Естественные условия обитания аридной зоны Казахстана, которая занимает более 165 млн га, сами по себе уже экстремальны. Однако они еще более осложнены последствиями 45 летних испытаний ядерного оружия [1].
В результате испытаний ядерного оружия, многолетней деятельности Семипалатинского полигона в окружающей среде накоплена огромная активность техногенных радионуклидов. При поступлений в окружающую среду радионуклиды активно аккумулируются растительными организмами и после их отмирания накапливаются в почвенной поверхности. При изменении физико-химических условий радионуклиды могут переходить через корневое питание в надземную часть растения и снова вовлекаются в трофические цепи экосистемы "почва - растение - животное - человек". Особую опасность для здоровья населения, проживающего в окрестностях полигона, представляют трансурановые радионуклиды с большим периодом полураспада и высокой токсичностью [2, 3].
Таким образом, растительные популяции, которые подвергаются хроническому облучению, могут характеризоваться с одной стороны, ускоренным мутационным процессом, а с другой различным в зависимости от мощности дозы уровнем активации систем адаптации к стрессовым факторам окружающей среды.
Кроме того, без сомнения можно утверждать, что после закрытия Семипалатинского полигона, когда внешнее облучение по сравнению в период действия полигона уменьшилось во много раз, фактор внутреннего облучения в радиационном повреждении растений играет определяющее значение. Особенно это касается травянистых растений с мочковатой корневой системой, формирующих основную массу корней в верхнем, наиболее загрязненном радионуклидами слое почвы. Тем не менее следует признать, что главная опасность накопления растениями радионуклидов состоит не в их традиционной угрозе для растений, а в том, что они являются главным звеном миграционной цепочки на пути передачи радионуклидов более радиочувствительным видам живых организмов - млекопитающим и, в первую очередь, человеку.
Целью данной работы является изучение анатомической структуры надземных и подземных органов доминантного вида растения Stipa capillata L. произрастающего на территории и в окрестностях Семипалатинского испытательного полигона.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектом исследования данной работы выбрали ковыль - Stipa capillata L., являющееся доминантом на территории СИЯП и на территории опытно-экспериментальной площадки "Балапан".
Материал для исследования был собран нами на территории опытно-экспериментальной площадки "Балапан" во время экспедиционно-полевых работ по "Оценке радиоактивного загрязнения почвенно-растительного покрова". Были исследованы 2 участка с луговым типом почвы на чистой и загрязненной территории и участки скважины 1080, 1050, 1328 с различным уровнем радиоактивного загрязнения (табл. 1). Загрязненный участок - северо-восточный берег Атомного озера (координаты СШ 49056' 24", ВД 790017 00'), контрольный участок (координаты СШ 490 53 49'', ВД 780 50' 48''). Координатная привязка точек исследования проводилась с использованием навигационного прибора. По данным полевой радиометрии (табл.1) из исследуемых участков самое высокое МЭД гамма излучения зафиксирована на северо-восточном берегу Атомного озера на поверхности почвы (Ii0) - 2,58 мкЗв'ч, на высоте 1 метр (Ii1) - 1,69 мкЗв'ч плотность поверхности загрязнения бета частицами - 300 част'мин хсм2.
Для анатомических исследований были собраны и зафиксированы надземные и подземные вегетативные органы Stipa capillata L. - ковыль на исследуемых участках. Фиксацию проводили в 70% спирте, консервацию по методике Страсбургер-Флемминга (спирт, глицерин, вода, 1:1:1). Анатомические препараты готовили в соответствии с общепринятыми методиками Прозиной М.Л. (1960), Пермякова А.И (1988). Статистическая обработка морфометрических показателей проводилась по методике Лакина Г.Ф. (1990). Микрофотографии сделаны на микроскопе МБИ-6 (увеличение х 63). Результаты и обсуждения
Для проведения детального гамма-спектрометрического исследования произвели отбор проб надземной и подземной части растения, а также пробы почв вместе с корневой системой в местах отбора растений. Гамма-спектрометрический анализ проводился в Институте радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК (г.Курчатов).
Согласно нашим наблюдениям, Stipa capillata L. относится к числу доминирующих представителей высшей растительности на исследованных участках ОЭП "Балапан".
Stipa capillata L. - ковыль относится к семейству Poaceae L., плотнодерновинное многолетнее кормовое растение, произрастающее в степях, пустынях, по каменистым склонам гор Казахстана.
Анатомическое строение стебля Stipa capillata L. В поперечном срезе стебля Stipa capillata L. четко выражено типичное строение, характерное для однодольных травянистых растений. Стебель снаружи покрыт эпидермой. Под покровной тканью - эпидермой стебля ковыля располагается сплошное кольцо склеренхимы, придающее стеблю устойчивость на изгиб и на излом. Между выступами склеренхимы находятся участки тонкостенной хлоренхимы.
Проводящие пучки коллатеральные, закрытые, расположены в шахматном порядке. Проводящие пучки наружного круга примыкают к кольцу склеренхимы, внутренние же расположены среди паренхимных клеток. Стебель полый, сердцевинная паренхима отсутствует.
Эпидермальный слой стебля растений загрязненного участка утолщен по сравнению с контролем (8,76 мкм, 5,83 мкм). Толщина склеренхимного кольца загрязненного участка больше по сравнению с контрольным участком (38,84 мкм, 33,06 мкм). Отличительной чертой является также увеличение диаметра ксилемных сосудов, уменьшение количества проводящих пучков в стебле растения загрязненного участка (табл.2).
Таблица 2
Анатомическое строение листа Stipa capillata L.
Листовая пластинка у Stipa capillata L. состоит из эпидермы, мезофилла и сосудисто-волокнистых пучков. Эпидерма покрывает лист с обеих сторон. Клетки нижней эпидермы более уплотненные. Наружная стенка эпидермальных клеток покрыта тонким слоем кутикулы. Мезофилл однородный, фестукоидного типа, состоит из клеток округлых, овальных очертаний.
Проводящие пучки листьев ковыля по строению сходны со стеблевыми пучками. Они коллатеральные, с 12 сосудами протоксилемы и двумя широкопросветными сосудами метаксилемы, с нижней стороны от которых расположена флоэма, состоящая из ситовидных трубок и мелких сопровождающих клеток. Наряду с крупными пучками встречаются мелкие пучки, состоящие из небольшого количества флоэмы и сосудов протоксилемы.
Проводящие пучки окружены склеренхимной обкладкой. Склеренхима также расположена на нижней стороне листа пучками, эти тяжи соприкасаются с проводящими пучками.
Толщина клеточных стенок верхнего и нижнего эпидермиса листьев растений с загрязненного участка составляет соответственно 6,9±1,4 мкм и 7,4±1,58 мкм, у растений контрольного участка - почти в 2 раза меньше - 4,75±3,5 мкм и 4,87±2,07 мкм (табл.3). Увеличивается толщина мезофилла листа (56,71±1,52 мкм -на загрязненном, 41,04±1,23 мкм - на контроле) и проводящие пучки листа загрязненного участка более увеличенные по сравнению с контрольным участком (21,64х10-3±1,001мм и 18,20x10-3±0,022 мм ).
Анатомическое строение корня Stipa capillata L.
Корень у Stipa capillata в течении всей жизни сохраняет первичное строение. На поперечном срезе корня можно разграничить две основные части: первичную кору, покрытую эпиблемой и центральный цилиндр. Эпиблема покрыта снаружи простыми одноклеточными трихомами. Эпиблема состоит из продольно вытянутых довольно тонкостенных клеток. Она подстилается 3-4 рядами плотно сложенных клеток экзодермы. Глубже располагается весьма рыхлая паренхимная ткань, имеющая вид крупноячеистой сети между которыми видны межклетники, обычно имеющие в поперечном сечении ромбическую форму. При большом увеличении микроскопа видно, что клетки коровой паренхимы корня наполнены крахмальными зернами. Клетки эндодермы толстостенные, расположены в один ряд. Центральный цилиндр корня обособлен от коры двухслойными клетками перицикла.
Проводящая система корня представлена в виде радиального сосудисто-волокнистого пучка. Флоэма расположена в виде тяжей и чередуется по радиусу с участками ксилемы. Отличительными признаками в строении корня с двух участков является утолщение первичной коры, клеток эндодермы, увеличением диаметра ксилемных сосудов (табл.4).
Таблица 4
Накопление радионуклидов в тканях растительного организма связано с их доступностью, т.е. ее содержанием в воде и почвенном покрове региона. В таблицах 5, 6, 7 представлены данные о накоплении радионуклидов в прикорневой почве, в надземной и подземной частях ковыля на исследуемых участках. Существует значительные отличия в содержании радионуклидов в надземной и подземной массе.
Анализ данных показывает, что в условиях загрязнения (северо-запад и северо-восток Атомного озера) в прикорневой почве больше всего накапливаются U, Cs, Th по сравнению с контрольным участком. Причем 241Am, 60Co, 152Eu, 154Eu в прикорневой почве контрольного участка не обнаружен, а на загрязненном участке встречаются в значительных количествах.
Удельная активность природного радионуклида 40К в надземной и подземной массах Stipa capillata L. на загрязненных участках повышенная, хотя в прикорневой почве растения на загрязненных участках по сравнению с контрольным она понижена.
В прикорневой почве растений северо-западной части Атомного озера обнаружена высокая концентрация трансуранового радионуклида 241Am (1702±85 Бк'кг), в северо-восточной части концентрация составила 210±25 Бк'кг. Активность трансуранового радионуклида в надземной массе растений не наблюдается. Однако в подземной массе растений с загрязненного участка составило - 69±21 Бк'кг. Несмотря на высокую концентрацию трансуранового радионуклида в прикорневой почве растений, она не концентрируется в надземной массе.
В надземной части исследуемого растения больше всего накапливается гамма-излучающий 137Cs.
Таким образом, большее накопление техногенных радионуклидов идет в прикорневой и подземной части растений. Однако изменения внутренней структуры растений произошли не только в подземной, но и в надземной частях исследованных растений.
При увеличении МЭД гамма-излучения в стебле происходит увеличение толщины эпидермы, толщины склеренхимного слоя, количество проводящих пучков; в листьях увеличивается толщина клеток верхнего и нижнего эпидермиса, толщина мезофилла, площадь проводящих пучков. В корне увеличивается толщина эндодермы, толщина первичной коры и диаметр ксилемных сосудов.
Следовательно, Stipa capillata L. довольно чутко реагирует на увеличение дозы МЭД гамма излучения появлением вышеперечисленных адаптационных признаков и вместо с тем накапливает техногенные радионуклиды в подземных органах и прикорневой почве.
ЛИТЕРАТУРА
- Тлеубергенов С.Т. Полигоны Казахстана. Алматы, Гылым, 1997, 745 с.
- Руднев А.В. Радиационная экология: Учеб.пособие.-М.:Изд-во МГУ, 1990. - 88 с.
- Гуща Н.И., Перковская Г.Ю., Дмитриев А.М., Гродзинский Д.И. Радиац. биология. Радиоэкология. 2002.Т.42.Вып.2.С.155-157.
- Лотова Л.И., Тимонин А.К. Сравнительная анатомия высших растений: Учеб.-метод.пособие.-М.:Изд-во Моск.ун-та, 1989. - 80 с.
- Эзау К. Анатомия семенных растений. М.:Мир,1980.Т.1.2. - 558с.
- Лакин Г.Ф. Биометрия.-М.: Высшая школа, 1990. - 352с.