книги из ГПНТБ / Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие

В полевых условиях действует слишком много неконтроли­ руемых факторов.

Наилучшее воспроизведение оптимальных условий возможно в условиях контролируемого климата и питания (фитотроны, гидропоника, теплицы и т. п.).

Из сказанного вытекает, что воспроизводимость стимули­ рующего эффекта должна быть осуществлена в условиях опти­

внедрению радиостимулирующих методов в сельском хозяйстве. Вторая причина неудач внедрения методов радиационной стимуляции в производство — нетехнологичность — обусловле­ на не только техническими трудностями осуществления этих методов, но и экономическими соображениями. Однако технико­ экономические соображения и трудности — фактор преходящий. Развитие атомной техники й создание недорогих изотопных источников излучения (например 60Со, 137Cs), недорогих, весьма технологичных облучательных установок резко изменило поло­ жение в области технико-экономических показателей, техноло­ гичности радиационных методов. Если будет удовлетвори­ тельно решена проблема воспроизводимости стимулирующих эффектов в условиях сельскохозяйственного производства, то можно сказать, что технологичность этих методов обеспечена. Более того, можно утверждать, что технологичность методов радиационной стимуляции, в частности метода предпосевного облучения семян, делает эти методы с технико-экономической точки зрения вполне перспективными по сравнению с другими

методами физиологической стимуляции.

Мы рассмотрим основные общие практические принципы, которые должны быть положены в основу дальнейшего этапа экспериментальных работ и испытаний методов радиационной стимуляции. Преодоление отмеченных трудностей откроет, на­ конец, реальную перспективу для внедрения этих методов в сельское хозяйство.

Среди методов радиационной стимуляции наиболее перспек­ тивным оказался метод предпосевного облучения семян. Поэто­ му на нем мы остановимся подробнее.

Метод предпосевного облучения семян. В табл. 9.1 указаны стимулирующие дозы у-излучения для сельскохозяйственных культур по результатам испытаний метода предпосевного облу­ чения семян в различных зонах СССР. В качестве источников излучения использовали 60Со и 137Cs. Как видно, диапазон сти­ мулирующих доз для испытанных культур охватывает три по­ рядка — сотни, тысячи и десятки тысяч рад.

В гл. 4 отмечалось, что отзывчивость живых организмов на действие излучения характеризуется понятием радиочувстви­ тельности или радиоустойчивости. Мерой радиочувствительно-.

280

Т а б л и ц а 9.1

С т и м у л и р у ю щ а я д о з а у -и з л у ч е н и я д л я н е к о т о р ы х с е л ь с к о х о з я й с т в е н н ы х к у л ь т у р

281

Продолжение табл. 9.1

сти является доза излучения, при которой наблюдается задан­ ный радиобиологический эффект. В рассматриваемом случае таким радиобиологическим эффектом является или увеличение выхода сельскохозяйственного продукта, или улучшение какихлибо других хозяйственно полезных признаков, напримеруменьшение сроков созревания культуры.

Из табл. 9.1 можно сделать вывод, что радиочувствитель­ ность различных сельскохозяйственных культур весьма различ­

При исследовании и испытании метода предпосевного облу­ чения семян установлено влияние на степень проявления стиму­ лирующего эффекта таких факторов, как качество семян, их влажность, условия и сроки хранения облученных семян, поч­ венно-климатические и агротехнические условия. Установлено, например, что замачивание семян перед облучением уменьшает стимулирующий эффект. При предпосевном облучении вегета­ тивно размножающихся растений очень важен учет состояния проростков клубней и корневищ, так как от их состояния дозы излучения, вызывающие максимальный стимулирующий эф­ фект, могут быть различными. Так, при появлении на клубнях картофеля проростков их радиочувствительность увеличи­ вается.

Стимулирующие дозы зависят от срока хранения облучен­ ных семян. Максимальный стимулирующий эффект у большин­ ства испытанных культур наблюдался при посеве семян сразу после облучения («посев из-под луча»). При хранении облу­ ченных семян стимулирующий эффект снижается. Отсюда воз-

282

никла техническая задача — создание передвижных облучательных установок, позволяющих свести к минимуму время от облучения до посева.

О влиянии мощности дозы излучения на стимулирующий эффект нет однозначных данных. Влияние этого фактора ис­ следовано слабо. Установлено, что изменение мощности дозы в

влияет на стимулирующий эффект.

Почвенно-климатические условия также влияют на стимули­ рующие дозы. Например, для нечерноземной полосы и северных районов стимулирующие дозы ниже, чем для зон черноземной полосы и южных районов. Установлено, что при высокой темпе­ ратуре и большой освещенности стимулирующие дозы выше, чем при более низких значениях этих показателей.

Испытание метода предпосевного облучения еще не законче­ но, и метод еще не внедрен в производство. Для дальнейшего развития работ в этой области, для придания им большей прак­ тической направленности и методической выдержанности целе­ сообразно сформулировать краткие методические рекомендации по испытанию метода предпосевного облучения семян.

Испытание метода следует проводить в четыре стадии: 1) лабораторные опыты с проростками для установления по­ рядка величины стимулирующей дозы излучения; 2) вегетаци­ онные опыты для дальнейшего уточнения стимулирующей дозы

тиян.

Перед началом работы необходимо максимально конкрети­ зировать условия и задачи исследования. Для этого необходи­ мо прежде всего зафиксировать характеристику ионизирующего излучения (вид излучения, его энергию); тип облучательной установки; для какого конкретного биологического показателя

.должен быть установлен стимулирующий эффект (урожай зер­

т. е. все семена, облучаемые при заданном режиме, должны получить одинаковую поглощенную дозу излучения.

Неоднородность облучения вследствие неоднородности дозного поля или других факторов не должна вносить погреш­ ности в определение дозы излучения более 10%.

283

Во всех случаях обязательно фиксируется мощность погло­ щенной дозы излучения.

В соответствии с принципом оптимизации условий агротех­ ники для облучения следует брать семена высших репродукций районированных сортов из урожая предшествующего года. Влажность семян должна быть кондиционной (стандартной).

На первой стадии в лабораторных опытах с проростками для испытания надо брать самый широкий интервал доз излу­ чения, охватывающий несколько порядков (10— 102— 103— 104—: 105 рад). Для более точной фиксации стимулирующих доз ин­ тервалы между дозами должны быть небольшими. Каждому опыту естественно, должен соответствовать контрольный ва­ риант (выращивание проростков из необлученных семян).

Проращивать семена необходимо по всем правилам, приня­ тым в физиологии растений и семеноводстве. Для выбора спо­ соба проращивания для каждой культуры предварительно под­ бирают оптимальные условия роста и развития проростков. Способ проращивания, уход за проростками должны быть строго стандартизованы.

Выращивают проростки в течение 15—20 дней. В это время желательно вести наблюдения за ростом растений: измерять высоту надземной части растений, длину корешков. После убор­ ки и фиксации растений определяют сырую и сухую массу проростков, а также проводят анализ растительного материа­ ла, если это предусмотрено планом испытаний.

Должна быть проведена статистическая обработка резуль­ татов прямых и косвенных измерений.

Для каждой дозы рассчитывают отклонение данного биоло­ гического показателя х от контроля х0. Это и есть величина ра­ диобиологического эффекта § = х —х0. Для нее рассчитывают погрешность. Далее строят дозную кривую: зависимость доза — эффект. По оси абсцисс откладывают дозу D, а по оси орди­ нат— радиобиологический эффект § . Положительные значе­ ния § свидетельствуют о стимуляции данного биологического признака, а отрицательные — об угнетении (отрицательный эф­ фект) . Для построения дозной кривой по оси ординат можно’ откладывать не абсолютные значения радиобиологического эф­ фекта, а относительные <§/хо, где х0— биологический показа­ тель в контроле; Д = 0. Для относительного радиобиологическо­ го эффекта необходимо также вычислять погрешность измере­ ния (косвенного) или доверительный интервал.

284

Статистический критерий (9.1) используют для определения

интервала достоверных стимулирующих доз. Как правило, этот интервал лежит в пределах одного порядка доз.

Цель второй стадии испытаний — проведение вегетационных опытов — уточнить интервал стимулирующих доз и получить дополнительную информацию о биологическом действии излу­ чения.

Основное отличие второй стадии работы от первой заклю­ чается в том, что на второй стадии растения в вегетационных сосудах выращивают до получения конечного итога — урожая.

Именно только в этом случае может быть в полной мере учтен этот эффект действия облучения, ради которого производится испытание метода предпосевного облучения семян.

При проведении вегетационных опытов следует уменьшать диапазон испытуемых доз излучения, ограничив его стимули­ рующими дозами, установленными на первой стадии испыта­ ний, и отбросив явно угнетающие дозы и наименьшие дозы, при которых радиобиологический эффект не наблюдается. При этом, как правило, остаются дозы одного или двух порядков.

Вегетационные опыты проводят по всем правилам проведе­ ния вегетационных опытов. При этом желательно опыты прово­ дить как по способу водной культуры, так и по способу поч­ венной культуры.

Для водной культуры используется питательная смесь, даю­ щая наилучшие результаты по выращиванию данной сельско­ хозяйственной культуры. Для почвенной культуры следует брать типичную почву для данной сельскохозяйственной зоны. В почву необходимо вносить удобрения в дозах, обеспечиваю­ щих оптимальные условия питания данной культуры.

- Уход за растениями также проводят с соблюдением всех правил вегетационных опытов. Все операции по уходу за расте­ ниями должны быть строго стандартизованы.

В течение вегетационного периода от посева до уборки про­ водят фенологические наблюдения за ростом и развитием рас­ тений. После уборки растений определяют прежде всего тот биологический показатель, ради которого проводят отбор сти­ мулирующих доз. Желательно определить и другие показатели. Такая информация может оказаться полезной для более широ­ кой количественной характеристики действия излучения на дан­ ную сельскохозяйственную культуру. Полученные первичные данные также подвергают статистической обработке и рассчи­ тывают абсолютный или относительный радиобиологический эффект при различных дозах. На основании полученных резуль­

285

где DMaKc •— доза, при которой наблюдается максимальный сти­ мулирующий эффект.

Цель третьей стадии испытаний метода предпосевного облу­ чения семян — проведение полевых опытов — установить одну оптимальную дозу для данной сельскохозяйственной зоны или данных почвенно-климатических условий.

Проведение полевых опытов следует осуществлять по мето­ дике агротехнических испытаний, принятой в Государственной сортоиспытательной сети (Госсортсеть).

Желательно, чтобы полевые испытания метода предпосев­ ного облучения семян вообще осуществлялись через Госсорт­ сеть, на которую возложена обязанность испытания не только новых сортов, но и новых агротехнических приемов и методов.

Методика полевых опытов в системе Госсортсети обеспечи­ вает оптимальные полевые условия выращивания сельскохозяй­ ственных культур в данной зоне.

Для посева рекомендуется взять семена, облученные в трех дозах 0,7 Дмакс; 7)макс! 1)3 ГамакеЗдесь DMaкс доза, при кото­ рой наблюдается максимальный стимулирующий эффект по ре­ зультатам вегетационных опытов.

Полевые испытания метода предпосевного облучения семян проводят в течение трех лет. В период вегетации растений ве­ дут фенологические наблюдения за состоянием растений — контрольных и подопытных.

На основе статистической обработки результатов и анализа данных трехлетних опытов окончательно решают вопрос, какую дозу излучения следует принять за оптимальную Д0пт для данной культуры, данного хозяйственно полезного признака и данной сельскохозяйственной зоны.

Цель четвертой, завершающей стадии испытания метода предпосевного облучения семян — производственное испыта­ ние — предварительно проверить метод в производственных ус­ ловиях, колхозах и совхозах. Для этого берут семена, облу­ ченные в оптимальной стимулирующей дозе согласно результа­ там полевых испытаний.

Производственные испытания проводят по всем правилам, принятым в земледелии для таких испытаний. Общая агротех­ ника производственных опытов должна быть самой передовой, обеспечивать получение высоких урожаев, максимального выхо­ да сельскохозяйственного продукта.

Производственные опыты следует проводить в передовых хозяйствах данной сельскохозяйственной зоны, способных обес­ печить высокий уровень агротехники опытов и правильный учет выхода сельскохозяйственного продукта.

Во время производственных опытов желательно проводить фенологические наблюдения за состоянием посевов.

Если в производственных условиях в течение двух-трех лет при испытуемой оптимальной стимулирующей дозе получают

286

устойчивую, повторяющуюся прибавку выхода сельскохозяйст­ венного продукта, то метод предпосевного облучения семян (для данной культуры) можно рекомендовать для внедрения в сельское хозяйство.

Приведенная методика испытаний предпосевного метода об­ лучения семян не является какой-либо специфической для этого метода. В сущности такая методика обязательна для любого нового агротехнического метода или приема, основанного на использовании явления физиологической стимуляции растений.

В гл. 4 отмечалось, что параллельно с физиологическим дей­ ствием ионизирующих излучений на растения может прояв­ ляться и генетическое. В отличие от физиологического действия, для которого дозная кривая имеет сложный характер, генетиче­ ский эффект (число мутаций) увеличивается с повышением до­ зы излучения. При этом нет пороговой дозы. Поэтому при пред­ посевном облучении семян даже в стимулирующей дозе могут возникать мутации. Выявление этих мутаций — дело селекцио­ неров. Однако появление мутаций в посевах — факт начала «порчи» сорта. Отсюда следует вывод, что для сохранения чи­ стоты сорта не следует подвергать облучению семена, предна­ значенные для семенных участков, а только семена для произ­ водственных посевов.

Имеющиеся данные по испытанию метода предпосевного об­ лучения семян показывают, что он обеспечивает получение при­ бавки урожая до 40—50%. Видимо, это предел. В большинстве случаев прибавка урожая достигает 10— 15%. Хотя она и не­ велика, но в условиях крупномасштабного сельскохозяйствен­ ного производства даже такая прибавка в абсолютном выраже­ нии весьма существенна. Затраты на закупку облучательной установки, как показывают технико-экономические расчеты, окупаются за один год. Затраты труда на эксплуатацию уста­ новки и проведение предпосевного облучения семян также не­ велики, эта работа нетрудоемкая. Семена облучают на пере­ движных облучательных установках автоматически. Метод предпосевного облучения семян с технико-экономической точки зрения вполне технологичен и рентабелен, если он обеспечивает устойчивую прибавку урожая порядка 10— 15%.

§ 3. РАДИАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

Проблема хранения продукции сельскохозяйственного про­ изводства •— не менее важная проблема, чем производство этой продукции. Экономическое значение ее исключительно велико, а использование ионизирующих излучений в этой области — одно из наиболее перспективных направлений использования атомной техники в народном хозяйстве.

287

В чем состоят основные достоинства радиационной обработ­ ки сельскохозяйственной продукции по сравнению с другими методами, применяемыми в технологии хранения продуктов ра­ стениеводства и животноводства? Во-первых, можно подобрать, такие дозы излучения, которые будут обеспечивать требуемый технологический эффект увеличения сроков хранения продук­ ции без существенных изменений ее качества. Иначе говоря, радиационная обработка продукции при определенных дозах излучения является более «мягкой» обработкой, чем другие методы обработки (например, термическая или химическая): при облучении продуктов в дозе 1 Мрад их температура повы­ шается не более чем на 2°.

Во-вторых, радиационную обработку сельскохозяйственной продукции можно полностью механизировать и автоматизиро­ вать. При этом, что очень важно, можно создавать передвиж­ ные облучательные установки и тем самым обеспечивать радиа­ ционную обработку продукции на небольших складах и в хра­ нилищах.

В-третьих, с экономической точки зрения радиационная тех­ нология вполне конкурентоспособна с другими методами обра­ ботки сельскохозяйственной продукции. Расходы на приобрете­ ние облучательной установки окупаются очень быстро. Эконо­ мический эффект от внедрения радиационной технологии обра­ ботки сельскохозяйственной продукции для ее хранения очень велик.

Подобно тому как внедрение метода предпосевного облуче­ ния семян целесообразно осуществлять только на базе передо­ вой агротехники, так и внедрение радиационной технологии хранения сельскохозяйственной продукции должно происходить на базе передовой, уже известной технологии.

Разработка радиационной технологии хранения сельскохо­ зяйственной продукции требует решения экспериментальных исследовательских задач.

1.Необходимо установить интервал доз излучения, при ко­ тором проявляется требуемый хозяйственно необходимый ра­ диобиологический эффект: затормаживание прорастания карто­ феля, увеличение срока хранения при радиационной пастери­ зации и т. п. Решение этой задачи предполагает получение дозной кривой для заданного хозяйственно необходимого эффекта. По дозной кривой устанавливают практически целесообразный интервал доз излучения, обеспечивающий требуемый техноло­ гический эффект.

2.Необходимо исследовать влияние различных доз на ка­ чество продукции — органолептическую приемлемость, степень сохранения основных качественных показателей продукции, на­ пример содержания белков, углеводов, витаминов и др. На этой

стадии также строят дозные кривые зависимости отдельных по­ казателей качества продукции от дозы. Сопоставление дозных

288

кривых для технологического эффекта и эффекта изменения качества позволяет выявить оптимальную дозу, обеспечиваю­ щую технологический эффект с наименьшими допустимыми из­ менениями качества продукции.

Для пищевых продуктов необходимы медицинские испыта­ ния облученных продуктов на их безвредность. Вопрос о при­ годности облученных пищевых продуктов для человека один — из сложных вопросов внедрения радиационной технологии. Воз­ можная вредность облученных продуктов для здоровья людей обусловливается возможностью появления в продуктах радио­ активных изотопов (при облучении химических элементов, вхо­ дящих в состав продуктов), а также токсических и канцероген­ ных веществ. Анализ теоретических и экспериментальных дан­ ных показывает, что появление наведенной радиоактивности практически исключается при облучении пищевых продуктов фотонами и ускоренными электронами с энергией ниже 10 Мэе в дозе до 5 Мрад. Такую энергию и дозу следует принять за верхний предел допустимой энергии и дозы излучения, кото­ рые можно использовать в радиационной технологии хранения не только пищевых продуктов, но и другой сельскохозяйствен­ ной продукции.

При облучении продуктов нейтронами любых энергий про­ исходят различные ядерные реакции, поэтому нейтроны вооб­ ще нельзя использовать в радиационной технологии хранения продукции. Об использовании тяжелых ускоренных ионов для облучения продуктов данных пока нет.

Сложнее обстоит дело с возможной токсичностью и канцерогенностью облученных пищевых продуктов. Медицинские испытания продуктов очень длительны. И тем не менее они обязательны, так как по существующему законодательству, чтобы внедрить тот или иной метод радиационной обработки продуктов в производство, а облученные продукты отправить в продажу населению, необходимо разрешение органов здраво­ охранения.

По имеющимся данным, облучение пищевых продуктов да­ же в стерилизующих дозах существенного ухудшения питатель­ ной ценности белков, жиров и углеводов не вызывает. Потери витаминов обнаружены лишь при облучении в стерилизующих дозах. Вопрос о токсичности облученных пищевых продуктов еще окончательно не решен.

В табл. 9.2 приведен перечень продуктов, разрешенных Министерством здравоохранения СССР к употреблению в пи­ щу. Этот список пока невелик.

Существенное значение имеет методика, которая приме­ няется при испытании продуктов на безвредность. Она должна быть общепринятой, т. е. облученные продукты должны быть испытаны по той же методике, как и при испытании любых других технологических методов обработки пищевых продуктов.