Основы общей и сельско-хозяйственной радиобилогии - Гудков И.Н.
ISBN 5-7987-0005-4
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку характер биохимических процессов существенно зависит от фазы клеточного цикла, следует ожидать определенных различий в радиочувствительности клеток при их облучении в отдельные фазы цикла. Для проведения таких исследований необходимо иметь популяции клеток, в которых все клетки или, по крайней мере, их большинство, в данный момент находятся в определенной фазе цикла. Культуры клеток с такими свойствами получают искусственно и называют синхронными.
Весьма четкие различия в радиоустойчивости клеток в разные фазы клеточного цикла показаны в опытах с синхронными культурами одноклеточных водорослей. Синхронизация делений водорослей достигается центрифугированием клеток и созданием особого светового режима, состоящего в чередовании определенных по продолжительности периодов света и темноты. Для хлореллы наименьшая радиоустойчивость свойственна клеткам, находящимся в начале S-фазы, а наибольшая — в конце ее. Промежуточными значениями устойчивости к радиации характеризуются клетки в Gi-фазе и митозе.
Однако для некоторых водорослей наименьшая радиоустойчивость обнаружена в Ог-фазе. Так, в опытах Р. Хорсли и соавторов (1967) при облучении синхронизированных клеток водоросли эдогониум равный по величине радиобиологический эффект достигался при облучении в дозе 9,5 Гр в начале Gi-фазы и в дозе всего
1,4 Гр в йг-фазе.
Исследование радиочувствительности фаз клеточного цикла у высших растений обычно требует применения химических методов синхронизации делений в меристемах. Химические синхронизаторы — это, как правило, митотические яды, которые в определенных концентрациях обладают свойством обратимо блокировать клеточный цикл в одной из его фаз. Помещенные после такого блока в обычную среду клетки меристем некоторое время синхронно двигаются по циклу.
Наиболее эффективным синхронизатором для многих типов клеток, в том числе и растительных, является окси-мочевина — специфический ингибитор синтеза ДНК, блокирующий переход клеток из Gr в S-фазу. Выдержав растения период времени, в течение которого все клетки пройдут через клеточный цикл и остановятся на этом рубеже, можно в последующем, облучая их через различные промежутки времени после извлечения из синхронизатора, т. е. в соответствии с последовательным прохождением отдельных фаз, оценить их радиочувствительность.
Приведенные на рис. 19 кривые свидетельствуют о том, что радиочувствительность меристемы корней гороха и кукурузы в зависимости от фазы клеточного цикла
Время после инкубации в оксимочейине,ч
Рис. 19. Радиочувствительность клеток корневой меристемы гороха ((2) и кукурузы (б) в зависимости от фазы клеточного цикла
и периода, в котором находятся ее клетки, по абсолютным значениям полулетальных доз различаются в 2,2—
2,5 раза, варьируясь от 5,8 до 12,8 Гр у гороха и от 13 до 28 Гр — у кукурузы. В порядке возрастания радиочувствительности клетки можно расположить в следующей последовательности: горох — ранняя Gi-фаза, середина S-, поздняя S-, ранняя S-, поздняя Gr, М- и (32-фаза; кукуруза — середина S-фазы, поздняя S-, ранняя G2-, ранняя S-, Gr, М- и поздняя йг-фаза.
Несмотря на различия в радиочувствительности растений гороха и кукурузы, продолжительности их клеточного цикла и относительного вклада в цикл отдельных фаз, можно выделить несколько общих периодов, характеризующих радиочувствительность отдельных фаз. У обеих культур максимальной радиочувствительностью обладают клетки, находящиеся в Gi-фазе и митозе, но у кукурузы, клетки которой имеют 5,5-часовую, а не 2-часовую, как у гороха, С2-фазу, высокая чувствительность к излучению характерна лишь для конца этой фазы. Высокой радиоустойчивостью клетки обоих видов обладают в середине S-фазы. В начале и конце этой фазы они были более радиочувствительны.
Митоз, в свою очередь, подразделяется на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Все они характеризуются высокой радиочувствительностью, которая варьируется в определенных пределах. Наиболее радио-устойчив митоз в своей начальной фазе — в профазе, наименее— в метафазе и анафазе.
В постоянно обновляющихся клеточных популяциях, какими являются и меристемы высших растений, прохождение клетками последовательной серии клеточных циклов образует единый сложный процесс, в котором одно деление некоторым образом определяет наступление следующего. Однако под влиянием разнообразных внешних воздействий и внутренних регуляторных механизмов в определенных ситуациях протекание этой сложной последовательности биохимических реакций и структурных превращений может приостановиться. Клетка в таком случае оказывается вне цикла деления, переходя в состояние покоя, которое принято обозначать как Go-фазу.
У растений выделяют два типа покоящихся клеток: покоящиеся клетки, диффузно распределенные среди активно делящихся клеток меристем, и клетки тканей, находящихся в состоянии покоя. К последним в корнях относятся клетки покоящегося центра — особой группы
клеток, находящейся в самом конце корня у границы с корневым чехликом, в побеге — клетки так называемых «меристем ожидания» и пазушные почки.
