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第81章 放射性同位素在农业中的应用

第八章第四节放射性同位素在农业中的应用

引发种子的变异

放射性同位素在农业上的应用是极为广泛的。核农学就是核技术与农学相结合的一门新学科

谈到选育良种,不能不涉及作物的一个基本特性—遗传和变异。遗传性和变异性是对立的

统一。如果没有遗传性,则自然界现有的各种生物将不复存在

。而如果没有变异性,也就没有生物的进化。当前我们看到的成千上万种农作物品种都是在

历史的长河中,由于植物本身的遗传和变异,再经过长期的自然选择和人工选择而形成的。

近代因为科学技术的发展,人们已不再等待自然的恩赐,单纯地利用植物本身自然产生

的变异,而能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型,这种方法叫“人工引变”。

人们已经弄清楚:生物性状的遗传是受一种叫“基因”的遗传物质控制的,它存在于生物细

胞内的染色体中。这种传递遗传信息的遗传物质,人们在电子显微镜下可以看到它的分子结

构。如果这种物质的原有结构发生改变,就能引起生物性状的变异。应用原子反应堆产生的

热中子或加速器产生的快中子,以及放射性同位素放出的射线,都可以使生物细胞内遗传物

质的结构发生改变,因而引起生物形形色色的性状突变。

大体说来,应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的几率,而自然产生的突变只

有百万分之一的几率,人工引变可以提高突变率一千倍。当然这不能像神话故事里的孙悟空

一样,拔一根猴毛一吹就变出一个小孙猴子。我们也不能指望用射线一照就变出一个良种来

。这是因为到目前为止,人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中,进行

认真仔细地选择,才能育成符合我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做

“辐射育种”。它是继“系统选种”,“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。这一

新技术随着我国原子核科学技术的发展,已在全国广泛运用起来,并已取得显著效果。

棉花育种

“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员,应用放射性同位素钴-60放出的γ射线

处理棉花杂交的后代育成的。

起初,为了育成适合生态条件并且高产优质的棉花良种,他们于1961年用杂交育种的方

法,选配一些组合。但是经过多年的分离选择,并没有获得符合理想的后代。其中有一个杂

交组合,母本是“中棉所2号”,父本是“1195”(选育的一个品系),这就是“鲁棉一号

”的“始祖”。它虽然结合性较好,但到了第九代仍然性状不稳定,而且株型高大松散。这

时,他们决定应用辐射育种新技术,希望将它的性状引向好的方面发展,并且稳定下来。

1971年,他们“将中棉所2号”与“1195”杂交第九代种子用钴-60辐照40000伦琴(辐照量

的单位),根据辐射育种的规律,照射第一代因受射线损伤的作用,生长很不好,有的还出

现畸形。但这些都不能遗传给后代。一般从第二代开始,突变的性状才能逐渐显现出来。

他们把第一代中生长正常的棉株混收留种,第二年把这些种子单独播种在一块地里,并在收

获时进行单株选择。入选的单株单收单脱粒,成为一个株系。第三年将这些株系,按系播种

,每系种一行,这叫株行圃。在生长期间,直至收获之时,都对每一个株系进行比较,然后

选出一批株系。其中以第99号株系表现最为突出,不仅株形紧凑,生长稳健,而且结合性强

,吐絮集中,同时性状也不再分离。收获时将这些入选的株系,全都收在一起,并分别脱粒

留种,准备进入鉴定试验。这好像小学生参加了升学考试,成绩优秀的可以升入中学。

经过几年试验,新品种于1975年育成,1976年定名为“鲁棉一号”。开始全省区域试验时,

他们采用育苗移栽,点播分墩等方法高倍繁殖种子,并进行多点试验示范,将该品种迅速传

播到全省棉区。河南、河北等省区也进行了引种。

根茎叶的侦察兵

农民是很重视给农作物施肥的,但是,给作物施肥以后,作物是否吸收了这些肥料呢?

如果肥料被吸收了,那么,它们到达了作物身体的哪一部分,发挥什么作用呢?对这个问题

,过去,人们只能从作物的生长情况,作个大概的分析估计。当然,也有人想,要是能在肥

料里派几个侦察兵,让它们和肥料一同进入作物的身体内部,再把它们在作物身体内部的情

况不断报告出来,那就再好不过了。

在发现放射性同位素以后,农学家们就找到肥料中的侦察兵了——派放射性同位素去做这项

工作。

氮、磷、钾被称为植物营养的三大要素,但是,它们进入植物身体以后,究竟参加了什么工

作呢?比如说,人们想知道磷肥进入植物体后的情况,就在植物的肥料里加进一点放射性同

位素磷-32,让它们和普通的磷-31混在一起,它们就成了肥料在植物体内的示踪剂。

因为,这对植物来说,并不能区别出这两种磷有什么不同。

在施过肥料以后,植物对这两种磷一样看待,将它们加以吸收并转化成营养物。带有放

射性标志的磷与肥料中的普通磷混杂在一起,被植物的根部吸收,通过茎再被送到叶片和果

实部分。这些放射性同位素磷-32,就是送入植物体内的肥料侦察兵,它们就这样稳稳当当

地打入植物内部,同时,不断地发出放射性的信号,它们就是肥料的示踪剂。

科学家在给植物施过加有磷-32的肥料之后,隔两天、五天、九天……摘取植物的叶片或

者茎、根部分,与照相底片贴紧并放置一段时间……由于这些部分含有放射性同位素磷-32

,放出的射线会使照相底片感光、显影,从而可以了解这些放射性同位素钻进植物内部以后

的行迹。也就是说,肥料成分被吸收的情况、移动的速度、在植物体内的分布等,这一切都

可以清清楚楚地显示在照相底片上。像这样,把示踪剂和射线照相技术结合起来,就形成了

所谓的自射线照相术(又叫做放射自显影)。

用示踪法观察作物生长

这样,利用示踪的方法就可以跟踪、观察植物或农作物的生长发育等各种动态。例如,植

物的营养和代谢作用之间究竟有着什么关系?植物生长,最需要的是什么?植物是怎么样吸

收自身所必需的物质的?植物通过根或叶吸收些什么?水或其他化合物是如何转变成糖类或

蛋白质的?等等。

比如,有人研究过:给植物施肥时,应该施在什么部位?就是说,肥料施在种子的上面

好呢,还是施在种子的下面好?或者是施在种子的侧面,效果又怎么样呢?这三种情况下,

料离种子相距多远时效果最好?按照传统的方法,为了弄清这些问题需要分别进行培育试验

,再比较其结果。很显然,这种方法要花费很多劳力和时间,实验周期确实太长了。

有的营养成分也可以通过叶子直接被植物吸收。这种现象也是通过利用放射性同位素进行

研究才弄清楚的。此外,还搞清了其他一些问题。例如,某些植物的根对于特定的元素,并

没有选择吸收的能力,特别是铯、铷等元素,它们的性质与植物大量需要的钾元素非常相似

,可是,植物的根对它们没有选择吸收的能力。

由于使用了放射性同位素示踪剂技术,人们得以在研究中不断取得新的成果。通过这些研究

还改进了施肥的方法,以及土壤管理的技术,为农作物的稳定高产开创了新的局面。