Как ранее упоминалось, при облучении растительных объектов в относительно слабых дозах ионизирующей радиации наблюдается эффект радиостимуляции, проявляющийся в ускорении роста, развития, повышении биомассы, а также в изменении качества и структуры урожая многих видов растений.
Радиостимуляция может быть вызвана самыми разнообразными способами лучевого воздействия: предпосевным замачиванием семян в растворах радиоактивных веществ соответствующих концентраций, облучением семян извне рентгеновскими или гамма-лучами, внесением излучателей в почву, а также хроническим облучением растений в процессе вегетации.
Для практического использования радиостимуляции в сельском хозяйстве и селекции наиболее приемлемы метод предпосевного облучения семян извне и облучение вегетирующих растений на гамма-полях.
Нами радиостимуляционный эффект был отмечен при облучении семян томата, редиса, капусты белокачанной и капусты кормовой.
Через месяц после посева (к моменту пикировки) число растений на единицу площади в вариантах с облучением в дозах от 250 до 1000р было несколько больше, чем в контроле. Средняя высота облученных растений при высадке в грунт с большой достоверностью превышала высоту контрольных растений. Подсчет числа цветущих растений в начале цветения показал, что в облученных вариантах цветущих растений в день подсчета было в 3—4 раза больше, чем в контроле. В фазе массового цветения и завязывания плодов на первой кисти число растений в вариантах с облучением также было значительно больше, чем на контрольных делянках. Следовательно, растения, выросшие из семян, подвергнутых облучению, развивались дружнее и быстрее, чем контрольные.
Положитеельное действие облучения сказалось и на результатах уборки урожая. Средний вес и среднее число плодов на одной делянке, а также средний вес одного плода диаметром больше 3 см и относительный вес плодов на растениях оказались в облученных вариантах выше, чем в контроле. Лишь при облучении в дозе 16000 р несколько снизился средний вес одного плода. Число созревающих (желтых) плодов в облученных вариантах в 2—2,5 раза больше, чем на контрольных делянках. Поскольку при уборке урожая зреющих плодов было мало, то от каждого варианта мы отобрали по 100 шт. возможно одинаковых и хорошо сформированных зеленых плодов и поставили их в комнатные условия на дозревание. При последующих проверках и подсчетах плодов, достигших товарной спелости, удалось отметить, что процесс созревания плодов, снятых с контрольных растений, был более растянут во времени, чем с растений, семена которых подверглись предпосевному облучению. Число зрелых плодов на 26 сентября в облученных вариантах было значительно больше, чем в контроле; в последующем эта разница сглаживается, хотя и в более поздние сроки число зрелых плодов в контроле отставало от облученных вариантов.
При облучении семян редиса в диапазоне доз от 250 до 2000 р среднее число растений, вес корнеплодов и вес листьев редиса несколько выше, чем на контрольных делянках. Более высокие дозы облучения угнетают развитие растений. Следует отметить, что наши данные по предпосевному облучению редиса хорошо согласуются с результатами опытов других исследователей.
В опытах с белокочанной и кормовой капустой нам также удалось выявить оптимальный диапазон доз гамма-излучения, оказывающий положительное действие на развитие этих растений. Для белокачанной капусты стимулирующими оказались дозы в диапазоне от 250 до 8000 р, а для кормовой — от 500 до 4000 р.
Важно отметить, что предпосевное облучение семян в стимулирующих дозах не оказывает вредного последействия. Урожай, полученный при посеве семян от стимулированных растений гороха, пшеницы, ячменя и риса оказался даже несколько повышенным по сравнению с контролем.
Помимо радиостимуляции предварительное облучение в слабых дозах в ряде случаев оказывает защитное действие к последующему облучению в сублетальных дозах. Этот феномен отмечен многими исследователями на животных.
Имеются данные о проявлении радиозащитного действия предварительного облучения и на растениях.
В нашей лаборатории аналогичный эффект зафиксирован в опытах с семенами гороха (сорт Капитал) и сосны обыкновенной. В опытах с горохом сухие покоящиеся семена предварительно облучали гамма-лучами кобальта-60 в дозах: 50, 100, 250, 1000 и 2500 р при мощности дозы 25 р/мин. Повторное облучение этих, семян проводили в набухшем состоянии после 24 часового намачивания их в воде при комнатной температуре в дозе 2500 р. Общий интервал между первым и вторым облучением 500 часов. Выбор дозы для повторного облучения обусловлен тем, что, как показали предварительные опыты, при этой дозе в зародышевой меристеме корешков к концу первого пострадиационного митоза количество клеток с хромосомными аберрациями на стадии анафазы достигает 40—50 %.
В качестве критерия радиобиологической реакции во всех вариантах опыта учитывали частоту клеток с хромосомными аберрациями в корневой меристеме проростков и вес сухой массы надземных частей растений через 30 дней после появления всходов. Растения выращивали в вегетационных сосудах в условиях вегетационного домика при высеве семян по 33 шт. на один сосуд. Повторность опыта трехкратная. Хромосомные аберрации в корневой меристеме учитывали на временных давленных препаратах, окрашенных ацетолакмоидом.
При сравнительно малом проценте спонтанных хромосомных мутаций в контрольном (необлученном) варианте, частота клеток с хромосомными мутациями при облучении набухших семян в дозе 2500 р (без предварительного облучения) существенно велика (34,5%). Предварительное облучение в дозе 100 р более чем вдвое снижает частоту поврежденных клеток (t = 5,4; Р = 0,007). Дозы 250 и 500 р не оказали заметного влияния на общий выход поврежденных клеток (имеющиеся разницы статистически не достоверны), а при дозе предварительного облучения в 1000 р виден эффект усиления лучевого поражения. Наибольшее снижейие числа поврежденных клеток на единицу дозы облучения также отмечается при предварительном облучении в дозе 100 р; при этой же дозе несколько увеличен, по сравнению с вариантом без предварительного облучения, средний вес одного растения.
В значительной мере сходные результаты получены в опытах с семенами сосны обыкновенной. Покоящиеся семена сосны (влажность 6—7%) предварительно облучали гамма-лучами кобальта-60 в дозах 50, 100, 250, 1000 и 2000 р при мощности дозы 25 р/мин. После этого их выкладывали по 100 шт. в чашки Петри с влажным песком на фильтровальную бумагу и выдерживали в термостате при температуре 22—23°. Через трое суток семена в стадии набухания были подвергнуты повторному облучению в дозах 1000 и 2500 р и снова помещены в термостат на дальнейшее проращивание. Контролем в каждом варианте опыта служили семена, которые предварительно не облучались. Критериями радиобиологической реакций в этих опытах служили энергия прорастания и общая всхожесть семян. Повторность опытов трехкратная.
Предварительное облучение сухих семян в дозах 50 и 100 р не только не уменьшает, а наоборот, несколько увеличивает как энергию прорастания, так и общую всхожесть по сравнению с вариантом без предварительного облучения. При более высоких дозах лучевого воздействия радиочувствительность семян к повторному облучению увеличивается.
Рассмотренные результаты опытов с семенами гороха и сосны свидетельствуют, что предварительное облучение сухих семян в относительно слабых дозах гамма-излучения повышают их радиорезистентность к последующему облучению в сублетальных дозах. При этом радиозащитный эффект сказывается не только на проявлении внешних признаков развития растений (скорость прорастания, всхожесть семян, увеличение веса растений), но и на снижении лучевого поражения генетических структур. Поскольку дозы облучения, вызывающие радиозащитный эффект, находятся в пределах диапазона стимулирующих доз как для семян гороха, так и для семян сосны, можно полагать, что радиобиологические эффекты радиостимуляции и повышения радиорезистентности под влиянием предварительного облучения в малых дозах регулируются единым механизмом. По-видимому, радиостимуляция проявляется не только в ускорении роста, развития и увеличении биомассы растений, но и в повышении радиорезистентности семян к последующему облучению.
К сожалению, механизмы, лежащие в оскове явления радиостимуляции, все еще недостаточно ясны. Имеющееся на сей счет различные представления подробно рассмотрены в монографии Н. М. Березиной (1964). Можно надеяться, что детальное изучение проявления радиозащитного действия малых доз излучений на семенах хорошо изученных в радиобиологическом отношении растений поможет в дальнейшем глубже понять и механизмы стимулирующего действия радиации.