Рис. 6. Динаміка фактора радіоємності рослин кукурудзи при незалежному та комбінованому впливі г-опромінення та хлориду кадмію щодо контролю
Оскільки попередньо (рис. 4) було встановлено, що максимальне пригнічення поглинальної активності рослин спостерігається при застосуванні до радіаційного впливу режиму фракціонування з часом між фракціями 6 год., то доцільно було б виявити особливості впливу цього режиму і до токсичного фактора (рис. 7).
Рис. 7. Зміна фактора радіоємності рослин кукурудзи відносно контролю при незалежному та комбінованому впливі фракціонованого г-опромінення та фракціонованого внесення хлориду кадмію. Нумерація кривих відповідає дослідним варіантам (табл. 3)
Таблиця 3
Варіанти дослідів та комбінації факторів, що їм відповідають
№ дослідного варіанту Комбінація факторів
1 (10 Гр+25 мкМ CdCl2)+6 год+(10 Гр+25 мкМ CdCl2)
2 25 мкМ CdCl2+6 год+25 мкМ CdCl2
3 10 Гр+6 год+10 Гр
4 20 Гр+50 мкМ CdCl2
7 (10 Гр+50 мкМ CdCl2)+6 год+10 Гр
8 10 Гр+6 год+(10 Гр+50 мкМ CdCl2)
При застосуванні режиму фракціонування до обох факторів із часом між фракціями 6 год. виявлено, що максимальне пригнічення (від 95 % у перші 3-5 діб до 38 % наприкінці досліду) поглинальної активності рослин спостерігається при перехресному комбінуванні фракціонованого опромінення та однократного внесення хлориду кадмію одночасно з другою фракцією по дозі.
Спільна дія обох фракціонованих чинників зменшує показники радіоємності на 40 % в порівнянні з незалежним впливом кожного з фракціонованих чинників і приблизно на 50 % порівняно з контролем.
Взаємодія радіаційного та токсичного чинників в умовах комбінованої дії на досліджувану систему. На основі запропонованої теоретичної моделі проведено кількісну оцінку нелінійної взаємодії радіаційного та токсичного факторів за використання коефіцієнта синергізму. Розраховували його через відношення факторів радіоємності за формулою (1).
Встановлено, що згідно вищезазначеної моделі, синергізм у взаємодії факторів спостерігається при Р < 1; при Р = 1 - адитивність у взаємодії факторів (незалежний вплив кожного з факторів); при Р > 1 - антагонізм, тобто негативний вплив одного фактора зменшується під дією другого.
Аналізуючи рис. 8, на якому представлена динаміка коефіцієнта синергізму Р, слід відмітити наявність чіткого синергізму протягом всього часу спостереження в умовах спільної дії фракціонованих радіаційного та токсичного факторів з часом між фракціями 6 годин. При 24-годинному режимі фракціонування опромінення рослин та внесення хлориду кадмію а також при спільній дії цих факторів без фракціонування виявлено значний антагонізм у перші 4 доби, після чого характер взаємодії змінювався в бік синергізму.
Рис. 8. Зміна коефіцієнта синергізму (Р) при різних режимах комбінованого застосування радіаційного та токсичного факторів
Отже, можна зробити припущення, що максимально несприятливим для повторного негативного впливу є час 6 годин, оскільки для такого режиму застосування вибраних факторів спостерігався чіткий синергізм. Таким чином встановлена можливість за показниками радіоємності оцінювати наявність синергізму при комбінованій дії факторів фізичної та хімічної природи.
ВИСНОВКИ
Запропонований для оцінки стану модельної рослинної системи фактор радіоємності дозволив адекватно оцінити зміни стану досліджуваного об’єкту в умовах незалежного та комбінованого впливу радіаційного та токсичного факторів. Експериментально було доведено, що поведінка фактора радіоємності узгоджується зі зміною ростових характеристик рослин.
Розроблено та запропоновано математичну модель для оцінки нелінійності взаємодії радіаційного та токсичного факторів, з допомогою якої визначено показники синергізму або антагонізму комбінованого впливу г-опромінення та хлориду кадмію.
Розраховано значення кількісної характеристики – коефіцієнту синергізму для різних режимів застосування досліджуваних чинників. Виявлена присутність явища синергетичної взаємодії впродовж всього часу спостереження при комбінованому застосуванні фракціонованого г-опромінення рослин в дозі 20 Гр з фракцією 6 год та фракціонованого внесення солі CdCl2 сумарною концентрацією 50 мкМ з такою ж фракцією, та явища антагонізму при фракції у 10 та 24 год.
Вперше оцінили вплив фракціонування токсичного впливу на біоту. Виявлено позитивний внесок процесів відновлення в реакцію характеристик стану біоти на шкідливі впливи при фракціонуванні внесення хлориду кадмію в концентрації 50 мкМ з періодами між фракціями 24, 48 та 144 год, а не лише при фракціонуванні впливу г-опромінення.
Проведена еквідозиметрична оцінка токсичної дії хлориду кадмію та г-опромінення на рослини: Опромінення в дозі 1 Гр спричиняє ефект, подібний дії солі CdCl2 в концентрації 3 – 5 мкМ.
СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Пчеловская С.А., Кутлахмедов Ю.А. Исследование комбинированного влияния гамма-облучения и фракционированного внесения соли токсического металла CdCl2 на состояние модельной растительной экосистемы // Збірник наук. праць Інституту ядерних досліджень. – 2004. - № 1 (12). – С. 88-95.
2. Пчеловская С.А., Кольцова Е.Ю., Кутлахмедов Ю.А. Исследование и моделирование радиоемкости экосистем // Збірник наук. праць Інституту ядерних досліджень – 2004. – № 2 (13). – С. 96-104. (Здобувач провела досліди по вивченню зміни стану модельної екосистеми з допомогою моделі радіоємності та ступеня взаємодії радіаційного та токсичного факторів через модель синергізму, проаналізувала отримані результати, написала статтю).
3. Пчеловська С.А., Балан П.П., Кутлахмедов Ю.О. Аналіз та моделювання радіоємності екосистем за трасером як показника благополуччя // Вісник КНУ імені Тараса Шевченка. Фізика. – 2004. – № 6. – С. 19-21. (Особистий внесок здобувача – проведення експериментів по вивченню поведінки фактора радіоємності модельної рослинної системи – водної культури рослин, обробка, аналіз і обговорення отриманих результатів, написання статті).
4. Pchelovska S. Using the radiocapacity parameter for the estimation of radiation and toxic influences on plant system // Modern problems of genetics, radiobiology, radioecology and evolution. – Dubna, 2005 – P. 307-309.
5. Пчеловская С.А., Кутлахмедов Ю.А. Оценка неаддитивности совместного действия химического и физического факторов окружающей среды на примере модели растительной экосистемы // Актуальні проблеми ботаніки та екології. Вип. 10 (1). – Київ, 2005. – С. 255-263.
6. Пчеловська С.А., Кутлахмедов Ю.О., Балан П.П. Аналіз та моделювання радіоємності екосистем по трасеру як показника благополуччя системи // Спец. випуск журналу "Екологічний вісник". – Антропогенно-змінене середовище України: ризики для здоров’я населення та екологічних систем: Матеріали міжнародної конференції. (21-24 березня, 2003 р.). – Київ: Чорнобильінтерінформ, 2003. – С. 469-476. (Здобувач здійснила експериментальне підтвердження можливості використання фактора радіоємності в якості характеристики стану модельної рослинної системи, провела обробку, аналіз отриманих результатів, написання статті).
7. Пчеловская С.А., Кольцова Е.Ю., Кутлахмедов Ю.А. Оценка влияния техногенно обусловленных радиационного и химического факторов на процессы восстановления растительной экосистемы через показатели радиоемкости // Екологічна безпека об’єктів господарської діяльності: Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції (2-4 червня 2004 р.). – Миколаїв: Вид-во МДГУ ім. Петра Могили, 2004. – С. 136-137.
8. Пчеловская С.А., Кутлахмедов Ю.А., Кутлахмедова-Вишнякова В.Ю., Могир М.В. Экологическое нормирование опасных факторов среды и радиоемкость экосистем // Екологічна безпека об’єктів господарської діяльності: Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції (2-4 червня 2004 р.). – Миколаїв: Вид-во МДГУ ім. Петра Могили, 2004. – С. 164-165.
9. Пчеловская С.А., Кутлахмедов Ю.А. Оценка неаддитивности совместного действия химического и физического факторов окружающей среды на примере модели растительной экосистемы // Актуальні питання ботаніки та екології: Матеріали конференції молодих учених-ботаніків (7-10 вересня, 2004 р.). – Канів: Канівський природний заповідник, 2004. – С. 122-123.
10. Пчеловська С.А., Кутлахмедов Ю.О. Особливості реакції модельної рослинної екосистеми на сумісну дію гамма-опромінення та внесення токсичного металу // Парадигми сучасної радіобіології. Радіаційний захист персоналу об’єктів атомної енергетики: Тези доповідей Науково-практичної конференції (27 вересня-1 жовтня, 2004 р., Київ-Чорнобиль). – Київ: Чорнобильінтерінформ, 2004. – С. 69.
11. Пчеловская С.А., Кутлахмедов Ю.А. Оценка синергизма комбинированного действия радионуклидов и тяжелых металлов // Радіобіологічні ефекти: ризики, мінімізація, прогноз: Матеріали міжнародної конференції (22-24 березня, 2005 р.). – Київ, 2005. – С. 141.
12. Пчеловська С.А., Кольцова О.Ю., Кутлахмедов Ю.О. Використання трасера як екосенсора для оцінки стану екосистем // Молодь і поступ біології: Тези доповідей Першої Міжнародної конференції студентів та аспірантів (11-14 квітня, 2005 р.). – Львів: Сполом, 2005. – С. 88.
13. Pchelovska S.A., Kutlakhmedov Yu.O. Using the radiocapacity parameters as the test of the radiation and toxic metal influences // The 34th Annual meeting of the European Society for Radiation Biology (ESRB) & of the Association for Radiation Research (ARR): Abstracts (5th-8th September, 2005 у.). Leicester: University of Leicester, UK, 2005. – Р. 44-45.
14. Пчеловская С.А., Кутлахмедов Ю.А. Явления восстановления и синергизма при сочетанном действии токсического и радиационного факторов на модельную растительную экосистему // Актуальні проблеми дослідження та збереження фіторізноманіття: Матеріали конференції молодих учених-ботаніків (6-9 вересня 2005 р. Умань). – Київ, 2005. – С. 103-104.
АНОТАЦІЯ
Пчеловська С.А. Вивчення комбінованої дії радіаційного та токсичного факторів за показниками радіоємності. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.01. – радіобіологія. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006.
Дисертація присвячена вивченню впливу комбінованої дії радіаційного г-опромінення рослин та внесення солі CdCl2 на характеристики стану спрощеної моделі рослинної екосистеми типу біота (рослини) – середовище (вода). Експериментально доведено можливість використання запропонованої нами характеристики – фактора радіоємності як чутливого індикатора зміни стану системи в умовах шкідливих впливів. Показано узгодження динаміки фактору радіоємності біоти (рослин кукурудзи) з ростовими характеристиками – ВШР рослин. В дослідах із застосуванням режиму фракціонування до г-опромінення показано внесок фундаментальних процесів (відновлення) в зміну показників радіоємності. Вперше застосовано режим фракціонування до токсичного впливу, виявлено позитивний вклад процесів відновлення в динаміку ростових процесів та фактору радіоємності у випадках фракціонування внесення солі CdCl2 з періодами між фракціями 12, 24, 48, 144 годин. Показано, що комбінована дія фракціонованого опромінення в дозі 20 Гр та фракціонованого внесення хлориду кадмію в концентрації 50 мкМ з часом між фракціями 6 годин (для обох факторів) виявила найбільший негативний вплив на показники радіоємності. В динаміці запропонованої кількісної характеристики взаємодії факторів – коефіцієнта синергізму це проявилось також максимально: для такої комбінації застосованих факторів спостерігався чіткий синергізм на протязі всього досліду. Виконавши розрахунки щодо рівних ефектів, спричинених радіаційним та токсичним впливами, здійснено еквідозиметричну оцінку: опромінення дозою 1 Гр спричиняє ефект, подібний дії хлориду кадмію в концентрації 3 – 5 мкМ.
Ключові слова: радіоємність, фактор радіоємності, радіоцезій, трасер, синергізм, комбінований вплив, г-опромінення, кадмій.
АННОТАЦИЯ
Пчеловская С.А. Исследование комбинированного действия радиационного и токсического факторов по показателям радиоемкости. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.01 – радиобиология. – Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2006.
Диссертация посвящена изучению влияния комбинированного действия широко распространенных и занимающих первые места в списке вредности факторов: радиационного г-облучения растений и внесения соли CdCl2 на характеристики состояния упрощенной модели растительной экосистемы типа биота (растения) – среда (вода). Оценку влияния выбранных факторов – острого, фракционированного облучения растений отдельно и в комбинации с внесением в среду 50 мкМ соли CdCl2, осуществляли с помощью показателей радиоемкости компонент модельной системы. Определяли факторы радиоемкости биоты (растений кукурузы) как долю радионуклидов, поглощенных растениями от общего количества радионуклидов, внесенных в среду. В качестве модели растительной системы использовали водную культуру растений кукурузы. Использование такой максимально упрощенной модели позволило выявить особенности протекания основных биологических процессов – поглощения питательных веществ растениями в условиях независимого и сочетанного действия радиационного и токсического факторов, а также проявление фундаментального свойства биологических организмов – процессов восстановления. Экспериментально доказана возможность использования предложенной нами характеристики – фактора радиоемкости как чувствительного индикатора изменения состояния системы в условиях действия разных по своей природе вредных факторов. Показано согласование динамики фактора радиоемкости биоты (растений кукурузы) с ростовыми характеристиками – ОСР растений. Совместное применение радиационного облучения растений и внесения хлорида кадмия оказывало большее негативное влияние на показатели радиоемкости растений кукурузы и, следовательно, на состояние модельной растительной системы, в сравнении с независимым применением каждого из факторов. С целью выявления участия процессов восстановления в общей картине ответа растений на вредные воздействия применяли режим фракционирования, как к радиационному облучению растений, так и к внесению хлорида кадмия в среду (воду). Выявлен позитивный вклад фундаментальных процессов (восстановления) в изменение показателей радиоемкости при применении фракций 10, 12, 24 часов. Впервые применен режим фракционирования к токсичному влиянию. Выявлен позитивный вклад процессов восстановления в динамику ростовых процессов и фактора радиоемкости в случаях фракционирования внесения соли CdCl2 с периодами между фракциями 12, 24, 48, 144 ч. В случае комбинированного применения фракционированного облучения в дозе 20 Гр и фракционированного внесения хлорида кадмия в концентрации 50 мкМ со временем между фракциями 6 часов (для обоих факторов) был выявлен негативный вклад процессов восстановления в реакцию растений – наблюдалось наибольшее угнетение показателей радиоемкости.
Для количественной оценки нелинейности взаимодействия радиационного и токсического факторов была разработана теоретическая модель, согласно которой динамика предложенной количественной характеристики взаимодействия факторов – коэффициента синергизма отражала степень взаимодействия разных по природе факторов. Проанализировав поведение коэффициента синергизма, выявлено, что максимальная степень неаддитивности (синергизма) на протяжении всего опыта наблюдалась в случае комбинированного применения фракционированного г-облучения растений в дозе 20 Гр и фракционированного внесения 50 мкМ соли CdCl2 со временем между фракциями 6 ч для обоих факторов. В случаях применения факторов без фракционирования и с фракционированием со временами 12, 24 ч, степень синергизма уменьшалась, приближаясь к области аддитивности или антагонизма. Сделав расчеты относительно равных эффектов, обусловленных радиационным и токсичным влияниями, осуществили эквидозиметрическую оценку, согласно которой облучение дозой 1 Гр вызывает эффект, подобный действию хлорида кадмия в концентрации 3 – 5 мкМ.
Ключевые слова: радиоемкость, фактор радиоемкости, радиоцезий, трассер, синергизм, комбинированное влияние, г-облучение, кадмий.
SUMMARY
Pchelovska S.A. The investigation of the combined action of radiation and toxic factors by the radiocapacity parameters. – Manuscript.
The dissertation for the candidate of biological science degree in speciality 03.00.01 – Radiobiology. – Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2006.
The dissertation is dedicated to the investigation of the influence of acute and fractioned г-irradiation and acute and fractioned adding of the hard metal cadmium salt into the water culture of maize plants to the radiocapacity parameters. It was proved the possibility of using of proposed by us characteristic – the radiocapacity factor as the sensitive indicator of changes of the system’s state. The concordance of dynamics of the biota’s (plants of maize) radiocapacity factor and growth characteristics – the relative velocity of growth was shown. Behaviour of these characteristics is an evidence of positive influence on biota by fractured entering of salt CdCl2 with periods between fractions 12, 24, 48 and 144 hours. The regime of fractionation of the toxic factor application was used for the first time. The superposition of fractured irradiation on dose 20 Gy and of fractured entering of cadmium chloride on concentration 50 mkM with the time between fractions 6 hours (for both factors) occurred the greatest negative influence to the radiocapacity parameters. On the dynamics of developed and proposed by us quantitative characteristic of the factor’s interaction – the synergism coefficient it reflected maximally too. Maximal synergism is present in interaction of these influences during the whole of experiment. Through the estimation of equal effects caused by radiation and toxic influences the equidosimetrical estimation was realized: г-irradiation on dose 1 Gy induces the effect like action of the cadmium chloride in concentration 3 – 5 mkМ.
Key words: radiocapacity, the radiocapacity factor, radiocesium, tracer, synergism, combined influence, г-irradiation, cadmium.
| 
