy plenki. Selskohoziaystvennaya biologia. 1981;(3):473–475. (In Russ.)]
  17. Walker J.R.L. Enzyme isolation from plants and the phenolic problem. – What’s New. Plant Physiol. 1980;11:33–36.
  18. Биссвенгер Х. Практическая энзимология. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 328 с. [Bissvanger H. Prakticheskaya enzimologia. M.: BINOM. Laboratoria znaniy, 2013. 328 p. (In Russ.)]
  19. Разыграев А.В., Петросян М.А., Базиян Е.В., Полянских Л.С. Исследование активности каталазы в гетеротопиях в экспериментальной модели эндометриоза. Журн. акушерства и женских болезней. 2019;68(6):57–63. [Razigrayev A.V., Petrosian M.A., Baziyan E.V., Polianskih L.S. Issledovanie aktivnosti katalazy v geterotopiyah v eksperimentalnoy modely endometrioza. Zurnal akusherstva i zenskih bolezney. 2019;68(6):57–63. (In Russ.)]
  20. Verma S., Dubey R.S. Lead toxicity induces lipid peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants . Plant Science. 2003;164:645–655.
  21. Zhang Z., Huang R. Analysis of malondialdehyde, chlorophyll proline, soluble sugar, and glutathione content in Arabidopsis seedling. Bio Protocol. 2013;3(14):e817.
  22. 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):130–137. [Geras’kin S.A., Fesenko S.V., Cherniaeva L.G., Sanzharova N.I. Statisticheskie metody analiza empiricheskih raspredeleniy koeffitsientov nakoplenia radionuklidov rasteniyami. Selskohoziaystvennaya biologia. 1994;(1): 130–137. (In Russ.)]
  23. Обручева Н.В., Антипова О.В. Физиология инициации прорастания семян. Физиология растений. 1997;44(2):287–302. [Obrucheva N.V., Antipova O.V. Fiziologia initsiatsii prorastania semian. Fisiologia rasteniy. 1997;44(2):287–302. (In Russ.)]
  24. Bailly C., El-Maarouf-Bouteau H., Corbineau F. From intracellular signaling networks to cell death: the dual role of reactive oxygen species in seed physiology. C.R. Biologies. 2008;331:806–814.
  25. Обручева Н.В., Антипова О.В. Запуск роста осевых органов и его подготовка при прорастании семян, находящихся в вынужденном покое. 2. Инициация “кислого” роста в осевых органах семян кормовых бобов. Физиология растений. 1994;41(3):443–447. [Obrucheva N.V., Antipova O.V. Zapusk rosta osevih organov i ego podgotovka pri prorastanii semian nahodiaschihsia v vinuzdennom pokoe. 2. Initsiatsia “kislogo” rosta v osevih organah semian kormovih bobov. Fisiologia rasteniy. 1994;41(3):443–447. (In Russ.)]
  26. Poschenrieder C., Cabot C., Martos S. et al. Do toxic ions induce hormesis in plants? Plant Science. 2013;212:15–25.
  27. Верхотуров В.В. Физиолого-биохимические процессы в зерновках ячменя и пшеницы при их хранении, прорастании и переработке: Автореф. дисс. д-ра биол. наук. М., 2008. 38 с. [Verhoturov V.V. Fisiologo-biohimicheskie protsessi v zernovkah yachmenia i pshenitsi pri ih hranenii prorastanii i pererabotke: Avtoref. Diss. d.b.n. M., 2008. 38 p. (In Russ.)]
  28. Sharma I., Ahmad P. Catalase: a versatile antioxidant in plants. Ahmad P (ed.) Oxidative damage to plants – antioxidant networks and signaling. San Diego: Academic Press, 2014. P. 131–148.
  29. Caverzan A., Passaia G., Rosa S.B. et al. Plant responses to stresses: role of ascorbate peroxidase in the antioxidant protection. Gen. Mol. Biol. 2012;35:1011–1019.
  30. Sharma P., Jha A.B., Dubey R.S., Pessarakli M. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. J. Botany. 2012. 217037.
  31. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Zulfiqar F. et al. Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress: revisiting the crucial role of a universal defense regulator. Antioxidants (Basel). 2020;9(8):681.
  32. Soares C., Carvalho M.E.A., Azevedo R.A., Fidalgo F. Plants facing oxidative challenges – a little help from the antioxidant networks. Environ. Experim. Botany. 2019;161:4–25.
  33. Dorion S., Ouellet J.C., Rivoal J. Glutathione Metabolism in Plants under Stress: Beyond Reactive Oxygen Species Detoxification. Metabolites. 2021;11(9):641.
  34. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Anee T.I. et al. Regulation of ascorbate-glutathione pathway in mitigating oxidative damage in plants under abiotic stress. Antioxidants. 2019;8:384.
  35. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения. Физиология растений. 2001;48(4):606–630. [Seregin I.V., Ivanov V.B. Fiziologicheskie aspekti toksicheskogo deystvia kadmia i svintsa na visshie rastenia. Fisiologia rasteniy. 2001;48(4):606–630. (In Russ.)]
  36. Patra M., Bhowmik N., Bandopadhyay B., Sharma A. Comparison of mercury, lead and arsenic with respect to genotoxic effects on plant systems and the development of genetic tolerance. Environ. Experim. Botany. 2004;52(3):199–223.
  37. Гераськин С.А., Дикарев В.Г., Удалова А.А., Дикарева Н.С. Влияние комбинированного действия ионизирующего излучения и солей тяжелых металлов на частоту хромосомных аберраций в листовой меристеме ярового ячменя. Генетика. 1996;32(2):279–288. [Geras’kin S.A., Dikarev V.G., Udalova A.A., Dikareva N.S. Vliyanie kombinirovannogo deystvia ioniziruyuschego izluchenia i soley tiazolih metallov na chastotu hromosomnih aberratsiy v listovoy meristeme yarovogo yachmenia. Genetika. 1996;32(2):279–288. (In Russ.)]
  38. Евсеева Т.И., Гераськин С.А., Вахрушева О.М. Оценка вклада факторов радиационной и химической природы в формирование биологических эффектов в популяции горошка мышиного с территории складирования отходов радиевого производства (пос. Водный, Республика Коми). Радиац. биология. Радиоэкология. 2014;54(1):85–96. [Evseeva T.I., Geras’kin S.A., Vahrusheva O.M. Otsenka vklada faktorov radiatsionnoy i himicheskoy prirody v formirovanie biologicheskih effectov v populiatsii goroshka mishinogo s territorii skladirovania othodov radievogo proizvodstva (pos. Vodniy, Rspublika Komi). Radiatsionnaya biologia. Radioecologia. 2014;54(1):85–96. (In Russ.)]
  39. Micieta K., Murin G. Three species of genus Pinus suitable as bioindicators of polluted environment. Water Air Soil Pollution. 1998;104:413–422.
  40. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Условия проращивания ячменя (А) рулонным методом для биохимических исследований и (Б) в чашках Петри для цитогенетического анализа.

Скачать (78KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Активность каталазы в побегах (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца. * Значимо относительно контроля, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни.

Скачать (36KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Активность аскорбатпероксидазы в побегах (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца. * Значимо относительно контроля, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни. + Значимо относительно сочетанного действия факторов, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни.

Скачать (36KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Активность гваяколовой пероксидазы в побегах (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца.

Скачать (33KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Концентрации аскорбиновой кислоты в побегах (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца. * Значимо относительно контроля, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни. + Значимо относительно облученных растений, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни.

Скачать (41KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Концентрации окисленного глутатиона в побегах (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца. ▼ Значимо относительно облученных растений, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни.

Скачать (38KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Концентрации восстановленного глутатиона в ростках (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца. * Значимо относительно контроля, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни. ▼ Значимо относительно облученных растений, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни.

Скачать (32KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Концентрации МДА в побегах (А) и корнях (Б) 7-суточных проростков ячменя после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и свинца. * Значимо относительно контроля, p < 0.05, U-тест Манна–Уитни. ▼ Значимо относительно облученных растений, p < 0.05, U-тест, U-тест Манна–Уитни.

Скачать (34KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Всхожесть семян (А) и митотический индекс в клетках корневой меристемы проростков ячменя (Б) на 7-е сутки проращивания после раздельного и сочетанного действия γ-излучения и соли свинца. * Отличие от контроля статистически значимо, p < 0.05.

Скачать (43KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025