10.2. Радиационно-биологические технологиии в растениеводстве и животноводстве

В настоящее время в растениеводство внедрено несколько десятков (более 30) различных радиационно-биологических технологий, разработанных и апробированных в различных странах мира.

И одним из первых был использован эффект радиационной стимуляции как фактор повышения урожайности сельскохозяйственных растений.

Табл. 10.1. Величина стимулирующей дозы предпосевного

Облучения семян различных культур

Культура	Стимулирующая доза, Гр..	Урожай, % к контролю
Кукуруза на зерно Кукуруза на силос Пшеница Ячмень Гречиха Посолнечник Просо Горох Люпин Рожь Клевер Люцерна Капуста Томаты Редис Морковь Огурцы Сахарная свёкла Рис Фасоль Сорго Соя Лён	5-10 5 5 - 8 10 - 30 5 - 7 10 5 - 10 3 10 5 - 10 5 - 10 10 20 5 - 10 10 25 - 40 3 10 - 20 5 - 20 7,5 - 10 5 7,5 7,5 - 10	110 – 115 110 – 130 109 – 111 107 – 115 115 110 - 120 115 - 140 110 - 140 118 - 127 112 - 114 130 115 - 120 113 - 120 110 – 115 115 - 130 125 - 135 110 - 140 115 - 120 110 - 112 110 110 - 120 112 - 117 112

Радиационно-биологическая технология предпосевного облучения семян позволяет повысить экономическую эффективность возделывания различных культур за счёт ускорения роста растений, сокращения периода вегетации, увеличения урожая, а в некоторых случаях и улучшения его качества. Данные экспериментальных исследований обобщены и широко представлены в различных литературных источниках.

Каковы же результаты и что можно взять на вооружение для практической работы?

Установлено, что величина стимулирующей дозы предпосевного облучения семян различных культур колеблется в диапазоне от 3 до 40 грей и чаще всего находится в диапазоне 5-10 грей, а прибавка урожая от 105 до 140 %, чаще 110-115% (см. табл. 10.1.).

Однако, эта технология не получила широкого распространения, так как стимулирующее воздействие при одних и тех же дозах для одних и тех же растений не всегда проявлялось или проявлялось недостаточно с малым процентом повышения урожайности, а также наблюдались и отрицательные эффекты, что объясняется неоднородной радиочувствительностью различных партий семян и неодинаковыми почвенно-климатическими условиями.

Следует отметить, что эти стимулирующие рост и развитие растений дозы ионизирующих излучений подавляют их иммунитет и потому заражённость почвы вредной для растений бактериальной и грибковой микрофлорой, развитие которой происходит в тёплых и влажных климатических условиях, может резко сказаться на заболеваемости культивируемых растений, усиливая её.

Стимулирующее действие ионизирующих излучений проявляется и при облучении вегетирующих растений. Дозы при этом значительно меньше, чем при стимулирующем облучении семян и колеблются для различных растений и их органов в диапазоне 0,5-1-3-5-10-15 грей, чаще всего 1-3 грея.

Весьма перспективным является предпосадочное и предпрививочное облучение черенков размножающихся растений. Установлено, что оно способствует лучшему корнеобразованию и, следовательно, укоренению черенков винограда, красной и чёрной смородины, крыжовника и др. на 15-20% и последующему увеличению урожайности кустов этих растений примерно в 1,5 раза.

Облучение черенков этих растений и некоторых плодовых - яблони, груши, сливы, абрикоса, вишни и др. - улучшает при прививках срастание подвоя и привоя.

Однако из-за низкой технологичности этот метод (штучный ручной труд) не получил широкого распростанения.

Также стали применять стимулирующее действие ионизирующих излучений на животный организм с целью ускорения роста, развития и увеличения продуктивности. Имеются положительные результаты в птицеводстве при откорме бройлеров и повышение яйценоскости кур. Также при прединкубационном гамма-облучении яиц получено увеличение выводимости и выживаемости цыплят.

В настоящее время ведутся работы по изучению радиационной стимуляции на овцах, норках, лисицах и др. животных.

После открытия мутагенного действия ионизирующих излучений началось их применение для получения новых сортов сельскохозяйственных растений, обладающих ценными хозяйственно полезными признаками.

Процесс получения нового сорта складывается из двух этапов:

1) получение максимального количества мутагенных форм как исходного материала для селекции;

2) выведение с помощью общепринятых приёмов и методов нового сорта на основе полученных мутантов, его испытание, размножение и внедрение в производство.

Специфика первого этапа с целью получения максимального количества новых форм растений состоит из:

• подбора доз облучения семян, вегетативных органов, генеративных органов, вегетирующих растений;

• массового облучения материала.

Установлено, что под влиянием ионизирующего облучения количество возникающих мутаций прямо пропорционально дозе облучения, а способность к размножению имеет обратную зависимость. Поэтому используют такие дозы, чтобы выход мутантных форм был достаточно высоким при достаточном количестве растений, способных к размножению. Такой дозой принято считать ЛД₇₀, когда выживает около 30% растений и часть из них способна дать семена - "критическая доза". Этот термин предложил известный шведский генетик и радиобиолог А. Густафссон.

При этом эффективным является применение радиопротекторов и радиосенсибилизаторов с целью получить множество различных соматических и генетических повреждений, чтобы в итоге накопить большое количество материала, необходимого для выведения с помощью общепринятых приёмов и методов новых сортов растений и животных.

Радиопротекторы оказывают преимущественно соматическое воздействие, обеспечивая более высокий уровень переносимых доз и, тем самым, увеличивая выход мутаций при сохранении жизнеспособности достаточного для последующей работы количества семян. Радиосенсибилизаторы наоборот усиливают радиационное поражение генетического компонента.

Установлено, что нейтронное облучение в сравнении с рентгеновским и гамма-излучением даёт в несколько раз большее количество мутаций при тех же пределах выживаемости растений. Однако эта технология из-за технических возможностей не имеет широкого распространения.

Наиболее практически удобным объектом для целей радиостимуляции и радиомутагенеза являются семена растений: высокая технологичность, использование неограниченного числа особей с одинаковыми генетическими характеристиками, относительная индеферентность к условиям окружающей среды, способность длительно сохранять эффект облучения на протяжении всего периода сохранения всхожести.

При облучении вегетирующих растений мутагенный эффект значительно выше, включая и редкие виды мутаций, тогда как дозы облучения значительно ниже. Установлено, что наибольшее количество различных типов мутаций у различных растений возникает в те или иные фазы: кущения, колошения, бутонизации или цветения.

Одноклеточные семена, например пыльца, более радиочувствительны, чем многоклеточные, а мутации, возникающие в их генеративном ядре, сразу же переходят во все клетки образующегося из зиготы растения. И оно уже в первом поколении после оплодотворения облучённой пыльцой становится мутантным, что сокращает сроки селекционного процесса не менее чем на один год.

С целью повышения процесса мутагенеза можно комбинировать облучение семян и пыльцы, органов вегетативного размножения и пыльцы.

Также с целью получения новых форм растений можно облучать клубни, корнеплоды, корневища, луковицы, черенки и другие органы вегетативного размножения. Причём доза облучения их значительно ниже, чем семян.

Известно, что с помощью прививок, т.е. трансплантации одной части одного растения на другое была решена труднейшая проблема сохранения свойств и хозяйственно-полезных признаков у видов растений, неспособных к вегетативному корнесобственному размножению вследствие биологической несовместимости растений, их иммунитета. Облучение привоя и подвоя приводит к подавлению иммунных систем растений и повышает качество сращивания прививаемых компонентов, увеличивая выход привитых саженцев.

Облучение подвоя или подвоя и привоя дозой в 15-30 Гр в 2-3 раза повышает количество прививок у трудносовместимых комбинаций и индуцировать их появление у несовместимых.

Облучение подвоя также приводит к удалению на нём почек (глазков), резко снижая трудоёмкость этого процесса.

Облучение привойных компонентов эффективно и при вегетативных прививках и позволяет получать даже межродовые гибриды косточковых, семечковых и ягодных культур типа: яблоня-груша, слива-абрикос, малина-ежевика и др.

Все основные вопросы в области радиационной селекции обобщила Преображенская Е.И. в своей книге "Радиоустойчивость семян растений", вышедшей в 1971 году.

К 2000 году в мире с помощью радиационного мутагенеза получено и внедрено более 2000 новых сортов культурных растений.

В животноводстве эта проблема пока ещё имеет относительно незначительные достижения. Так, получен более высокопродуктивный тутовый шелкопряд, выведена новая порода норки с оригинальным серебристым цветом меха.

Получены штаммы различных микроорганизмов:

• Для производства молочного нисинового порошка нислактин, который при добавлении повышает качество и продлевает сроки хранения плавленых сыров.

• С высокой продукцией метаболитов, что позволило наладить промышленное производство различных антибиотиков, витаминов, ферментов и органических кислот.

• Авирулентных мутантов-бактерий, применяемых для разработок вакцин.

• Возбудителей заболеваний у вредителей (свыше 60 видов) сельскохозяйственных культур.