Способ биоиндикации радионуклидного загрязнения местности

(51) 01 1/167 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ радиобиологического тестирования территорий,подвергшихся радиоактивному загрязнению. Упрощение способа и использование в качестве вида - индикатора доступных растений - достигается тем, что в способе биоиндикации радионуклидного загрязнения местности, включающем изучение анатомического показателя у вида-индикатора, по результатам которого проводят биоиндикацию и судят о дозах радионуклидного загрязнения исходя из количества образовавшихся аномалий, согласно изобретению, в качестве вида - индикатора используют Тонконог гребенчатый, Овсяницу валлийскую (типчак), Житняк гребенчатый или Ковыль сарептский, в качестве анатомического показателя исследуют молодые колоски и метелки, а радионуклидное загрязнение выявляют при увеличении количества стерильных пыльцевых зерен и/или наличии плазмолиза в клетках.(72) Нурушева Ажар Мухитовна Хайленко Нина Александровна Кадырова Нурия Жумахметовна Султанова Бакытжамал Мендикановна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт радиационной безопасности и экологии Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный ядерный центр Республики Казахстан Министерства индустрии и новых технологий Республики Казахстан(54) СПОСОБ БИОИНДИКАЦИИ РАДИОНУКЛИДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕСТНОСТИ(57) Изобретение относится к радиобиологии и анатомии растений и может быть использовано для Изобретение относится к радиобиологии и анатомии растений и может быть использовано для радиобиологического тестирования территорий,подвергшихся радиоактивному загрязнению. Известен способ радиационного мониторинга экосистем по биоиндикации радиоактивного загрязнения территорий по хвое деревьев и кустарников, включающий отбор, приготовление проб и радиационный анализ, заключающийся в использовании хвои в качестве биоиндикатора радиоактивного загрязнения при проведении радиологического обследования территории, при этом создают банк эталонов фонового содержания радионуклидов в хвое основных лесообразующих пород для всех регионов, проводят полевой и лабораторный этапы работ, включающих заложение пробной площади, описание древостоя, отбор проб для определения как фонового, так и повышенного содержания радионуклидов в хвое основных лесообразующих пород в разных типах лесных массивов, для этого закладывают пробную площадь стандартного размера 2020 м, составляют описание древостоя состав древостоя, выраженный в виде формулы, включающей буквенные символы древесных пород и значение каждого вида,оцененное по 10-балльной шкале, и сомкнутость крон определяют глазомерно в десятых долях от единицы на всей пробной площади, оценивая ее в разных местах, характеристику пород деревьев по ярусам высоту, возраст деревьев, диаметр стволов и высоту прикрепления крон, а затем в пределах пробной площади с нижних частей крон лесообразующих пород на высоте 1,5-1,8 м секатором отсекают ветки, образцы хвои с них дифференцируют на фракции хвоя текущего года,хвоя второго года и ветки, после чего их упаковывают в бумажные мешки, которые снабжают этикетками, при этом отбор проб с каждого дерева проводят по румбовой сетке с северной, восточной, южной и западной сторон, а пробы транспортируют в лабораторию. Приготовление проб состоит из 2-х этапов оперативного и стандартного на оперативное приготовление проб отводят до 10 мин, а на стандартное до 1 ч. При оперативном приготовлении пробы хвою тщательно измельчают,взвешивают и помещают в стакан одноразового пользования объемом 1000 см 3, стакан маркируют и передают на радиационный замер изотопного состава и проводят -спектрометрию (Патент РФ 2154937, кл. А 01 23/00, 2000). Данный способ характеризуется сложностью осуществления. Известен способ биоиндикации радионуклидного загрязнения местности,включающий изучение анатомического показателя у вида-индикатора, по результатам которого проводят биоиндикацию, при этом у вида-индикатора березы повислой или пушистой в качестве анатомического показателя изучают микроструктуру стебля на поперечных срезах зрелых побегов и судят о дозах радионуклидного загрязнения по расчетной кривой, 2 исходя из количества образовавшихся аномалий.(Патент 2092870 1, кл. 01 1/167, 1997). Использование березы в качестве вида индикатора усложняет способ, так как береза не является распространенным видом и растет на ограниченных территориях,что сужает технологические возможности способа. Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет использования в качестве вида - индикатора распространенного растения. Достигаемый результат - упрощение способа и использование в качестве вида - индикатора доступных растений. Для этого в способе биоиндикации радионуклидного загрязнения местности,включающем изучение анатомического показателя у вида-индикатора, по результатам которого проводят биоиндикацию и судят о дозах радионуклидного загрязнения исходя из количества образовавшихся аномалий, согласно изобретению, в качестве вида индикатора используют Тонконог гребенчатый,Овсяницу валлийскую(типчак),Житняк гребенчатый или Ковыль сарептский, в качестве анатомического показателя исследуют молодые колоски и метелки, а радионуклидное загрязнение выявляют при увеличении количества стерильных пыльцевых зерен и/или наличии плазмолиза в клетках. Изобретение поясняется изображениями, где на фиг. 1 представлена лопасть рыльца контрольного растения вида Тонконог гребенчатый, при мощности эквивалентной дозы гамма-излучения 0,11 мкЗв/ч и плотности потока бета-излучения 10 част/(минсм 2) на фиг. 2 - фертильные пыльцевые зерна у того же контрольного растения на фиг. 3 пыльцевые зерна с плазмолизом у вида Тонконог гребенчатый, растущего на площадках со средним уровнем загрязнения (Б 19-0-23), при мощности эквивалентной дозы гамма-излучения 5,5 мкЗв/ч и плотности потока бета-излучения 322 част/(минсм 2) на фиг. 4 - пыльцевые зерна со спермиями у вида Тонконог гребенчатый, растущего на площадках со средним уровнем загрязнения (Б-19-0-23), при мощности эквивалентной дозы гаммаизлучения 5,5 мкЗв/ч и плотности потока бетаизлучения 322 част/(минсм 2) на фиг 5 - разный размер пыльников в одном цветке у вида Тонконог гребенчатый, отобранного на среднем уровне радиационного загрязнения (Б 19-0-23), при мощности эквивалентной дозы гамма-излучения 5,5 мкЗв/ч и плотности потока бета-излучения 322 част/(минсм 2) на фиг. 6 - фертильное пыльцевое зерно со спермиями у вида Тонконог гребенчатый,отобранного на высоком уровне радиационного загрязнения (Б 19-0-22), МЭД гамма-излучения 20,7 мкЗв/ч, плотность потока бета-излучения 130 част/(минсм 2) на фиг. 7 - стерильное пыльцевое зерно у вида Тонконог гребенчатый, отобранного также на высоком уровне радиационного загрязнения (Б 19-0-22), МЭД гамма-излучения 20,7 мкЗв/ч, плотность потока бета-излучения 130 част/(минсм 2) на фиг. 8 - фертильные пыльцевые зерна со спермиями и стерильное пыльцевое зерно у вида Тонконог гребенчатый, клетки тапетума представлены структурами с бусинками, (Б 190-22), высокий уровень радиационного загрязнения(Б 19-0-22), МЭД гамма-излучения 20,7 мкЗв/ч,плотность потока бета-излучения 130 част/(минсм 2) Процесс индуцированного, в данном случае радиационного мутагенеза, является очень сложным и тесно связанным, прежде всего, с клеточным метаболизмом. Степень поражения радиацией генетического аппарата основывается на трех взаимосвязанных процессах а) физических особенностях разных видов ионизирующих излучений,дающих разную микрогеометрию энергии в клетке и в первую очередь разную линейную потерю энергии б) условиях в момент и после облучения в) эволюционных, видовых и индивидуальных различий в системе естественной защиты. Важны также и системы репарации в клетках,как соматических, так и в половых, которые у высших растений начинают работать сразу же, как только клетки вида попадают под излучение, т.е. с одной стороны - воздействие ионизирующего излучения на хромосомный и клеточный аппараты клетки, а с другой стороны - мощные системы репарации. По мере возрастания концентрации радионуклидов в почве и семенах, прослеживается тенденция к увеличению частоты хромосомных аберраций, нагруженности клеток, в основном фрагментами, и возрастанием частоты отставания хромосом при расхождении их к полюсам делящихся клеток. Для цитогенетических исследований был собран материал на территории бывшего Семипалатинского испытательного ядерного полигона. Исследования проводили на молодых колосках и метелках, не вышедших из влагалища верхнего листа. Материалом для исследований послужили следующие виды растений 1. Овсяница валлийская (типчак) (),контроль (код ИРБЭ - 2006 - К-У-10-0-28), место отбора - Чайковка, предгорья Семей-тау средний уровень мощности эквивалентной дозы гамма- излучения (Б 10-0-29), место отбора Балапан, Атомное озеро, северо - западная часть отвалов высокий уровень, место отбора - Балапан, район скважины 1080. 2. Житняк гребенчатый ( ),контроль (К-У-16-0-25), место отбора - Чайковка,предгорья Семей-тау низкий уровень МЭД (Б 16-0-9) место отбора- Балапан, древнеаллювиальная равнина Шагана на уровне Койтаса средний уровень МЭД (Б 16-0-24) место отбора - Балапан, Атомное озеро, западная часть отвалов высокий уровень МЭД (Б 16-0-12), место отбора - Балапан, Атомное озеро, северозападная часть отвалов. 3. Тонконог гребенчатый ( ),контроль (К-У-19-0-27), место отбора - Чайковка,предгорья Семей-тау средний уровень МЭД (Б 19-0-23), место отбора - Балапан, Атомное озеро, западная часть отвалов высокий уровень МЭД (Б 19-0-22), место отбора - Балапан, Атомное озеро, западная часть отвалов 4. Ковыль сарептский ( ), средний уровень МЭД (Б 15-0-29) - место сбора - Балапан,район скважины 1301. В качестве объекта исследований был выбран тонконог гребенчатый - один из злаков,встречающихся наиболее часто в степных фитоценозах Семипалатинского ядерного полигона. Предлагаемый метод включает следующие этапы- фиксацию материала для исследований молодые колоски и метелки, не вышедшие из влагалища верхнего листа, фиксируют в утренние часы в свежеприготовленном реактиве Карнуа, с некоторыми модификациями- окрашивание материала - цветков и пыльников с микроспороцитами - проводят в 2-ном растворе ацетокармина, приготовленном по стандартной методике для окраски микроспороцитов у злаков. При анализе учитывают интенсивность окраски всех структур цветков и пыльников, а также подсчитывают количество клеток микроспороцитов с нормальным течением мейоза и с различными нарушениями процессов мейоза. Кроме того,подсчитывают количество нормально окрашенных (фертильных) пыльцевых зерен и неокрашенных (стерильных) пыльцевых зерен в 100 полях зрения микроскопа- фотографирование всех картин мейоза, а также цветков, пыльников и пыльцевых зерен с помощью видеокамерыСАМ 200- обработка полученных снимков с помощью компьютерной программыверсии 2.4.- анализ структуры цветков у контрольных растений(К-У-19-0-27),при мощности эквивалентной дозы гамма-излучения 0,11 мкЗ в/ч и плотности потока бета-излучения 10 част/(минсм 2), где наблюдали нормальное развитие всех структур цветка- анализ структуры женского и мужского гаметофитов в цветках контрольных растений, где наблюдали хорошо развитые завязи и фертильные пыльники- анализ картин мейоза у контрольных растений,где наблюдали нормальное течение мейоза, а также фертильные и стерильные пыльцевые зерна количество их достигало 98,36 и 1,64,соответственно- анализ структуры цветков у растений,растущих на площадках со средним уровнем загрязнения эквивалентной дозы гамма-излучения 5,5 мкЗв/ч и плотности потока бета-излучения 322 част/(минсм 2), где наблюдали как нормальное развитие цветков, с нормально же развитыми пыльниками или завязями, так и недоразвитые цветки- анализ структуры женского и мужского гаметофитов в цветках у растений вида тонконог гребенчатый (Б 19-0-23) при среднем уровне радиоактивного загрязнения (МЭД гамма-излучения на поверхности земли 5,5 мкЗ в/ч, плотность потока бета-излучения 322 част/(минсм 2, у которых отсутствовали все компоненты женского и мужского гаметофита, или же они находились в зачаточном состоянии. Пыльники были крошечные,слабо окрашенные. Единичные цветки имели хорошо развитые завязи и фертильные пыльники- анализ картин мейоза у растения вида(Б 19-0-23), обитающем при среднем уровне радиоактивного загрязнения (МЭД гаммаизлучения на поверхности земли 5,5 мкЗ в/ч,плотность потока бета-излучения 322 част/(минсм 2, где наблюдали нормальное течение мейоза, а также фертильные и стерильные пыльцевые зерна - количество их достигало 97,17 и 2,83, соответственно. Пыльцевые зерна крупные,фертильные, хорошо окрашенные, но все с плазмолизом.- анализ структуры цветков у растений вида, растущих на площадках с высоким уровнем радиационного загрязнения (Б 19-0-22),при мощности эквивалентной дозы гамма-излучения 20,7 мкЗ в/ч и плотности потока бета-излучения 130 част/(минсм 2), где наблюдали развитие цветков, со всеми необходимыми структурами- анализ структуры женского и мужского гаметофитов в цветках у растений видапри высоком уровне радиационного загрязнения (Б 19-0-22) (МЭД гамма-излучения 20,7 мкЗ в/ч, плотность потока бета-излучения 130 част/(минсм 2 показал, что женский и мужской гаметофиты хорошо развиты, а часть пыльников были прозрачными, стерильными, но стерильных пыльцевых зерен очень мало, чаще всего внутри пыльников - конгломераты из слипшихся стерильных пыльцевых зерен.- анализ картин мейоза у растений, вида(Б 19-0-22) при высоком уровне радиационного загрязнения (МЭД гамма-излучения 20,7 мкЗ в/ч, плотность потока бета-излучения 130 част/(минсм 2 показал нормальное течение мейоза,а также фертильные и стерильные пыльцевые зерна- количество их достигало 96,17 и 3,83,соответственно. Таким образом,при выполнении всех вышеперечисленных этапов работы и анализируя полученные снимки, можно получить достоверные данные по уровню радионуклидного загрязнения в том или ином фитоценозе на площадках Семипалатинского ядерного полигона. Во - первых - по плазмолизу пыльцевых зерен. Во вторых - по развитию цветков у вида злака. В третьих - по развитию женского и мужского гаметофитов в цветках. Аналогичные данные получены и по всем остальным видам злаков - Овсяница валлийская(типчак), Житняк гребенчатый, Ковыль сарептский,составляющих большинство в степных фитоценозах Семипалатинского ядерного полигона. Указанные виды злаков могут служить биосферными тест-системами для определения степени риска в районе ядерного полигона. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ биоиндикации радионуклидного загрязнения местности, включающий изучение анатомического показателя у вида-индикатора, по результатам которого проводят биоиндикацию и судят о дозах радионуклидного загрязнения, исходя из количества образовавшихся аномалий,отличающийся тем, что в качестве вида индикатора используют Тонконог гребенчатый,Овсяницу валлийскую,типчак,Житняк гребенчатый или Ковыль сарептский, в качестве анатомического показателя исследуют молодые колоски и метелки, а радионуклидное загрязнение выявляют при увеличении количества стерильных пыльцевых зерен и/или наличии плазмолиза в клетках.