Радиация и растения: от восстановления почвы до межпланетных полетов

В настоящее время изучение воздействия ионизирующего излучения имеет большое значение в контексте проблем в области развития сельского хозяйства, обнаружения зон с повышенным природным и техногенным радиационным фоном, а также необходимости развития космической биологии. При этом данный вид излучения может быть успешно использован для разработки новых сортов сельскохозяйственных растений, предпосевной обработки семян и решения других общебиологических задач, направленных на установление общих закономерностей и особенностей воздействия ионизирующего излучения на различные живые организмы.

На сегодняшний день накоплен и обобщен большой объем данных о влиянии ионизирующего излучения на рост и размножение растений, а также об изменениях, вызванных ионизирующим излучением на генетическом уровне. В то же время существует значительный разрыв в понимании механизмов влияния ионизирующего излучения на активность биохимических и физиологических процессов, несмотря на то, что именно на этом уровне формируется основа, благодаря которой все эффекты проявляются на уровне всего организма.

По словам профессора Владимира Воденеева, заведующего кафедрой биофизики в Университете имени Н.И. Лобачевского в Нижнем Новгороде, активность физиологических процессов, с одной стороны, определяет рост растений, а с другой, определяется изменениями на генетическом уровне. Таким образом, изучение физиолого-биохимических эффектов ионизирующего излучения может дать наиболее полную картину воздействия ионизирующего излучения на растения.

"В настоящем исследовании внимание сосредоточено на влиянии излучения на важнейшие физиологические процессы, включая фотосинтез, дыхание, дальний транспорт, функционирование гормональной системы, биосинтез различных соединений. На основе большого объема экспериментальных данных проведен анализ дозовых и временных зависимостей эффектов ионизирующего излучения, которые показывают качественное сходство по отношению к различным физиологическим и биохимическим процессам. Изучена последовательность этапов этих процессов, их механизмы и причинно-следственные связи между ними", - отмечает Владимир Воденеев.

Первичные физико-химические реакции, вызванные ионизирующим излучением, в том числе образование различных активных форм кислорода (РОС), являются причиной изменений функциональной активности растений. В исследовании подчеркивается роль долгоживущей формы РОС, перекиси водорода, которая опосредует действие ионизирующего излучения. Он действует не только как повреждающая молекула, но и как универсальный внутриклеточный мессенджер и молекула, играющая роль сигнала дальнего действия. Другими словами, показаны не только негативные факторы влияния РОС на растения, но и некоторые положительные аспекты как источника передачи информации на молекулярном уровне.

Нижегородские ученые предположили, что влияние ионизирующего излучения на физиологические процессы происходит в основном через дисрегуляцию их активности. Такая дисрегуляция, по-видимому, обусловлена наличием перекрестного разговора между растительными сигнальными системами, такими как РОС, кальций, гормональные и электрические системы.

Повышение уровня РОС, индуцированное как острым, так и хроническим облучением, может влиять на активность широкого спектра физиологических процессов посредством регуляции как на генетическом, так и на физиологическом уровнях, что в конечном итоге влияет на процесс адаптации растений к изменяющимся условиям окружающей среды.

Полученные результаты открывают новый этап в изучении возможностей выживания растений под влиянием различных неблагоприятных факторов, в том числе экстремальных условий космического пространства, пишет EurekAlert.