Общие закономерности

Эффект облучения отдельных органов растений и животных принципиально различен. Взаимосвязь разных органов у животных теснее, чем у растений, поэтому поражение отдельных внутренних органов животных ведёт к гибели всего организма. Кроме того, восстановительные процессы в замещении повреждённых тканей и органов в результате размножения выживших клеток в растениях имеют большее значение, чем у животных.

Отличительная черта высших растений (в отличие от позвоночных животных) состоит в том, что органогенез у них не ограничивается эмбриональным периодом, а протекает в течение всей жизни. Это возможно благодаря наличию у растений эмбриональных тканей – меристем, сохраняющих способность к клеточному делению на протяжении всего онтогенеза. Для этих тканей характерна очень высокая чувствительность к действию повреждающих факторов, включая ионизирующие излучения. Радиочувствительность меристем в десятки и сотни раз больше, чем у дифференцированных и специализированных тканей. Радиационное поражение меристем приводит к повреждению всего растения, а гибель этих тканей – к гибели всего организма. Именно поэтому меристемы растений принято называть критическими тканями. Способность меристем сохранять постоянный клеточный состав и поддерживать нормальные темпы клеточного деления определяет реакцию растения на облучение. Повреждение меристематических тканей на клеточном уровне находит отражение в эффектах на организменном уровне (связаны с нарушением ростовой активности: торможение роста, темпов развития, уменьшение выживаемости растений к концу вегетационного периода). Поэтому по таким визуально видимым после облучения признакам, как изменение размеров растения, отдельных органов, их количества, массы вещества, можно судить о действии излучения на растение в целом.

Визуально обнаруживаемый эффект угнетения ростовых процессов у растений проявляется после разового облучения обычно в первые 5–7 суток. У злаковых культур, облучённых дозой 2 000–3 000 рад, наблюдается торможение роста главного побега в высоту вследствие подавления митотической активности в меристемах узлов стебля. В дальнейшем, из-за снятия апикального доминирования, происходит активация покоящихся центров и начинается рост боковых побегов. У злаковых растений это выражается в мощном кущении, у двудольных усиливается ветвление. При облучении злаковых культур часто наблюдается увеличение вегетативной массы. Так, при остром облучении пшеницы в фазе развития 2–4 листа дозой 2000–3000 рад общая кустистость может повышаться в 3 раза. Хроническое облучение в некоторых случаях способствует почти 25-кратному увеличению кущения, это приводит к увеличению вегетативной массы к моменту уборки почти в 6 раз. В ряде случаев действие больших доз повышает темпы развития растения вследствие активации процессов старения (растения быстрее зацветают и созревают).

Заметные генетические повреждения выявляются при облучении вегетирующих растений дозами 30–50 Гр (3000–5000 рад): здесь часто проявляются хлорофилльные мутации. Многообразны и морфологические типы мутаций. У пшеницы встречаются: высоко- и низкорослые, карлики, полукарлики, растения с ветвящимися или стелющимися стеблями, с вегетативным стеблем, появляющимся из наземных узлов. Изменяется форма и размер листьев, исчезает восковой налёт и т. д. Для многих сельскохозяйственных культур зависимость числа хромосомных аберраций от дозы излучения носит линейный характер, свидетельствуя о беспороговости этой реакции.

При действии на семена или вегетирующие растения дозами в диапазоне 10⁴–10⁵ Гр (10⁶–10⁷ рад) наступает так называемая гибель под лучом. Острое лучевое поражение приводит к отмиранию растения через несколько часов после облучения.

Пострадиационное восстановление растений охватывает все уровни организации растительного организма (от молекулярного до организменного) и может осуществляться путём ускоренного синтеза новых молекул или воспроизводства клеток взамен поражённых и погибших. Важное значение для восстановления продуктивности культуры при облучении растений имеет регенерационное восстановление: за счёт покоящихся тканей и органов развиваются побеги и формируются новые части растений, практически лишённые признаков лучевого поражения. В этом заключается уникальная способность растительного организма достигать частичного или даже полного восстановления жизнедеятельности.

Например, при облучении молодых растений пшеницы дозой 12 Гр продуктивная кустистость увеличивается в 2 раза, это приводит к увеличению урожая зерна. Дозу облучения вегетирующих растений, при которой наблюдается эффект снятия апикального доминирования, принято считать критической. Для бобовых она составляет около 5 Гр, для пшеницы – 8–12, для ячменя – не более 4, для овса – 6–16 Гр. Пострадиационное восстановление растений – это тоже радиационный эффект.