Influence of separate and combined action of γ-radiation and lead nitrate on germination, antioxidant status and cytogenetic indicators of spring barley seedlings

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Exposure of seeds to a dose of γ-radiation of 20 Gy and a concentration of 2 mg/mllead significantly modifies the oxidative status of barley plants. Lead at the concentration studied is capable of suppressing the development of seedlings, but is inferior to γ-radiation in its ability to induce cytogenetic abnormalities in the root meristem. Lead toxicity affects roots much more than shoots because roots interact directly with the lead solution. Preliminary seeds γ-irradiation modifies the oxidative status of plants, which reduces the negative effect of lead on seed germination and mitotic activity of cells. The combined action of lead and ionizing radiation does not lead to increased oxidative stress and an increase in the frequency of cytogenetic abnormalities compared to their separate action.

About the authors

S. A. Geras’kin

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

A. A. Prazyan

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

D. V. Vasiliev

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

S. V. Bitarishvili

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

A. S. Smirnova

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

E. M. Shesterikova

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

A. S. Khanova

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

I. A. Pishenin

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

E. A. Kazakova

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

E. S. Kvichanskaia

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

M. A. Lychenkova

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

D. D. Babina

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

M. Yu. Korol

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

Y. A. Blinova

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

M. S. Podlutskii

National Research Center “Kurchatov Institute” – RIRAE

Author for correspondence.
Email: stgeraskin@gmail.com
Obninsk, Russia

References

  1. Palumbl S.R. Humans as the world’s greatest evolutionary force.Science.2001;293:1786–1790.
  2. Aslam M., Aslam A., Sheraz M. et al. Lead toxicity in cereals: Mechanistic insight into toxicity, mode of action, and management.Front. Plant Sci.2021;11:587785.
  3. Санжарова Н.И., Цыгвинцев П.Н., Анисимов В.С. и др. Тяжелые металлы в агроценозах: миграция, действие, нормирование. Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ, 2019. 398 с. [Sanzharova N.I., Tsigvintsev P.N., Anisimov V.S. et al. Tiazholie metally v agrotsenozah: migratsia, deistvie, normirovanie. Obninsk: FGBNU VNIIRAE, 2019. 398 p. (In Russ.)]
  4. Алексахин Р.М., Фесенко С.В., Гераськин С.А. и др. Методика оценки экологических последствий техногенного загрязнения агроэкосистем. М., 2004. 88 с. [Alexakhin R.M., Fesenko S.V., Geras’kin S.A. et al. Metodika otsenki ekologicheskih posledstviy technogennogo zagriazneniya agroekosistem. M., 2004. 88 p. (In Russ.)]
  5. Gudkov S.V., Grinberg M.A., Sukhov V., Vodeneev V. Effect of ionizing radiation on physiological and molecular processes in plants.J. Environ. Radioactiv.2019;202:8-24.
  6. Choudhury F.K., Rivero R.M., Blumwald E., Mittler R. Reactive oxygen species, abiotic stress and stress combination.Plant J.2017;90:856–867.
  7. 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.Mutat. Res.2005;586:147–159.
  8. Qi W., Zhang L., Wang L. et al. Pretreatment with low-dose gamma irradiation enhances tolerance to the stress of cadmium and lead in Arabidopsis thaliana seedlings.Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015;115:243–249.
  9. Wang X., Ma R., Cui D. et al. Physio-biochemical and molecular mechanism underlying the enhanced heavy metal tolerance in highland barley seedlings pretreated with low-dose gamma irradiation.Scient. Rep. 2017;7:14233.
  10. Mohammed A.H.M.A., Mohamed H.I., Zaki L.M., Mogazy A.M. Pre-exposure to gamma rays alleviates the harmful effect of salinity on cowpea plants.J. Stress Physiology & Biochemistry. 2012; 8(4):199–217.
  11. Козьмин Г.В., Гераськин С.А., Санжарова Н.И. и др. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ, 2015. 400 с. [Kozmin G.V., Geras’kin S.A., Sanzharova N.I. et al. Radiatsionnie tekhnologii v selskom hoziaistve I pischevoy promishlennosti. Obninsk: FGBNU VNIIRAE, 2015. 400 p. (In Russ.)]
  12. Newton A.S., Flavell A.J., George T.S. et al. Crops that feed the world 4. Barley: a resilient crop? Strengths and weaknesses in the context of food security.Food Security. 2011;3(2):141.
  13. Geras’kin S, Churyukin R, Volkova P. Radiation exposure of barley seeds can modify the early stages of plants’ development.J. Environ. Radioactiv.2017;177:71–83.
  14. Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С., Гераськин С.А. Внутривидовой полиморфизм ярового ячменя (Hordeum vulage L.) по устойчивости к действиюсвинца.Сельскохоз. биология.2014;(5):78–87. [Dikarev A.V., Dikarev V.G., Dikareva N.S., Geras’kin S.A. Vnutrividovoy polimorphizm yarovogo yachmenia (Hordeum vulage L.) po ustoichvosti k deystviyu svintsa.Selskohoziaistvennaya biologia. 2014;(5):78–87. (In Russ.)]
  15. ГОСТ 12038–84 Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Стандарты на методы контроля. М.: Стандартинформ, 2002. 28 с. [GOST 12038-84 Mezgosudarstvenniy standart. Semena selskohoziaystvennih kultur. Metodi opredelenia vshozesti. Standarti na metodi kontrolia. M.: Standartinform, 2002. 28 p. (In Russ.)]
  16. Бабаян Р.С. Проращивание семян в рулонах из фильтровальной бумаги и полиэтиленовой пленки.Сельскохоз. биология. 1981;(3):473–475. [Babayan R.S. Prorschvanie semian v rulonah iz filtrovalnoybumagi i polietilenovoy plenki.Selskohoziaystvennaya biologia. 1981;(3):473–475. (In Russ.)]
  17. Walker J.R.L. Enzyme isolation from plantsand the phenolic problem. – What’s New.PlantPhysiol.1980;11:33–36.
  18. Биссвенгер Х. Практическая энзимология. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 328 с. [Bissvanger H. Prakticheskaya enzimologia. M.: BINOM. Laboratoria znaniy, 2013. 328 p. (In Russ.)]
  19. Разыграев А.В., Петросян М.А., Базиян Е.В., Полянских Л.С. Исследование активности каталазы в гетеротопиях в экспериментальной модели эндометриоза.Журн. акушерства и женских болезней. 2019;68(6):57–63. [Razigrayev A.V., Petrosian M.A., Baziyan E.V., Polianskih L.S. Issledovanie aktivnosti katalazy v geterotopiyah veksperimentalnoy modely endometrioza.Zurnal akusherstva i zenskih bolezney.2019;68(6):57–63. (In Russ.)]
  20. Verma S., Dubey R.S. Lead toxicity induces lipid peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants . Plant Science. 2003;164:645–655.
  21. Zhang Z., Huang R. Analysis of malondialdehyde, chlorophyll proline, soluble sugar, and glutathione content in Arabidopsis seedling.BioProtocol. 2013;3(14):e817.
  22. Гераськин С.А., Фесенко С.В., Черняева Л.Г., Санжарова Н.И. Статистические методы анализа эмпирических распределений коэффициентов накопления радионуклидов растениями.Сельскохоз. биология. 1994;(1):130–137. [Geras’kin S.A., Fesenko S.V.,Cherniaeva L.G., Sanzharova N.I. Statisticheskie metody analiza empiricheskihraspredeleniy koeffitsientov nakoplenia radionuklidov rasteniyami.Selskohoziaystvennaya biologia. 1994;(1): 130–137. (In Russ.)]
  23. Обручева Н.В., Антипова О.В. Физиология инициации прорастания семян.Физиология растений.1997;44(2):287–302. [Obrucheva N.V., Antipova O.V. Fiziologia initsiatsii prorastania semian.Fisiologia rasteniy.1997;44(2):287–302. (In Russ.)]
  24. Bailly C., El-Maarouf-Bouteau H., Corbineau F. From intracellular signaling networks to cell death: the dual role of reactive oxygen species in seed physiology.C.R. Biologies. 2008;331:806–814.
  25. Обручева Н.В., Антипова О.В. Запуск роста осевых органов и его подготовка при прорастании семян, находящихся в вынужденном покое. 2. Инициация “кислого” роста в осевых органах семян кормовых бобов.Физиология растений. 1994;41(3):443–447. [Obrucheva N.V., Antipova O.V. Zapusk rosta osevih organov i ego podgotovka pri prorastanii semian nahodiaschihsia v vinuzdennom pokoe. 2. Initsiatsia “kislogo” rosta v osevih organah semian kormovih bobov.Fisiologia rasteniy. 1994;41(3):443–447. (In Russ.)]
  26. Poschenrieder C., Cabot C., Martos S. et al. Do toxic ions induce hormesis in plants?Plant Science.2013;212:15–25.
  27. Верхотуров В.В. Физиолого-биохимические процессы в зерновках ячменя и пшеницы при их хранении, прорастании и переработке: Автореф. дисс. д-ра биол. наук. М., 2008. 38 с. [Verhoturov V.V. Fisiologo-biohimicheskie protsessi v zernovkah yachmenia i pshenitsi pri ih hranenii prorastanii i pererabotke: Avtoref. Diss. d.b.n. M., 2008. 38 p. (In Russ.)]
  28. Sharma I., Ahmad P. Catalase: a versatile antioxidant in plants. Ahmad P (ed.) Oxidative damage to plants – antioxidant networks and signaling. San Diego: Academic Press, 2014. P.131–148.
  29. Caverzan A., Passaia G., Rosa S.B. et al. Plant responses to stresses: role of ascorbate peroxidase in the antioxidant protection.Gen. Mol. Biol.2012;35:1011–1019.
  30. Sharma P., Jha A.B., Dubey R.S., Pessarakli M. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions.J. Botany. 2012. 217037.
  31. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Zulfiqar F. et al. Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress: revisiting the crucial role of a universal defense regulator.Antioxidants(Basel). 2020;9(8):681.
  32. Soares C., Carvalho M.E.A., Azevedo R.A., Fidalgo F. Plants facing oxidative challenges – a little help from the antioxidant networks.Environ. Experim. Botany. 2019;161:4–25.
  33. Dorion S., Ouellet J.C., Rivoal J. Glutathione Metabolism in Plants under Stress: Beyond Reactive Oxygen Species Detoxification.Metabolites.2021;11(9):641.
  34. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Anee T.I. et al. Regulation of ascorbate-glutathione pathway in mitigating oxidative damage in plants under abiotic stress.Antioxidants.2019;8:384.
  35. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения.Физиология растений. 2001;48(4):606–630. [Seregin I.V., Ivanov V.B. Fiziologicheskie aspekti toksicheskogodeystvia kadmia i svintsa na visshie rastenia.Fisiologia rasteniy. 2001;48(4):606–630. (In Russ.)]
  36. Patra M., Bhowmik N., Bandopadhyay B., Sharma A. Comparison of mercury, lead and arsenic with respect to genotoxic effects on plant systems and the development of genetic tolerance.Environ. Experim.Botany. 2004;52(3):199–223.
  37. Гераськин С.А., Дикарев В.Г., Удалова А.А., Дикарева Н.С. Влияние комбинированного действия ионизирующего излучения и солей тяжелых металлов на частоту хромосомных аберраций в листовой меристеме ярового ячменя.Генетика.1996;32(2):279–288. [Geras’kin S.A., Dikarev V.G., Udalova A.A., Dikareva N.S. Vliyanie kombinirovannogo deystvia ioniziruyuschego izlucheniai soley tiazolih metallov na chastotu hromosomnih aberratsiy v listovoymeristeme yarovogo yachmenia.Genetika.1996;32(2):279–288. (In Russ.)]
  38. Евсеева Т.И., Гераськин С.А., Вахрушева О.М. Оценка вклада факторов радиационной и химической природы в формирование биологических эффектов в популяции горошка мышиного с территории складирования отходов радиевого производства (пос. Водный, Республика Коми).Радиац. биология. Радиоэкология.2014;54(1):85–96. [Evseeva T.I., Geras’kin S.A., Vahrusheva O.M. Otsenka vklada faktorov radiatsionnoy i himicheskoy prirody v formirovanie biologicheskih effectov v populiatsii goroshka mishinogo s territorii skladirovania othodov radievogo proizvodstva (pos. Vodniy, Rspublika Komi).Radiatsionnaya biologia. Radioecologia.2014;54(1):85–96. (In Russ.)]
  39. Micieta K., Murin G. Three species of genus Pinus suitable as bioindicators of polluted environment.Water Air Soil Pollution. 1998;104:413–422.
  40. Streffer C., Bolt H., Follesdal D. et al. Low dose exposures in the environment. Dose-effect relations and risk evaluation. Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag, 2004. 471 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».