Использование стимуляционного действия ионизирующего излучения в отраслях сельского хозяйства

В растениеводстве среди РБТ, основанных на стимулирующем действии ионизирующего излучения, выделяют 6 следующих процессов:

1. Предпосевное облучение семян зерновых, овощных и других, культур, с целью повышения урожая и улучшения качества продукции.

Явление эффекта стимуляции развития можно объяснить образованием в клетках семени биологически активных веществ хиноидной природы, которые в малых концентрациях активизируют рост и развитие путем неспецифической дерепрессии генома, т. е. путем перевода генов в активное состояние. Эти вещества были названы триггер-эффекторами. При этом активизируются определенные зоны ДНК, что способствует в дальнейшем более интенсивному синтезу и активности ферментов, в том числе триптофансинтетазы, которая регулирует синтез триптофана, а также синтез ростового гормона гетероауксина, что ускоряет интенсивность деления клеток, поэтому усиливаются ростовые процессы в проростках. Эффект стимуляции может сохраняться в процессе всего онтогенеза, поэтому ускоряется рост и развитие растений, что в конечном итоге приводит к повышению урожайности (рис. 1), или проявляться только в начальных стадиях онтогенеза, что не сопровождается ростом урожайности.

Рис. 1. Роль триггер-эффекторов в радиационной стимуляции развития (поэтап­ная передача первичного импульса на последующие стадии онтогенеза): НТЭ – неспецифический триггер-эффектор; ГПВ — гиббереллин-подобные вещества.

Основной эффект предпосевного облучения семян гамма-излучением – увеличение урожайности. При облучении семян увеличивается не только урожайность, но и улучшается его качество, т. е. повышается содержание белка, витаминов, масла, каротина, крахмала, сахарозы, клетчатки и жиров на 15-30 %.

В настоящее время определены стимулирующие дозы облучения семян для многих культур (табл. 1). Стимуляционный эффект, оцененный по величине урожайности в сравнении с контролем, по приведенным в таблице 1 культурам, составляет от 7 до 40 %, при максимальном эффекте у картофеля – 8-40 %, гороха – 15-40 % и огурцов – 10-40 %.

Т а б л и ц а 1. Стимуляционные дозы и эффект радиостимуляции при облучении семян сельскохозяйственных культур

Культура	Стимулирующая доза, Гр	Стимуляционный эффект, %
Кукуруза на силос		10-30
Кукуруза на зерно	5-10	10-15
Пшеница	5-8	9-11
Ячмень	10-30	7-15
Рожь	5-10	25-30
Гречиха	5-7	15-20
Горох		15-40
Люпин		18-27
Клевер	5-10	25-30
Картофель	1-5	8-40
Капуста		13-20
Томаты	5-10	10-15
Морковь	25-40	25-35
Огурцы		10-40
Сахарная свекла	10-20	15-20

2. Предпосевное гамма-облучение семян овощных культур, выращиваемых в условиях закрытого грунта для более раннего созревания и повышения урожайности. При выращивании овощных культур в тепличных хозяйствах облучаются небольшие партии семян овощных и зеленных культур. Облучение семян способствует более быстрому росту растений и формированию более высокой массы товарной части. Повышение урожайности капусты белокочанной и томатов составляет до 20 %, редиса и салата – до 26 %, сельдерея – до 11 %. Сроки созревания овощных культур сокращаются на 5-10 суток.

3. Предпосевное облучение семян кормовых трав и силосных культур с целью увеличения урожайности зеленой массы и улучшения ее качества. Предпосевное облучение семян многолетних злаковых кормовых трав способствует повышению урожайности зеленой массы на 25 %, а облучение семян клевера приводит к росту урожайности зеленой массы на 25-45 %. В зависимости от почвенно-географических зон и степени окультуренности почвы урожайность зеленой массы кукурузы повышается на 10-18 %. При этом в зеленой массе кукурузы содержание белка, жира и сахаров увеличивается, поэтому количество кормовых единиц возрастает на 25 %. При выращивании подсолнечника на силос урожайность зеленой массы и содержание кормовых единиц увеличивается на 17 %.

4. Предпосевная обработка гамма- или электронным излучением клубней семенного картофеля для повышения качества и урожайности картофеля. Облучение клубней картофеля гамма-излучением в дозе 3 Гр, или потоком ускоренных электронов в дозе 1 Гр за 2-6 суток до посадки, приводит к выведению из состояния покоя большего количества глазков, потому что быстрее пробуждаются точки роста, в которых начинается интенсивное деление клеток, что в конечном итоге способствует более интенсивному корнеобразованию и более высокой кустистости наземной массы с повышенной фотосинтетической активностью. Повышение фотосинтетической активности наземной массы способствует лучшему образованию клубней и повышению их урожайности на 18-25 %. В клубнях картофеля также повышается содержание крахмала, белков и витамина С на 15-30 %.

5. Предпосевная обработка семян корнеплодов (сахарной свеклы, брюквы, турнепса, кормовой свеклы), семян технических культур (льна, хлопка, джута, кенафа), корневищ лекарственных растений (мяты, солодки и др.) и луковиц луковичных растений (лука, чеснока, цветочных луковичных растений) с целью повышения содержания хозяйственно-ценных веществ, ускорения процессов развития, повышения урожайности и сокращения времени выгонки луковичных культур. Урожайность корнеплодов сахарной свеклы увеличивается на 25 %, а содержание сахара в корнеплодах повышается от 0,2 до 1 %. Выход волокна у технических культур возрастает на 10-15 %. Выгонка луковичных культур ускоряется на 5-10 дней.

6. Предпосевная обработка рассады и черенков для ускорения приживаемости, устранения несовместимости привоя и подвоя в плодоводстве и увеличения выхода полноценных прививок. Предпосадочное облучение черенков плодовых культур приводит к усиленному образованию и росту корневой системы, что способствует их лучшему укоренению, поэтому повышается выход полноценных саженцев. Облучение черенков винограда, сливы, яблони, крыжовника, черной и красной смородины способствует повышению их укореняемости на 15-20 %, улучшению ростовых процессов корней, увеличению длинны и количества побегов, площади листьев и увеличению интенсивности фотосинтеза. В последующем стимуляционный эффект от облучения черенков наблюдается у плодоносящих кустов черной и красной смородины, крыжовника, где урожай ягод повышается на 40-60 %. В практике виноградарства часто наблюдаются процессы несовместимости подвоя и привоя, поэтому в производственных условиях может выбраковываться до 75 % привитых саженцев винограда. Одним из эффективных средств преодоления тканевой несовместимости при прививках является применение ионизирующего излучения. При гамма-облучении в определенном интервале доз отмечается ослабление тканевой несовместимости, поэтому увеличивается выход качественных прививок. В основе преодоления барьера несовместимости лежит подавления иммунных свойств образовательных тканей под действием определенных доз и сроков облучения. Вторым важным и трудоемким процессам в технологии производства привитых саженцев винограда является процесс «ослепления» глазков на черенках перед прививкой, которая обычно проводится ручным способом. Проведение «ослепления» основывается, во-первых, на том, что между развитием глазков и каллусообразованием на апикальной части черенка-подвоя существует прямая зависимость, которая выражается в том, что развивающиеся глазки на подвое резко тормозят процессы каллусообразования в верхней части черенка. Отсутствие кругового каллуса на подвое приводит к недостаточному образованию сосудов и плохому их срастанию между привоем и подвоем, что в конечном итоге обуславливает значительную часть гибели прививок. Во-вторых, проведение «ослепления» основывается на том, что наибольшей радиочувствительностью обладают делящиеся клетки меристем, в частности и меристемы глазков. Поэтому, можно подобрать невысокие дозы облучения для «ослепления» глазков подвоя, которые не будут повреждать основные ткани черенка. Высокая проникающая способность гамма-излучения позволяет проводить эту операцию одновременно на большом количестве черенков, упакованных в пакеты или связанных в пучки. Для снижения дозы облучения и повышения качества «ослепления» глазков, а также регенерирующей и корнеобразующей способности черенков применяют комбинированное воздействие гамма-излучения и регуляторов роста (гибберилиновая и индолилуксусная кислоты), которые усиливают деление клеток, т. е. способствуют активации меристем конусов нарастания глазков, поэтому повышается радиочувствительность клеток глазков. В то же время регуляторы роста усиливают корнеобразовательную способность черенков. Таким образом, комбинированный метод обработки черенков подвоя винограда вызывает эффективное подавление способности почек к прорастанию при отсутствии раневой реакции в местах повреждения тканей глазков. При этом способе обработки сохраняется каллусообразующая способность прививок, нормально протекают регенерирующие процессы и образование корней. Радиационный способ предпрививочной обработки существенно увеличивает сроки отрастания подвойной поросли на виноградных кустах в 5-10 раз. Облучение черенка или подвоя виноградной лозы в дозах 10-30 Гр увеличивает выход полноценных прививок на 11-34 %.

Стимулирующее действие ионизирующего излучения применяется в животноводстве, птицеводстве и рыбоводстве. Гамма-излучение в низких дозах – 0,03-0,05 Гр – используются для прединкунбационного облучения яиц. В результате этого приема повышается выход цыплят на 13 %, повышается выживаемость цыплят на 5-10 %, масса цыплят увеличивается на 10-15 %. Куры, выросшие из облученных в прединкунбационного период яиц, начинают яйцекладку на 11-12 суток раньше, при этом среднемесячная яйценоскость кур в первые 10 месяцев повышается на 14-20 %, а масса яиц – на 1-3 г. Для повышения яйценоскости кур и увеличения массы облучают не только цыплят кур-несушек, но и цыплят-бройлеров в однодневном или трехдневном возрасте дозой 0,2 Гр. Облучается только голова цыпленка с целью повышения физиологической активности гипоталамуса, благодаря чему стимулируется интенсивность развития, а также деятельность осцитарных фолликулов, поэтому повышается прирост мышечной массы и яйценоскость. При облучении цыплят-бройлеров их масса увеличивается в течение 30 суток на 20-23 %, а яйценоскость кур-несушек – на 10-15 % в первые 10 месяцев.

С помощью радиостимуляции было выведена новая разновидность тутового шелкопряда с более высокой продукцией шелкового волокна, а также выведена новая порода норки с оригинальным серебристым цветом, меха.

Радиационная стимуляция животных используется в скотоводстве, свиноводстве, звероводстве. Облучение суточных поросят крупной белой породы гамма-излучением в дозе 0,1–0,25 Гр приводит к увеличению массы тела животных на 10–15 % в первые 3 месяца жизни. В шестимесячном возрасте масса тела животных превышала на 6-8% массу контрольных животных, при этом не было выявлено отрицательного воздействия на организм радиостимуляционных доз. Облучение гамма-излучением ягнят тонкорунных овец в трехмесячном возрасте в дозе 0,1–0,3 Гр приводят к повышению массы животных, выживаемости, а также к увеличению настрига, густоты и длинны шерсти на 8–17%. Облучение норок дозой 0,1–0,3 Гр повышает выживаемость потомства, сопротивляемость болезням, улучшает качество пушнины и увеличивает выход пушнины. Облучение черно-бурых лисиц этой же дозой увеличивает плодовитость самок, повышает выживаемость потомства, увеличивает выход пушнины.

В рыбном хозяйстве РБТ используют: 1) для улучшения оплодотворения и выживаемости рыбы; 2) для увеличения выхода мальков в рыбном хозяйстве; 3) при искусственном разведении различных видов морских моллюсков (устриц, гребешков). Например, при облучении зрелой спермы радужной форели дозой 0,25–0,5 Гр значительно увеличивается количество нормально развивающих эмбрионов, при этом оплодотворяемость икры и выживаемость эмбрионов повышается на 35–40 %. Такая радиационная обработка имеет большое народно-хозяйственное значение, потому что технология искусственного разведения и выращивание рыбы получает широкое внедрение в Белоруссии, где разводят новые ценные породы рыбы (лосось, форель и др.).

Изучение радиационной стимуляции эффекта радиации у животных и растений различных таксономических групп – ракообразных A._. salina, моллюсков Mizuhopecten yessoensi, красных водорослях Gracilaria verrucosa показало возможность применения эффекта радиостимуляции для повышения продуктивности данных объектов, которые являются естественным кормом для различных видов рыб. При культивировании приморского гребешка, в зависимости от стадии развития рекомендуются дозы g - облучения от 7,5–15 Гр. При облучении повышается выживаемость взрослых особей, возрастает прирост биомассы, поэтому выход конечного продукта возрастает в 1,6–1,8 раз. При культивировании грацилярии стимуляционная доза гамма-облучения 50 Гр, при этом выход конечного продукта увеличивается в 1,7–2,2 раза. Стимулирующий эффект g - облучения наблюдался в диапазоне 20 – 40 Гр и был более выраженным на фоне низких значений выклева науплиев A. salina в контроле. Так, при солености 56% с максимальным выклевом в контроле, стимулирующий эффект был недостоверен, а при солености 96% с минимальным выклевом в контроле действие радиации повышало процент появившихся из яиц науплиев в 5 раз. Стимуляционная доза гамма-излучении, усиливающая ростовые процессы у A. Salin a, зависила от стадии развития и составляла для цист 0,1–1 кГр, для взрослых особей 10–20 Гр. Выход конечного продукта возрастал в 1,5–2 раза.

Полученные результаты указывают на возможность использования гамма-излучения для увеличения выхода биомассы изучаемых объектов, что в дальнейшем может способствовать увеличению выхода продукции рыбоводства.