Changes in the absorption capacity of soil under the infl uence of degradation processes during cultivation of agricultural crops

Abstract

The article presents the results of measuring the toxicity of soils with a specific activity of 137Cs in the range of 3,3∙102–1,3∙106 Bq∙kg-1, the flux density of β-particles and the dose rate of γ radiation on the surface of a bulk sample of 5,4-192,7 imp∙sec-1∙cm-2 and 0,2-2,7 μSv∙h-1, respectively. The forms of toxicity were detected in a solid-phase biotest with Allium cepa L., simulating the situation of external irradiation of dividing cells in contact with soil. The toxic effect was assessed relative to the control as mitotoxicity by reducing the mitotic index and as genotoxicity by inducing chromosomal aberrations, taking into account the contribution of the clastogenic effect. The value of the mitotic index in a series of biotests with contaminated soil decreased to values of 8,6±1,1–14,6±2,3% compared with the control proliferation level of 14,9±1,2%. At the same time, the frequency of chromosomal aberrations increased conjugately from 4,7±0,3 to 18,2±3,3%, with a control level of 3,9±0,5%, with an increase to 68% of the proportion of pathologies associated with clastogenic effects on chromosomes. A number of significant correlations between the values of toxicity indexes and indicators of radioactive contamination of soils have been revealed.

References

1.    Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. М., 2004.
2.    Гераськин С.А., Фесенко С.В., Волкова П.Ю. и др. Что мы узнали о биологических эффектах облучения в ходе 35-летнего анализа последствий аварии на Чернобыльской АЭС? // Радиационная биология. Радиоэкология. 2021. Т. 61, № 3. https://doi.org/10.31857/S0869803121030061
3.    Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении: Учебник. М., 2009.
4.    Дубинин Н.П. Радиационный и химический мутагенез. М., 2000.
5.    Ильин Л.А., Кириллов В.Ф., Коренков И.П. Радиационная гигиена: Учебник для вузов. М., 2010.
6.    Касацкий А.А. Биологический круговорот 137Cs и 40К в лесных фитоценозах южной тайги и лесостепи в отдаленный период после чернобыльских выпадений: Дис. … канд. биол. наук. М., 2015.
7.    Котельникова А.Д. Оценка токсичности дерново-подзолистой почвы при различных уровнях содержания лантаноидов методами биотестирования: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2019.
8.    Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры / Р.М. Алексахин, Л.А. Булдаков, В.А. Губанов и др. // Под общей ред. Л.А. Ильина, В.А. Губанова. М., 2001.
9.    Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М., 1988.
10.    Пяткова С.В., Гераськин С.А., Васильева А.Н. и др. Особенности использования Allium-теста для оценки токсичности образцов воды и почвы с радиоактивно загрязненных территорий // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2009. № 3.
11.    Радиоэкологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС: биологические эффекты, миграция, реабилитация загрязненных территорий / Под ред. Н.И. Санжаровой, С.В. Фесенко. М., 2018.
12.    Столбова В.В., Мамихин С.В., Котельникова А.Д. и др. Детализация классификации аберраций хромосом с недифференцированным окрашиванием для учета кластогенного воздействия радионуклидных и комплексных загрязнений // Радиационная биология. Радиоэкология. 2019. Т. 59, № 5. https://doi.org/10.1134/S0869803119040118
13.    Терехова В.А., Кулачкова С.А., Морачевская Е.В. и др. Методология биодиагностики почв и особенности некоторых методов биоиндикации и биотестирования (обзор) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2023. № 2. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-2-35-45
14.    Удалова А.А., Пяткова С.В., Гераськин С.А. и др. Оценка цито- и генотоксичности подземных вод, отобранных на промплощадке Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами // Радиационная биология. Радиоэкология. 2016. Т. 56, № 2. https://doi.org/10.7868/S0869803116020132
15.    Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10-летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС. М., 2000.
16.    Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных. М., 2004.
17.    Bolsunovsky A., Dementyev D., Trofimova E. et al. Chromosomal aberrations and micronuclei induced in onion (Allium cepa) by gamma-radiation // J. of Environmental Radioactivity. 2019. Vol. 207. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2019.05.014
18.    Brown L.D., Cai T.T., Dasgupta A. Interval estimation for a binomial proportion // Statistical Science. 2001. № 2. https://doi.org/10.1214/ss/1009213286
19.    Geras’kin S.A., Kim J.K., Dikarev V.G. et al. Cytogenetic effects of combined radioactive (137Cs) and chemical (Cd, Pb, and 2,4-D herbicide) contamination on spring barley intercalar meristem cells // Mutation Research / Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 2005. Vol. 586, № 2. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2005.06.004
20.    Gisselson D. Classification of chromosome segregation errors in cancer // Chromosoma. 2008. Vol. 117, № 6. https://doi.org/10.1007/s00412-008-0169-1
21.    Pentreath R.J., Woodhead D.S. A system for protecting the environment from ionising radiation: selecting reference fauna and flora, and the possible dose models and environmental geometries that could be applied to them // The Science of the Total Environment. 2001. Vol. 277. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(01)00888-9
22.    Saghirzadeh M., Gharaati M.R., Mohammadi Sh. et al. Evaluation of DNA damage in the root cells of Allium cepa seeds growing in soil of high background radiation areas of Ramsar – Iran // J. of Environmental Radioactivity. 2008. Vol. 99. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2008.03.013
23.    Stolbova V.V., Agapkina G.I., Kotelnikova A.D. et al. A short-term method for assessing the genotoxicity of soil as a solid-phase body based on the Allium test // Moscow University Soil Science Bulletin. 2018. Vol. 73, № 5. https://doi.org/10.3103/S0147687418050071
24.    Xavier M.N., Torres Novaes J.A., Cavalcante Silva A.C. et al. Cytogenetic effects of β-particles in Allium cepa cells used as a biological indicator for radiation damages // J. of Environmental Radioactivity. 2023. Vol. 259–260. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107109