ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 0
чительное количество радиоактивных изото пов химического эле мента, роль которого исследуется. С по мощью радиоавтобио графии или электриче ских счетчиков частиц излучения можно про следить за их движе нием в организме и участием в обмене ве ществ.
Метод радиоавтобио графии основан на спо собности излучения вы зывать почернение фо топленки. После под кормки мечеными ато мами растение или отдельные его органы подготовляют, как для гербария, и затем поме щают в кассету с фото пленкой. Постепенно на пленке появляется фо
тография растения. На полученном снимке части растения, где концентрировались меченые атомы, дают более светлые изображения. Подобные фотогра фии позволяют судить об участии отдельных химиче ских элементов в жизнедеятельности организма, о том, как и для построения чего организм использует пита-
70
тельные вещества. Возьмем, например, радиоавтограф томата, получившего радиоактивный фосфор. Наибо лее светлые места фотографии стебля и жилки пока^
зывают скопление в них фосфора. |
' -' |
Другой широко распространенный |
и достаточно |
простой способ обнаружения распада меченых атомов основан на ионизации газов под действием радиоак тивного излучения. Распад отдельных атомов вещест ва регистрируется электрическими счетчиками.
Счетчик представляет собой небольшую трубку, изготовленную из тонкого слоя металла или стекла с металлизированной внутренней поверхностью. Счет чик заполняется газом, по его оси натянута тонкая металлическая нить. Между нитью и стенками труб ки создается высокое напряжение. Когда через стен ки в счетчик проникает частица излучения, она иони зирует газ, и цепь замыкается. В счетчике возникает кратковременный электрический ток-импульс. Он уси ливается и передается на специальное устройство для подсчета распадающихся радиоактивных атомов.
Счетчики помещают около отдельных органов ра стений или организма животных, и по их показаниям судят о ходе биологических процессов.
Известно, например, что без фосфора растения развиваться не могут. Соли его должны обязательно входить в состав накопленных в почве питательных веществ. Корни растений подают соли фосфора в ли стья и созревающие плоды.
О чем рассказал растениеводам меченый фосфор32, внесенный в почву вместе с фосфорными удобре ниями? За ним вели наблюдения счетчики. Они по казали, когда фосфор из почвы поступил в расте
71
ния, обнаружили его появление в стеблях, а затем в листьях и плодах. Меченые атомы известили и о том, какой фосфор предпочитают растения. Оказалось, что картофель на протяжении вегетационного периода пользуется фосфором внесенных удобрений. Растения сои, наоборот, почти весь необходимый им фосфор бе рут только из запасов почвы. Пшеница и кукуруза в ранней стадии своего развития, даже при высоком со держании этого элемента в почве, пользуются им из удобрений и только позднее потребляют его из почвы.
Меченые атомы подтвердили целесообразность при менения фосфора при внекорневой подкормке расте ний. Этот агротехнический способ был известен прак тикам и ранее, однако для широкого применения он оставался научно необоснованным. Только с помощью меченых атомов удалось теоретически обосновать це лесообразность перенесения части работы корней при питании растений на их листья. Сочетание в различ ные периоды развития растений корневого и внекор невого питания повышает урожайность сельскохозяй ственных культур.
Применение меченых атомов привело биологов к коренному пересмотру установившихся представлений об углеродном питании растений. Долгое время счи талось, что весь углерод, образующий основную часть растений, поступает только через листья в виде угле кислоты воздуха; исключалась возможность использо вания растениями углекислоты почвы. Однако радио активный углерод-14 нарисовал совершенно иную картину. Оказалось, что кроме углекислоты воздуха растения используют частично из почвенной влаги.
72
Поступающий через корни углерод вовлекается в об менные процессы, в том числе и фотосинтез.
Для создания наиболее благоприятных условии корневого питания растений надо знать характер пе редвижения и распределения питательных веществ, а также их превращения в почве. Все эти вопросы уда ется выяснить с участием меченых атомов. Выявле на исключительная динамичность таких процессов. В некоторых случаях скорость движения питательных ве ществ в растениях достигает нескольких метров в час. Высокими темпами идет обмен веществ между расте ниями и внешней средой.
Изучение использования растениями питательных веществ удобрений позволяет глубже и всестороннее обосновывать нормы, сроки и способы их внесения. Меченые атомы вносят экономически важные поправ ки в ранее принятые значения коэффициентов дейст вия удобрений. Установлено, что в обменных процес сах используется значительно больше питательных веществ удобрения и почвы, чем принималось в зем леделии до последнего времени. Так, для фосфора коэффициент действия считали равным около 10%, те перь процент использования его растениями пришлось довысить до 60%.
Наряду с основными элементами питания расте ний: азотом, калием, фосфором — растительный орга низм нуждается в микроэлементах. Долгое время их роль в жизни растений оставалась мало изученной. Хи мический анализ был не в состоянии оказать сущест венной помощи растениеводам. Тайну микроэлементов раскрыли меченые атомы. Они показали сложную кар тину их влияния на жизнь растений. Удалось устано
73
вить, от недостатка каких микроэлементов могут вы зываться многие заболевания растений, и найти эф фективные приемы борьбы с ними.
Радиоактивные кислород и углерод помогли пра вильно понять роль солнечного света при фотосинтезе. Стало ясно, что при превращении растениями неорга нических веществ в органические энергия солнечных лучей расходуется зеленым листом не на разрыв моле кул углекислоты, как считали физиологи, а на рас щепление воды на кислород и водород. Установлена возможность непосредственного вхождения молекул поглощенной при фотосинтезе углекислоты в состав белковых соединений.
Меченые атомы показали, что образование сахаро зы в сахарной свекле связано с деятельностью ли стьев, а не корней растений. В последних происходит переработка первичных продуктов фотосинтеза и их накопление. Удалось также определить, с какой ско ростью сахаристые вещества перемещаются из ли стьев в корни. Поэтому при уходе за растениями глав ное внимание пришлось перенести на листья растений, возросла роль внекорневой подкормки, опрыскива ния листьев раствором суперфосфата перед уборкой.
До применения в сельскохозяйственной науке ме ченых атомов основным способом определения влия ния удобрений на урожай было сравнение содержа ния отдельных элементов в растениях, выращенных на удобренных и неудобренных участках. Однако ча сто такой метод приводил к неправильным выводам. За короткое время меченые атомы получили в земле делии самое широкое применение, и роль их с каж дым годом будет непрерывно возрастать.
74
Гамма-лучи и урожайность
Ионизирующее излучение является одним из по стоянно действующих физических факторов внешней среды на живой организм. В естественных условиях оно представляет слабо изменяющийся со временем радиоактивный фон, поэтому у живых организмов не выработалось защитных функций против резких из менений ионизирующего излучения. Теперь, когда человечество покорило своей воле энергию атомных ядер, стало возможным в широких пределах искусст венно изменять его дозы. Различают две качественно различные формы активного биологического воздей ствия излучения на организмы: физиологическое и генетическое.
Первое в известной мере изменяет физиологиче ское состояние живого организма или деятельность, отдельных его функций. Второе действие излучения проявляется в скачкообразных изменениях деятельно сти наследственного аппарата живого организма.
Эти две формы ионизирующего излучения, хотя и вызываются одной причиной, однако проявляются от действия различных доз и времени облучения. Они могут проявляться и вне связи между собой. Так, при физиологическом действии излучения никаких наслед ственных изменений в живом организме не происхо дит. Обе формы излучения получили признание в сельскохозяйственной науке.
Результатами физиологического действия излуче ния стали хорошо, известные радиобиологические сти мулирующие и угнетающие жизненные процессы—эф фекты. Стимулирующий эффект, наблюдаемый при
75,
облучении семян и клубней картофеля перед посевом на полях и в теплицах, проявляется в сокращении сроков созревания и повышении урожайности, а так же увеличении содержания питательных веществ. Практически ценным может стать и угнетающий, тор мозящий эффект при длительном хранении и перера ботке сельхозпродуктов.
Природа заложила в живой клетке громадное ин формационное содержание — код строго заданной программы работы. Долгое время биологи не могли активно вмешиваться в жизнедеятельность клеток, на правленно изменять программу их работы, влиять на ход деления клеток. Только после открытия и приме нения ионизирующего излучения стало возможным управлять ростом живых организмов.
Частицы ионизирующего излучения, гамма-кванты, нейтроны и электроны, обладая высокой энергией, способны глубоко проникать в организм. Вступая во взаимодействие с молекулами клеток, они могут на рушать их нормальные структуры. В клетках, клеточ ных ядрах и других частях клеток под влиянием облу чения возникают необычные химические реакции, в них образуются новые вещества, к которым живые клетки очень чувствительны. Некоторые из таких ве-, ществ, образованные в ничтожно малых количествах, способны вызывать усиление жизнедеятельности кле ток, ускорять их деление.
Встречая громадные молекулы ДНК (дезоксирибо нуклеиновая кислота) клеточных ядер, ионизирующие частицы способны нарушать закодированные в моле кулах программы развития дочерних клеток. Когда такие взаимодействия происходят в половых клетках,
76
то становится возможным изменять их наследствен ные свойства.
Использовать стимулирующее влияние ионизирую щего излучения на растения начинали с предпосевно го облучения семян. Почти каждый исследователь убеждался в том, что при облучении небольшими до зами заметно возрастает всхожесть и энергия прора стания намоченных семян. При этом стимулирующее влияние облучения проявляется на протяжении всего вегетационного периода.
У растений, выращиваемых из облученных семян, наблюдается пробуждение дополнительных точек ро ста. У кукурузы это проявляется в многопочатковости,
угречихи — в большом ветвлении растений, у льна —
вудлинении волокна и т. д.
77