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

содержание меченого элемента в данном органе или данной части. Знание удельной активности меченого элемента, введен­ ного в растение, позволяет рассчитать количество меченого эле­ мента в граммах. Для этого активность данного органа А, выраженную в импульсах в секунду делят на удельную актив­ ность меченого элемента ао, выраженную в импульсах в секунду на грамм меченого элемента:

Рассчитывают содержание меченого элемента в различных орга­ нах (содержание меченого элемента выражают в грамах или других единицах массы) и концентрацию (или удельную массу) меченого элемента в органах (в миллиграммах меченого эле­ мента в расчете на грамм растительной массы).

В качестве примера третьей типовой задачи рассмотрим схему опытов по изучению химического превращения углерода в фотосинтезе (рис. 8.6).

Подготовленное к опыту растение помещают на определенное заданное (по возможности минимальное) время в камеру с 14СОг

258

Рис. 8.6. Схема опытов по изучению пути углерода при фотосинтезе. Третья типовая задача.

(удельная активность меченого углерода должна быть известна). По истечении этого времени растение фиксируют. Необхо­ димо иметь серию одинаково подготовленных растений, каждое

из которых экспонируют на свету в камере с 14СОг.

После фиксации производят грубое групповое фракциониро­ вание углеродсодержащих веществ. Например, выделяют орга­ нические кислоты, аминокислоты, сахара, липиды, белки, нук­ леиновые кислоты и т. д. Затем методом хроматографии (см. гл. 3) производят разделение отдельных фракций вещества на индивидуальные химические соединения.

В том случае, когда получены бумажные или тонкослойные хроматограммы, с них снимают авторадиографы, которые дают наглядную картину распределения меченого элемента в составе различных соединений. Одновременно, получив хроматограммы для отдельных фракций и сопоставив хроматограммы и радио­ хроматограммы, выясняют, в какие именно соединения вошел меченый углерод при заданной экспозиции. Сопоставление хро­ матограмм и радиохроматограмм для разных фОтосинтетических

9* 259

экспозиций дает возможность определить путь углерода при фотосинтезе. Радиометрический анализ радиохроматограмм по­ зволяет выяснить количественную картину динамики распреде­ ления меченого углерода при фотосинтезе.

Аналогичным образом можно построить схему исследования биосинтеза различных продуктов обмена веществ в живых орга­ низмах.

Схема опытов по изучению изотопного обмена в растениях

состоянию и условиям подготовки растений). Затем их выдер­ живают в течение различного времени — ряд экспозиций. Как уже указывалось в § 2, изотопный обмен (обновление) в биоло­ гических системах можно исследовать на разных уровнях — целого организма, отдельных органов, частей, клеток, внутри­ клеточных структур, химических фракций и отдельных соедине­ ний. В зависимости от желаемого уровня исследования изотоп­ ного обмена определяют содержание меченого и немеченого

260

элементов в растении в делом или в какой-либо из его частей,, фракций и т. д.

Работа сводится к получению и анализу кривых кинетики; содержания меченого и немеченого элементов в объекте, изо­ топный обмен в котором исследуется.

Р а с ч е т и н д и к а т о р н ы х д о з и у д е л ь н о й а к т и в ­ н о с т и м е ч е н о г о э л е м е н т а . При расчете индикаторных доз необходимо учитывать следующее: с одной стороны, они должны обеспечить достаточную точность радиометрических из­ мерений, а с другой — не выходить за пределы доз, при которых биологическим действием излучения радиоактивного изотопа можно пренебречь. Приведем два случая расчета индикаторных доз при постановке вегетационных опытов с растениями. В пер­ вом случае изучается распределение меченого элемента по орга­ нам растений (вторая типовая задача) и измеряется активность стандартных проб измельченного растительного материала. Во втором случае производится озоление растительного материала

иизмеряется активность проб радиоактивных растворов золы. Рассчитаем индикаторную дозу радиоактивного изотопа, ко­

торую необходимо ввести в питательную среду, чтобы опре­ делить распределение меченого элемента по органам растений путем измерения активности проб растительного материала.

Введем следующие обозначения: А — общая активность радиоактивного индикатора, которую необходимо ввести в за­ данную питательную среду, в расчете на дату закладки опыта,

на среде с меченым элементом, г воздушно-сухой массы; М2 ~ масса стандартного препарата растительного материала, подго­ товленного для радиометрических измерений; Лмин — минималь­ ная допустимая активность стандартного препарата раститель­ ного материала, обеспечивающая достаточную точность измере­ ний, в расчете на дату измерений, имп/сек-, ф — эффективность счета счетчика; k\—-поправка на радиоактивный распад; k2— коэффициент использования меченого элемента растениями. Этот коэффициент показывает, какая доля внесенного в пита­ тельную среду меченого элемента усвоена растениями; k2— ко­ эффициент неравномерности распределения меченого элемента по органам растений. Он показывает, какую долю средней удельной активности растительного материала составляет наи­ меньшая удельная активность отдельных органов растений.

Проведем следующие рассуждения, необходимые для вывода уравнения, по которому рассчитывается искомая индикаторная доза.

Активность радиоактивного индикатора, измеренная счетчи­ ком в стандартных условиях измерения и выраженная в услов­ ных единицах (в импульсах в секунду), в расчете на дату

261

А -3,7- lO^cp/^j [имп/сек].

Дальнейшие расчеты относятся к дате измерений.

Активность меченого элемента, усвоенного растениями, равна Д-3,7- 1010ф62//г1 [имп/сек]. Заметим, что коэффициент исполь­ зования k2 зависит от количества меченого элемента, введенного в питательную среду. Если потребность растений в данном пита­ тельном элементе считать более или менее постоянной, то коэф­ фициент использования будет обратно пропорционален количе­ ству меченого элемента, вводимого в питательную среду.

Средняя удельная активность растительного материала Д -3,7-l010(pk2/k1M1 [имп/(сек-г)].

Наименьшая удельная активность растительного материала

Д-3,7- 1010ф&2&3/k1M1 [имп1(сек - г)].

Тогда активность стандартного препарата растительного ма­ териала с наименьшей удельной активностью

При этом удельная активность меченого элемента, вводимого в питательную среду:

Если питательной средой является раствор объемом V [л], то искомая индикаторная доза радиоактивного изотопа

Приведем численные примеры расчета индикаторных доз и удельной активности меченого элемента в опыте с изотопом 32Р.

Пример 1. Пусть фон счетчика 1 имп/сек. Для получения достаточно достоверных результатов радиометрических измерений примем минимальную активность стандартного препарата растительного материала А МИн=5 имп/сек. Пусть время выдерживания растений на водной культуре с меченым фосфо-

262

парат растительного материала Л42=0,05 г=50 мг. Рассчитаем, какую актив­ ность 32Р следует внести в питательный раствор с меченым фосфором.

=20 г; поправка на распад 32Р из расчета, что от начала опыта до даты из­

Ф=0,1; коэффициент использования меченого фосфора й2=0,5; коэффициент

А7-10—1

Эта доза радиоактивного индикатора также находится в пределах допусти­ мых индикаторных доз.

Рассмотрим теперь случай, когда радиометрический анализ проводится путем измерения проб раствора золы, полученной после озоления растительного материала.

Введем дополнительные обозначения: М4 — масса раститель­ ного материала, которую берут для озоления, г; V\ — объем раствора золы, мл; Ущ, — объем пробы радиоактивного раствора золы, которая взята для радиометрических измерений, мл.

263