ВНЕДРЕНИЕ РАДИАЦИОННО-БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
В РАЗВИТИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОТРАСЛИ
ГБПОУ ВО «Борисоглебский сельскохозяйственный техникум».
Сторублевцев В.В, преподаватель ГБПОУ ВО «БСХТ»
Аннотация:
В настоящее время развитие фундаментальных исследований в ядерной физике открывает широкие перспективы использования радиобиологических явлений и закономерностей в самых разнообразных сферах практической деятельности человека — сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности, медицине, охране окружающей среды.
Ключевые слова и фразы: радиобиология, радиационно-биологические технологии, исследования.
Проблемы прикладной радиобиологии сводятся к дальнейшему поиску радиобиологических явлений, которые могут быть использованы в практической деятельности, а также к более широкому внедрению новых радиационно-биологических технологий в практику. В прикладной радиобиологии используется рентгеновское излучение, гамма- и бета-излучение, электронное и нейтронное излучение. В РБТ применяют ионизирующие излучения с энергией, не превышающей 10 мэВ, при которой в облученном объекте не возникает наведенной радиоактивности. Наиболее часто используют излучение с энергией от 0,5 до 5 МэВ.
Современные достижения ядерной физики в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии, а также и в других областях сельского хозяйства используются в нескольких направлениях:
1. Радиационно-биологическая технология (РБТ)
Радиационно-биологическая технология направлена на исследования: а) мутагенного действия ионизирующего излучения, которое применяется в селекционно-генетических исследованиях в области растениеводства, животноводства, микробиологии и вирусологии; б) стимулирующего действия радиации, которое используют для радиационной стимуляции растений с целью ускорения их развития и повышения урожайности, повышения хозяйственно полезных качеств птицы, радиационной стимуляции животных, рыбы и других организмов с целью повышения их выживаемости, ускорения роста, увеличения массы тела и улучшения качества продукции; в) ионизирующего излучения для производства кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных; г) бактерицидного или летального действия ионизирующих излучений для радиационной стерилизации ветеринарных принадлежностей, бактерийных препаратов, получения радиовакцин, радиационной стерилизации сельскохозяйственных животных и насекомых-вредителей, продления сроков хранения продукции животноводства и растениеводства, ускорения медленно идущих процессов в пищевой промышленности, радиационного обеззараживания навоза и навозных стоков животноводческих, птицеводческих и звероводческих комплексов, а также сырья животного происхождения при инфекционных заболеваниях.
Радиационно-биологические технологии широко используются в растениеводстве. При этом применение ионизирующих излучений для облучения объектов растениеводства основано на эффектах радиостимуляции, которые проявляются при облучении в дозах 3-40 Гр. РБТ в растениеводстве наиболее часто применяют для предпосевного гамма-облучения семян с целью ускорения роста и развития, увеличения урожайности и улучшения его качества, а также для повышения всхожести некондиционных семян и семян, требующих стратификации (семена косточковых растений). В качестве источников излучения используют гамма-установки с радионуклидами кобальта-60 и цезия-137, ускорители электронов с энергией до 10 МэВ, источники излучения, связанные с ядерными реакторами (радиационные контуры, частично или полностью отработанные ТвЭЛЫ, которые являются радиоактивными отходами атомной энергетики. Наиболее широкое применение в РБТ получили гамма-установки радионуклидов кобальта-60 и цезия-137. Эти радионуклиды имеют длительный период полураспада, который у цезия-137 составляет 30 лет, у кобальта-60 5,27 года, а также сравнительно высокую проникающую способность гамма-излучения, которое не создает наведенной радиоактивности в облучаемых объектах. Физико-механические свойства гамма-установки с этими радионуклидов можно длительно эксплуатировать. Использование ускорителей дает возможность получения высокой мощности пучка, экономичность и безопасность, потому что излучения генерируются периодически, а не постоянно, как у гамма-нуклидных установок. Радиационные контуры и ТвЭЛЫ применяют в РБТ только для экспериментальных целей. Для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области РБТ создан ряд передвижной и стационарной техники: передвижные гамма-установки типа «Колос», «Стебель», «Гамма-панорама», которые монтируются на автомобилях или автоприцепах. Источником излучения у них является цезий-137, запаянный в двойную ампулу из нержавеющей стали, и находящийся за защитным экраном в нерабочем положении установок. «Колос» и «Стебель» используется для предпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур в условиях хозяйств, а «Гамма-панорама» – для облучения сельскохозяйственных растений и животных с целью мутагенеза и стимуляции их роста и развития. Стационарные установки типа «Гамма-поле» и «Стерилизатор» с источником кобальта-60 предназначены соответственно для длительного и разового облучения растений в селекционной работе и для стерилизации в промышленных масштабах ветеринарных и медицинских материалов и инструментов. Стационарная установка типа «МХР» используется для микробиологических и радиационно-химических исследований, а «Генетик» – для стерилизации насекомых-вредителей.
Действие мутагенов на наследственные структуры клеточного ядра неодинаково, поэтому возникают различные мутации трех типов, вызванные изменением количества хромосом, изменением структуры хромосом и изменением структуры гена.
Мутации также разделяются на морфологические, физиологические и биохимические. Они могут изменять проявление любого внешнего признака, влиять на функции отдельных органов, рост и развитие организма, вызывать различные 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 гомозиготном состоянии.
По относительному влиянию на жизнеспособность и плодовитость организма мутации делятся на полезные, нейтральные и вредные. Полезные мутации повышают устойчивость организма к неблагоприятным факторам внешней среды (к повышенной или пониженной температуре, возбудителям болезней и т. д.). Вредные мутации задерживают рост, развитие, вызывают гибель организма. Летальные мутации бывают доминантные, которые проявляются в первом поколении и быстро 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 во всех 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, так как их возникновение связано с изменением структуры хромосом, и образуются они примерно с одинаковой частотой. Однако, по характеру проявления и значимости для эволюции и селекции различия между этими видами мутаций очень существенны. Генеративные мутации при половом размножении передаются следующим поколениям организмов. При этом доминантные мутации проявляются уже в первом поколении, а рецессивные – только во втором и последующих поколениях при переходе их в гомозиготное состояние. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляются только по доминантным генам или по рецессивным генам в гомозиготном состоянии. Они имеют большое значение для эволюции организмов с вегетативным размножением.
2. Медицинская промышленность, диагностика и лечение болезней человека и животных.
При практическом использовании ионизирующих излучений в медицинской промышленности и медицине выделяется два направления: 1) использование процессов радиационно-биологической технологии (РБТ) для производства изделий и препаратов в медицинской промышленности, применяемых в медицинской практике; 2) использование ионизирующих излучений и процессов для диагностики и лечения некоторых заболеваний.
Хирургия и терапия требует обязательного наличия стерильного оборудования, как для диагностики, так и для лечения. Поводом для использования радиационного способа стерилизации в промышленных масштабах послужила необходимость применения различных изделий одноразового пользования, которые изготавливались из новых пластмасс и полимерных материалов и выпускались в больших объемах. Традиционные способы стерилизации медицинского оборудования не смогли удовлетворять растущих в нем потребностей, поэтому традиционные способы стерилизации заменились радиационной стерилизацией. Благодаря проникающим свойствам ионизирующего излучения оказалось возможным стерилизовать медицинскую продукцию в упакованном виде и в больших объемах.
3. Исследовательские работы в области физиологии и биохимии животных и растений,
Каждый радиоактивный атом, подвергаясь радиоактивному распаду, как бы помечен склонностью к неизбежному распаду. Такая «метка», отличающая подобный атом от стабильных атомов данного или другого элемента, и послужила причиной 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 в растениях. Далее он продолжил свои исследования и на животных – это было первое применение радиоактивных индикаторов в биологии.
Таким образом, меченые атомы, а точнее радиоактивные индикаторы, играют роль указателей или сигналов, свидетельствующих о присутствии в исследуемом субстрате ультрамалых количеств данного радионуклида, недоступных определению иными методами. Радиоактивные индикаторы широко используются для изучения взаимодействия удобрений с почвой, поступлением питательных веществ и их участием в метаболизме в ходе различных физиологических и биохимических процессов. Так, например, благодаря этому методу было доказано, что глубина заделки суперфосфата влияет на снабжение растений фосфором: при неглубокой заделке утилизация растениями фосфора происходит только в начальный период вегетации, а при глубокой - в течение почти всего ее периода.
Применение изотопа С14дало возможность глубоко изучить химизм процесса фотосинтеза, последовательность биохимических реакций, в ходе которых происходит усвоение углерода и образование органических соединений, дающих материал для синтеза всех веществ, из которых строятся ткани растений и формируется урожай.
С помощью меченых атомов стало возможным изучить динамику физиолого-биохимических процессов в растении, обновление состава различных органических и неорганических соединений в таких условиях, когда, вследствие синхронно идущих процессов анаболизма и катаболизма, обычные химические методы не в состоянии выявить эту динамику.
В ветеринарии и животноводстве в настоящее время радиоактивные изотопы используются:
1) в качестве индикаторов при изучении промежуточного обмена, процессов усвоения составных частей кормов животными, путей синтеза в организме белков, 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 различных физиологических состояниях, а также при болезнях (рахит, остеомаляция и др.);
3).для изучения механизма действия лекарственных веществ при разработке новых методов лечения животных;
4) для изучения функций эндокринных желёз у сельскохозяйственных животных при различных физиологических состояниях.
По всем указанным направлениям интенсивно ведутся научно-исследовательская работа, разрабатываются конкретные методы применения радиоизотопов в физиологии, биохимии и клинике для изучения нормального и патологического состояния организма.
Список литературы:
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 при действии больших и малых доз ионизирующего облучения / Автореферат диссертации на 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.
282
137 467 
