На первом месте среди воздействий, вызывающих глубокие изменения генетического аппарата, стоит радиация. Наглядный пример мутагенного действия окружающей среды - развитие прогрессирующей лучевой болезни, которая заканчивается смертельным исходом у людей, получивших высокую дозу радиации. Такие случаи встречаются редко. Обычно они обусловлены аварийными ситуациями, нарушением технологических процессов.
Радиационный распад, или явление радиоактивности, связан со способностью атомов отдельных химических элементов испускать частицы, несущие энергию. В зависимости от того, какие частицы испускаются, выделяют корпускулярные (а-, b-) и волновые (у-) типы излучения.
B-лучи представляют собой поток электронов. Этот тип излучения обладает незначительной проникающей способностью. Их воздействию подвергается слой клеток, равный толщине слоя кожи человека, ос-частицы есть не что иное, как поток ядер гелия. Проникающая способность а-частиц небольшая, их задерживает даже простой лист бумаги. Они очень опасны при попадании внутрь организма через органы дыхания, пищеварения, открытые раны, ожоги, у-лучи представляют собой электромагнитные волны определенной длины. Они обладают большой проникающей способностью, для защиты от них не всегда эффективен даже металлический экран.
Основной характеристикой излучения, определяющей степень его воздействия на организм, является доза. Доза - это количество переданной организму энергии. Однако, при одинаковой поглощенной дозе, разные типы излучения могут иметь разный биологический эффект.
Под действием радиоактивного излучения в клетках происходит ионизация атомов и молекул, в том числе и молекул воды, что вызывает цепь каталитических реакций, приводящих к функциональным изменениям клеток. Наиболее радиочувствительны клетки постоянно обновляющихся органов и тканей: костного мозга, половых желез, селезенки. Изменения касаются механизмов деления, наследственного материала в составе хроматина и хромосом, регуляции процессов обновления и специализации клеток.
Радиация как мутагенный фактор вызывает повреждение генетического аппарата клеток: молекул ДНК, изменение кариотипа в целом. Мутации в соматических клетках облученного человека приводят к развитию лейкозов или других опухолей разных органов. Мутации в половых клетках проявляются в последующих поколениях: у детей и более отдаленных потомков человека, подвергшегося облучению.
Генетические дефекты мало зависят от дозы и кратности облучения. Даже сверхмалые дозы радиации могут стимулировать мутации, иначе говоря, пороговая доза радиации отсутствует.
Опасность радиационного облучения связана с тем, что органы чувств человека не могут улавливать ни один из видов излучения. Установить факт радиоактивного заражения местности можно только приборами.
Радиационную опасность представляют старые захоронения, относящиеся к тому времени, когда радиационным проблемам еще не уделяли должного внимания. Опасные ситуации могут возникать при утилизации отработанного ядерного топлива от АЭС и атомных подводных лодок, при захоронении радиоактивных отходов, которые образовались после уничтожения ядерного оружия. Кроме того, радиоактивные отходы имеют множество промышленных предприятий, научных и медицинских учреждений.
Радиация, связанная с развитием ядерной энергетики, составляет лишь малую долю, порождаемую деятельностью человека. Применение рентгеновских лучей в медицине, сжигание угля, длительное пребывание в хорошо герметизированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения.
Избежать облучения ионизирующим излучением невозможно. Жизнь на Земле возникла и продолжает развиваться в условиях постоянного естественного облучения. Помимо техногенных радионуклидов свой вклад в радиационный фон Земли вносят космическое излучение и излучение от рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах природных радиоактивных компонентов.
Приспособленность живых организмов к условиям ионизирующей радиации зависит прежде всего от того, насколько в клетках активно работают ферментные системы, обладающие антимутагенным действием. Известны генетические патологии человека, связанные с нарушением работы таких систем. В основном эта генные мутации, затрагивающие структуру молекул ДНК. Люди, имеющие такие наследственные патологии, обычно умирают в молодом возрасте от раковых заболеваний.
Мутагенными свойствами обладают не только различного типа излучения, но и многие химические соединения: естественные неорганические вещества (окислы азота, нитраты, соединения свинца), переработанные природные соединения (продукты сжигания угля, нефти, древесины, соединения тяжелых металлов), химические продукты, не встречающиеся в природе (пестициды, некоторые пищевые добавки, промышленные отходы, часть синтетических соединений).
Выраженным мутагенным действием в атмосфере городов обладают оксиды азота (III) и (V), которые при взаимодействии с атмосферной влагой образуют азотистую и азотную кислоты, а также выбросы дизельных двигателей; бензопирен, пыль асбеста, диоксины, - образующиеся при неконтролируемом сжигании твердых бытовых и промышленных отходов.
В составе гидросферы наиболее выраженным мутагенным действием обладают соли тяжелых металлов (никель, марганец) и пестициды.
В почве к числу химических мутагенов относятся соли тяжелых металлов и ме-таллорганических соединений, которыми почва загрязнена вдоль автомагистралей и в районах свалок мусора. Например, свинец - один из максимально опасных загрязнителей почв среди металлов. Он может накапливаться в организме человека, вызывая хронические отравления, проявляющиеся в истощении организма, нарушении работы почек, мышечной слабости, тяжелых расстройствах нервной и кровеносной систем.
Употребление в пищу растений, грибов и ягод, собранных вблизи автомагистралей, может привести к пищевому отравлению свинцом, а через несколько лет эффект может проявиться в виде мутации.
В отличие от радиоактивного излучения химические мутагены оказывают действие только при непосредственном контакте с клетками организма. Они могут попасть на кожу, слизистые оболочки дыхательных путей, с продуктами питания оказываться в пищеварительной системе, а затем с питательными веществами перейти в кровь.
Появление детей с врожденными пороками развития может быть связано с воздействием токсических факторов окружающей среды на эмбрион на ранних этапах его формирования. Действие этих факторов чаще всего осуществляется через организм матери (через плаценту). Роль мутагенных факторов могут играть вирусные инфекции матери, лекарственные препараты, содержащие гормоны, химические соединения с противоопухолевым действием, успокаивающие и противосудорожные средства. Фактором риска может стать рентгеновское обследование матери. Эмбрион наиболее уязвим в первые три месяца развития. Так, если женщина заболеет краснухой между 3-9 неделями беременности, то возникает риск развития у плода порока сердца, катаракты, глухоты.
Причины, вызывающие врожденные пороки развития, не всегда генетические. Известно около десяти тяжелых наследственных патологий с грубыми пороками развития, которые обусловлены недостатком или избытком одной из хромосом в кариотипе человека. Кариотип при избытке 18-й хромосомы (так называемая трисомия по 18-й хромосоме).
Возникает тяжелая картина наследственной патологии с множественными пороками развития. Обычно дети погибают в течение нескольких» месяцев после рождения. Это касается 21-й, 13-й, 18-й хромосом и Х-хромосомы. Причина таких наследственных патологий - неправильное расхождение хромосом к противоположным полюсам клетки во время мейоза при образовании половых клеток или в течение первого и второго деления митоза. К основным механизмам развития пороков на тканевом уровне относятся гибель отдельных клеточных масс, замедление распада и рассасывания отмирающих клеток, нарушение взаимодействия тканей. В результате тот или иной орган недоразвивается или развивается неправильно. Например, смещается устье аорты и развиваются врожденный порок сердца или пороки, связанные с незакрытием нервной трубки, деформацией ушей, укорочением рук, ног и др.
В последние годы все большее внимание к себе привлекают наследственные патологии, проявление которых зависит от согласованной работы многих параллельных генов и факторов окружающей среды. В данном случае под факторами среды имеется в виду не ее токсичность, а образ жизни человека: питание, стрессовые ситуации, аллергены и др. К числу таких патологий относятся сахарный диабет, бронхиальная астма, алкоголизм, гипертоническая болезнь и др. О подобных патологиях говорят, что к ним имеется генетическая предрасположенность. Чаще всего они не проявляются в раннем детстве. Вероятность их развития возрастает по мере прохождения жизни человека, так как значительную роль в развитии названных патологий играет окружающая среда. О возможности развития заболеваний с наследственной предрасположенностью судят на основе анализа родословной семьи на протяжении нескольких поколений.
В качестве примера рассмотрим, как проявляется генетическая предрасположенность к алкоголизму.
Для детей алкоголиков характерны тяжелые умственные поражения, нарушения речи, повышенная расторможенность, неспособность удерживать внимание.
Основу алкоголя составляет этиловый спирт. После попадания в кровь под действием ферментов в процессе обмена веществ он превращается в уксусный альдегид. Именно это соединение воздействует на нервную систему человека, вызывая состояние расторможенности, освобождения от проблем, легкую эйфорию. Под действием другого фермента уксусный альдегид превращается в уксусную кислоту и эффект алкоголя прекращается. У потомственных алкоголиков активность фермента, разрушающего уксусный альдегид, в несколько раз ниже, чем у здоровых людей. Фермент работает более медленно, нейротропное соединение накапливается в крови, и человек быстрее привыкает к алкоголю при регулярном его потреблении. Таким образом, риск стать алкоголиком среди детей алкоголиков в несколько раз выше чем среди ведущих трезвый образ жизни. Знание о предрасположенности к конкретному заболеванию поможет человеку организовать свой образ жизни так, чтобы максимально уменьшить роль факторов окружающей среды в развитии патологии.
Получение таких конкретных знаний вполне реально в ближайшем будущем. В настоящее время в основном завершена международная программа «Геном человека». Одна из ее задач - узнать тонкую структуру генов, отвечающих за развитие наследственных патологий. Это: необходимо для того, чтобы любой человек из семьи с наследственными патологиями еще в детстве мог сделать анализ ДНК для выяснения предрасположенности к семейным наследственным заболеваниям и при необходимости разработать меры борьбы с ними.
Осенью минувшего года Международное агентство по исследованию рака включило в список «возможных канцерогенных факторов» магнитные поля низкой частоты (50-60 Гц). Теперь они оказались в одном ряду с выбросами труб металлургических заводов и выхлопными газами автомобилей.
Электромагнитные поля окружают нас буквально всюду: дома, на работе, в поезде метро, в салоне троллейбуса или трамвая. Тронулся за стеной лифт, загудел компрессор холодильника, щелкнуло реле обогревателя - все это означает, что по проводам побежал ток и вокруг него, следовательно, возникло электромагнитное поле. А его магнитная составляющая, как стало известно, хорошо проникает через любые преграды, в том числе и внутрь нашего тела. Практически в каждой квартире имеются сегодня электробытовые приборы - телевизоры, холодильники, электроутюги и стиральные машины. Немало домов оборудовано уже и электроплитами, а во многих семьях появились компьютеры и микроволновые печи. Помимо этого - кофемолки, кофеварки, миксеры, электрочайники, электросоковыжималки, кухонные комбайны и т.д. и т.п. Все они работают на промышленной частоте и окружены соответствующим магнитным полем. Поэтому очень важно знать, на каком расстоянии от них безопасно находиться.
Надо сказать, что магнитное поле у большинства этих приборов невелико и измеряется в микротеслах (мкТл). А до недавних пор считалось, что столь слабые поля просто не могут причинять нам хоть какой-нибудь вред. Выяснилось, однако, что это не совсем так.
С конца 70-х годов в десятках стран мира велись исследования: ученые выявляли связь разных видов болезней с влиянием на организм электромагнитных полей. В Швеции, например, к 1992 году были закончены наблюдения за здоровьем 500 000 человек, проживавших в условиях повышенных значений магнитного поля промышленной частоты. Результаты оказались неутешительными.
Статистика показала, что увеличение индукции магнитного поля от 0,1 мкТл до 4 мкТл в несколько раз повышает риск развития лейкемии у детей. И что вообще там, где значение этой индукции составляет 0,3 мкТл и выше, онкологические заболевания встречаются в два раза чаще.
На основании этих данных шведы ввели в своей стране гигиенический норматив низкочастотного магнитного поля величиной в 0,2 мкТл. А поскольку аналогичные результаты получены в США, Канаде, Франции, Дании и Финляндии, то сегодня уже во многих странах принято считать безопасным уровнем низкочастотного магнитного поля именно эту величину - 0,2 мкТл.
И именно ею следует отныне руководствоваться при проектировании городской застройки, при планировке квартир, а также при разработке бытовой техники. И хотя это уже достаточно широко известно, но у нас - увы! - пока вовсе не всегда применяется на практике.
Между тем магнитные поля способны, по словам ведущего научного сотрудника Центра электромагнитной безопасности ГНЦ РФ - Института биофизики РАН профессора Ю. Григорьева, стать причиной не одних только онкологических заболеваний. В результате проведенных специалистами института клинических и экспериментальных исследований установлено, что следствием воздействия электромагнитных полей может, например, стать синдром раннего старения организма. Его признаками служат ухудшение памяти и работоспособности, снижение иммунитета, нарушение репродуктивной функции и развитие иной возрастной патологии в ранние годы. Но каковы же основные источники опасных магнитных полей в наших квартирах?
При этом главное значение имеет не столько величина магнитного поля прибора, сколько расстояние до него (пропорционально квадрату этого расстояния падает интенсивность магнитного поля), а также время работы с ним. Достаточно сильное магнитное поле, например, у телевизора, но ведь вряд ли придет кому-то в голову сидеть ближе, чем в метре от него. Но вот, казалось бы, практически безопасная настольная лампа может часами гореть буквально в нескольких сантиметрах от вашей головы. А это уже совсем не безопасно.
Понятно, что наибольший вред здоровью может нанести электроплита, возле которой некоторые активные хозяйки простаивают часами. Но ведь можно по крайней мере так расставить все в кухне, чтобы никто зря не находился в зоне риска.
Таблица зоны риска некоторых электробытовых приборов (по данным Центра электромагнитной безопасности)
А, чтобы до минимума снизить воздействие магнитных полей в доме, стоит воспользоваться приведенной таблицей, а также советами специалистов все того же Центра электромагнитной безопасности.
Необходимо следить за тем, чтобы дети находились на достаточном расстоянии от работающих электробытовых приборов.
Не следует включать одновременно несколько мощных источников.
Нельзя делать из проводов «кольца» и «петли».
По возможности желательно использовать принятую за рубежом трехпроводную схему домашней проводки с заземленным кожухом вокруг проводов.
Сегодня в магазинах, торгующих всякого рода «экологической» продукцией, встречаются приборы, способные, по утверждению их создателей, ограничивать опасное влияние магнитных полей на человека. На самом же деле таких приборов нет, и относиться к подобным поделкам следует, как к обычному шарлатанству.
А для ограничения вредного влияния этих полей надо всего лишь переставить мебель и бытовые приборы так, чтобы места сна и отдыха и места постоянного пребывания детей не попадали в зону повышенного магнитного поля электроприборов, то есть находились от них на расстоянии не менее 1,5 метра. Нельзя не заметить, кстати, что ни внутри квартирные перегородки, ни даже несущие стены не служат защитой от низкочастотного магнитного поля. Поэтому желательно учитывать и то, какие источники магнитного поля установлены у соседей за стеной.
Нередко источники могут располагаться и вне дома и притом действовать независимо от воли жильцов и круглосуточно. Замеры, проведенные в ряде домов специалистами Центра электромагнитной безопасности, показали, что уровень магнитного поля в некоторых комнатах превышает допустимый в 1,2-2 раза. В одном из случаев источником вредного воздействия оказался проложенный в подъезде по внешней стене комнаты силовой кабель лифта, в другом - расположенный в смежном нежилом помещении распределительный щит.
Так что же делать с такими квартирами? По мнению директора Центра электромагнитной безопасности О. Григорьева, надо либо переводить их в нежилой фонд, либо срочно ликвидировать источники магнитного поля по соседству. Ведь защититься от магнитного поля промышленной частоты чрезвычайно сложно.
геном экология мутагенность токсичность
«Экология и здоровье человека» - В ряде регионов антропогенные нагрузки давно превысили установленные нормативы. Многие чистящие средства, например, стиральные порошки содержат фосфатные соединения. Методы урока. Влияние экологических проблем на здоровье человека. Оборудование: слайды презентации видеоматериалы по теме: влияние экологических проблем на человека.
«Среда человека» - Содержание. Охрана природы - важнейшая задача человечества. Загрязнения окружающей среды. Экология… Охрана природы. Окружающая среда. Борьба с грязью.
«Экология человека и его здоровье» - Оценка состояния физического здоровья. Закаливание. Межпредметный курс по экологии. Определение стрессоустойчивости. Предмет элективного курса. Обоснование. Двигательная активность. Викторина. Климат и здоровье. Иммунитет. Создание условий. Профилактика. Правильное дыхание. Оценка подготовленности организма.
«Природа и человек» - В.И. Вернадский. Тема 2: «Взаимодействие человека и природы в разных природных регионах Земли». 1. С.В. Алексеев. М.: Просвещение, 1991. 4. Н.Ф. Реймерс. Если вас заинтересовал курс, Вы можете обратиться по адресу: М., 1990 5. Г.В. Войткевич, В.А. Вронский. М.: Советская Энциклопедия, 1995. Наши занятия будут проходить в форме:
«Экологическая безопасность» - Задачи по решению экологической безопасности. Уравнение. Холерные вибрионы. Анализ. Оцените экологическую ситуацию на объекте. Влияние вредных экологических факторов. Расчет массы аммиака. Лёгкий уровень. Экологическая безопасность. Сложный уровень. Характер ситуации.
Действие мутагенов на наследственные структуры клеточного ядра неодинаково, поэтому возникают различные мутации трех типов , вызванные изменением количества хромосом, изменением структуры хромосом и изменением структуры гена (прилож. 1).
Мутации также разделяются на морфологические, физиологические и биохимические . Они могут изменять проявление любого внешнего признака, влиять на функции отдельных органов, рост и развитие организма, вызывать различные изменения химического состава клеток и тканей.
По проявлению мутации бывают доминантные и рецессивные , при этом рецессивные мутации возникают значительно чаще, чем доминантные. Мутационный процесс, как правило, идет от доминантности к рецессивности. Доминантные мутации проявляются сразу же в гетерозиготном состоянии, рецессивные – только тогда, когда мутированный ген окажется в гомозиготном состоянии.
По относительному влиянию на жизнеспособность и плодовитость организма мутации делятся на полезные , нейтральные и вредные . Полезные мутации повышают устойчивость организма к неблагоприятным факторам внешней среды (к повышенной или пониженной температуре, возбудителям болезней и т. д.). Вредные мутации задерживают рост, развитие, вызывают гибель организма. Летальные мутации бывают доминантные , которые проявляются в первом поколении и быстро удаляются из популяции естественным отбором, и рецессивные , которые накапливаются в генотипе и проявляются в последующих поколениях.
Совокупность всех мутаций, возникающих у организма под действием мутагенного фактора, называют спектром мутаций . Большое разнообразие мутаций указывает на широкий спектр мутагенеза, а однотипные мутации – на узкий спектр.
Мутационная изменчивость происходит на разных этапах развития организма и во всех его клетках. Мутации, возникающие в половых клетках в гаметах и клетках, из которых образуются организмы, называются генеративными . Мутации, возникающие в соматических клетках организма, называются соматическими . По своей природе генеративные и соматические мутации ничем не отличаются, так как их возникновение связано с изменением структуры хромосом, и образуются они примерно с одинаковой частотой. Однако, по характеру проявления и значимости для эволюции и селекции различия между этими видами мутаций очень существенны. Генеративные мутации при половом размножении передаются следующим поколениям организмов. При этом доминантные мутации проявляются уже в первом поколении, а рецессивные – только во втором и последующих поколениях при переходе их в гомозиготное состояние. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляются только по доминантным генам или по рецессивным генам в гомозиготном состоянии. Они имеют большое значение для эволюции организмов с вегетативным размножением.
Все мутации по степени их фенотипического проявления делят на два класса : крупные (или видимые) и малые . Крупные мутации легко обнаруживаются по появлению различных наследственных морфологических аномалий. Малые мутации проявляются через незначительные изменения физиологических, морфологических и любых количественных признаков. Крупные мутации выделяют путем отбора отдельных измененных растений во втором мутантном поколении (М 2). Малые мутации выявляют в результате математической обработки данных изменчивости изучаемого признака по семьям растений в третьем мутантном поколении (М 3). Благодаря малым мутациям создается огромная наследственная изменчивость различных признаков в популяциях растений, что имеет большое значение в селекции и эволюции вида. Крупные мутации, за редким исключением, не дают начала новым сортам и видам, потому что по причине низкой адаптации к внешним условиям удаляются естественным отбором.
От мутаций следует отличать морфозыили фенотипическое проявление признаков, которые являются одной из форм ненаследственной индивидуальной изменчивости организма, поэтому в последующих поколениях они не проявляются.
Для получения хозяйственно-ценных мутаций облучают от 2 до 4 тысяч семян. Отбор мутаций чаще всего проводят в М 2 . В связи с тем, что в М 2 выявляются не все мутации, отбор проводят и в М 3 . Иногда отбор мутаций начинают проводить в М 1 , при этом отбирают доминантные мутации по интересующему признаку (например, высокопродуктивные растения) для последующего отбора всех полезных мутаций. Для ускорения и облегчения выделения полезных мутаций все выделенные в М 1 растения высевают как индивидуальные потомства отдельных растений (семьи) для получения второго мутантного поколения. В М 2 отбирают мутанты с хорошо выраженными хозяйственно-ценными признаками и растения для получения малых мутаций в М 3 . В дальнейшем из ценных мутантов формируются новые улучшенные популяции, их используют в селекции (при скрещивании друг с другом или с другими сортами). Эффективность селекции повышается при обязательном экологическом испытании мутантов.
Радиационная селекция, как метод получения новых ценных сортов сельскохозяйственных растений и высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, широко используется в практике. Радиационная селекция в растениеводстве включает два этапа :
1) использование ионизирующего излучения для получения селекционно-ценных мутантных форм растений, которые используются в дальнейшем в селекционном процессе в качестве исходного материала;
2) включение мутантных форм растений в селекционную работу по созданию новых сортов, обладающих селекционно-ценными признаками мутантных форм.
Для получения мутантов в растениеводстве используют рентгеновское излучение и гамма-излучение, нейтронное излучение (быстрые нейтроны – 0,2-26 МэВ и медленные нейтроны – 0,025 МэВ) и радиоактивные изотопы (фосфор-32 и серу-35) и др. Вероятность возникновения мутаций при облучении различных биологических объектов возрастает с увеличением поглощенной дозы. Однако, с увеличением дозы возрастает и гибель особей в облученной популяции, при этом многие возникшие мутации не выявляются. При радиационной селекции растений часто используют дозы, при которых погибает 70 % растений. Эти дозы называются критическими . У 30 % выживших растений можно наблюдать большое количество мутаций различного характера. Наиболее часто хозяйственно ценные мутанты образуются при меньших дозах облучения, при которых погибает только 20-30 % растений. Величина дозы облучения зависит от радиочувствительности биологических объектов. Например, дозы облучения семян рентгеновским и гамма-излучением для выхода полезных мутаций у пшеницы, ячменя и кукурузы составляют 50- 100 Гр, у овса – 70-100 Гр, у люпина – 140-160 Гр.
Под действием ионизирующего излучения возникают генные (или точечные) мутации и хромосомные мутации (или геномные мутации) . Геномные мутации , сопровождающиеся уменьшением количества хромосом (анеуплоидия) и увеличением количества хромосом (полиплоидия) в 2 или 4 раза наблюдаются редко. Анеуплоидные формы растений имеют резкие морфологические дефекты и не представляют интереса для радиационной селекции. Полиплоидные формы растений несут летальные мутации, поэтому погибают. Для селекционной работы жизнеспособные полиплоидные формы растений получают с использованием метода химического мутагенеза, при этом в качестве мутагенного препарата часто используют колхицин. Для радиационной селекции наибольший интерес представляют генные мутации. Следует напомнить, что ген – это определенный участок молекулы ДНК. Генные мутации индуцируются в пуриновых и пиримидиновых основаниях молекулы ДНК при ее радиолизе, что приводит к изменению генетического кода и, в конечном итоге, к появлению новых признаков, сформированных под действием облучения. В образовании мутаций немаловажную роль играют также процессы репарации одиночных разрывов молекулы и процессы репарации повреждений оснований.
Выход радиационных мутаций зависит от величины дозы облучения, мощности дозы облучения, вида излучения и величины линейной передачи энергии (ЛПЭ) и от стадии онтогенеза растений. Частота возникновения мутаций возрастает пропорционально дозе облучения. Однако, с увеличением дозы увеличивается частота хромосомных аберраций и гибель клеток, поэтому возникшие мутации не выявляются. Абсолютная величина дозы зависит от радиочувствительности конкретного облучаемого организма. Часто хозяйственно полезные мутанты растений образуются при облучении семян дозой, вызывающей гибель 20-30 % растений.
Возникновение мутаций, как и любого радиобиологического эффекта, – это многостадийный процесс, в котором участвуют, с одной стороны, вещества, повышающие выход мутаций, а, с другой стороны, ферменты репарации, снижающие выход мутаций. При большой мощности дозы облучения образуется больше мутаций, потому что при малой мощности дозы уже в процессе облучения успевают произойти репарационные процессы. При хроническом облучении развивающихся растений (при малой мощности дозы), растения облучаются в разных по радиочувствительности фазах развития, поэтому спектр мутаций разнообразнее, или при облучении растений в конкретной стадии развития высокой мощностью дозы. С уменьшением мощности дозы снижается количество хромосомных нарушений, поэтому уменьшается гибель клеток и растений.
Установлено, что при облучении излучением с низкой ЛПЭ (рентгеновское и гамма-излучение), большинство хромосомных повреждений восстанавливаются. Среди мутантных растений выявляют формы с признаками устойчивости к болезням, повышенного содержания ценных веществ. Излучения с высокой ЛПЭ (нейтроны) вызывают более глубокие нарушения в хромосомах, которые не восстанавливаются, поэтому у выживших мутантных растений выявляются многообразные нарушения морфологических признаков.
Выход и качество мутаций зависит не только от физических свойств излучений, но и от состояния генома как в момент облучения, так и в пострадиационный период окончательного формирования мутации. В радиационной селекции растений наиболее часто облучают покоящиеся воздушно-сухие семена растений. Облучение семян в различные периоды формирования, начиная с момента образования оплодотворенной семяпочки и до состояния глубокого покоя, дает неидентичные результаты. Частота и эффективность мутаций значительно возрастает при облучении растений в период слияния половых гамет и образования зиготы, в фазе завершения формирования зародыша и в фазе усиления ростовых процессов зародыша при прорастании семени.
Для получения мутантных растений используют метод облучения пыльцы в период ее созревания с последующим искусственным опылением необлученных растений облучаемой пыльцой.
Хозяйственно полезные мутанты растений, сочетающие высокую продуктивность с другими признаками, появляются, как правило, очень редко. Селекционно-ценные мутантные формы растений выделяются содержанием питательных веществ, скороспелостью, устойчивостью к болезням, устойчивостью к полеганию, повышенной продуктивностью и другими признаками. Мутантные формы используются в качестве донора полезного признака в селекции растений . На основе радиационного мутагенеза в растениеводстве решаются вопросы получения новых сортов сельскохозяйственных растений, которые характеризуются высокой урожайностью, устойчивостью к неблагоприятным условиям среды и действию патогенных вредителей. Селекционеры, используя мутагенный эффект, гамма-облучения почти в 5 раз сокращают сроки выведения новых сортов зерновых культур.
К настоящему времени зарегистрировано более 1000 сортов различных растений, созданных с использованием мутантных форм растений, полученных при использовании ионизирующих излучений. Больше всего таких сортов получено у ячменя (72 сорта), риса (65 сортов), пшеницы (38 сортов), фасоли (10 сортов), арахиса (15 сортов), в которых сочетается высокая урожайность и улучшенное качество зерна с высокой экологической пластичностью. У декоративных растений получено более 500 радиационных мутантов, отличающихся прекрасными декоративными формами, устойчивостью к болезням и хорошей адаптационной способностью к неблагоприятным факторам внешней среды.
В микробиологической практике обычно используют дозы, при которых остается 1-5 % выживших микроорганизмов. Радиационным методом был получен штамм микроорганизма для производства молочного порошка нислактин, при добавлении которого к плавленым сырам улучшается их качество и продлевается срок хранения. Нислактин используют в кормовых добавках при вскармливании поросят, при этом повышается прирост массы поросят и улучшается их общее состояние. Методом радиационной селекции были получены новые формы микроорганизмов, которые являются возбудителями заболеваний у ряда вредителей сельскохозяйственных культур. Например, был получен возбудитель мускардиноза для более 60-ти видов насекомых-вредителей (яблоневой плодожорки, хлебного клопа-черепашки, фасолиевой зерновки и др). Особый интерес и практическую ценность при радиационных мутациях микроорганизмов представляют генные мутации, которые косвенно влияют на деятельность ферментов. При этом фермент активизируется, и реакции, катализируемые этим ферментом, проходят интенсивнее, чем в норме, поэтому у микроорганизмов усиливается продукция того и иного метаболита – антибиотиков, аминокислот и др.
При облучении культуры дрожжей были получены расы, вырабатывающие в 2 раза больше эргостерина, что имеет большое значение для витаминной промышленности.
Комбинированным воздействием радиации и химических мутагенов получено много штаммов высоко активных плесневых грибов, которые вырабатывают пенициллин, стрептомицин, ауреомицин, эритромицин и альбомицитин. Некоторые штаммы плесневых грибов дают выход стрептомицина в 20, а пенициллина в 50 раз больше исходных рас. Производство антибиотиков промышленным способом значительно расширило их доступность для населения.
Радиационный мутагенез radiation mutagenesis - радиационный мутагенез.
Получение мутаций под действием ионизирующего излучения <ionizing radiation >; различают спонтанный (естественный) Р.м. - под действием солнечной (космической) радиации или радиации, не контролируемой человеком (подземные ископаемые и т.п.), и искусственный (индуцированный, направленный) Р.м. в контролируемых человеком (как правило, экспериментальных) условиях; второй тип Р.м. достаточно широко применяется в селекции (особенно в селекции растений) для получения широкого спектра различных мутаций, среди которых могут быть отобраны полезные.
(Источник: «Англо-русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г.)
Смотреть что такое "радиационный мутагенез" в других словарях:
Радиационный мутагенез - * радыяцыйны мутагенез * radiaton mutagenesis …
Большой Энциклопедический словарь
См. Генетическое действие излучений. * * * РАДИАЦИОННЫЙ МУТАГЕНЕЗ РАДИАЦИОННЫЙ МУТАГЕНЕЗ, см. Генетическое действие излучений (см. ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ) … Энциклопедический словарь
радиационный мутагенез - radiacinė mutagenezė statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Mutacijų sukėlimas radioaktyviaisiais spinduliais. atitikmenys: angl. radiation mutagenesis rus. радиационный мутагенез … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas
См. Генетическое действие излучений …
Мутагенез - * мутагенез * mutagenesis 1. Процесс возникновения наследственных изменений (мутаций, см.) под влиянием внутренних или внешних, естественных (спонтанный М.) или искусственных (искусственный, индуцированный или экспериментальный М.) мутагенных… … Генетика. Энциклопедический словарь
- (см. ...генез) процесс возникновения наследственных изменений мутаций 1; может быть искусственно ускорен и видоизменен воздействием на живые структуры мутагенами; в зависимости от вида мутагена различают радиационный м., химический м. и др. Новый … Словарь иностранных слов русского языка
Радиационный мутагенез, возникновение наследственных изменений (мутаций (См. Мутации)) при облучении организмов. Г. д. и. важная часть биологического действия ионизирующих излучений (См. Биологическое действие ионизирующих излучений),… … Большая советская энциклопедия
- (радиационный мутагенез), возникновение под влиянием ионизирующих излучений и УФ лучей наследств. изменений (мутаций). Под действием излучений возникают качественно те же мутации, что и без облучения, но значительно чаще; соотношение разных типов … Естествознание. Энциклопедический словарь
- (радиационный мутагенез), возникновение под влиянием ионизирующих излучений и УФ лучей наследственных изменений (мутаций). Под действием излучений возникают качественно те же мутации, что и без облучения, но значительно чаще; соотношение разных… … Энциклопедический словарь
