8.2. МІГРАЦІЯ РАДІОНУКЛІДІВ У НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ І ОБ’ЄКТАХ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ЧАСТИНА 2 (+КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ)

Радіочутливість рослин до іонізуючого випромінювання, яке виникає внаслідок нагромадження у тканинах радіоактивних речовин, вивчена значно в меншій мірі, ніж чутливість до випромінювання зовнішніх джерел. Головним чином це зумовлене тим, що більшість видів рослин має більш високу радіостійкість, ніж тварини, і навіть при накопиченні радіонуклідів у значних кількостях радіобіологічні ефекти в них проявляються у меншій мірі. Однак, у багатьох відносно радіочутливих видів інкорпоровані радіонукліди можуть призводити до досить помітних пошкоджень.

Вище відзначалося, що найрадіочутливішими із сільськогосподарських рослин є деякі представники родини бобових (боби, горох, квасоля, соя), для яких ЛД₅₀ складають лише 3–15 Гр. Всі бобові є кальцієфілами і здатні разом з кальцієм нагромаджувати у великих кількостях його хімічний аналог стронцій, в тому числі і радіостронцій, створюючи тим самим умови для сильного внутрішнього опромінення цих видів рослин.

Окремі радіонукліди не тільки по-різному нагромаджуються видами рослин, але й по-різному концентруються в окремих їх органах і тканинах, ведучи до неоднакового ступеня опромінення. На радіоавтографах рослин, які одержують при введенні в них радіоактивних ізотопів, буває добре визначена ця нерівномірність їх розподілу, чітко просліджуються місця концентрування, зосереджені, як правило, в органах і тканинах, які мають високу метаболічну та мітотичну активність, і, безперечно, у провідних тканинах – судинах. Такими є меристеми і генеративні органи – критичні тканини рослин, радіочутливість яких найвища. Саме тому не тільки при зовнішньому, але й при внутрішньому опроміненні радіобіологічні ефекти в першу чергу проявляються на цих тканинах. Зокрема, в клітинах меристем з'являються аберації хромосом, спостерігається сповільнення поділу клітин, наслідком якого є формування різного роду морфологічних змін на листі та інших органах, гальмування ростових процесів – все це характерні ознаки променевої хвороби рослин.

Високою радіочутливістю серед рослин, як і взагалі серед живих організмів, характеризується сосна. Підчас аварії на Чорнобильській АЕС спостерігалось значне нагромадження в рослинах сосни різних радіонуклідів за рахунок позакореневого їх надходження у рослини. В місцях з високим рівнем радіонуклідного забруднення саме в меристемах виявляли найбільш сильні пошкодження, що вели до масової їх загибелі, проліферації бокових бруньок з невпорядкованою орієнтацією, утворення вкорочених пагонів з дрібною або велетенською хвоєю, викривлення голок хвої, порушення орієнтації нових пагонів. 

Звісно, у даному випадку важко говорити тільки про внутрішнє опромінення рослин. При аварії на рослини діяло і зовнішнє опромінення, особливо велике у перші дні-тижні після її початку. І в подальшому певна доза зовнішнього опромінення формувалась від радіоактивних опадів, що потрапили на поверхню землі, частинок, які знаходились на поверхні рослин і не проникли всередину.

 Саме тому через декілька років, коли радіаційний фон знизився в сотні разів, відмічалось і зменшення кількості різних аномалій. Але вже через 3-4 роки були одержані свідчення про потужне кореневе надходження радіонуклідів у надземні органи не тільки однорічних, але й багаторічних рослин і реєстрували деякі радіобіологічні ефекти, зумовлені переважно за рахунок внутрішнього опромінення. І тепер на місці заритих рештків „Рудого лісу” виростають молоді сосни з різними морфологічними порушеннями.

Відома й велика кількість спеціальних досліджень, в яких окремі радіоактивні ізотопи вводились в рослину, звичайно через корені. Звісно, і в цьому випадку не можна повністю заперечувати відсутність зовнішнього опромінення. Але внесок його, безумовно, не порівняний з часткою внутрішнього опромінення. Найбільш показові в цьому відношенні експерименти з введенням α-випромінювачів або сполук, що містять низько енергетичний β-випромінювач – радіоактивний ізотоп водню тритій, які характеризуються мікронними пробігами частинок в тканинах і при введенні яких в організм практично повністю виключається ймовірність зовнішнього опромінення. Особливо яскравими є досліди з міченим по тритію тимідіном (³Н-тимідін) – специфічним попередником синтезу ДНК, який при введенні в рослину чи інший живий об'єкт концентрується саме в тих клітинах, що діляться, включаючись у ДНК. У цій ситуації він спроможний викликати розриви полінуклеотидних ланцюгів молекули, призводячи до порушень синтезу ДНК, РНК, білків та інших ланок метаболізму, які зрештою є механізмом індукції всіх радіобіологічних ефектів.

Активну участь в процесах поділу і росту клітин приймає калій. В рослинах його хімічний аналог цезій, в тому числі і радіоактивний ¹³⁷Сs, концентрується переважно в тих клітинах, які активно діляться і ростуть, піддаючи їх потужному опроміненню. Зокрема встановлено, що в меристемах коренів (зона поділу) концентрується значно більше цього ізотопу, ніж у клітинах решти частини кореня, тобто поглинута меристемою доза за рахунок радіоцезію у декілька і більше разів вища, ніж іншими тканинами. Отже, стає зрозумілим, здавалося б парадоксальне явище, коли на забруднених радіонуклідами землях радіобіологічні ефекти, що спостерігаються у рослин, часто-густо відповідають дозам зовнішнього опромінення на порядок вищим, ніж ті, які вдається розрахувати, або оцінити за допомогою звичайних дозиметрів.

Функції кальцію в житті рослин, на відміну від тварин, більш скромні – основна його кількість іде на створення та зміцнення оболонок диференційованих та спеціалізованих клітин, в тому числі і клітин провідної зони кореня, радіостійкість яких у десятки і сотні разів вища за клітини, що діляться. Подібним чином веде себе і його хімічний аналог стронцій.  Тому і ушкоджуюча дія ⁹⁰Sr на рослини за певних обставин може бути значно меншою, ніж ¹³⁷Cs.

При інкорпоруванні радіоактивних речовин їх поведінка в рослині та радіобіологічна ефективність у значній мірі залежать від хімічних та біохімічних властивостей сполук, у формі якої вони знаходяться. Одні сполуки можуть активно включатися у метаболізм, транспортуючись по рослині досить з великою швидкістю і нагромаджуватись в найбільш чутливих до опромінення місцях. Другі, маючи той же радіонуклід, але у формі іншої сполуки, можуть накопичуватись десь “на вході”, наприклад в коріннях, і далі практично не пересуватись, або навпаки, швидко рухатися і виводитися з рослини. Так, вже відзначалось, що тритій у складі тимідіну включається в ДНК, зумовлюючи різноманітні радіобіологічні ефекти. Він же у складі води відразу вступає в кругообіг і виводиться з рослини, призводячи до порівняно незначних ушкоджень.

В той же час ⁹⁰Sr, який надходить в рослини у вигляді таких, наприклад,  сполук, як нітрат або фосфат стронцію, може зв'язуватися з ДНК та білками хроматину, локалізуючись в ядрах саме тих клітин, що активно діляться. Щодо ¹³⁷Сs, то він, наприклад, у формі хлориду розподіляється по клітині більш чи менш рівномірно. У такі ситуації можна очікувати більш високу пошкоджуваність клітин радіостронцієм, ніж радіоцезієм при введенні їх в рослини у рівних кількостях за радіоактивністю.

Є чимало даних, які свідчать про високий ступінь пошкодження хвойних рослин при опроміненні інкорпорованими радіоактивними речовинами. Так, при аварії на Південному Уралі 1957 р., коли радіоактивні речовини у вигляді легко засвоюваних надземними органами рослин гідрозолей випали на дерева сосни та ялини, дози опромінення при нагромадженні їх в меристемах хвої та бруньок досягали 5–30 Гр. При цьому на фоні масових анатомічних порушень спостерігали сповільнення розпускання бруньок, утворення вкорочених в спотворених пагонів, зміну кольору хвої, зокрема її пожовтіння, побуріння, почервоніння (ті ж ефекти, що і у “Рудому лісі” при зовнішньому чи змішаному опроміненні), усихання гілок. При дозі 50 Гр і вище дерева гинули.

А.Ф. Тихомиров (1982), моделюючи таку ситуацію, проводив експерименти, в яких шляхом обприскування вносив радіоактивний стронцій у крони сосни, створюючи щільність забруднення (3–60)^.10⁷Бк/м². При цьому дози, які нагромаджувались меристематичними тканинами протягом періоду вегетації, складали від 2 до 20 Гр. І вже мінімальні з них викликали зменшення приросту пагонів, зміну їх форми, довжини, орієнтації. За максимальних доз спостерігали усихання крони та відмирання дерев.

Але для більшості радіостійких видів рослин згадані соматичні радіобіологічні ефекти реєструються, як правило, за рівнів нагромадження радіонуклідів та формування доз внутрішнього опромінення у декілька разів більших. Це однак не означає, що низькі дози нешкідливі для них. При повному видимому благополуччі процвітання радіостійкого виду за рівнів доз, які пригнічують рослини родин лілейних, соснових, бобових, у його представників нерідко спостерігають збільшення кількості аберацій хромосом у соматичних та статевих клітинах, інші форми порушень, які можуть виявитись у віддалені періоди, в тому числі у наступних поколіннях. Відзначають і підвищення ураженості рослин різними хворобами, що свідчить про зниження їх імунного статусу.

Неоднакова і відносна біологічна ефективність випромінювань окремих інкорпорованих радіонуклідів. Найбільш висока вона для α-випромінювачів – зокрема радіонуклідів трансуранових елементів, які, на щастя, в основному нагромаджуються, так би мовити, “на вході”, в коренях, і дуже слабо пересуваються по рослині. Але й потрапивши в корені, вони можуть утворювати осередки потужного опромінення кореневих меристем, зумовлюючи різні типи пошкоджень аж до сповільнення росту. γ-випромінювання ¹³¹І, ¹³⁷Сs є більш проникаючим і, відповідно, більш пошкоджуючим, ніж відносно м'яке β-випромінювання ⁹⁰Sr.

Всі перераховані особливості інкорпорованих радіонуклідів зумовлюють найрізноманітніші радіобіологічні ефекти при їх надходженні у  рослини. Так, при різних рівнях радіонуклідного забруднення ґрунтів спостерігали більш раннє цвітіння і достигання деяких культур (радіаційна стимуляція), зміну форми листя та їх гігантизм (морфологічні зміни), пригноблення росту та розвитку (променева хвороба), збільшення в пилку специфічних мутацій, набуття у дочірніх рослин нових ознак (генетична дія).

Але все-таки треба визнати, що головна небезпека нагромадження рослинами радіонуклідів полягає не в їх радіаційній небезпеці для самих рослин, а в тому, що вони є дуже важливою ланкою міграційного ланцюжка на шляху передачі радіонуклідів більш радіочутливим видам – сільськогосподарським продуктивним тваринам і людині.