核技術(shù)應(yīng)用與核安全

對核技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的研究水建學(xué)院熱動113班2011012107劉紅超摘要核技術(shù)是核科學(xué)為基礎(chǔ)上的一門現(xiàn)代技術(shù)，因而廣泛稱為核科學(xué)技術(shù)。隨著核科學(xué)的不斷發(fā)展，核技術(shù)應(yīng)用也不斷變得廣泛和成熟，核技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，并不斷地在其領(lǐng)域向前發(fā)展，給社會經(jīng)濟(jì)及民生發(fā)展產(chǎn)生重要影響。農(nóng)業(yè)為國家的最基礎(chǔ)的領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定和糧食安全為各個(gè)國家最為緊迫的工作。關(guān)鍵字核技術(shù)輻射育種輻照保藏輻射殺蟲農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展是人類社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。面對人口、糧食、資源、環(huán)境與能源五大問題，農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展正在受到世界各國和科學(xué)家的普遍關(guān)注。要保持農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，關(guān)鍵是依靠科學(xué)技術(shù)，特別是將高新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。核技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用為其重要內(nèi)容，并有重要作用。核技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用概況核技術(shù)是增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的最有效手段之一，可為農(nóng)業(yè)提供優(yōu)質(zhì)良種、控制病蟲害、評估肥效、控制農(nóng)藥殘余、保持營養(yǎng)品質(zhì)、延長儲存時(shí)間、鑒定糧食品質(zhì)等。核農(nóng)學(xué)是核技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用所形成的一門交叉學(xué)科，主要涉及輻射誘導(dǎo)育種，昆蟲輻射不育，肥、農(nóng)藥、水等的示蹤，輻射保鮮，農(nóng)用核儀器儀表等內(nèi)容。中國作為人口大國，解決溫飽問題、提高糧食品質(zhì)、保障人民營養(yǎng)，是農(nóng)業(yè)科技工作的核心，核農(nóng)學(xué)為解決上述核心問題提供有力的科學(xué)支撐；無論是新品種的培育，還是土肥管理，以及農(nóng)產(chǎn)品保鮮等，都離不開核技術(shù)。核技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用2.1核技術(shù)在輻射育種領(lǐng)域的應(yīng)用輻射育種是核農(nóng)學(xué)的重要組成部分，我國在這一應(yīng)用方面居世界領(lǐng)先地位。全球通過輻射育種方式培育了2376個(gè)品種，我國建立了完整的輻射育種程序，培育了645個(gè)，占全球的四分之一以上。與此同時(shí)，創(chuàng)造出兩千多份優(yōu)異突變新種質(zhì)、新材料，其中相當(dāng)一部分已被作為原始材料用于新品種選育，為確保我國糧食安全提供了可靠保障。輻射誘變良種作物每年為中國增產(chǎn)糧食近4.0x109kg、棉花約1.8x108kg、油量7.5x107kg。今后的發(fā)展趨勢是擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，加強(qiáng)定向誘發(fā)突變，提高誘變率和輻射育種基礎(chǔ)理論研究。輻射育種是采用人工創(chuàng)造新的變異類型，具有打破性狀連鎖、實(shí)現(xiàn)基因重組、突變頻率高、突變類型多、變異性狀穩(wěn)定快、方法簡便且縮短育種年限等特點(diǎn)。輻射誘變育種在不斷創(chuàng)造新品種的同時(shí)，在誘變效應(yīng)與機(jī)理研究上也取得了很大進(jìn)展，探索輻射作用下遺傳物質(zhì)變異以及有利突變品種培育規(guī)律，從而指導(dǎo)誘變育種的實(shí)踐，解決人類面臨的糧食危機(jī)和，并提高營養(yǎng)水平。照射材料的選擇是輻射育種的重要環(huán)節(jié)之一。原始材料的遺傳背景對突變性狀的表現(xiàn)和誘變效率有重要作用。早期的輻射誘變一般以種子為處理對象，近幾年來幾乎所有植物器官和繁殖體都有用于誘變的，如休眠種子、萌芽種子、雜合種子、種胚、花粉、多倍體、不定芽、根芽、枝條、球莖、愈傷組織等。而對于常以無性繁殖的花卉來說，因輻射誘變多誘發(fā)植物產(chǎn)生體細(xì)胞變異，再經(jīng)無性繁殖將變異遺傳給后代，形成無性繁殖系，故而花卉上輻射誘變應(yīng)用前景十分廣闊。目前我國在輻射育種的研究與實(shí)踐中，以提高誘發(fā)突變頻率和選擇效率為中心，不斷改進(jìn)輻射育種的方法技術(shù)，如誘變因素、誘變對象、誘變條件和篩選方法，取得明顯進(jìn)展。盡管輻射誘變在選育品種方面取得了一些進(jìn)展，但有利性狀的突變率還不夠高，突變譜還不夠廣，突變沒有方向性。圍繞拓寬突變譜、提高突變率、定向誘變及縮短育種周期，今后輻射誘變育種的發(fā)展方向，在適應(yīng)世界種子業(yè)抗性育種（抗病、抗寒、耐低光照、抗熱等）和質(zhì)量育種（包括植物色、植物形態(tài)和氣味、控制植株高度等）的前提下應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。選擇適當(dāng)?shù)恼T變源和開發(fā)新的誘變源。不同誘變源對不同植物育種目標(biāo)各有適宜，而從X射線到誠寸線的應(yīng)用，突變率大大提高，誘變源是保證植物育種的有效物質(zhì)基礎(chǔ)。目前的輻射一般都是單獨(dú)使用一種誘變源，今后應(yīng)利用空間搭載技術(shù)，進(jìn)行多種誘變的綜合。誘變材料的選擇，由于農(nóng)作物材料不同組織、器官、不同發(fā)育階段的輻射敏感性差異甚大，合適的材料選擇有益于突變率的提高和突變譜的拓寬。如結(jié)合現(xiàn)代組培技術(shù)的發(fā)展，利用組培的愈傷或其他材料作為誘變材料。Broertjes（1976年）及一些學(xué)者在菊花、郁金香、美人焦等花卉上的應(yīng)用已取得了進(jìn)展。定向誘變是人類育種的美好愿望和目標(biāo)。以誘變提供的突變體為基礎(chǔ)運(yùn)用分子標(biāo)記，篩選與目標(biāo)基因連鎖的分子標(biāo)記。構(gòu)建遺傳圖譜，進(jìn)行目標(biāo)基因定位和性狀連鎖分析，開展定向培育新品種；反之控制各種誘變因素，分析已知基因的變化，誘變處理材料使育種目標(biāo)趨于有利，并提高目標(biāo)變異性狀在總變異中的相對頻率。組織培養(yǎng)又稱快速繁殖，組培技術(shù)與輻射育種的結(jié)合，為顯現(xiàn)體細(xì)胞突變開辟了廣闊前景，克服了輻射誘發(fā)突變的隨機(jī)性、嵌合性和單細(xì)胞突變?nèi)毕荩N效率高，周期短，組培與誘變結(jié)合的復(fù)合育種技術(shù)已在我國被提出并加以應(yīng)用，但此方法缺乏定向性，如能與分子標(biāo)記相結(jié)合，在育種效率高、周期短、突變率高的基礎(chǔ)上，增加定向性。故本文提出誘變、組培和分子標(biāo)記相結(jié)合的新復(fù)合育種思路，則無論在花卉育種實(shí)踐上還是誘變機(jī)理研究上將開創(chuàng)新局面。2.2核技術(shù)在輻照保藏領(lǐng)域的應(yīng)用輻照保藏技術(shù)具有節(jié)約能源，衛(wèi)生安全，保持食品原來的色、香、味和改善品質(zhì)等特點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)也日趨成熟；昆蟲輻射不育技術(shù)是現(xiàn)代生物防治蟲害的一項(xiàng)新技術(shù)，是目前可以滅絕某一蟲種的有效手段。同位素示蹤技術(shù)能夠比較真實(shí)地反映某一元素（或化合物）在生物體內(nèi)的代謝過程或農(nóng)業(yè)環(huán)境的物理化學(xué)行為，它所具有的優(yōu)點(diǎn)是目前其它方法不能替代的。該技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土壤、肥料、植物保護(hù)、動植物營養(yǎng)代謝等領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵問題。它對揭示農(nóng)牧漁業(yè)生產(chǎn)規(guī)律，改進(jìn)傳統(tǒng)栽培養(yǎng)殖技術(shù)，具有重要作用；最近幾十年來發(fā)展起來的射線檢測技術(shù)，其方法簡單，檢測迅速，特別是可以在不破壞待測樣品的狀況下進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中有著特別重要的意義。輻射保藏是一種“冷加工”，不需要加入添加劑，能保持食品原有的風(fēng)味，有的還可提高食品的工藝質(zhì)量；輻照食品中沒有藥劑殘留，也不污染環(huán)境，不會感生放射性；其中Y輻射穿透能力強(qiáng)，可對預(yù)先包裝好的或烹調(diào)好的食品進(jìn)行均勻、徹底的處理，操作方便，節(jié)省時(shí)間；輻照能徹底殺蟲、滅菌，可作為一種有效的檢疫措施；輻照加工耗能量少，處理過程中多數(shù)不需要冷藏，是一種理想的節(jié)約能源的方法；輻射操作容易控制，適于進(jìn)行大規(guī)模，連續(xù)加工。低劑量輻射處理與中等程度的加熱處理，對防止食品腐敗是一種有效和經(jīng)濟(jì)的手段；使用高劑量輻射消毒和酶失活的熱處理，使肉類、家禽和水產(chǎn)品在不需冷凍的情況下可貯存數(shù)年。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)輻照處理殘存下來的細(xì)菌，同加熱殺菌時(shí)一樣，對環(huán)境條件（如溫度、pH值、抑制劑）的抗逆能力大體上要比未經(jīng)過處理的細(xì)菌更大一些，因此，將輻射處理和其它手段結(jié)合起來的綜合處理，在提高滅菌能力、減少能耗以及改進(jìn)食品質(zhì)量等方面具有重要作用。目前，輻射殺蟲儲糧已經(jīng)成功運(yùn)行了幾十年，處理了上千萬噸的被多種害蟲（如米象、谷蠹）感染的小麥。電子束輻照技術(shù)經(jīng)試驗(yàn)證明是一種成熟的技術(shù)、前景廣闊，在俄羅斯、美國和日本等發(fā)達(dá)國家均有廣泛應(yīng)用。根據(jù)世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國糧農(nóng)組織和國際原子能機(jī)構(gòu)等3個(gè)組織聯(lián)合于1980年發(fā)表公告證實(shí)：任何食品當(dāng)其總體平均吸收劑量不超過10kGy時(shí)沒有毒理學(xué)危險(xiǎn)，同時(shí)在營養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)上也是安全的。1999年這三個(gè)組織再次發(fā)布聯(lián)合公告，證明超過10kGy以上的劑量輻照食品也不存在安全性問題。以電子加速器產(chǎn)生的高能電子束滅菌方法，正在成為發(fā)展趨勢。輻射裝置只要嚴(yán)格按照隔離設(shè)計(jì)及控制要求建設(shè)和操作使用，其安全管理不存在任何問題。為了確保滅菌的有效性，世界衛(wèi)生組織制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只要控制一定的吸收劑量就能徹底殺滅細(xì)菌。電子束照射過的物品中不會殘留有任何放射性，因此這種方法不僅成為一次性醫(yī)療用品消毒滅菌的重要手段，也是殺滅炭疽菌以抵制國際恐怖主義的一種可靠有效的選擇。我國也非常重視糧食輻照儲藏的研究，早在20世紀(jì)50年代末60年代初直至70年代，糧科院就曾開展了電離輻射處理防治儲糧害蟲以及其對糧食、薯類的食用品質(zhì)和生理生化影響的研究。研究內(nèi)容包括：移動殺蟲輻照裝置、害蟲防治的有效劑量、不同劑量對小麥和稻谷的食用品質(zhì)、生理活性及其他部分品質(zhì)指標(biāo)的影響、抑制馬鈴薯發(fā)芽的輻照劑量以及輻照對馬鈴薯品質(zhì)影響等。這些研究成果對于輻照在糧食儲藏中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但由于種種原因，這些研究成果大都沒有公開發(fā)表，也沒有進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們越來越認(rèn)識到保護(hù)環(huán)境的重要性。減少環(huán)境污染，留給子孫后代足夠的發(fā)展空間，已經(jīng)成為世界各國的共識。近年來，利用輻照處理的食品品種不斷增加，主要有水產(chǎn)類、肉類、干鮮水果、干鮮蔬菜、香料、熟食品、糧食、飼料以及藥材、各種包裝材料、各種醫(yī)療用品等幾百種，而且均取得了滿意結(jié)果，獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在儲糧害蟲和微生物的防治方面，以綠色、無公害的輻照技術(shù)為主的綜合防治技術(shù)代替化學(xué)藥劑為主的防治方法，必將成為今后儲糧病蟲害防治的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。2.3核技術(shù)在輻射殺蟲領(lǐng)域的應(yīng)用輻射殺蟲即是利用電離輻射防治蟲害，其輻射效應(yīng)與劑量大小有關(guān)，其生物效應(yīng)在適當(dāng)劑量時(shí)導(dǎo)致昆蟲生殖細(xì)胞染色體易位，受到損害，使當(dāng)代受輻射的昆蟲部分喪失延續(xù)后代的能力（遺傳不育），并可遺傳到下一代，使下一代比當(dāng)代更不育，這種劑量稱為半不育劑量。高于這種劑量，使昆蟲當(dāng)代完全不育，稱為不育劑量。當(dāng)輻射劑量再提高時(shí)，害蟲就不能完成世代交替，而慢慢地死去，達(dá)到防治目的，這種劑量稱為緩期致死劑量。當(dāng)輻照劑量更高時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)直接殺死害蟲，這稱為致死劑量。輻射防治害蟲，特別是昆蟲輻射不育技術(shù)（SIT）是一種“以蟲治蟲”的生物防治方法，對人類的生態(tài)環(huán)境不產(chǎn)生消極影響。它與傳統(tǒng)的生物防治法不同，它不是借助于天敵或抑制物（如細(xì)菌微生物、病毒、抗生素等），而是利用害蟲本能具有延續(xù)種族的特性來取得消滅害蟲的效果。利用輻射雄性不育法防治害蟲，在蟲口密度較低時(shí)效果顯著，影響輻射不育防治成敗的關(guān)鍵是自然種群對其數(shù)量的恢復(fù)能力，也就是說，存活下來的能育個(gè)體數(shù)量的增長能力，即使幾繁殖率，與昆蟲生理、生態(tài)學(xué)、環(huán)境等因素有密切關(guān)系，實(shí)際繁殖率由下式來計(jì)算：R_VPjbf_R— 1-bPk （式中V：從卵到成蟲羽化存活率；P：雌蟲成蟲每日成活的概率；J：雌成蟲羽化到第一次產(chǎn)卵的中間0數(shù)；B：每次產(chǎn)卵的平均卵數(shù)；F：平均卵數(shù)中雌卵的比例；k：第一次產(chǎn)卵和下一次產(chǎn)卵之間的間隔日數(shù)。）輻射防治害蟲技術(shù)考慮的因素有：防治對象的選擇、適宜劑量和照射方法、人工飼養(yǎng)、包裝運(yùn)輸和大田釋放，以及害蟲的種群動態(tài)、遷飛能力與防治效果等。輻射不育殺蟲的特點(diǎn)：Q無環(huán)境污染，有利于生態(tài)平衡。輻射不育是一種生物防治方法，無化學(xué)殘毒，對農(nóng)作物與生態(tài)環(huán)境完全沒有影響，并且不危害人畜、野生動物、害蟲天敵和有益昆蟲，是一種十分安全衛(wèi)生的防治方法；Q專一性強(qiáng)，目標(biāo)明確。只防治一種特定的昆蟲，對其他昆蟲不會傷害。Q防治持久而徹底。輻射不育可在大面積范圍內(nèi)滅絕一種害蟲。如果不再從其他地區(qū)遷入這種害蟲，就可長期保持農(nóng)作物（以及畜、林）免遭侵害；Q特殊效果。對自然隱蔽性強(qiáng)（有鉆蛀習(xí)性）的害蟲，或已產(chǎn)生抗藥性的害蟲，或一般防治有困難的害蟲，采用輻射不育可以取得特殊效果。由于輻射不育治蟲技術(shù)在原理上要求不育性雄蟲比自然雄蟲具有更大的數(shù)量，可以說是一個(gè)數(shù)量的勝負(fù)問題。釋放不育性雄蟲與野生正常雄蟲的比例數(shù)愈高，效果愈好。為此應(yīng)該建立大規(guī)模的養(yǎng)蟲工廠，以低廉的代價(jià)獲得大量人工飼養(yǎng)的、合格的、經(jīng)輻射后具有不育性的昆蟲，這是關(guān)系到此項(xiàng)技術(shù)成敗的首要問題。因此，對那些不能大量飼養(yǎng)或雖能大量飼養(yǎng)但成本昂貴的昆蟲，用此方法是不適宜的。3.對核技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景的展望在過去的近半個(gè)世紀(jì)中所取得的巨大成就，證明了