ВНЕДРЕНИЕРАДИАЦИОННО-БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
В РАЗВИТИЕСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОТРАСЛИ
Ванеев Д.А.
ГБПОУ ВО«Борисоглебский сельскохозяйственный техникум».
Сторублевцева Г.Н.,преподаватель ГБПОУ ВО «БСХТ»
Аннотация:
В настоящеевремя развитие фундаментальных исследований в ядерной физике открывает широкиеперспективы использования радиобиологических явлений и закономерностей в самыхразнообразных сферах практической деятельности человека — сельском хозяйстве,пищевой и микробиологической промышленности, медицине, охране окружающей среды.
Ключевые словаи фразы: радиобиология, радиационно-биологические технологии, исследования.
Проблемыприкладной радиобиологии сводятся к дальнейшему поиску радиобиологическихявлений, которые могут быть использованы в практической деятельности, а также кболее широкому внедрению новых радиационно-биологических технологий в практику.В прикладной радиобиологии используется рентгеновское излучение, гамма- ибета-излучение, электронное и нейтронное излучение. В РБТ применяютионизирующие излучения с энергией, не превышающей 10 мэВ, при которой воблученном объекте не возникает наведенной радиоактивности. Наиболее частоиспользуют излучение с энергией от 0,5 до 5 МэВ.
Современные достижения ядерной физики в растениеводстве, животноводстве иветеринарии, а также и в других областях сельского хозяйства используются внескольких направлениях:
1.Радиационно-биологическая технология (РБТ)
Радиационно-биологическая технология направлена на исследования: а) мутагенногодействия ионизирующего излучения, которое применяется вселекционно-генетических исследованиях в области растениеводства,животноводства, микробиологии и вирусологии; б) стимулирующего действиярадиации, которое используют для радиационной стимуляции растений с цельюускорения их развития и повышения урожайности, повышения хозяйственно полезныхкачеств птицы, радиационной стимуляции животных, рыбы и других организмов сцелью повышения их выживаемости, ускорения роста, увеличения массы тела иулучшения качества продукции; в) ионизирующего излучения для производствакормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных; г) бактерицидногоили летального действия ионизирующих излучений для радиационной стерилизацииветеринарных принадлежностей, бактерийных препаратов, получения радиовакцин,радиационной стерилизации сельскохозяйственных животных и насекомых-вредителей,продления сроков хранения продукции животноводства и растениеводства, ускорениямедленно идущих процессов в пищевой промышленности, радиационногообеззараживания навоза и навозных стоков животноводческих, птицеводческих извероводческих комплексов, а также сырья животного происхождения приинфекционных заболеваниях.
Радиационно-биологические технологии широко используются в растениеводстве. Приэтом применение ионизирующих излучений для облучения объектов растениеводстваосновано на эффектах радиостимуляции, которые проявляются при облучении в дозах3-40 Гр. РБТ в растениеводстве наиболее часто применяют для предпосевногогамма-облучения семян с целью ускорения роста и развития, увеличенияурожайности и улучшения его качества, а также для повышения всхожестинекондиционных семян и семян, требующих стратификации (семена косточковыхрастений). В качестве источников излучения используют гамма-установки срадионуклидами кобальта-60 и цезия-137, ускорители электронов с энергией до 10МэВ, источники излучения, связанные с ядерными реакторами (радиационныеконтуры, частично или полностью отработанные ТвЭЛЫ, которые являются радиоактивнымиотходами атомной энергетики. Наиболее широкое применение в РБТ получилигамма-установки радионуклидов кобальта-60 и цезия-137. Эти радионуклиды имеютдлительный период полураспада, который у цезия-137 составляет 30 лет, укобальта-60 5,27 года, а также сравнительно высокую проникающую способностьгамма-излучения, которое не создает наведенной радиоактивности в облучаемыхобъектах. Физико-механические свойства гамма-установки с этими радионуклидовможно длительно эксплуатировать. Использование ускорителей дает возможностьполучения высокой мощности пучка, экономичность и безопасность, потому чтоизлучения генерируются периодически, а не постоянно, как у гамма-нуклидныхустановок. Радиационные контуры и ТвЭЛЫ применяют в РБТ только для экспериментальныхцелей. Для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области РБТ созданряд передвижной и стационарной техники: передвижные гамма-установки типа«Колос», «Стебель», «Гамма-панорама», которые монтируются на автомобилях илиавтоприцепах. Источником излучения у них является цезий-137, запаянный вдвойную ампулу из нержавеющей стали, и находящийся за защитным экраном внерабочем положении установок. «Колос» и «Стебель» используется дляпредпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и другихкультур в условиях хозяйств, а «Гамма-панорама» – для облучениясельскохозяйственных растений и животных с целью мутагенеза и стимуляции ихроста и развития. Стационарные установки типа «Гамма-поле» и «Стерилизатор» систочником кобальта-60 предназначены соответственно для длительного и разовогооблучения растений в селекционной работе и для стерилизации в промышленныхмасштабах ветеринарных и медицинских материалов и инструментов. Стационарнаяустановка типа «МХР» используется для микробиологических ирадиационно-химических исследований, а «Генетик» – для стерилизациинасекомых-вредителей.
Действие мутагенов на наследственные структуры клеточногоядра неодинаково, поэтому возникают различные мутации трех типов,вызванные изменением количества хромосом, изменением структуры хромосом иизменением структуры гена.
Мутации также разделяются на морфологические, физиологические ибиохимические. Они могут изменять проявление любого внешнего признака,влиять на функции отдельных органов, рост и развитие организма, вызыватьразличные изменения химического состава клеток и тканей.
По проявлению мутации бывают доминантные и рецессивные,при этом рецессивные мутации возникают значительно чаще, чем доминантные.Мутационный процесс, как правило, идет от доминантности к рецессивности.Доминантные мутации проявляются сразу же в гетерозиготном состоянии,рецессивные – только тогда, когда мутированный ген окажется в гомозиготномсостоянии.
По относительному влиянию на жизнеспособность и плодовитостьорганизма мутации делятся на полезные, нейтральные и вредные. Полезныемутации повышают устойчивость организма к неблагоприятным факторам внешнейсреды (к повышенной или пониженной температуре, возбудителям болезней и т. д.).Вредные мутации задерживают рост, развитие, вызывают гибель организма. Летальныемутации бывают доминантные, которые проявляются в первом поколении ибыстро удаляются из популяции естественным отбором, и рецессивные,которые накапливаются в генотипе и проявляются в последующих поколениях.Мутационная изменчивость происходит на разных этапах развития организма и вовсех его клетках. Мутации, возникающие в половых клетках в гаметах и клетках,из которых образуются организмы, называются генеративными. Мутации,возникающие в соматических клетках организма, называются соматическими.По своей природе генеративные и соматические мутации ничем не отличаются, таккак их возникновение связано с изменением структуры хромосом, и образуются онипримерно с одинаковой частотой. Однако, по характеру проявления и значимостидля эволюции и селекции различия между этими видами мутаций очень существенны.Генеративные мутации при половом размножении передаются следующим поколенияморганизмов. При этом доминантные мутации проявляются уже в первом поколении, арецессивные – только во втором и последующих поколениях при переходе их вгомозиготное состояние. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках,поэтому проявляются только по доминантным генам или по рецессивным генам вгомозиготном состоянии. Они имеют большое значение для эволюции организмов свегетативным размножением.
2. Медицинскаяпромышленность, диагностика и лечение болезней человека и животных.
При практическом использовании ионизирующих излучений вмедицинской промышленности и медицине выделяется два направления: 1)использование процессов радиационно-биологической технологии (РБТ) дляпроизводства изделий и препаратов в медицинской промышленности, применяемых вмедицинской практике; 2)использование ионизирующих излучений и процессов для диагностики и лечениянекоторых заболеваний.
Хирургия и терапия требует обязательного наличия стерильногооборудования, как для диагностики, так и для лечения. Поводом для использованиярадиационного способа стерилизации в промышленных масштабах послужила необходимостьприменения различных изделий одноразового пользования, которые изготавливалисьиз новых пластмасс и полимерных материалов и выпускались в больших объемах.Традиционные способы стерилизации медицинского оборудования не смоглиудовлетворять растущих в нем потребностей, поэтому традиционные способыстерилизации заменились радиационной стерилизацией. Благодаря проникающимсвойствам ионизирующего излучения оказалось возможным стерилизовать медицинскуюпродукцию в упакованном виде и в больших объемах.
3. Исследовательскиеработы в области физиологии и биохимии животных и растений,
Каждый радиоактивный атом, подвергаясь радиоактивному распаду,как бы помечен склонностью к неизбежному распаду. Такая «метка», отличающаяподобный атом от стабильных атомов данного или другого элемента, и послужилапричиной введения в науку термина «меченый атом».
Метод меченых атомов был впервые предложен в 1913 г.венгерским радиохимиком Дьёрдем Хевеши (Нобелевская премия по химии,1943) и немецким ученым Фридрихом Панетом.В 1923 г. Д.Хевеши сообщил,что с помощью радия и тория ему удалось проследить распределение свинца врастениях. Далее он продолжил свои исследования и на животных – это было первоеприменение радиоактивных индикаторов в биологии.
Таким образом,меченые атомы, а точнее радиоактивные индикаторы, играют роль указателей илисигналов, свидетельствующих о присутствии в исследуемом субстрате ультрамалыхколичеств данного радионуклида, недоступных определению иными методами. Радиоактивныеиндикаторы широко используются для изучения взаимодействия удобрений с почвой,поступлением питательных веществ и их участием в метаболизме в ходе различныхфизиологических и биохимических процессов. Так, например, благодаря этомуметоду было доказано, что глубина заделки суперфосфата влияет на снабжениерастений фосфором: при неглубокой заделке утилизация растениями фосфорапроисходит только в начальный период вегетации, а при глубокой — в течениепочти всего ее периода.
Применение изотопа С14даловозможность глубоко изучить химизм процесса фотосинтеза, последовательностьбиохимических реакций, в ходе которых происходит усвоение углерода иобразование органических соединений, дающих материал для синтеза всех веществ,из которых строятся ткани растений и формируется урожай.
С помощью меченых атомов стало возможным изучить динамикуфизиолого-биохимических процессов в растении, обновление состава различныхорганических и неорганических соединений в таких условиях, когда, вследствиесинхронно идущих процессов анаболизма и катаболизма, обычные химические методыне в состоянии выявить эту динамику.
В ветеринарии и животноводстве в настоящее время радиоактивныеизотопы используются:
1) в качестве индикаторов при изучении промежуточного обмена,процессов усвоения составных частей кормов животными, путей синтеза в организмебелков, жиров, углеводов, процессов образования молока, яиц, шерсти и т.д.;
2) при изучении обмена минеральных веществ и особенно кальция,фосфора, йода, различных микроэлементов в организме животных при различныхфизиологических состояниях, а также при болезнях (рахит, остеомаляция и др.);
3).для изучения механизма действия лекарственных веществ приразработке новых методов лечения животных;
4) для изучения функций эндокринных желёз у сельскохозяйственныхживотных при различных физиологических состояниях.
По всем указанным направлениям интенсивно ведутсянаучно-исследовательская работа, разрабатываются конкретные методы применениярадиоизотопов в физиологии, биохимии и клинике для изучения нормального ипатологического состояния организма.
Списоклитературы:
1.Г у л я е в, Г. В. Генетика. – 3-е изд., перераб. и доп. / Г.В.Гуляев. М.: Колос, 1984. 351
2. И в а н о в с к и й, Ю. А. Эффект радиационной стимуляции придействии больших и малых доз ионизирующего облучения / Автореферат диссертациина соискание ученой степени доктора биологических наук. Владивосток. 2006 г. -46 С.
3. Боброва, Н. Г. Биотехнология: вопросы теории и практики : учеб,пособие для студентов педагогических вузов / Н. Г. Боброва. — Самара : Поволж.гос. социал.-гуманит. Акад., 2010.
