Генетическая дифференциация популяций сосны обыкновенной в условиях хронического радиационного воздействия

• Автор: Волкова, Полина Юрьевна
• Шифр специальности: 03.01.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Оглавление

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Закономерности формирования радиобиологических реакций у растений

1.2 Анализ изоферментного полиморфизма в популяционно-генетических исследованиях

1.3 Ферменты антиоксидантной системы и их роль в элиминации свободных радикалов

1.4 Оценка активности ферментов спектрофотометрическим методом

1.5 Заключение к обзору литературы

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Район исследования

2.2 Объект исследования

2.3 Отбор проб для исследования
2.4 Измерения
2.6 Электрофоретический анализ
2.7 Анализ активности ферментов
2.8 Статистический анализ экспериментальных данных
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1 Техногенное загрязнение экспериментальных участков
3.2 Оценка поглощенных доз в генеративных органах сосны обыкновенной
3.3 Электрофоретический анализ ферментов антиоксидантной системы
3.4 Активность антиоксидантных ферментов
ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1 Техногенное загрязнение экспериментальных участков
4.2 Оценка поглощенных доз в генеративных органах сосны обыкновенной
4.3 Электрофоретический анализ ферментов антиоксидантной системы
4.4 Активность антиоксидантных ферментов
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Широкое распространение радиационных технологий в хозяйственной деятельности человека обусловило необходимость анализа биологических эффектов ионизирующего излучения в популяциях растений и животных и изучения путей миграции радионуклидов в природных экосистемах. Радиационное воздействие на живые организмы приобрело значимость экологического фактора, что привело к возникновению новой науки - радиоэкологии (Алексахин, 1982). Проведенные в различных компонентах природной среды радиоэкологические исследования показали, что лесные экосистемы играют важную роль в поглощении и перераспределении радионуклидов, но в тоже время отличаются высокой радиочувствительностью (Тихомиров, 1972; Sparrow, 1962; Woodwell, 1963).
Результаты проведенных в последние десятилетия исследований показали прогрессирующее ухудшение состояния лесных экосистем (Падутов и др., 2008; Kozlov, Zvereva, 2007). Это связано как с повышенной чувствительностью многих их компонентов к техногенному воздействию, так и с особенностями перераспределения поллютантов в лесных биоценозах. Для разработки научно обоснованных мер по предотвращению дальнейшей деградации лесных фитоценозов необходимо изучение причин и механизмов их антропогенной трансформации.
В результате крупных радиационных аварий на Южном Урале и в Чернобыле радиоактивному загрязнению подверглись обширные занятые лесом территории. Последовавшая за этим гибель сосновых лесов на значительной площади была и остается наиболее ярким примером радиационного поражения на экосистемном уровне, являясь убедительным экспериментальным подтверждением тезиса о повышенной чувствительности лесных экосистем к радиационному воздействию.

Кроны лиственных и, особенно, хвойных деревьев, характеризуются высокой задерживающей способностью по отношению к поступающим из атмосферы поллютантам и медленным самоочищением от них. Плотность радиоактивных выпадений на покрытых лесом участках может на 25-30% превышать эту величину для других типов экосистем (Тихомиров, 1972). Поэтому долговременные наблюдения за популяциями хвойных растений, населяющими радиоактивно загрязненные в результате крупных радиационных аварий территории, могут стать источником ценной информации о закономерностях формирования биологических эффектов в этих условиях, а также направленности и динамике адаптивных процессов.
Генофонд природных популяций непрерывно изменяется в направлении состояния, обеспечивающего наибольшую приспособленность к условиям окружающей среды в данный момент времени. Способность популяции адаптироваться к меняющимся условиям среды зависит, в частности, от величины генетического полиморфизма признаков, по которым идет отбор (Bradshaw, 1991; Fisher, 1930). Хроническое стрессовое воздействие может менять величину либо структуру внутрипопуляционной изменчивости (Коршиков и др., 1991; Шевченко, 1992; Bickam et al., 2000; Hebert, 1996; Prus-Glowacki et al., 1999; Wurgler, Kramer, 1992). Поэтому анализ взаимосвязей генетического полиморфизма признаков и факторов внешней среды является перспективным с точки зрения разработки новых методов оценки состояния окружающей среды. Кроме того, он вносит существенный вклад в понимание генетических основ дивергенции и адаптации популяций животных и растений в современных условиях.
Оценить изменения в генофонде природных популяций позволяет метод анализа изоферментного полиморфизма, выявляющий новые аллельные формы ферментов и вновь возникшие мутационные события, что особенно актуально в условиях хронического радиационного воздействия и обусловленного им оксидативного стресса.

кодирующий их ген экспрессируется. Таким образом, субъединица изофермента служит маркером своего гена. На практике генетические варианты фермента со специфической каталитической активностью обнаружить гораздо легче, чем генетические варианты неферментных белков. Использование изоферментов в качестве маркеров настолько широко распространено в современной биохимической генетике, что гипотезу «один ген - один фермент», выдвинутую лауреатами Нобелевской премии Бидлом и Татумом, можно перефразировать как «один ген - одна субъединица изофермента».
Использование изоферментов в качестве генетических маркеров удобно в силу следующих обстоятельств:
• Изоферменты можно определять в малом объеме и при этом анализировать много проб одновременно.
• Аллельные изоферменты проявляются кодоминантно. Это означает, что один аллель не маскирует другой. Следовательно, у гетерозигот присутствуют оба типа субъединиц изофермента, а у гомозигот - только один. Таким образом, о генотипе особи можно судить по фенотипу - спектру изоферментов. В этом смысле изоферменты имеют преимущество перед классическими генетическими маркерами (например, вариации окраски или морфологических свойств), так как в их случае один аллель может доминировать над другим.
• С помощью изоферментного анализа удается выявить мутации не имеющие фенотипического проявления. Изоферменты отличаются друг от друга физико-химическими свойствами, в частности, зарядом и электрофоретической подвижностью, но все они в той или иной степени ферментативно активны, иначе их нельзя было бы выявить как изоферменты. Штамм, несущий вариантный изоферментный аллель, ближе к дикому типу, чем штамм с какими-то морфологическими аномалиями. Полная делеция локусов некоторых ферментов летальна. Для генетического анализа в таких случаях используют варианты аллелей, продукты которых различаются по электрофоретической подвижности, но не по биологической активности. Такие