Под воздействием продолжительного облучения растений большими дозами ионизирующих излучений в них происходит повреждение жизненно важных структур, нарушение физиологических функций и возникает патологический процесс.
Патологический процесс, возникающий под влиянием ионизирующих излучений, получил название лучевой болезни. Термин этот до недавнего времени применялся только в отношении человека и животных. В настоящее время он с полным основанием применяется и в отношении растений (И. М. Васильев, 1960).
Несмотря на то что ионизирующие излучения являются вредным фактором, сразу после облучения растений никаких видимых изменений во внешнем облике растений не происходит, даже если облучение производится очень большими дозами. Облученные растения сохраняют нормальный вид и довольно длительное время остаются тургесцентными и зелеными. Позднее в них появляются разные нарушения, которые неделя за неделей усиливаются или, наоборот, постепенно исчезают. В первом случае растения в конечном итоге погибают, во втором выздоравливают. В первом случае смертельной дозой полностью подавляется рост, во втором — несмертельной дозой рост только временно задерживается. В каждом случае последействие облучения характеризуется определенными внешними признаками, но общим признаком лучевого поражения растений является задержка в росте.
При действии несмертельпых доз облучения первые признаки лучевого поражения растений проявляются в задержке и частичном подавлении их роста. При облучении несмертельными, но более высокими дозами и продолжительное время наблюдается также пожелтение листьев, потеря тургора и даже гибель растений.
Тщательное исследование развития облученных растений показало, что задержка в росте у них наблюдается не непрерывно. В начале проявления лучевой болезни некоторое время замечается прекращение задержки и даже ускорение роста, которое затем сменяется замедленным ростом. Поданным И. М. Васильева, озимая пшеница, облученная дозой 1000 р, уже через педелю заметно отставала в росте от необлученной. Через три недели после облучения эти растения пшеницы оказались выше, чем необлученные, а через 36 дней ускоренный рост облученных растений опять сменился замедленным ростом.
При сопоставлении темпов развития листьев и их величины у облученных и необлученных растений оказалось, что у облученных растений темп образования листьев был более высокий, а листья были всегда более узкие и удлиненные. Но эти особенности в росте и развитии облученных растений касаются только тех листьев, которые в момент облучения находились еще во влагалищах, но были уже оформленными зачатками. Листья более взрослые только задерживались в росте, не изменяя ширины листовой пластинки под влиянием облучения. Следовательно, рост облученных растений и в прошлом был слабее, но некоторое время они выглядели выше в связи с тем, что листья их в это время развивались быстрее.
У других растений внешние признаки поражения лучевой болезнью, кроме задержки роста, имеют свои особенности. У кукурузы, выращенной из облученных проростков, наблюдается сильная хлоротичность листьев, которая связана с повреждением хлоропластов. У сои после облучения на листьях появляется пестролистность, также вызванная повреждением хлоропластов. Подсолнечник, выращенный из облученных семян, имел многочисленные фасциации стебля, листьев и цветков. Некоторые из указанных ненормальностей со временем исчезали.
Признаки лучевой болезни после облучения растений смертельными дозами более четко выражены и проявляются на листьях, стеблях и других наземных органах растений, а также и на корневой системе. Наиболее существенными общими признаками, кроме полного подавления роста, являются: изменение в корневой системе, изменение окраски листьев, их увядание, засыхание и отмирание, заканчивающееся полной гибелью растения. Эти общие признаки поражения растений лучевой болезнью при тщательном исследовании их на разных растениях могут существенно отличаться, о чем свидетельствуют приведенные примеры описания болезни пшеницы, фасоли и бобов (по И. М. Васильеву).
У пшеницы первые два дня после облучения, кроме подавления роста, не обнаруживается никаких других особенностей. Но затем окраска листьев изменяется — они становятся темно-зелеными, а корни покрываются массой корневых волосков. Через полторы-две недели на кончиках молодых листьев появляется красная антоциановая окраска, которая постепенно захватывает большую часть листовой пластинки. Одновременно на листьях возникают капли сначала прозрачной, а затем беловатой сахаристой массы. Ткань под такой каплей вскоре буреет, становится некротической, пятно увеличивается, захватывая значительную часть листовой пластинки. Появление на листьях капель сахаристой жидкости, сопровождающееся некротическими пятнами, является важным диагностическим признаком поражения пшеницы лучевой болезнью.
Под влиянием облучения наблюдаются изменения во внешнем виде корней, которые у облученных растений сплошь покрываются массой длинных корневых волосков. Корневые волоски густо покрывают и самые кончики корней, их меристемную зону, чего не бывает у здоровых растений. Микроскопическое исследование облученных растений показало, что у них зона меристемных клеток исчезла, клетки перешли в стадию растяжения и в них образовались большие вакуоли. Все эти явления исчезновения меристемных клеток, превращение их в вакуолизированные клетки и полное подавление роста — характерные признаки лучевой болезни пшеницы и других растений.
Таким образом, в результате воздействия проникающих излучений в тканях листьев, стеблей и корней происходят морфологические и анатомические изменения, приводящие к тому, что уже через 3—4 недели после облучения растения постепенно начинают отмирать. При этом очень характерным для лучевой болезни пшеницы является то, что отмирают в первую очередь самые молодые листья, а затем самые старые. При естественном старении растений сначала отмирают старые листья, а потом более молодые.
У фасоли под влиянием облучения смертельными дозами наблюдается полное подавление роста и органообразования, сопровождающееся опадением листьев. После облучения растений новые листья на них не появляются, а старые листья некоторое время увеличиваются в размерах, принимают более темно-зеленую окраску, а затем опадают. Опадение листьев начинается с верхушечных листочков и заканчивается полным оголением стеблей.
Несколько иные признаки у бобов, пораженных лучевой болезнью. Вскоре после облучения листья бобов становятся более темно-зелеными, а верхушечные точки роста засыхают. В дальнейшем на листьях появляются некротические черные пятна, которые увеличиваются в числе и размерах и покрывают всю листовую пластинку. В результате листья постепенно увядают и засыхают, но не опадают, а остаются висеть на стебле.
Итак, облучение растений большими дозами проникающих излучений вызывает полное подавление роста, сопровождающееся определенными симптомами. При облучении растений очень высокими, но не смертельными дозами (измеряемыми миллионами рентгенов) подавленный проникающими излучениями рост при известных условиях может быть восстановлен, а облученные растения потенциально сохраняют эту способность. Все эти особенности облученных растений свидетельствуют о том, что лучевое поражение растений хотя имеет свою специфику, но похоже на другие неинфекционные болезни, вызываемые высокой или низкой температурой, недостатком или избытком влаги и другими абиотическими факторами.