Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

подобрать такой радиоактивный изотоп, время выведения кото­ рого из организма значительно больше времени опыта. Для жи­ вотных организмов период полувыведения радиоактивных изото­ пов составляет несколько десятков дней и даже лет.

Сложнее обстоит дело с удержанием радиоактивной метки микроорганизмами. Единственный путь введения радиоактивных меток в микроорганизмы — выращивание их на субстратах с ра­ диоактивными изотопами. Микроорганизмы после введения их в исследуемый живой организм (животное, растение) в процессе распространения (миграции) интенсивнее теряют вследствие обмена веществ и выделений метку, чем макроорганизмы. Кро­ ме того, умершие клетки микроорганизмов могут подвергаться фагоцитозу (разложению посредством фагов) и продукты фаго­ цитоза включаются в обмен веществ макроорганизма, в резуль­ тате чего он «загрязняется» радиоактивной меткой. Правда, установлено, что интенсивному фагоцитозу после смерти подвер­ гаются только невирулентные или маловирулентные микроорга­ низмы.

Существует несколько способов индикации микроорганизмов с помощью изотопных индикаторов.

Желательно вводить в микроорганизмы такие радиоактивные метки, которые прочно входят в состав биологических веществ клетки и не вступают или почти не вступают в процессы изо­ топного обмена. Например, очень прочно удерживается метка 32Р в составе ДНК. Для более прочного удержания метки коло­ нию микроорганизмов следует выращивать на меченом субстра­ те, а затем переносить ее на немеченый субстрат. Быстро обнов­ ляемые меченые компоненты будут выделяться в окружающую среду, а в клетках останутся меченые компоненты, наиболее прочно удерживающие метку.

Для более точного определения распространения в макро­ организме меченых микроорганизмов в него вводят несколько радиоактивных меток. Предполагается, что в данном месте присутствуют именно живые меченые клетки микроорганизмов,

совпадает. Однако достоверность метода нескольких меток так­

крестной» методикой, которая заключается в следующем. В мак­ роорганизм вводят элемент и исследуют его распределение. В другой такой же организм вводят меченные этим же изотопом мертвые клетки исследуемого вида микроорганизма и исследуют распределение индикатора. В третий такой же макроорганизм вводят живые клетки, меченные тем же изотопом, и также иссле­ дуют распределение индикатора в макроорганизме.

237

Сравнение полученных данных дает возможность выявить истинную картину распределения живых меченых клеток иссле­ дуемого микроорганизма.

Физиология изучает пути и кинетику распространения кле­ точных элементов, например, эритроцитов, лейкоцитов в орга­ низме животных. В этом случае метод изотопных индикаторов незаменим. В организм животного вводят меченные изотопами 59Fe, 51Сг, 32Р подвижные клеточные компоненты (меченые эри­ троциты, лейкоциты и др.). Подбор метки здесь также имеет важное значение. Необходимо, чтобы метка прочно удержива­ лась в исследуемых клеточных компонентах — органеллах.

Рассмотренные радиоиндикаторные методики изучения миг­ рации макро- и микроорганизмов имеют важное значение для защиты растений и животных в условиях сельскохозяйственного производства, ибо рациональную борьбу с сельскохозяйственны­ ми вредителями, болезнями растений и животных нельзя прово­ дить без знания биологических закономерностей распростране­ ния вредителей и болезнетворных микроорганизмов.

Метод радиоактивных индикаторов позволяет эффективно изучать эти закономерности.

При изучении жизни растений часто возникает необходи­ мость проследить за движением макроскопических элементов растительных организмов, например за перемещением семян от места созревания до места прорастания, распространением пыльцы, перемещением и распространением корневой системы растений в почве, миграцией водорослей и т. д. Весьма интерес­ ные перспективы открываются теперь в изучении таких процес­ сов взаимодействия видов организмов в биосфере, как переме­ щение различных насекомых, оказывающих влияние на жизнь растений, например перенос пчелами пыльцы, птицами — семян, животными — патогенных микробов и вирусов и т. д.

Радиоиндикаторные методы исследования пространственного переноса и распределения элементов в ж ивы х орган и зм ах. В пре­ дыдущем разделе рассматривались радиоиндикаторные методы исследования перемещения макроскопических живых объектов. В данном разделе будут рассмотрены радиоиндикаторные ме­ тоды исследования пространственного переноса веществ в жи­ вых организмах. Итогом такого переноса веществ является про­ странственное распределение веществ в различных органах. В этом случае экспериментатора интересуют, с какой скоростью перемещаются различные вещества в живых организмах и как они распределяются по различным органам, тканям и ком­ понентам клеток. Иначе говоря, экспериментатора интересует «топография» распределения веществ.

При проведении таких исследований в живой организм вво­ дят элемент, меченный радиоактивным изотопом в какой-либо определенной исходной химической форме. При этом необходи­ мо помнить, что с помощью детекторов излучений мы можем

238

проследить только движение и распределение радиоактивного изотопа, а следовательно, и меченого элемента, но не меченого химического соединения. Конечно, кинетика поступления и рас­ пределения меченого элемента зависит от химической формы соединения, в какой находится меченый элемент. Но сама радиоиндикаторная методика фиксирует только присутствие мече­ ного элемента. Для идентификации того, в какой химической форме и в каком физико-химическом состоянии находится ме­ ченый элемент, необходимы дополнительные исследования с применением других методов.

Можно указать ряд типовых радиоиндикаторных методик изучения пространственного переноса меченых элементов в жи­ вых организмах.

Одно из ценных преимуществ метода радиоактивных индика­ торов заключается в том, что он дает возможность изучать про­ странственный перенос меченых элементов на живых объектах (in vivo). Однако такие эксперименты можно проводить только с теми радиоактивными изотопами, которые испускают доста­ точно проникающее излучение, доступное для регистрации де­

выбирают в зависимости от поставленных задач эксперимента. Затем с помощью детекторов, например счетчиков-щупов, про­ слеживают распространение, распределение меченого элемента. Для этого прикладывают счетчик-щуп к различным точкам, местам, органам организма. Уровень скорости счета служит ме­ рой количества меченого вещества. Такие измерения ориенти­ ровочны, но они дают ценную информацию. Например, с по­ мощью такой методики легко выявляется картина того, в какие органы поступает меченое вещество в большем количестве, а в какие — в меньшем, где концентрируется меченый элемент. При исследовании животных и человека используют специальные ра­ диометрические скеннирующие устройства, позволяющие полу­ чать наглядную топографическую картину распределения мече­ ного элемента в теле животного и человека.

Более точные количественные сведения о распределении ме­ ченого элемента в растительном организме получают путем его фиксации, расчленения на органы и части, изготовления стан­ дартных препаратов и измерения их активности в стандартных условиях радиометрических измерений. Однако при такой ме­ тодике невозможно на одном и том же биологическом объекте проследить кинетику и динамику пространственного распределе­ ния меченого элемента.

Наглядную картину распределения меченого элемента в жи­ вом организме, в его органах и тканях можно получить методом авторадиографии. Для получения авторадиографа необходима специальная подготовка биологического объекта. Например,

239

если изучают распределение меченого элемента по органам ра­ стения, то после введения меченого элемента в растение его высушивают под прессом, помещают на рентгеновскую пленку и получают отпечаток, характеризующий пространственное рас­ пределение меченого элемента в различных органах и тканях растения.

Существенную часть практической авторадиографии состав­ ляет определение времени экспозиции. Оно зависит от активно­ сти исследуемого объекта и чувствительности фотоэмульсии. Установлено, что попадание Ю6— 107 р-частиц на 1 см2 поверх­ ности фотографической пленки создает удовлетворительное авторадиографическое изображение.

Введем следующие обозначения: А0— число частиц, испу­ скаемых радиоактивным объектом в направлении фотоэмульсии с единицы площади радиоактивного объекта за единицу време­ ни (определяется измерением поверхностной активности объекта счетчиком частиц); N i-— чувствительность фотоэмульсии — число падающих на единицу поверхности фотослоя частиц, создающих заданное почернение; t — время экспозиции; Гцг — период полу­ распада радиоактивного изотопа.

Формулу для расчета экспозиции можно вывести из урав­ нения

(8. 1)

смысл которого состоит в том, что чувствительность фотоэмуль­ сии численно приравнивается числу частиц, получаемых с еди­ ницы площади радиоактивного объекта в направлении фото­ эмульсии за время экспозиции. Из уравнения (8.1) находим

(8.2)

Уравнение (8.1) составлено при допущении, что все части­ цы, рассеянные в направлении фотоэмульсии, участвуют в со­ здании авторадиографического изображения (100%-ная эффек­ тивность). Однако это условие не всегда соблюдается. Поэтому в формулу (8.2) вводят коэффициент, учитывающий эффектив­ ность фотоэмульсии по отношению к регистрации данного излу­ чения. Если обозначить буквой k долю падающего на фотослой потока частиц, создающих авторадиографическое изображение, то время экспозиции можно рассчитать по формуле:

240