Osvita.ua Вища освіта Реферати Екологія Радіологічне забруднення природи: фітоіндикація. Реферат
Провідні компанії та навчальні заклади Пропозиції здобуття освіти від провідних навчальних закладів України та закордону. Тільки найкращі вищі навчальні заклади, компанії, освітні курси, школи, агенції. З питань розміщення інформації звертайтесь за телефоном (044) 200-28-38.

Радіологічне забруднення природи: фітоіндикація. Реферат

Роль лісів у первинному затриманні радіоактивних викидів. Формування радіаційного синдрому у рослин. Летальний вилив іонізуючого випромінювання на рослину. Вплив іонізуючого випромінювання на меристеми, стебло, листя, хвою. Вплив іонізуючого випромінювання на репродуктивну сферу. Вплив іонізуючого випромінювання на насіння

Роль лісів у первинному затриманні радіоактивних викидів

На етапі первинного випадання радіонуклідів з атмосфери поле радіоактивного забруднення формується під впливом метеорологічних і ландшафтних факторів. Найбільш значущими з ландшафтних факторів є: рельєф земної поверхні, тип рослинності, гідрографічна мережа, що об'єднуються терміном - підстилаюча поверхня. Всі фізичні процеси, що відбуваються в нижніх шарах атмосфери, формуються під впливом підстилаючої поверхні.

Осідання часток аерозолів на земну поверхню зумовлюється залежно від їх розміру впливом гравітаційних сил і турбулентного перемішування повітря. Розміри часток коливаються в досить значних межах - від 0,001 до 800 мкм. Поведінка легких часток малого розміру (до 200 мкм) біля межі поділу атмосфера - земля більшою мірою визначається турбулентною дифузією, тому швидкість їх осідання змінюється залежно від характеру підстилаючої поверхні.

Зі всіх елементів підстилаючої поверхні найбільшою мірою змінюють турбулентну структуру вітру лісові насадження. Трансформація структури потоку полягає в зменшенні вертикальних пульсацій швидкості вітру і в утворенні менших вихорів під впливом лісу.

Впливаючи таким чином через трансформацію повітряних потоків на осідання аерозольних часток лісові насадження відіграють важливу роль у формуванні полів радіоактивного забруднення. Вони виконують функцію своєрідних фільтрів - накопичувачів радіонуклідів.

Після аварії на ЧАЕС найбільша щільність радіоактивного забруднення лісових масивів довгоживучими радіонуклідами спостерігається на узліссях з навітряного боку. З підвітряного виявлено протилежну ситуацію. У цілому лісові масиви накопичили приблизно на 30% більше активності, ніж навколишні поля. У період найбільш інтенсивних викидів, коли в довкіллі перебувала велика кількість короткоживучих радіоактивних елементів, роль лісу в перерозподілі радіонуклідів була особливо значною. Про це свідчать виміри потужності експозиційної дози гамма-випромінювання посеред літа 1986 р.

Результати останніх досліджень показують: за високого забруднення спостерігається значна варіабельність щільності забруднення ґрунту в лісових насадженнях навіть у межах одного кварталу й виділу. Таку строкатість забруднення можна пояснити неоднорідністю лісів і їх локального впливу на швидкість повітряного переносу радіонуклідів та інтенсивністю дощів.

Наземна рослинність — це перший екран, що затримує радіоактивні речовини повітря.

Затримування осідаючих на рослини твердих аерозолів і наступні їх втрати залежать від багатьох факторів:

  • фітомаси на одиницю площі поверхні;
  • форми, розміру і орієнтації листя та інших надземних органів рослин;
  • характеристики їх поверхні;
  • швидкості вітру під час і після випадання часток;
  • розміру аерозольних часток і кількості випадінь;
  • відносної вологості під час випадання тощо.

Затримування радіоактивних часток залежить від площі поверхні, здатної збирати частки. Лісові біогеоценози характеризуються найбільшою біомасою на одиницю площі.

Коефіцієнт затримування лісами глобальних випадінь варіював у межах 50-100%, при цьому коефіцієнт затримання вищий в соснових молодняках, нижчий - в середньовікових сосняках, ще нижчий — в листяних насадженнях. У листяних насадженнях після листопаду він знижувався до 20-25%.

Отже, за здатністю затримувати радіоактивні викиди елементи підстилаючої поверхні утворюють такий ряд: хвойні ліси - листяні ліси - луки і посіви - рілля.

Формування радіаційного синдрому у рослин

У рослин, як і в тварин, після впливу іонізуючого випромінювання розвивається радіаційний синдром, що на початку зародження має спільні риси з аналогічним у тварин, але в подальшому набуває своєї специфіки.

При рівномірному опроміненні рослини, коли будь-яка її частина одержує однакову дозу радіації, її пошкодження зумовлене радіаційним ушкодженням найбільш радіочутливих тканин. Такі радіо чутливі тканини, ушкодження яких призводить до формування радіаційного синдрому у рослин, називаються критичними. Критичними органами у рослин є всі меристеми: апікальні, латеральні, інтеркалярні. Оскільки всі органи рослини формуються з меристем, то при їх опроміненні спостерігається ушкодження майже всіх органів - як вегетативних, так і генеративних. У цьому полягає специфіка формування радіаційного синдрому у рослин.

Найбільш радіочутливі тканини за високої мітотичної активності та інтенсивного росту.

Ступінь впливу іонізуючого випромінювання на рослини визначається потужністю джерела випромінювання, тривалістю його дії на рослини.

Розрізняють гострий та хронічний вплив іонізуючого випромінювання на рослину.

Під час гострого опромінення організм одержує дозу радіації за порівняно нетривалий час, після чого йому вже не загрожує поява нових радіаційних ушкоджень і розвиток променевого ушкодження відбувається в умовах, сприятливих для розвитку рослини.

Під час хронічного опромінення в клітинах організму постійно виникають променеві пошкодження молекул, створюючи фон безперервного накопичення цих пошкоджень. Оскільки найбільше ушкоджуються точки росту рослини, що перебувають у стані активного поділу, під час гострого опромінення ушкодженими виявляються клітини, що в мить опромінення були на стадії поділу. При хронічному опроміненні меристеми, що поступово розпочинають поділ, зазнають постійної дії радіації.

Відомо, що у рослин виявлено дистанційну дію випромінювання, коли з опроміненої частини організму в неопромінені переносяться речовини, здатні пошкоджувати меристеми. У зв'язку з цим прямою причиною пошкодження вегетуючої рослини є втрата меристематичними клітинами, як найбільш радіочутливою тканиною організму, здатності до поділу.

Різні органи рослин по-різному реагують на опромінення: найчутливіші серед них генеративні, потім - всі органи, що на момент опромінення складаються із меристем, які активно діляться.

При цьому на рівні органів цілої рослини виявляються зміни архітектоніки: змінюється морфологія трахей і трахеїд; у коренів посилюється розгалуження, порушується утворення кореневих волосків. Може змінитись порядок розміщення листків, філотаксис, можуть виникнути фасціації, пухлинні утворення. Іноді змінюється тип галуження. Змінюється форма листка, порядок жилкування; стимулюється утворення калюсу, що призводить до розвитку місцевих розростань (пухлин) або до появи бруньок (часто цілими групами) в незвичних місцях. На місці таких розростань нерідко утворюються корінці. Іноді радіація вповільнює ріст, прискорює процеси цвітіння у рослин.

Летальний вилив іонізуючого випромінювання на рослину

Летальний вплив радіації, що призводить до загибелі рослинних клітин, може відбуватися двома шляхами: через ушкодження їх генетичного апарату, що спричиняє репродуктивну загибель клітин, або за безпосереднього руйнування клітин. Щоб спричинити загибель клітин безпосередньо, необхідна доза в 3-4 рази більша, між для того, щоб позбавити її здатності до поділу. Летальний вплив іонізуючої радіації може змінюватись залежно від стану рослини в момент опромінення та від навколишніх умов.

Іонізуюче випромінювання навіть у дуже великих дозах (1000-2000 Гр) не відразу вбиває вегетуючі рослини. Останні довго після опромінення можуть залишатись тургорними, зеленими, навіть здатними накопичувати пластичні речовини, хоча здатність клітин меристеми до поділу в їх меристемах вже повністю і безповоротно втрачена.

У рослин, що одержали дозу, близьку до летальної, згодом можливе відновлення. Разом з тим низькі дози, легко витримувані під час короткочасного опромінення, стають летальними за тривалої дії. Це так званий ефект накопичувальної дії радіації на рослину. Таким чином, загибель рослини після опромінення може реалізуватись як дуже віддалений етап променевого ушкодження.

Вплив іонізуючого випромінювання на меристеми, стебло, листя, хвою

Розглянемо вплив іонізуючого випромінювання на інші органи й тканини рослини. Цей вплив залежить від поглинутої дози. Як було зазначено вище, хронічне опромінення знижує функції меристематичних тканин. Зі збільшенням поглинутої дози в меристемах можуть спостерігатися клітини збільшених розмірів, як наслідок затримки їх поділу. Це, як правило, призводить до передчасної їх диференціації і прискореного старіння. Повне припинення розвитку і росту листя настає при дозі іонізуючого опромінення близько 90 Гр.

Якщо під час хронічного опромінення порушується мітотична активність, головним чином у внутрішніх шарах апікальних меристем, то поряд з пригніченням росту рослини часто спостерігаються також морфологічні зміни: булавоподібні верхівки стебел, пагони без бруньок, змінений порядок розміщення листя.

Такі морфологічні меристематичні аномалії - радіоморфози - можуть з'явитися в будь-якому органі рослини, якщо на момент опромінення вони перебували на стадії примордіальних горбочків (первинних меристематичних зачатків). При певних дозах іонізуючого випромінення починають з'являтися характерні особливості реакції конусів наростання - утворення летальних, некротичних ушкоджень його клітин. Як правило, ушкодження починаються з клітин початкової зовнішньої (ініціальної) зони і закінчуються порушеннями внутрішньої.

Значно рідше під дією іонізуючого випромінювання виникають аномалії розвитку окремих органів, зумовлені соматичними мутаціями, що контролюють морфогенез. Якщо в процесі клітинних поділів такі мутагенні клітини не ліквідуються, виникають органи зміненої морфологічної структури. За своєю природою вони належать до генетичних, що передаються спадково.

Безпосередніми прикладами впливу іонізуючого випромінювання на меристеми, листя, стебло можуть бути рослини із зони ЧАЕС.

Опромінення листя, що росте, призводить до зменшення його приросту. Разом з цим на листя, що закінчило ріст, іонізуюче випромінювання майже не впливає.

Опромінення листя, що перейшло до поверхневого росту, мало впливає на форму листкових пластинок. У той же час опромінення зачатків листя, що характеризується апікальним та маргенальним (проміжним) ростом, призводить до радіоморфозів. Опромінення листя зі сформованими хлоропластами не впливає на їх забарвлення, а опромінення молодого листя та листкових зачатків призводить до появи крапчастого і темнішого забарвлення.

Характерною реакцією на опромінення є потовщення листкових пластинок, що перебуває в прямій залежності від дози та в зворотній від сформованості листя до моменту опромінення.

Окремо зупинимось на впливові іонізуючого випромінювання на хвою. При 5 Гр та вище у 1986 р. маса хвої на пагоні становила 10-20% контролю. При поглинутій дозі 1,5-2 Гр вона практично не змінилася, однак при опроміненні в дозі 3-4 Гр маса хвої зменшилась майже вдвоє. Доза від 0,7 до 1 Гр призводила до деякої стимуляції росту хвої.

Іонізуюче випромінювання може призвести до порушення регуляторних процесів та ростових кореляцій. При цьому пригнічення росту головного стебла зумовлює зменшення апікального домінування та посилення росту бокових пагонів.

У пошкоджених дерев 1986 р. та навесні 1987 р. спостерігалися порушення в ритміці росту, орієнтації пагонів, морфогенетичних процесах. При цьому спостерігалася більша радіочутливість латеральної та апікальної меристем.

Під впливом високих доз іонізуючого випромінювання змінюються структура та хімічні властивості деревини, порушується будова похідних камбію, що зумовлює зниження радіального приросту деревини стовбура у сосни наступного року після опромінення, а в ялини - у рік опромінення. Радіаційне опромінення призвело до зсуву процесів наростання річного кільця, внаслідок чого збільшилась частка пізньої деревини. Реакція на опромінення виявилась сильнішою у дерев з підвищеною енергією росту.

У 1986 р. у сосни та ялини спостерігали підвищення щільності ранньої деревини. Зниження щільності пізньої деревини спостерігається на ділянках з підвищеними поглинутими дозами - 1,5-2 Гр та вище. При поглинутій дозі в 20-25 Гр зменшення щільності пізньої деревини збереглось до 1988 року.

Вплив іонізуючого випромінювання на репродуктивну сферу

Найчутливішою до впливу іонізуючого випромінювання з усіх органів рослин є репродуктивна сфера. Важливість цього моменту полягає в тому, що порушується "свята святих" будь-якого живого організму - геном. Будь-яке найменше порушення в нормальному функціонуванні генома може призвести в ряді поколінь до найнесподіваніших ефектів.

Найбільш вразливим є процес мікроспорогенезу. На ділянці з високим рівнем радіаційного пошкодження (8-25 Гр) на чоловічих пагонах сосни спостерігалося утворення нещільних колосків мікростробілів, окремі збільшені стробіли при цьому розміщувалися на подовженій осі не зімкнуто.

Одним з яскравих виявів дії іонізуючого випромінювання на сосну є зміна термінів її "цвітіння". Слабкий рівень радіаційного забруднення - 0,7-2,3 Гр за сумарною поглинутою дозою порівняно з контролем прискорює перебіг мікроспорогенезу у сосни на 1-2 дні, а поглинута доза 3,5-4,7 Гр уповільнює розвиток спорогенних клітин. При дозах 10 Гр цвітіння практично не було.

Дослідження радіочутливості мікроспорогенезу у сосни звичайної показало, що з усього циклу розвитку чоловічих генеративних органів мейоз є найбільш чутливою фазою.

У стиглому пилку сосни, особливо з ділянок з високим рівнем радіаційного забруднення, в 5-6 разів частіше, ніж в контрольних зразках, траплялися пилинки з різними морфологічними порушеннями.

У насіннєвих зачатках, в яких розвиток архегонію дуже пригнічувався, зародок не запліднювався і не розвився. На третій рік після гострого опромінення однозначних висновків про зв'язок кількості порушень під час формування пилку жіночих статевих клітин та зародка, що призводили до загибелі насіннєвих зачатків, з поглинутою дозою не було встановлено. Можна однозначно сказати, що, починаючи з 1989 року, в репродуктивних органах сосни починають переважати репараційні процеси.

Вплив іонізуючого випромінювання на насіння

Радіочутливість насіння у різних видів рослин різниться в десятки разів. Дози іонізуючого випромінювання, що спричиняють загибель насіння, називають летальними; дози, за яких схожість насіння становить близько 50% контролю, а виживання - 20-30% кількості сходів, називають критичними, а дози, за яких на одиницю виживання рослини утворюється найбільша кількість мутацій, називаються оптимальними. Для більшості видів рослин критична доза перебуває за межами 100 Гр. Нині критичні дози встановлено для більш ніж 150 культурних та багатьох диких видів рослин: вони варіюють у межах 4-2000 Гр. Істотні відмінності за стійкістю проти радіації встановлено між рослинами одного виду, але з різною кількістю хромосом.

На радіочутливість насіння істотно впливає вологість та насиченість киснем. Більша радіочутливість вологого насіння зумовлена посиленням у ньому метаболічних процесів, коли частина клітин переходить до активного синтезу ДНК і починається підготовка клітин до мітозу.

За впливу на насіння малих доз іонізуючого випромінювання іноді спостерігається його стимулююча дія, що виявляється в прискоренні початкового росту проростків. Протягом росту рослин цей ефект зникає.

Радіостійкість насіння визначали за енергією його проростання. За дослідження насіння 10 родин деревних порід виявлено, що найбільш радіочутливе насіння ялини звичайної, для якої летальна доза становила всього 50 Гр. Для ялиці сибірської та сосни звичайної летальна доза близька до 100 Гр, для берези - понад 100, для різних видів жимолості - близько 300, для клена татарського - 60, липи дрібнолистої - понад 600 Гр. Дуже висока радіочутливість насіння різних видів зіноваті.

Отже, радіочутливість насіння визначається такими біологічними та фізико-хімічними факторами: станом зародка, віком, розмірами, біохімічним складом, вологістю, характеристикою хромосом, наявністю кисню, часом та температурою зберігання, дозою та потужністю опромінення.

Якщо підсумувати викладене вище щодо впливу іонізуючого випромінювання на окремі органи рослини, то можна дійти висновку, що протягом онтогенезу ця залежність змінюється не лише за ступенем вираженості променевого ефекту, а також за спектром реакцій на опромінення: на початкових етапах онтогенезу - порушення первинних органів та гальмування ростових процесів; на заключних етапах - порушення формування життєздатного насіння.

Література

  1. Анненков Б. Н., Юдинцева Е. В. Основы сельскохозяйственной радиологии. – М.: ВО "Агропромиздат", 199, - 287 с.
  2. Балашев Л. С., Сипайлова Л. М. Накопление І37Сs доминантами пойменных луговых фитоценозов в зоне отчуждения ЧАЭС//Тез. Доклад. Радиобиолог. Съезда (Киев 1993) – 63 с.
  3. Вирченко В. М., Болюх В. А. Накопление радионуклидов мхами в фітоценозах Украинского полесья// Тез. Доклад радиобиолог. Съезда. – Пущино, 1993. – с. 183-184.
  4. Доповідь про стан навколишнього природного середовища в Черкаській області Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навч. Посібник. – 3-тє вид., - К.: Т-во "Знання", КОО, 2004. – 309 с.
  5. Кондратюк С. Я., Навроцкая И. Л. К изучению содержания радионуклидов в лишайниках Украины// Тез. Доклад радиобиолог. Съезда. – Пущино, 1993. – с. 487-488.
  6. Куликов Н. В., Боченина Н. В. Особенности накопления І37Сs и 90Sr некоторыми видами мхов// Экология. – 1976. - № 6. – с. 82-85.
  7. Куликов Н. В., мол чанова И. В. Радиоэкология почвенно-растительного Покрова. – Свердловськ: УрО АН СССР, 1990. – 170 с.
  8. Маргулис У. Я. Атомная энергия и радиационная безопасность. – 2- е узд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 224 с.
  9. Мокроносов М. Г., Куликов Н. В. Радиоэкологическое изучение природних екосистем в зоне атомных электростанцый// Екологія. – 1988. - № 3. – с. 40-45.
  10. Молчанова И. В., Боченина Н. В. Мхи как накопители радионуклидов// Екологія. – 1980. - № 3. – с. 42-47.
  11. Нифонтова М. Г. Динамика содержания долгоживущих радионуклидов в мохово-лишайниковой растительности// Екологія. – 1997. - № 4. – с. 273-277.
  12. Чернобыльская катастрофа (Гл. ред. В. Г. Барьяхтар). - Киев, Наукова думка, 1996. – 575 с.
  13. Экология города. Учебник. – К.: Либра, 2000. – 464 с.
  14. Ядерная энергетика, человек и окружающая середа/ Н. С. Бабаев, В. Д. Демин. Узд. 2-е, М.: Энергоатомиздат, 1984.


11.07.2011

Провідні компанії та навчальні заклади Пропозиції здобуття освіти від провідних навчальних закладів України та закордону. Тільки найкращі вищі навчальні заклади, компанії, освітні курси, школи, агенції.

Щоб отримувати всі публікації
від сайту «Osvita.ua»
у Facebook — натисніть «Подобається»

Osvita.ua

Дякую,
не показуйте мені це!