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

Сам факт использования ионизирующих излучений не может быть основанием для предъявления каких-либо особых меди­ цинских требований и предосторожностей.

Облученные продукты, разрешенные к употреблению в пи­ щу, поступают в продажу наравне с необлученными продукта­ ми без каких-либо особых обозначений.

В радиационной технологии хранения продуктов в настоя­ щее время используются облучательные установки с источника­ ми излучения 60Со и 137Cs, а также генераторы ускоренных электронов.

В зависимости от назначения можно указать следующие виды радиационной обработки сельскохозяйственной продукции: 1) ингибирование — торможение или подавление физиологиче­ ских процессов в сельскохозяйственных продуктах; 2) пастери­ зация — подавление жизнедеятельности вредных микроорганиз­ мов, загрязняющих продукты; 3) стерилизация— полное унич­ тожение вредных микроорганизмов; 4) дезинсекция — уничто­ жение насекомых-вредителей.

Для каждого вида продукции характерен какой-то, один ве­ дущий фактор, основная причина его порчи. Например, при хранении корнеплодов (картофеля, лука, моркови и т. и.) од­ ной из основных причин порчи является прорастание. В этом: случае ионизирующие излучения можно использовать для тор­

290

случаи, когда ионизирующие излучения применяют для разру­ шения тех ферментативных систем в продуктах, которые приво­ дят к их биохимическим изменениям и порче.

Часто основной причиной порчи продуктов является вред­ ная микрофлора. Тогда эффективны методы радиационной па­ стеризации или стерилизации продуктов.

Большие потери продуктов возникают из-за поражения их вредными насекомыми. Одним из новых методов борьбы с насекомыми-вредителями является радиационная дезинсек­

ция.

Радиационное подавление прорастания корнеплодов во вре­ мя хранения. у-Облучение клубней картофеля в дозах порядка 5—20 крад подавляет прорастание картофеля, вследствие чего увеличиваются сроки его хранения. Время непрорастания облу­ ченного картофеля зависит от дозы излучения. Так, имеются данные о том, что при облучении в дозе 20 крад картофель не прорастает в течение 18 месяцев. Необходимо отметить, что технологические режимы облучения картофеля еще не разрабо­ таны. Оптимальные, рациональные дозы излучения, необходи­ мые для предотвращения прорастания картофеля, зависят от сорта картофеля, его состояния, времени после уборки и усло­ вий хранения.

В Канаде создана передвижная радиационная установка производительностью 1 т/ч (доза 7,5 крад). В СССР исследова­ ния по радиационному подавлению прорастания картофеля проводятся в Научно-исследовательском институте картофель­ ного хозяйства. Здесь впервые проведены работы по облучению картофеля ускоренными электронами, что имеет некоторые пре­ имущества по сравнению с у-облучением. Вследствие малой проникающей способности электронов облучается только по­ верхностный слой клубней.

Имеются данные о возможности использования радиацион­ ного метода для задержки прорастания продовольственного лука. Дозы излучения, необходимые для этого, достигают не­ скольких килорад или нескольких десятков килорад. Пример­ но такие же дозы необходимы для предотвращения прораста­ ния других корнеплодов. Например, облучение в дозе 10 крад подавляет прорастание моркови.

Радиационное подавление прорастания корнеплодов — про­ цесс физиологического ингибирования. Механизм этого процес­ са изучен мало. Есть данные, что при облучении картофеля нарушаются те информационные процессы на уровне генотипа, которые ответственны за генерацию клеток в точках роста глазков.

Радиационная пастеризация и стерилизация плодов и ово­ щей. Порча плодов и овощей происходит по двум причинам: под действием микроорганизмов, загрязняющих плоды и овощи,

.и ферментов, катализирующих химические изменения в них.

10* 291

Сохранение товарных качеств плодов и овощей с помощью ионизирующих излучений, весьма заманчиво. Пастеризующие и стерилизующие дозы излучения для плодов и овощей лежат в

Из мягких фруктов, ягод наиболее перспективна радиацион­ ная обработка земляники и винограда у-излучением в дозах 0,1—0,5 Мрад. Имеются данные, что облучение фруктов уско­ ренными электронами (1 Мэе) более благоприятно для сохра­ нения их качества, так как облучению в этом случае подвер­ гаются только поверхностные слои плодов и ягод.

Установлено, что облучение яблок и груш в дозах 0,1 Мрад тормозит их созревание. Это является также одним из факторов увеличения сроков хранения фруктов.

По-видимому, наиболее целесообразно использовать радиа­ ционную пастеризацию или стерилизацию томатов. Созревание их замедляется при облучении в дозе более 0,5 Мрад, что очень важно для сохранения их товарных качеств.

В целом проблема использования радиационной обработки плодов и овощей еще находится в стадии разработки.

Радиационная пастеризация и стерилизация м яса и мясных продуктов. Для радиационной пастеризации мяса, обеспечи­ вающей недлительные сроки хранения, необходимы дозы менее 1 Мрад, а для стерилизации — более 1 Мрад. Считается, что минимальная стерилизующая доза для мяса с учетом радио­ устойчивости спор Cl. Botulinum составляет около 4,5 Мрад: Однако при стерилизующих дозах в мясе и мясных продуктах происходят нежелательные качественные изменения: изме­ няется цвет, внешний вид и структура, появляется неприятный запах и вкус. Причиной этого являются радиационнохимиче­ ские процессы, в том числе протеолиз, окисление жиров и дру­ гие процессы. Многие ферменты в тканях очень радиоустойчивы и не разрушаются даже при облучении в стерилизующих дозах. Поэтому облученное мясо через некоторое время начи­ нает портиться вследствие процессов ферментативного разло­ жения и превращения белков и других органических веществ. Возникает процесс, получивший название автолиза.

Впоследнее время разрабатываются различные комбиниро­ ванные методы обработки мяса и мясопродуктов, чтобы увели­ чить срок хранения. Эти комбинированные методы включают тепловую, химическую и радиационную обработку. Так, тепло­ вая обработка (повышение температуры до 77° С) ингибирует ферменты, радиационная обработка вызывает поражение вред­ ных микроорганизмов.

Впоследнее время возникли сложности с медицинскими ис­ следованиями облученного мяса и мясопродуктов. В США до

292

1969 г. органами здравоохранения было дано разрешение на употребление в пищу некоторых мясопродуктов, подвергнутых у-облучению. В 1969 г. после анализа новых результатов испы­ таний облученных продуктов разрешение было снято. Но эти трудности временны. В принципе радиационная обработка мяса очень перспективна. В дальнейшем будет разработана такая комбинированная, экономически оправданная технология обра­ ботки мяса, которая будет включать радиационную обработку как составной элемент.

Радиационная пастеризация и стерилизация молока. Для молока пастеризующие дозы также составляют менее 1 Мрад, а стерилизующие более 1 Мрад. Однако молоко при этих дозах, подобно мясу, приобретает нежелательные изменения — изме­ няются его окраска, вкус. Доза, при которой изменение вкуса молока становится заметным, составляет примерно 15—

30крад.

Влитературе высказывается скептическое мнение о прак­ тической целесообразности внедрения радиационной обработки

молока в производство.

§4. РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ

СНАСЕКОМЫМИ-ВРЕДИТЕЛЯМИ

Борьба с насекомыми-вредителями представляет собой само­ стоятельную довольно сложную, но исключительно важную проблему сельскохозяйственного производства. Идея использо­ вания ионизирующих излучений для дезинсекции продовольст­ венных товаров, в частности зерна, возникла в связи с успеш­ ным применением методов радиационной технологии хранения пищевых продуктов.

Необходимость поисков новых более совершенных методов борьбы с насекомыми-вредителями очевидна. Применение хи­ мических средств-инсектицидов, фумигантов, пестицидов имеет большие недостатки, ограничивающие их эффективность.. К этим недостаткам относятся: невозможность полного унич­ тожения насекомых, устойчивость некоторых насекомых к хи­ мическим препаратам, вследствие чего приходится синтезиро­ вать и испытывать все новые и новые препараты; обработка продукции химическими препаратами, являющимися, как пра­ вило, токсическими, опасна для человека, а также приводит к поражению полезных насекомых и животных.

В зависимости от окружающей среды насекомых-вредителей,

ит. д.;

2)сельскохозяйственные вредители, повреждающие расте­

ния в поле, а также вредители сельскохозяйственных животных.

В настоящее время испытываются несколько радиационных методов борьбы с насекомыми-вредителями.

Первый метод заключается в непосредственном облучении сельскохозяйственной продукции с целью прямого поражения и уничтожения насекомых. Для этого требуются дозы порядка 10— 100 крад. Такой метод должен обеспечить самую быструю дезинсекцию продукции.

Второй метод заключается также в прямом облучении про­ дукции с целью половой стерилизации насекомых. Для поло­

комых. Только технически он выполняется иначе. Он более ра­ дикален. На специальных биофабриках разводят насекомых, затем их облучают с целью половой стерилизации самцов. Стерилизованных таким образом самцов выпускают в естест­ венные условия обитания. Они не дают потомства, и популяция гибнет.

Преимущества и недостатки новых радиационных методов могут быть оценены при всестороннем сопоставлении их с дру­ гими известными методами. Методы проходят испытание, и окончательное решение вопроса об их широком внедрении—■ дело будущего.

Разработке технологии уничтожения вредных насекомых с помощью радиационных методов должны предшествовать ра­ диобиологические исследования, цель которых — получить дозные зависимости для всех основных биологических показателей: выживаемости (смертности) взрослых насекомых и кинетики их гибели, действия излучения на ранних стадиях развития насе­ комых, радиочувствительности яиц и спермы, личинок и куко­ лок к излучению.

На рис. 9.1 в качестве примера приведены данные по кине­ тике гибели взрослых насекомых Sitophilius granarius (амбар­ ный долгоносик) при облучении в разных дозах. Как видно, при дозе 325 крад все насекомые этого вида гибнут через сутки. Это характерный пример. И в опытах с другими насекомыми выяснилось, что для уничтожения насекомых в течение 24 ч необходимы дозы более 300 крад. Такие дозы находятся уже в интервале доз, при которых наступают нежелательные ухудше­ ния качества продукции.

294

вызывающих половую стерилизацию (менее 20 крад), они гиб­ нут через 2—5 недель и порча продукции, пока они не погиб­

нут, продолжается.

С экономической точки зрения для дезинсекции продукции выгоднее пользоваться методом половой стерилизации, приво­ дящей к более поздней гибели насекомых.

Рис. 9.1. Кривые выживаемости взрослых Sitophilins granarius при у-облучении в дозах 500—325 000 рад.

Это объясняется значительно меньшей стоимостью облучательных установок, рассчитанных на малую мощность дозы из­ лучения, чем установок с большей мощностью дозы излучения. Кроме того, при дозах, вызывающих половую стерилизацию на­ секомых, как показали исследования, в продукции не происхо­ дит нежелательных изменений и она пригодна к употреблению.

Неоспоримым преимуществом радиационной дезинсекции пи­ щевых продуктов является то, что она приводит к полному уничтожению насекомых, не оставляя каких-либо токсических следов в продуктах.

В настоящее время в ряде стран эксплуатируются опытные облучательные установки (излучатель 60Со) для дезинсекции зерновых продуктов. Изучаются вопросы технологии дезинсек­

295

ции и других пищевых продуктов— бобов, какао, табака, сухо­ фруктов, орехов, специй, а также некоторых видов техническо­ го сырья, особенно кожевенного.

Дискутируются вопросы о месте проведения дезинсекции сельскохозяйственной продукции. Не исключено, что вполне рентабельными окажутся подвижные облучательные установки, с помощью которых можно будет облучать сельскохозяйствен­ ную продукцию непосредственно в колхозах и совхозах.

Одна из возможных областей применения радиационных ме­ тодов обработки сельскохозяйственной продукции — облучение продукции, находящейся на карантине. Дезинсекция этого вида продукции привела бы к значительному сокращению сроков карантина, что имело бы существенную экономическую выгоду.

Вполне возможно, что радиационные методы дезинсекции в будущем могут найти широкое применение для борьбы с вреди­ телями, населяющими почву. Уже имеется некоторый опыт ис­ пользования радиационной стерилизации и дезинсекции почвы в тепличных и парниковых хозяйствах.

Третий, промышленный, метод борьбы с насекомыми-вреди- телями — метод радикального уничтожения определенного, наи­ более вредного вредителя на больших площадях (в стране, об­ ласти, районе, сельскохозяйственной зоне).

Как уже отмечалось, в этом случае необходимо выращивать насекомых на специальных биофабриках, облучать их в дозах, вызывающих половую стерилизацию, и выпускать в количест­ вах, достаточных для затухания размножения естественной по­ пуляции. Самки, оплодотворенные стерильной спермой, не дают потомства. На биофабриках приходится выращивать и облу­ чать самок и самцов, так как их невозможно отделить. Выпу­ скаются стерильные самки и самцы вместе, однако стерильные

при котором бы избирательно происходила только половая сте­ рилизация самцов, а другие функции их жизнедеятельности не поражались. Иначе говоря, стерильные самцы должны быть подвижными, физиологически активными, способность к спари­

296

ванию у них должна быть такой же, как и у нестерильных самцов естественной популяции.

2. Необходимо выращивать, облучать и выпускать на волю такое количество стерильных самцов, чтобы установилось зна­ чительное превосходство числа стерильных самцов над несте­ рильными, так как деградация популяции начинается только при условии, что число стерильных самцов превышает число нестерильных. Чем больше это численное превосходство, тем меньше время уничтожения данного вида насекомых.

3. Наилучший эффект может быть достигнут при локализа­ ции территории, на которой проводится мероприятие по борьбе с данным видом насекомых методом половой стерилизации. Эта территория должна быть на карантине во избежание по­ вторного . занесения этого вида вредителей и ухудшения чис­ ленного соотношения стерильных и нестерильных самцов.

4. Насекомые, подлежащие уничтожению, должны размно­ жаться в искусственных условиях. Однако не все виды насеко­ мых могут размножаться на биофабриках. Здесь также возни­ кают трудности.

Оценивая перспективы метода половой радиационной стери­ лизации, следует отметить, что успехи его применения в сель­ ском хозяйстве будут зависеть от успехов изучения ряда биоло­ гических и экологических вопросов жизни насекомых, разре­ шения технологических проблем.

В нашей стране исследования по разработке метода поло­ вой радиационной стерилизации борьбы с насекомыми-вредите- лями проводит Всесоюзный научно-исследовательский институт защиты растений. Им разработан метод половой радиационной стерилизации опасного вредителя зернобобовых (гороховой и фасолевой зерновки). При этом нет необходимости осуществ­ лять массовое разведение насекомых в искусственных условиях, так как подавляющее большинство вредителей осенью концен­ трируется в зернохранилищах. Зараженное насекомыми зерно можно подвергнуть облучению в передвижных гамма-установ­ ках. Оставшуюся в поле часть насекомых вместе с потерями зерна при уборке можно ликвидировать путем выпуска насе­ комых из зернохранилища после их половой стерилизации. В этом случае количество вылетевших стерилизованных сам­ цов будет значительно превышать количество нестерилизованных в поле. Так удовлетворяется необходимое условие дегра­ дации популяции насекомых. Оказалось, что для указанных насекомых оптимальная доза для половой стерилизации

12 крад.

§ 5. МЕТОДЫ РАДИАЦИОННОЙ СЕЛЕКЦИИ

Использование ионизирующих излучений для получения му­ таций, методика отбора и использования мутантов в селекци­ онной работе по выведению новых сортов сельскохозяйствен­

297

ных культур имеют ряд специфических особенностей. Это и по­ служило основанием для введения нового термина «радиацион­ ная селекция».

Радиационная селекция включает все те приемы и методы селекции растений, которые связаны со спецификой использова­ ния ионизирующих излучений для получения мутаций.

Значение открытий в области экспериментальной и радиа­ ционной генетики для разработки методов управления наслед­ ственностью живых организмов впервые было понято и оценено советскими учеными. Первые опыты по использованию экспери­ ментального радиационного мутагенеза в селекции пшеницы и других зерновых культур провел в 1928— 1930 гг. А. А. Сапегин. Примерно в это же время опыты по изучению воздействия рентгеновских лучей на культурные растения начал Л. Н. Де­ лоне. В 1938 г. он сообщил о получении нескольких сотен му­ тантов пшеницы и ячменя. Большой вклад в развитие радиа­

роко проводятся в СССР, США, Индии, ГДР, ФРГ, Японии, Англии, Венгрии, Франции и других странах.

Радиационная селекция получила мировое признание в результате проведения крупных циклов научно-производствен­ ных исследований: советских ученых с зерновыми культурами, горохом и табаком, положивших начало разработке методов радиационной селекции; шведских селекционеров с ячменем, горчицей, рапсом и другими сельскохозяйственными культура­ ми; селекционеров США с овсом, арахисом и другими расте­ ниями; исследователей ГДР с томатами, ячменем, декоратив­ ными и другими культурами, а также в результате получения мутаций у микроорганизмов — производителей антибиотиков и использования их для резкого увеличения выхода антибиоти­ ков в промышленных условиях в США, СССР и Англии.

Виды мутаций. Мутации, характеризующиеся, изменениями соматических тканей, называют соматическими, а мутации, ха­ рактеризующиеся изменениями генеративных, половых клеток,

называют гаметическими.

Соматические мутации получают облучением соматических тканей, а гаметические — генеративных клеток. Однако гаметические мутации могут возникнуть и при облучении соматиче­ ских тканей. Соматические мутации проявляются в образовании химерных (уродливых) организмов, состоящих из клеток и тка­ ней с разными, видоизмененными генотипами.

Гаметические мутации выявляются среди генеративного по­ томства. Из оплодотворенной яйцеклетки в случае возникнове­

298

ния гаметической мутации развиваются генотипически однород­ ные соматические ткани, все клетки которых содержат мутаген­ ное изменение.

Способы облучения. Для получения мутаций можно исполь­ зовать самые разнообразные способы облучения растительного материала. Внешнему и внутреннему облучению могут подвер­ гаться семена, проростки, вегетирующие растения в различные фазы онтогенеза, различные органы растения, в частности ге­ неративные органы и их составные части. При внутреннем облучении семена замачивают в радиоактивных растворах. Этот способ не противопоказан с точки зрения радиационной безопасности, так как обычно радиоактивные семена в неболь­ шом количестве высевают в вегетационных сосудах или на от­ дельных делянках. При этом используют радиоактивные изотопы с относительно небольшими периодами полураспада. Мутации получают и при выращивании растений на радиоактивных ра­ створах в вегетационных сосудах. Возможны полевые опыты, но они нецелесообразны.

С точки зрения длительности облучения различают острое (кратковременное) и хроническое (длительное) облучение.

Наиболее распространенным, безопасным и удобным спосо­ бом облучения является способ внешнего облучения воздушно­ сухих семян. Этот способ условно можно назвать стандарт­ ным.

Виды излучений. В принципе для селекционной работы мож­ но использовать любые виды ионизирующих излучений. Мута­ генная способность различных видов излучений изучена еще очень мало, хотя каждый вид излучения должен проявлять свое генетическое, мутагенное действие специфическим образом. Ос­ нованием для такого утверждения является то, что различные виды излучений при прохождении через клетки организма соз­ дают качественно различное пространственное распределение актов ионизации и, следовательно, различное пространственное распределение актов поражения молекул ДНК. Так, при про­ хождении через клетку частиц с высокой линейной плотностью ионизации (ЛПИ) или линейной потерей энергии (ЛПЭ) по­ ражение молекул ДНК может иметь более локальный и необра­ тимый характер, чем при прохождении излучений с меньшей ЛПИ или ЛПЭ. В последнем случае поражение молекул ДНК будет более рассеянным (поражение во многих местах) и с большей вероятностью восстановления.

В настоящее время в радиационной селекции широко при­ меняют рентгеновское, у- и нейтронное излучения.

Необходимо проведение более широких исследований для выявления специфики мутагенного действия разнообразного современного арсенала ионизирующих видов излучения.

Условия облучения. На мутагенное действие ионизирующих излучений влияет в принципе вся совокупность физических, хи­

299