核辐射在农业育种方面的应用及发展
核技术在农业领域的应用
核技术在农业领域的应用
核技术在农业领域的应用
一、什么是核技术
核技术是指运用放射性元素和核反应堆，利用原子能来解决社会经济和科学研究问题的一种复杂的技术，其主要应用是放射治疗和放射诊断、放射性核素调查分析、核聚变能等领域。
二、核技术在农业领域的应用
1、土壤分析：利用示踪剂技术，可以快速、准确地确定土壤的养分和植物生长状况，从而指导农作物施肥，改善土壤质量。
2、放射性核素调查分析：可以利用放射性核素测量和分析技术，充分发挥核技术在农业中的作用，可用来检测各种农作物营养元素的含量，从而指导农田施肥，提高作物产量。
3、核技术在生物改造方面的应用：核技术可以用来改造农作物，提高作物抗逆性，增加农作物产量，改善作物品质，减少农业生产投入和改善农民生活水平。
三、核技术在农业领域的优势
1、核技术可以提高农作物的品质，增加农作物产量，减少农业生产投入，从而提高农民的收入和改善民众的生活水平。
2、核技术的使用能够提高农业的生产效率，减少农业生产的投入，从而节约社会资源，降低农业生产成本，提高农作物品质，提高农民收入。
3、核技术的应用能够改善土壤质量，减少水土污染，改善环境
质量，保护生物多样性，改善农田环境，提高资源利用率，实现可持续农业发展。
四、结论
核技术在农业领域的应用具有许多优势，可以提高农作物的品质、增加农作物产量，改善土壤质量，减少水土污染，改善环境质量，保护生物多样性，改善农田环境，提高资源利用率，实现可持续农业发展。
核技术在农业领域的应用
核技术在农业领域的应用引言核技术，指通过利用和研究原子核及其变化特性而应用于各个领域的技术。
在农业领域，核技术的应用已经取得了显著的成果。
本文将介绍核技术在农业领域的应用及其对农业发展的贡献。
核技术在种植业中的应用核辐照技术核辐照技术是一种利用辐射对作物进行杀虫、杀菌和贮藏保鲜的方法。
它通过照射作物或种子，使得该作物或种子的DNA发生突变，从而达到改良作物品质的目的。
核辐照技术可以提高作物的产量和品质，抑制作物疾病的发生，延长作物的保鲜期等。
核示踪技术核示踪技术是一种利用放射性同位素标记物质，通过检测标记物质在作物中的分布和迁移情况，从而研究作物的养分吸收、传输和转化过程。
核示踪技术可以帮助农民了解作物的养分需求，优化施肥方案，提高施肥效率，减少农作物对环境的污染。
核能肥料核能肥料是一种利用放射性同位素标记氮肥或磷肥，通过测定标记同位素在作物体内的分布情况，从而研究作物对肥料的吸收和利用效率。
核能肥料可以帮助农民科学施肥，提高氮肥或磷肥的利用率，减少肥料的浪费和环境污染。
核技术在畜牧业中的应用核素标记技术核素标记技术是一种利用放射性同位素标记饲料或药物，通过测定标记同位素在动物体内的分布和代谢情况，从而研究动物的饲料消化、代谢和药物利用情况。
核素标记技术可以帮助畜牧业者科学饲养动物，优化饲料配方，改善饲料利用效率，提高动物生产性能。
核医学影像技术核医学影像技术是一种利用放射性同位素标记药物，通过检测标记药物在动物体内的分布和代谢情况，从而研究动物的器官功能和疾病诊断。
核医学影像技术可以帮助兽医科学诊断动物疾病，指导治疗措施，提高兽医诊断水平。
核技术在农业环境保护中的应用核能测土仪核能测土仪是一种利用放射性同位素检测土壤中的养分含量和污染物含量的仪器。
它可以帮助农民了解土壤的养分水平，调整土壤施肥方案，减少肥料的过量施用和土壤养分的流失。
此外，核能测土仪还可以检测土壤中的重金属等有害物质，帮助农民进行农产品安全检测。
辐射育种实例
辐射育种实例辐射育种是一种通过辐射处理改变植物或动物的遗传特性的育种方法。
它利用辐射能量对生物体的DNA分子进行破坏或改变，从而诱发突变。
这种方法可以加速育种过程，培育出具有新特性的植物品种或动物品种。
下面以辐射育种实例为例，介绍几种成功的辐射育种案例。
1.辐射育种在小麦育种中的应用小麦是我国主要的粮食作物之一，为了提高小麦的产量和品质，科学家们进行了大量的辐射育种研究。
其中，辐射诱变育种是一种常用的方法。
科学家们通过将小麦种子暴露在特定剂量的辐射源下，如X射线或伽马射线，使其产生突变。
然后再选择具有良好特性的变异体进行培育。
通过这种方法，科学家们培育出了多个抗病性强、产量高的小麦品种，为我国的农业生产作出了重要贡献。
2.辐射育种在花卉育种中的应用花卉是人们生活中重要的观赏植物，为了培育出更加美丽、多样化的花卉品种，辐射育种技术被广泛应用。
以玫瑰花为例，科学家们利用辐射育种技术对玫瑰花进行了突变诱导。
通过将玫瑰花的种子暴露在适当剂量的辐射源下，使其产生突变。
经过多年选择和培育，科学家们培育出了多个新品种，如花瓣颜色更加鲜艳、花朵更加丰满的玫瑰花品种。
这些新品种不仅丰富了人们的生活，也促进了花卉产业的发展。
3.辐射育种在果树育种中的应用果树是人们日常饮食中重要的水果来源，为了改良果树的品质和产量，辐射育种技术也在果树育种中得到了应用。
例如，柑橘是一种重要的柑橘类水果，为了培育出更加甜美、耐贮藏的柑橘品种，科学家们利用辐射育种技术对柑橘进行了诱变。
他们将柑橘种子暴露在适当剂量的辐射源下，诱发其产生突变。
经过多年的选择和培育，科学家们培育出了多个新品种，如果实更大、口感更好的柑橘品种。
这些新品种不仅满足了人们对水果品质的需求，也促进了柑橘产业的发展。
辐射育种技术在不同领域的育种中都得到了广泛应用并取得了良好的效果。
通过辐射育种，科学家们成功培育出了许多具有良好特性的新品种，为农业生产和观赏植物领域的发展做出了重要贡献。
原子能技术在农业领域的应用
原子能技术在农业领域的应用随着科技的不断发展，原子能技术在农业领域的应用日益成为研究的热点。
原子能技术利用放射性同位素和核辐射的特性，可以提供农业生产所需的多种应用。
本文将探讨原子能技术在农业领域的应用，包括辐射育种、放射性同位素示踪技术和放射性同位素探测技术。
一、辐射育种辐射育种是指利用辐射来诱变作物基因，以获得新的优良品种的育种方法。
通过辐射，可以引起作物基因发生突变，从而产生新的特性，如抗病性、耐旱性等。
原子能技术中的离子束辐照、γ射线辐照和中子辐照等方法被广泛应用于辐射育种。
辐射育种不仅缩短了育种周期，还提高了品种的稳定性和产量。
例如，中国的食用菌种植业就广泛应用辐射育种技术，成功研发出多种高产、高品质的食用菌新品种。
二、放射性同位素示踪技术放射性同位素示踪技术是利用放射性同位素的特性，追踪农作物中的营养元素的吸收、转运和分配过程。
通过加入放射性同位素到土壤或者施加于作物上，可以追踪养分的运动路径和积累情况。
例如，氮同位素示踪技术可以用来研究作物对氮肥的利用效率，帮助优化氮肥的使用。
研究表明，通过放射性同位素示踪技术，农民可以根据作物对养分的需求，合理施肥，从而提高作物的产量和质量。
三、放射性同位素探测技术放射性同位素探测技术是利用放射性同位素的特性，通过测量其在作物或土壤中的浓度来评估环境污染程度和作物生长的影响。
例如，氚同位素被广泛用于监测水稻田中的水分运动和水分利用效率。
通过测量氚同位素在土壤和作物中的浓度变化，可以评估灌溉水分流动情况和作物对水分的利用效率。
这种技术可以帮助农民科学合理地管理灌溉水，有效节约水资源，提高灌溉效率。
总结起来，原子能技术在农业领域的应用主要包括辐射育种、放射性同位素示踪技术和放射性同位素探测技术。
这些应用为农业生产提供了新的手段和工具，可以提高作物的产量和质量，改善农业生产的可持续发展。
然而，原子能技术的应用也需要注意安全风险和环境保护等问题，必须在科学管理和合理使用的前提下推动其发展和应用。
核科学在农业中的应用
核科学在农业中的应用
nuclear agricultural science
• 1896 年,法国科学家贝克勒尔(Becquerel H) 发现了铀的天然放射性,揭开了原子能时代 的序幕. 随后,核辐射的生物学效应立即引起 了科学家们的关注,开始了核技术在生物学 和农业科学中的应用研究……
植物辐射诱变育种
食品的辐照储藏和保鲜
• 从1943 年美国Proctor B E 博士首次利用辐 射来处理汉堡包至今,食品辐照技术的研究 已经有半个多世纪的历史. 食品辐照就是利 用电离辐射的方法,杀死食品中的微生物与 害虫,抑制农产品的代谢过程,减少食品败坏 变质的各种因素,达到延长储藏时间和保鲜 的效果.据IAEA 统计,到1994 年全世界有27 个国家已经建立了用于食品辐照的商业化 装置.
低剂量辐照刺激生物生长
• 经过长期试验人们发现,直接或者间接的致电离辐 射以低剂量照射生物体,可以像激素一样刺激生物 生长发育,即具有“刺激效应”.核辐射刺激生物生 长研究也就是探索这种效应发生的规律,以便加以 应用.在种植业和养殖业采用低剂量核辐射处理播 种前的种子和饲养的幼苗一般都能增产10 %左右, 有很好的经济效益. 低剂量核辐射刺激生物生长是 基于激活生物体内的同工酶,促进新陈代谢,加快生 长发育达到提高抗病能力和增长的目的,所以它的 使用可以节省农药和化肥,具有很好的生态效益.
害虫辐射不育技术
• 人们用一定剂量的电离射线照射害虫的某 一个虫态,破坏它们生殖细胞的遗传物质,使 受辐照害虫与正常害虫交配后形成的合子 致死,使得害虫能够“自灭”,这就是辐射不 育防治害虫技术.最近国内,路大光等人就开 展了昆虫辐射不育技术防治光肩星天牛的 研究，祝增荣等开展了应用辐射不育技术 根治桑给巴尔采采蝇的研究
核能在农业和食品生产中的应用
核能在农业和食品生产中的应用核能作为一种清洁、高效的能源形式，其在农业和食品生产领域的应用正逐渐引起人们的关注。
本文将探讨核能在农业和食品生产中的应用方式，并分析其优势和潜在问题。
一、核能在育种和基因改良中的应用核能技术可以通过辐射诱变来加速植物和动物的进化过程，从而实现育种和基因改良。
辐射诱变是指利用核能辐射把生物体的基因结构改变，使其在性状上发生突变。
这一技术可以提高作物的产量和抗性，改善品质和耐候性，从而增加农作物的种植效益。
二、核能在水资源利用中的应用核能驱动的海水淡化设施可以将咸水转化为淡水，从而提供更多的饮用水和灌溉水资源，改善水资源短缺问题。
核能海水淡化技术相比传统方法具有更高的能效和更低的成本，能够有效应对全球水资源紧张形势。
三、核能在农业生产和食品加工中的应用核能技术可以应用于农业生产的多个环节，比如土壤改良、农作物储藏和保鲜以及食品加工等。
通过利用核能辐射杀灭害虫和病菌，可以降低农药使用量，减少对环境和人体健康的不良影响。
同时，核能技术还可以用于食品辐照处理，延长食物的保鲜期并有效杀灭细菌，从而减少食品损耗和食源性疾病的发生率。
四、核能在温室农业和养殖业中的应用核能可以为温室农业和养殖业提供所需的供热和供电。
核能供热系统可以稳定供应温室养殖环境所需的温度，提高作物和动物的生产效率。
同时，核能供电可以保证温室和养殖场的正常运行，提供稳定的电力资源。
五、核能应用中的问题和挑战尽管核能在农业和食品生产领域具有诸多优势，但其应用也面临一些问题和挑战。
首先，核能技术的成本较高，需要大规模的投资和建设。
其次，核能的安全性和环境影响也是人们关注的焦点。
核能事故可能会对农田和水源造成污染，并对人类健康产生潜在风险。
因此，在核能应用中应加强相关技术的安全性和环境保护措施，并建立有效的监管体系。
综上所述，核能在农业和食品生产中的应用具有广阔的前景和巨大的发展潜力。
通过推动核能技术的创新和应用，可以提高农业生产效率、改善食品安全质量并减少环境污染，为可持续发展做出积极贡献。
辐照育种情况汇报
辐照育种情况汇报
辐照育种是一种利用辐射技术进行作物育种改良的方法，通过辐射诱变和选择
育种新品种。
本文将对我们进行的辐照育种工作进行情况汇报。
首先，我们选择了水稻、小麦、玉米等重要农作物作为研究对象，通过辐射诱
变技术对其进行育种改良。
在辐照处理后，我们对辐照后的种子进行了大量的田间试验和筛选工作，以筛选出具有优良性状的新品种。
经过多年的努力，我们已经成功培育出多个抗病、高产、优质的新品种，并取得了显著的经济效益。
其次，我们在辐照育种过程中，注重了对育种材料的选择和辐照处理条件的优化。
我们通过对不同基因型的材料进行辐照处理，并结合分子标记技术对辐照诱变体进行筛选和鉴定，以提高育种效率和育种质量。
同时，我们不断优化辐照处理的剂量、时间和方式，以最大限度地发挥辐射诱变的作用，提高变异频率和育种效果。
另外，我们还加强了与相关研究机构和企业的合作，共同开展辐照育种工作。
通过合作，我们得以共享资源、技术和信息，加快了新品种的选育和推广进程。
同时，我们还与农业部门和种植大户进行合作，开展示范推广，以验证新品种的适应性和经济效益，促进新品种的大面积种植和应用。
最后，我们还进行了广泛的宣传和推广工作，以提高辐照育种技术的知名度和
影响力。
我们通过举办学术研讨会、撰写科普文章、参与科普活动等方式，向社会大众介绍辐照育种的原理、方法和应用前景，增强社会对辐照育种的认知和支持。
综上所述，我们在辐照育种工作中取得了一系列的成果，为我国农业生产和粮
食安全做出了积极贡献。
我们将继续深入开展辐照育种研究，不断提高育种效率和育种质量，为我国农业的可持续发展贡献力量。
当前应用辐射在农业育种需注意挑战
当前应用辐射在农业育种需注意挑战辐射技术是近年来在农业领域得到广泛应用的一种技术手段，它可以通过改变生物体的遗传结构，促进农作物的成长和改良品种的培育。
然而，虽然辐射技术在农业育种中具备巨大的潜力，但也面临一些值得关注的挑战。
本文将以当前应用辐射在农业育种中的挑战为话题展开讨论。
首先，一个值得注意的挑战是辐射技术对环境的影响。
辐射技术使用的是电离辐射，它可能对周围的生物体和生态系统产生负面影响。
辐射对生物体的突变作用不仅可能引发有益的倒转突变，还可能引起有害的突变，对环境造成不可逆的损害。
大规模应用辐射技术可能导致放射性物质的积累，从而对土壤和水体产生长期污染。
因此，在应用辐射技术时，必须加强对环境影响的评估，采取有效的措施防止辐射泄漏和保护生态系统。
其次，辐射技术应用在农业育种中面临的另一个挑战是遗传安全问题。
辐射技术对生物体的遗传结构进行改变，但这些改变是随机和不可控的。
这意味着辐射育种中产生的新品种可能会携带未知的突变，导致不可预测的遗传风险。
因此，在进行辐射育种时，需要对育种目标进行准确定义，并对引入的突变进行精确的遗传分析，以确保所选育种品种的遗传稳定性和安全性。
此外，辐射技术在农业育种中的挑战还包括品质改良和品种稳定性的问题。
尽管辐射技术可以导致农作物的突变和遗传多样性增加，但不可避免地也会引入一些负面效应。
有时辐射诱导的突变会导致农作物的不良性状或无法适应环境的特性。
此外，辐射技术产生的突变往往是随机的，而且难以稳定。
因此，克服这些挑战需要在众多辐射诱导的突变中筛选出具有良好性状和稳定遗传性的品种，这对农业育种工作者来说是一项复杂且需要耐心的工作。
最后，辐射技术在农业育种中的推广和应用还需要克服社会接受度和风险沟通的挑战。
公众对辐射技术存在着普遍的担忧和负面观念，而农业育种正是与人们的饮食安全和环境生态紧密相关的领域。
因此，农业育种工作者需要与公众进行积极的沟通，加强风险传播的科学解释和社会影响的评估，以增强公众对辐射技术在农业育种中的理解和接受度，推动其应用的进一步发展。
辐射技术在农业生产中的应用
輻射技术在农业生产中的应用近年来，輻射技术逐渐得到广泛应用，其在农业生产中也展现出了巨大潜力。
从传统方法到现代技术，农业生产已经经历了繁荣和转型期，輻射技术正是为农业生产注入新的活力，提高了生产效率和质量，满足了人们日益增长的需求。
首先，輻射技术在农产品贮藏方面取得了显著成效。
通过使用放射性同位素技术，能够使农产品在贮藏过程中不受昆虫危害和霉菌污染，从而延长货架期，提高经济价值。
同时，该技术可以有效地消除农产品中的细菌和病毒，使得产品更加安全和健康。
例如，对于柑桔类水果而言，通过使用γ射线辐照消毒，青枯病的感染率可降低到0.2%以下，极大地提高了果实的质量和口感。
其次，輻射技术在种子育种方面同样发挥了重要作用。
通过利用辐射以及对其后代进行选择，可以选择出更加适应不同环境条件的植株，从而提高生产效率和抗病能力。
在我国的水稻育种中，利用γ射线辐射诱变法，园艺工作者已经发展出多个耐盐碱和耐旱品种。
同时，该技术可以提高杂交作物的杂交率，使得新品种的研发时间更短，经济利益更高。
此外，輻射技术还在肥料利用和土壤调节方面取得了显著成效。
铀矿物等天然放射性物质蕴含了丰富的矿物质和微量元素，可以直接用于农田肥料的制作。
有研究表明，利用天然放射性物质的核肥料，能够提高粮食和经济作物的质量和产量，同时减少化学肥料的使用量和成本。
另外，该技术还可以将土壤中铁、锰等微量元素提高至符合作物需求的水平，增加作物的营养素含量和健康指数，提高人体免疫力。
总之，輻射技术已经成为现代农业生产的重要手段之一，其应用已经涉及到了各个方面。
虽然在使用过程中需要保证安全、环保，防止对人类和环境造成伤害，但如果在保证安全的前提下，充分发挥輻射技术在农业生产中的应用，将会使得农业生产更加高效、安全和健康，从而有利于推动我国乡村振兴战略的实施。
核辐射在育种方面的应用
辐射育种的应用学院：园艺学院姓名：朱代强李志宁学号：107331612173107331612171核辐射在农业育种方面的应用及发展辐射育种是近年来发展起来的一种新奇的种植技术。
它利用射线、x射线或者是中子、激光和离子束等照射农作物的种子、植株或某些器官和组织，促使它们产生各种变异，再从中选择需要的可遗传优良变异，从而在短时间内获得有利用价值的突变体，以供直接生产利用或者是在此基础上培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术。
经过这样的技术种植，一个青椒重量可以达到500克，玉米能够结出7个棒，黄瓜可以长到半米高，而美丽的花卉也都神话般地发生变异，“一串红”本是一串串地开花，在这里可以满株开花，如同一座小塔。
“万寿菊”本是单层的四瓣花，这时开出的花却变成了多层的六瓣花。
“矮牵牛”也会由原本开红色的小花，培育后花朵变大，而且一株可以开出红、白、粉等多种颜色的花朵。
辐射技术在植物育种方面有重要的作用，在植物遗传改良上有独特的作用，该技术可大大提高基因突变频率，在较短的时间里，创造出育种目标所需要的种质材料，有时能诱发产生自然界稀有的、未曾出现过的或用一般方法难以获得的新类型、新性状、新基因，对已消失的基因进行人工再创造，能够在原有遗传背景不变的情况下，直接使植物体出现新的有用性状的变异，可在较短时间内使植物改良，缩短育种过程，提高作物改良效率，具有突变的“创新”优势。
辐射诱变育种技术在中国兴起虽然只有数十年的历史，但因有其自身的特点与优势，所以发展以水稻、小麦、大豆、花卉和林木等材料所做的辐照试验为依托，综述了国内外在辐射诱变育种方面所取得的成就，分析了该技术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程并对其发展方向和应用前景做出了展望。
其主旨在于提高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的认识，并为该技术的进一步发展和应用提供参考与借鉴，以期促进现代化农业育种的发展和应用，提高人民的生活水平与质量。
核科学百年讲座第八讲核科学技术在农业领域的应用
核科学百年讲座第八讲 核科学技术在农业领域的应用3刘 军 许甫荣 郑春开(北京大学物理学院技术物理系 北京 100871)摘 要 主要介绍核辐射和核示踪技术在农业生产中的应用,简单介绍我国核农业发展情况.核辐射农业应用分小节介绍辐射育种、昆虫辐射不育、食品辐射储藏保鲜与低剂量辐射刺激生物生长几个方面的基本原理、发展历史和它们在农业生产中的应用.核示踪农业应用简单介绍核示踪技术在土壤和肥料科学以及与农业相关的植物学、动物学、生物技术等领域的应用.关键词 核科学,核辐射,核示踪,核农学Nuclear science in the 20th century———nuclear agricultural scienceL IU J un XU Fu 2Rong ZHEN G Chun 2K ai(Depart ment of Technical Physics ,School of Physics ,Peking U niversity ,Beijing 100871,China )Abstract Nuclear science and technology have been successfully applied to many subjects ,nuclear agricul 2ture being one of the most important applications.We present a general review of the applications of nuclear ra 2diation and nuclear tracer techniques in agriculture.The development of nuclear agriculture in China is also re 2viewed briefly.K ey w ords nuclear science ,nuclear radiation ,nuclear tracing ,nuclear agriculture3 国家自然科学基金(批准号:10075070)资助项目2002-11-17收到初稿,2003-01-14修回 通讯联系人.E 2mail :frxu @ 1896年,法国科学家贝克勒尔(Becquerel H )发现了铀的天然放射性,揭开了原子能时代的序幕.随后,核辐射的生物学效应立即引起了科学家们的关注,开始了核技术在生物学和农业科学中的应用研究.原子核科学技术和农业科学技术相互渗透、相互结合在20世纪20年代末形成了一门综合性科学技术.70年代初期,法国和印度的核研究机构分别提出“放射农学”(Radioagronomie )和“核农学科学”(Nuclear Agricultural Sciences )的概念.至此,这门综合科学技术为大众接受.80年代初,我国科技工作者开始将这门学科称为“核农学”,它主要研究核素和核辐射及相关核技术在农业科学和农业生产中的应用及其作用机理.目前就其研究方法和应用机理来说主要分为核辐射和核素示踪应用两大部分.核辐射技术在农业中的应用领域主要有辐射育种、昆虫辐射不育、食品辐射储藏保鲜与低剂量辐射刺激生物生长等.核素示踪技术在农业中的应用领域主要有土壤和肥料科学、植物学、动物学和生物技术等.1 核辐射的农业应用快速运动的带电粒子通过物质时,遇到物质原子中的电子和原子核,会同他们发生碰撞,进行能量的传递和交换,主要结果是使物质原子发生了电离或激发,形成正离子和负离子或激发态原子.带有电荷的核辐射粒子能够直接使原子电离或激发,称为・355・ 32卷(2003年)8期直接致电离粒子.而中性的核辐射粒子,由于没有电荷不能直接使原子发生电离,但可以通过与物质作用产生的次级带电粒子使物质原子发生电离或激发,称为间接致电离粒子,例如中子和γ射线.总之,能够直接或者间接使物质原子电离或激发的核辐射就是电离辐射[1].电离辐射与生物体作用,引起生物体结构和功能的改变.一般认为,电离辐射与生物细胞的作用方式有两种:一种是直接作用,另一种是间接作用.直接作用就是入射粒子或射线直接与生物大分子作用,例如DNA,RNA等,使得这些大分子发生电离或者激发.间接作用就是入射粒子或射线与生物体中的水分子作用,使水分子发生电离或者激发.这些作用最终要表现为一些生物效应.辐射的生物效应可以归为两类:一类是有害的,如抑制生长、降低免疫能力、增加发病率、减弱生命力、不育、畸形以至死亡;另一类是有益的,如生长发育加快、抗病性提高、产量增加与品质改善等.因此,适当地选择辐射源和辐射剂量,采用不同的辐照方法可以使核辐射技术在很多方面有效地被利用.1.1 植物辐射诱变育种培育新的优良品种始终是农业科学研究的一个重点.人们利用X射线、γ射线及中子束等物理因素,与化学试剂结合诱发植物遗传变异,经过培育、选择获得新的品种,这就是辐射诱变育种.能诱发植物诱变的物质称为诱变剂.X射线、γ射线及中子束等物理因素均可作为诱发植物有益突变的有效诱变剂.近年来还出现了如激光、电子束和离子束等新的物理诱变因素.X射线在诱变育种的前期应用较多.γ射线作诱变剂,易于控制辐照条件,育种成效显著,是目前应用最为广泛的诱变剂.其中60Co发射的γ射线用得最多,近年来也开始使用137Cs的γ射线.现在中子的利用也有所发展.由于各种诱变因素的能量、穿透力不同,带电性与物质的相互作用方式不同,诱变效果会有差异.一般地,辐射诱变的诱发突变频率在几万分之几到千分之几之间.各种射线诱发突变发生频率的顺序是:中子束大于X射线,γ射线大于β射线[2].我国应用最多的是γ射线,其次是中子束.辐射育种技术经过几十年的发展,已经成为常规育种技术难以取代的育种手段.1927年,美国昆虫学家Muller H J就发现X射线能诱发果蝇产生多种类型的突变,并认为诱发突变将在植物品种的改良上发挥重要的作用.1928年,植物育种学家Stadler报道了X射线对玉米和大麦有诱变效应,并开始把诱发突变应用于植物育种.1934年,Tollen2 ear D用X射线处理育成了世界上第一个突变烟草品种(Chlorina F1).随着细胞遗传学等方面的发展,辐射诱发突变育种技术得到了更好的理论指导,人们积累了更多对突变体利用的经验,50年代初期,诱变育种有了新的进展.到1958年世界上报道了8个突变品种.从1960年起,由于对辐射诱变规律有了进一步的了解,育种方法逐步成熟.发展中国家也开始把诱变育种研究放在重要的位置.1969年,联合国粮农组织(FAO)/国际原子能机构(IAEA)联合举办了植物诱变育种培训班,出版发行了《突变育种手册》(Manual on Mutation Breeding),这被认为是植物辐射诱变育种从初期基础研究到实际应用转折的标志[2].进入70年代,辐射诱变育种已经成为一种有效的育种手段并得到了迅速发展,而且诱变育种的注意力转向了抗病、优质育种和突变体的杂交利用上.80年代,植物诱变育种与生物技术、加倍单倍体技术、杂种优势育种技术、常规育种方法等相互交叉、渗透和结合,形成了一种综合性育种技术.据IAEA1981年统计,世界各国通过辐射诱发突变在60种植物上育成的品种有518个,而到1993年再统计,全世界利用核辐射诱变育种成的新品种达到了1722个,研究的植物由禾谷类作物为主逐步扩大到豆类、蔬菜、果树、热带和亚热带作物、桑麻类.目前,世界辐射诱变育成品种已经达到了2050个[2].1.2 害虫辐射不育技术害虫防治是农业生产中的又一项重要任务.人们用一定剂量的电离射线照射害虫的某一个虫态,破坏它们生殖细胞的遗传物质,使受辐照害虫与正常害虫交配后形成的合子致死,使得害虫能够“自灭”,这就是辐射不育防治害虫技术.通常,先要人工大量饲养某种害虫,用射线辐照处理使它不育,然后在虫害区大量释放,这样与释放害虫交尾的害虫失去了繁殖后代的能力,经过多次释放就可以达到消灭害虫的目的.X射线、α射线、β射线、γ射线、电子源和快中子都能使昆虫不育,但使用最普遍、最方便的依然是γ射线,其射线源主要是60Co和137Cs.1938年,美国昆虫学家Knipling E F就提出了利用辐射不育技术防治害虫的设想.进入50年代,随着核技术的发展,核反应堆的建立,生产出高比活度的辐射源,昆虫辐射不育防治害虫开始实验研究. 1950年,在Knipling的倡导下,Bushland等在实验室开展辐射诱发螺旋蝇不育研究,并于1952年在萨尼贝尔(Sannibell)岛进行了释放不育虫的生产试・455・物理验,获得了成功,为以后大规模发展奠定了基础[2]. 1954年,Bushland又在库拉可岛上开展了试验,6周后岛上的螺旋蝇被彻底的根除,这就奠定了昆虫辐射不育技术在害虫防治中的无可争议的地位[2].由于螺旋蝇在美国和墨西哥被消灭和对确立昆虫辐射不育的贡献,Knipling和Bushland获得了世界食品大奖.1962年,Proverbs在研究苹果蠹蛾的辐射不育过程中发现,射线不仅能诱发昆虫亲代不育,而且这种不育效果在后代依然存在,即不育雄虫的F1代是部分不育或完全不育.这表明,射线对昆虫产生的效应,通过遗传能够在后代继续发挥作用,这就为利用辐射不育技术防治害虫开创了一条新途径.1969年,Wailker和Pedersew提出部分不育个体超量亚不育,以F1代不育来防治野生种群.辐射遗传不育技术,既能对害虫的亲代起控制或消灭作用,又能对害虫后代继续发挥防治的效能,是辐射不育技术的一个很重要发展.昆虫辐射不育技术防治害虫,是当今生物防虫法中的惟一有可能在大面积内消灭害虫的防治手段.长期使用化学杀虫剂,害虫会产生抗性,因而不能彻底根除.同时,由于杀虫剂可能同时杀害了害虫的天敌,导致害虫一旦再出现可能会比原来发生的程度更严重.再有就是化学杀虫剂一般都污染环境,对人畜有害.辐射不育技术杀虫则可以专一地将害虫大面积的彻底根除,并且对环境没有污染,所以长期来看,有很高的经济效益和社会效益.如美国50年代和70年代先后两次根除了日本冲蝇的羊皮螺旋蝇,墨西哥80年代初消灭了地中海果蝇,每年避免了15亿美元的损失,获益与投资比达到了10:1甚至30:1[2].目前,世界上有三分之二的国家对200多种害虫进行了辐射不育研究,其中有30多种害虫已经进入中间试验或者实际应用阶段,取得了显著效果.最近国内,路大光等人就开展了昆虫辐射不育技术防治光肩星天牛的研究[3],祝增荣等开展了应用辐射不育技术根治桑给巴尔采采蝇的研究[4]. 1.3 低剂量辐照刺激生物生长地球上的生物一刻不停地受到了来自宇宙射线、宇生放射性核素和原生放射性核素三种天然放射性源的照射.这种本底剂量照射是生物生长发育不可缺少的条件之一.经过长期试验人们发现,直接或者间接的致电离辐射以低剂量照射生物体,可以像激素一样刺激生物生长发育,即具有“刺激效应”.核辐射刺激生物生长研究也就是探索这种效应发生的规律,以便加以应用.俄国科学家首先发现了X 射线辐照可以提高燕麦种子的出苗率和发芽势.从50年代起,许多国家开展了低剂量刺激作物的研究工作.有的国家建立了各类辐照田,主要用于低剂量辐照刺激效应的研究和应用,并且在前苏联、加拿大和匈牙利等国得到了较大面积的应用.1958年,我国开始这项技术的研究.1962—1964年,我国又组织了低剂量γ辐照农作物刺激生长联合试验,研究结果表明,播前处理种子可以加速种子的发芽、生长和提高产量.1971年,在第四届和平利用原子能会议上,加拿大学者用30年的研究结果说明了用1—10Gy的辐照对绝大多数作物有刺激作用,能提高作物的出苗率、萌发势,提早开花和成熟,增加产量[2].低剂量核辐射刺激生物生长在农业上有广阔的应用前景和实际应用价值.在种植业和养殖业采用低剂量核辐射处理播种前的种子和饲养的幼苗一般都能增产10%左右,有很好的经济效益.低剂量核辐射刺激生物生长是基于激活生物体内的同工酶,促进新陈代谢,加快生长发育达到提高抗病能力和增长的目的,所以它的使用可以节省农药和化肥,具有很好的生态效益.1.4 食品的辐照储藏和保鲜据联合国粮农组织估计,世界生产的粮食作物,由于质变及虫害,每年损失20%—30%,达百亿美元之多,因而食品的储藏和保鲜历来就为人们所重视.20世纪出现了一系列的现代化贮藏技术.20年代出现了机械冷藏,40年代又出现了气调贮藏.从1943年美国Proctor B E博士首次利用辐射来处理汉堡包至今,食品辐照技术的研究已经有半个多世纪的历史.食品辐照就是利用电离辐射的方法,杀死食品中的微生物与害虫,抑制农产品的代谢过程,减少食品败坏变质的各种因素,达到延长储藏时间和保鲜的效果.辐射储藏食品有许多优点,尤以杀虫彻底、干净卫生及操作方便突出.对于那些已经蛀入果实、粮食和食品内部的害虫,其他方法都不能和辐照相比.辐照食品不需要加任何添加剂,也不会感生放射性,所以没有非食品物质残留,很干净.辐照穿透力强,对于包装好或者已经加工好的食品也可以进行处理,所以操作更方便.1976年前的二十多年时间里,世界各国的研究重点是食品辐照的效果和其卫生安全性,少数国家开展了实用性探索.从70年代末起,食品辐照范围拓宽,并开始建立食品辐照的法规和国际标准,辐照・555・ 32卷(2003年)8期食品进入商业化.世界上第一个批准辐照食品供人食用的是前苏联.1980年,联合国粮农组织、国际原子能机构和世界卫生组织根据长期的毒理学、营养学和微生物学研究资料和辐射化学分析结果得出结论并发表公报:“任何食品当其总体平均吸收剂量不超过10k Gy时,没有毒理学危害,不再要求做毒理学试验,同时在营养学和微生物学上也是安全的.”这一结论得到了世界食品法典委员会(CAC)的认可,从而大大推动了世界各国对辐照食品的研究,加速了辐照食品的批准和商业化进程[2].据IAEA统计,到1994年全世界有27个国家已经建立了用于食品辐照的商业化装置.2 核素示踪技术在农业上的应用同一种元素的质子数相同,中子数可以不同,具有相同质子数不同中子数的两种或多种元素互称同位素.同位素中有的很不稳定,能自发放出肉眼看不见的射线,这样的同位素叫做放射性同位素,又称放射性核素.放射性核素与稳定核素的显著差别就是它具有核辐射的性质.人们用放射性核素制成放射性示踪物,标记要研究的材料,来跟踪发生过程、运行状况或研究物质在系统中的分布,这就是核素示踪技术.核素示踪技术具有灵敏度高、便于射线探测和揭示原子、分子的运动规律等特点,很早就用于农业科学和生命科学的研究.1923年,Hevesy G用天然放射性核素212Pb研究了铅盐在菜豆中的分布和转移.1934年,Hevesy和Hofer利用重水研究金鱼的水分代谢,Schoebermer等人利用稳定核素重氢和重氮(15N)研究了脂肪酸和氨基酸的代谢.这些开创性的工作,展示了核示踪技术的前景,为放射性核素在生物学和农业科学中的应用奠定了基础[2].核素示踪技术已经在农业科学的各个领域广泛应用,其中在土壤肥料研究中的应用开展得最早、最多,经济效益也最为明显.测定土壤的有效肥性可以指导人们科学施肥,对于促进农业生产有重要的现实意义.人们用32P 标记的磷肥样品施入待测土壤中,测量植物吸收的磷含量,再测出标记的32P含量,由于植物从土壤和肥料中吸收的有效磷含量与存在于土壤中的有效磷含量成正比,这样就可以得到植物从土壤中吸收的磷含量,也就可以测定土壤中有效磷的含量.这就是50年代伴随核素示踪技术发展起来的“A”值测定方法.这种方法还可以用来测定土壤中有效氮(15N标记)和许多微量元素的有效含量,成为测定土壤养分有效性的基本方法.在提高肥料利用率的研究中,核素示踪法可以检测肥料损失发生的时间,研究肥料元素在土壤中的转化以及不同施肥方法的有效程度,为科学合理地施肥、充分发挥肥料的肥效提供了科学的信息.例如最近,石岩等人用15N示踪研究了施肥深度对旱地小麦氮素利用及产量的影响[5];潘家荣人等研究了高肥力土壤冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮的去向[6].核素示踪技术在研究植物生理中的应用为阐明植物营养代谢的基本规律,改进栽培技术,指导农业生产发挥了积极作用.卡尔文(Calvin)等人应用核示踪方法,对光合作用进行研究,发现绿色植物在光合作用中吸收二氧化碳,并把它转换为葡萄糖.卡尔文也因此获得了诺贝尔奖[1].最近,范仲学等人利用同位素示踪研究了夏玉米灌浆期同化产物的运转[7].核示踪技术在研究家禽、家畜的生殖生理、营养代谢及疾病诊断等方面也取得了重要的成就.同位素示踪技术在植物基因工程研究中发挥了极其重要的作用.生物体内各种物质,如DNA、RNA、氨基酸及染色体等都可以用放射性核素标记跟踪.1952年,Harshey和Chase利用含35S-蛋氨酸和32P-磷酸盐的培养基,通过实验,证实了遗传物质是DNA,而不是蛋白质,从而解决了遗传的物质基础问题.1958年,Meselson和Stahl用15N标记DNA,通过实验,证实DNA的半保留复制,解决了遗传机制问题.Nirenberg用14C或3H标记氨基酸解读遗传密码,搞清楚了大部分密码子.利用核素示踪技术,标记生物分子,特别是DNA分子,探明它们的活动过程,这将有利于在人工控制条件下进行分子水平的研究.现代农业必然要向分子水平发展,可见核素示踪是现代农业发展必不可少的工具.3 我国核农业发展现状与成就我国农业上应用核技术是从1956年开始的,至今已经有四十多年的历史.1956年我国制定的第一个“十二年科技发展规划”将原子能和平利用列为五大重点发展项目之一.1960年召开了首届全国原子能农业应用研究工作会议,制定了研究发展规划,并组织和开展协作研究.从此,核技术农业应用在全国迅速发展起来.到1975年,全国通过核辐射诱变在8种作物上育成突变品种81个,推广面积100万公顷,在生产上初见成效.荣获国家发明奖的水稻原丰早、大豆铁丰18号和棉花鲁棉1号诱变品种就是在・655・物理这个时期育成并推广应用的[2].我国植物辐射育种比国外起步晚了三十多年,但是发展较快.到1998年,我国利用核辐射诱变技术,在四十余种植物上选育,推广和应用优质突变新品种达到513个,居世界各国之首[8].种植面积稳定在900万公顷.这些品种在生产上占有重要的位置,社会经济效益十分明显.总的来讲,新品种每年为国家增加粮食30—40亿公斤,棉花1.5—1.8亿公斤,油料0.75亿公斤,创经济效益每年达33.2亿元[8].自60年代以来,我国先后对玉米冥、蚕蛆蝇、小菜蛾和棉螟虫等十多种害虫进行了辐射不育研究,并在一定的范围内进行了释放试验,效果很显著.例如,近年来柑橘大实蝇人工饲养成功,在贵州惠水县试验,柑橘产量由年均23.7万公斤增长到40—50万公斤[8].我国食品辐照加工研究工作始于1958年,到目前为止,农用辐照装置已达七十多座,已经有18种食品批准上市.最近统计,全国辐照食品的商业化总量已达8.6万吨,总产值超过1.5亿元,“九五”期间可达40—45亿元,将向产业化方向发展[8].据近十年的不完全统计,我国应用同位素示踪法,以水田、旱地、草场和林果地为研究对象,阐明营养元素被作物吸收利用,化肥、农药在土壤中的残留损失以及新的施肥技术等研究成果为国家增产粮食19亿公斤,创经济价值28亿元[8].核农业在我国正在发挥重要作用,并将得到进一步的发展.致 谢 感谢中国科学院上海原子核研究所沈文庆院士、中国原子能科学研究院张焕乔院士的指导.参考文献[1]刘洪涛等.人类生存发展和核科学.北京:北京大学出版社,2001[Liu H T et al.Nuclear Science and its Impact on theWorld.Beijing:Peking University Press,2001(in Chinese)] [2]徐冠仁等.核农学导论.北京:原子能出版社,1995[Xu G Ret al.Introduction of Nuclear Agriculture.Beijing:NuclearEnergy Press,1995(in Chinese)][3]路大光等.核农学报,2001,15(5):302[Lu D G et al.Jour2nal of Nuclear Agriculture,2001,15(5):302(in Chinese)] [4]祝增荣等.核农学报,2001,15(3):149[Zhu Z R et al.Jour2nal of Nuclear Agriculture,2001,15(3):149(in Chinese)] [5]石岩等.核农学报,2001,15(3):183[Shi Y et al.Journal ofNuclear Agriculture,2001,15(3):183(in Chinese)][6]潘家荣等.核农学报,2001,15(4):207[Pan J R et al.Jour2nal of Nuclear Agriculture,2001,15(4):207(in Chinese)] [7]范仲学等.核农学报,2001,15(2):121[Fan Z X et al.Jour2nal of Nuclear Agriculture,2001,15(2):121(in Chinese)] [8]温贤芳.核科学与工程,2000,20(3):232[Wen X F.NuclearScience and Engineering,2000,20(3):232(in Chinese)]・物理新闻与动态・将气泡转变成显微注射器(Turning bubbles into microscopic syringes) 荷兰Twente大学的Ohl教授及其研究组在实验上显示了可用声波技术将气泡流转变成一种显微注射器,利用它可将药物或基因等注射到病人身体的各种部位,以达到医学上治疗的目的.藉助于高速显微摄影术,研究者们揭示了如何把一种比人类头发丝还细的气泡流转变成一个类似于注射器的针管,在其中可以输送一百亿分之一加仑的液体.这种亚毫微射流的体积似乎非常的小,但已足够可以将一些大分子(如DNA分子和大多数的药物)作为医学治疗注射入指定的细胞内.他们实验的具体做法是:首先对一个处于室温的水槽进行轻微的脱氧处理,然后在水槽内部产生一层直径为7—55μm大小的气泡;第二步是对水槽内的液体加上一个高强度的超声波使其猛烈地搅动显微气泡,并将它们挤压成针状.这些冲击波同时也会将气泡周围的一些液体挤入气泡,而这些液体高速通过气泡后撞击端部形成一股高速射流,由于这股液体流的速度非常高,因此它极易穿透附近的细胞膜.若把药物或基因材料溶解于液体中,就可以把这股射流作为一支极好的显微注射器.这个实验证实了过去的一个想法,即让声波驱动使气泡发生变形后形成一个微米级的注射器,这将是医疗方面的一项重要技术.为了使注射的药物等能更深地注入活细胞内,研究组又设计了一种技术,他们让缓慢振荡的气泡附着在细胞表面,由声波控制的细胞膜发生变形后更易于被剌穿.(云中客 摘自Nature,8May2003) ・755・ 32卷(2003年)8期。
核辐射对植物与农作物的影响与保护策略
核辐射对植物与农作物的影响与保护策略核辐射作为一种强大的能量形式，具有对植物和农作物产生潜在影响的能力。
在核事故或核能设施泄漏的情况下，植物和农作物可能受到辐射的伤害，这对人类的食品安全和生态系统的稳定性都构成威胁。
因此，研究核辐射对植物和农作物的影响，并采取相应的保护策略，是至关重要的。
首先，核辐射对植物的影响是多方面的。
辐射能量可以破坏植物的DNA，导致基因突变和染色体异常。
这些突变可能会导致植物的遗传信息发生变化，进而影响其生长、发育和繁殖能力。
此外，辐射还可以破坏植物细胞的结构和功能，导致细胞死亡和组织坏死。
这些影响可能会导致植物的生长受限，产量下降，甚至死亡。
核辐射对农作物的影响同样严重。
农作物是人类的主要食物来源，因此其受到核辐射的影响将直接影响人类的食品安全。
辐射会破坏农作物的遗传物质，导致品种的遗传多样性减少，使农作物更容易受到病虫害的侵袭。
此外，辐射还会影响农作物的生长和发育过程，使其生长速度变慢，产量减少。
这对农民的经济收入和粮食供应都会产生负面影响。
为了保护植物和农作物免受核辐射的伤害，有几种策略可以采取。
首先，监测是至关重要的。
建立辐射监测网络，定期检测土壤、植物和农作物中的辐射水平，可以及时发现核辐射事件，并采取相应的措施。
其次，选择抗辐射性强的品种也是一种有效的策略。
通过选育抗辐射性强的植物和农作物品种，可以减少辐射对其生长和发育的负面影响。
此外，改进农业管理措施也是重要的。
合理施肥、灌溉和病虫害防治措施，可以增强植物和农作物的抵抗力，减少辐射对其的伤害。
此外，核辐射对植物和农作物的影响也需要进行长期的监测和研究。
通过对辐射对植物和农作物的影响机制的深入了解，可以更好地制定保护策略。
同时，加强公众的核辐射意识和教育也是至关重要的。
公众应该了解核辐射对食品安全和生态系统的潜在威胁，以及如何保护自己和环境。
总之，核辐射对植物和农作物产生了潜在的影响，这对人类的食品安全和生态系统的稳定性都构成了威胁。
放射性同位素在农业中的应用
放射性同位素在农业中的应用在农业领域，放射性同位素的应用为农业生产和研究带来了诸多便利和突破。
这些小小的“原子使者”以其独特的性质，在农业的多个方面发挥着重要作用，为提高农作物产量、改善农产品质量、保护农业生态环境等方面提供了有力的支持。
放射性同位素在农业中的一个重要应用是用于研究农作物的光合作用。
光合作用是植物生长的关键过程，通过使用放射性同位素标记的二氧化碳（如碳-14），科学家能够追踪二氧化碳在植物体内的转化和分布。
这有助于深入了解光合作用的机制，以及不同环境条件和栽培措施对光合作用效率的影响。
从而为优化农作物的种植方式、提高光能利用率提供科学依据。
在土壤肥料研究方面，放射性同位素也大显身手。
例如，利用磷-32 标记的磷肥，可以研究磷肥在土壤中的迁移、转化和被植物吸收利用的规律。
这使我们能够更精准地确定施肥的时间、剂量和方法，减少肥料的浪费，提高肥料的利用率，同时降低因过量施肥对环境造成的污染。
在植物病虫害防治方面，放射性同位素同样有着不可忽视的作用。
使用放射性同位素标记的农药，可以追踪农药在植物体内的分布和代谢情况，帮助筛选出更高效、低残留的农药品种，以及确定最佳的施药时机和剂量。
此外，还可以利用放射性同位素标记的昆虫信息素，来监测害虫的种群动态，为及时采取防治措施提供准确的信息。
放射性同位素还被用于研究农作物的营养物质运输和分配。
比如，用氮-15 标记的氮肥，可以追踪氮元素在植物体内的运输路径和在不同器官中的分配情况。
这有助于揭示农作物的生长发育规律，为合理调控营养供应、提高农作物的产量和品质提供重要的理论基础。
在农业遗传育种中，放射性同位素也扮演着重要的角色。
通过辐射诱变技术，利用放射性同位素产生的射线照射农作物种子或植株，引起基因突变，从而创造出新的优良品种。
这种方法能够在较短的时间内获得具有优良性状的新品种，为农业生产带来更多的选择。
此外，放射性同位素还可以用于农产品的保鲜和储存研究。
核能在农业领域的应用
核能在农业领域的应用核能是一种强大而高效的能源形式，凭借其独特的特点，已经广泛应用于各个领域。
在农业领域，核能也发挥着重要的作用，促进农业的发展和改善。
本文将探讨核能在农业领域的应用，并讨论其带来的益处和潜在挑战。
1. 核能技术在育种和基因改良中的应用核能技术在育种和基因改良方面的应用有助于提高农作物的品种和质量。
通过核辐射诱变技术，可以引发植物基因突变，从而产生带有有利特征的新品种。
这种方法比传统的育种方法更加快速和高效，大大加快了新品种的培育进程。
核能技术还可以帮助农业科学家快速筛选出具有耐旱、耐盐碱、抗病虫害等特性的作物品种，提高农作物的适应能力和产量。
2. 核能在食品处理和保鲜中的应用核能技术在食品处理和保鲜领域的应用可以延长食品的保质期和改善食品的质量。
辐射杀菌技术可以有效杀灭食品中的细菌、病毒和虫卵，延长食品的保存时间，并减少食品中的营养损失。
此外，核能技术还可以用于控制食品中的害虫和臭味物质，保持食品的新鲜度和口感。
3. 核能在土壤改良中的应用核能技术在土壤改良中的应用有助于提高土壤的肥力和农作物的产量。
放射性同位素和射线技术可以用于研究土壤中的养分循环和农作物的吸收利用，帮助农民更科学地施肥和管理土壤。
核能技术还可以用于调控土壤中的微生物群落，促进有益微生物的生长和繁殖，提高土壤的生物活性。
4. 核能在水资源管理中的应用核能技术在水资源管理中的应用可以提高农业用水的效率和节约水资源。
同位素示踪技术可以用于研究地下水和土壤水的流动和分布状况，帮助农民更好地进行灌溉和排水，减少水资源的浪费。
此外，核能技术还可以用于海水淡化和提取深层地下水，为农业提供可持续的水资源。
然而，核能在农业领域的应用也面临一些挑战和争议。
首先，核能技术的运行和管理需要高水平的科学和技术支持，对运营人员的素质要求也很高。
其次，核能技术的安全问题一直备受关注，核辐射对人类和环境的潜在风险需要严格控制和监测。
此外，公众对核能的负面印象和误解也增加了核能在农业领域的应用难度。
第八章 核技术在农业领域中的应用
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核技术应用概论——核技术在农业领域中的应用
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基因突变（Gene mutation）
基因突变通常可引起一定的表型变化，对生物可能产生4 种后果： ①致死性； ②丧失某些功能； ③改变基因型（Genotype）而不改变表现型（Phenotye）； ④发生了有利于物种生存的结果，使生物进化，这正是诱变 育种的基础。
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1、DNA分子结构变化
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1、DNA分子结构变化
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电离辐射引起DNA损伤的类型
碱基的电离效应
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基因突变（Gene mutation）
碱基对的增添、缺失或改变，引起的基因结构的变化 a）点突变（Point mutation）指DNA上单一碱基的变异。 核辐射影响下，如果碱基的结构发生变化，则可能产生不正 常的配对关系，这种不正常的配对通常分为转换和颠换两种 方式。嘌呤替代嘌呤（如A与G之间的相互替代）、嘧啶替代 嘧啶（如C与T之间的替代）称为转换（Transition）；嘌呤 变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换（Transvertion）。
核技术应用概论——核技术在农业领域中的应用 6
核技术在农业领域中的应用
核技术在农业领域中的应用
1.核辐射育种：通过利用放射性物质对作物进行辐射处理，以诱发基因突变，从而获得新品种。
这种方法已经成功地应用于许多作物的育种中，例如小麦、水稻和玉米等。
2. 核技术在土壤肥料研究中的应用：通过使用核技术的方法，可以研究土壤中的营养物质和微生物，以更好地了解植物需要的养分和如何最大限度地提高土壤肥力。
3. 核技术在植物保护中的应用：通过使用放射性同位素标记技术，可以研究害虫和病原体的传播和生物学特性，以便开发更有效的植物保护方法。
4. 核技术在农产品质量检测中的应用：使用同位素标记技术可以检测农产品中的残留农药和重金属等有害物质，以保证食品安全。
5. 核技术在水资源管理中的应用：使用放射性同位素技术可以追踪水的流动和地下水的补给，以更好地管理水资源。
总的来说，核技术在农业领域中的应用可以提高农业生产效率，改善农产品质量，保护环境并确保食品安全。
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核辐射在农业育种方面的应用及发展学院：水建学院班级：水工112班姓名：***学号;**********核辐射在农业育种方面的应用及发展【摘要】辐射诱变育种是在人工控制的条件下，利用中子、质子或者射线等物理辐射诱变因素对种子进行辐照，诱发其染色体的数量、结构和行为变异，从而得到可供利用的突变体，并在此基础上进一步培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术。
本文以水稻、小麦、大豆、花卉和林木等材料所做的辐照试验为依托，综述了国内外在辐射诱变育种方面所取得的成就，分析了该技术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程，并对其发展方向和应用前景做出了展望。
其主旨在于提高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的认识，并为该技术的进一步发展和应用提供参考与借鉴，以期促进现代化物理农业工程的发展和应用，提高人民的生活水平与质量。
【关键词】辐射诱变，育种，机理，应用【正文】辐射诱变育种是人为地利用射线、x射线或者是中了、激光和离子束等物理诱变因素，诱发植物遗传变异，从而在短时问内获得有利用价值的突变体，以供直接生产利用或者是在此基础上培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术f张小静和陈富，2008，现代农业科技，(13)：14．15，17)。
该技术的问世，虽然只有数十年的历史(程薇，2007，湖北农业科学，45(5)：660．663)，但因有其自身的特点与优势，所以发展迅以水稻、小麦、大豆、花卉(王丹等，2009)和林木(刘刚等，2009)等材料所做的辐照试验为依托，综述了国内外在辐射诱变育种方面所取得的成就，分析了该技术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程，术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程并对其发展方向和应用前景做出了展望。
其主旨在，于提高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的认识，并为该技术的进一步发展和应用提供参考与借鉴，以期促进现代化物理农业工程的发展和应用，提高人民的生活水平与质量。
诱变源的种类及特性✧紫外线:辐射源是紫外光灯，能量和穿透力低，能成功地用于处理花粉粒。
✧电磁辐射和中子:容易穿透植物组织。
✧X射线：辐射源是X光机。
X射线又称阴极射线，是一种电磁辐射，它不带电核，是一种中性射线。
✧γ射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。
γ射线也是一种不带电荷的中性射线。
✧中子：辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器。
根据中子能量大小分为超快中子、快中子、中能中子、慢中子、热中子。
✧β射线：辐射源为32P和35S。
β射线是一束电子流，产生与X或γ射线相似的作用。
辐射诱变育种技术的起源与发展1927年，美国的Muller教授(白成科等，2003)发家Stadler又相继发现了x射线对玉米和大麦的诱变效应，并随之开始了将这种诱变应用于植物育种的试验研究；1934年，育种专家D．Tollenear(张小静和陈富，2008，现代农业科技，(13)：14—15，17)用x射线的诱变效应成功地培育出了烟草突变品种，这是世界上运用辐射诱变技术人工培育出突变品种的第一例。
进入20世纪50年代后，人类对核能的研究有了长足的进展，核技术也逐渐被广泛地应用到了医学、军事、工业和农业，辐射诱变育种技术也随之在植物的性状改良方面得以应用。
从60年代起，人们对辐射诱变的规律有了进一步的认识，促成了辐射育种技术的逐步成熟。
1969年，联合国农粮组织(FAO)与国际原子能机构(IAEA)出版发行了《突变育种手册》(Manualon Mutation Breed—in ，这是辐射诱变育种技术由初期的基础研究阶段走向实际应用的标志性转折。
实际上，20世纪70年代，辐射诱变育种已经成为一种新兴的技术和有效的手段得到了迅速的发展并被广泛应用，并且其技术重点已经转向了早熟、抗病、高产、无籽变异和突变体的杂交利用。
如周绛香等用2．58 c／kg的^v射线照射锦橙的干种子，最终育出了中育7号和中育8号2个无核早熟的突变系(刘继红等，1999，中国果树，(4)：49—51)；进入20世纪80年代之后，由于分子生物学和分子遗传学的广泛应用，又为辐射育种注入了新的活力，促使植物诱变育种与常规育种方法、杂交优势育种技术和生物技术等相互渗透、结合、交叉，形成了一种综合性的育种技术。
尤其是在20世纪90年代的中叶，随着分子标记法的诞生和应用，使分子定向诱变成为可能(陈青华等，2005，落叶果树，37(6) 12—14)。
如马卉等(2010)选用我国的7个栽培玉米亚种材料，用分子标记法和荧光原位杂交技术相结合，并在生物素标记的探针杂交流程中参照Li和Aru．muganathan(2001)的方法，进行5S rDNA非转录间隔区(nontranscribed intergenic spacerNTS)f~序列分析，从中发现了具有重要价值的规律；林同香等应用AFLP分子标记技术与部分r6cz基因系列分析中国龙眼的遗传多样性，结果发现所有的龙眼品种与荔枝的遗传距离都比较远(Lin et a1．，2005)；陈虎等(2010)通过深入研究和分析，而后认定分子标记技术的发展和应用，为龙眼研究提供了一条有效的途径。
我国辐射诱变育种的研究起始于20世纪5O年代，从70年代后期进入了快速的发展阶段。
近年来，在植物突变本品种的育成数量、种植面积和经济效益等方面，均以较大优势领先于世界其它国家。
据国际原子能机构2008年的不完全统计，在全世界利用辐射诱变技术成的2 320个新品种中，中国育成的多达623个，占世界总量的26．85％，年推广种植面积达9．0xlO hm ，每年为国家增加粮食3．0x109-4．OxlO kg、棉花1．5x108M．8xlO kg、油料0．75x10 kg，可创经济效益40亿元(温贤芳，2009)，辐射育种技术为我国农业生产的发展起到了巨大的促进作用。
1927年美国H.J.马勒发现X射线能引起果蝇发生可遗传的变异。
1928年美国L.J.斯塔特勒证实X射线对玉米和大麦有诱变效应。
此后，瑞典H.尼尔松－埃赫勒和A.古斯塔夫森在1930年利用辐射得到了有实用价值的大麦突变体；D.托伦纳在1934年利用X射线育成了优质的烟草品种“赫洛里纳”。
1942年，C.奥尔巴克发现芥子气能导致类似X射线所产生的各种突变，1948年A.古斯塔夫森用芥子气诱发大麦产生突变体。
50年代以后，诱变育种方法得到改进，成效更为显著，如美国用X 射线和中子引变，育成了用杂交方法未获成功的抗枯萎病的胡椒薄荷品种Todd's Mitcham等。
70年代以来，诱变因素从早期的X射线发展到γ射线、中子、多种化学诱变剂和生理活性物质，诱变方法从单一处理发展到复合处理，同时，诱变育种与杂交育种、组织培养等密切结合，大大提高了诱变育种的实际意义。
应用较多的是辐射诱变，即用α射线、β射线、γ射线、Χ射线、中子和其他粒子、紫外辐射以及微波辐射等物理因素诱发变异。
当通过辐射将能量传递到生物体内时，生物体内各种分子便产生电离和激发，接着产生许多化学性质十分活跃的自由原子或自由基团。
它们继续相互反应，并与其周围物质特别是大分子核酸和蛋白质反应，引起分子结构的改变。
由此又影响到细胞内的一些生化过程，如DNA合成的中止、各种酶活性的改变等，使各部分结构进一步深刻变化，其中尤其重要的是染色体损伤。
由于染色体断裂和重接而产生的染色体结构和数目的变异即染色体突变，而DNA分子结构中碱基的变化则造成基因突变。
那些带有染色体突变或基因突变的细胞，经过细胞世代将变异了的遗传物质传至性细胞或无性繁殖器官，即可产生生物体的遗传变异。
辐射诱变的作用机理在细胞水平上，辐射诱变的作用机理主要是围绕染色体畸变和突变关系进行的。
染色体畸变是植物辐射损伤典型的表现特征，在辐射处理材料的有丝分裂和减数分裂细胞中都观察到了染色体畸变(畸变类型、畸变行为及其遗传效应)。
在高能量和强穿透力的射线辐照下，可诱发染色体数量、结构和行为畸变，而染色体数量的变化，往往会导致单倍体及非整倍体类型的出现。
例如，在花卉辐射诱变育种研究中发现，月见草属(香待屑草，月见草以及美丽月见草等)和金鱼草经辐射诱变处理，均发生了单倍体的产生、染色体断裂和结构重排f高健和卢惠萍，2000)。
在分子水平上诱变机理的研究主要是围绕DNA 损伤、修复及其与突变形成的关系展开的。
研究表明(王少平，2008)，干扰DNA的修复合成可使作物产生更多的突变，如株高突变和抗病毒基因突变等。
辐射诱变就是使处理材料的DNA因发生断裂、损伤和碱基缺失等多种生物学效应而促使其产生大的突变。
另外，在射线促使细胞染色体发生改变的同时，还会引起生物体与细胞质有关的遗传性核外变异，多种作用的汇聚，即可促成辐射育种中材料奇特的特性变异。
辐射诱变的方法•照射方法：–外照射–内照射–间接照射•适宜剂量和剂量率的选择外照射:指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射线（X射线、γ射线、中子）照射植物各个器官。
这种方法简便，在诱变育种中比较常用。
•根据照射时间的长短，分为急性照射和慢性照射。
急性照射指采用较高的剂量率进行短时间处理。
慢性照射是在长时间内进行低剂量率的缓慢照射。
慢照射比急照射对材料的损伤轻，形态畸变少，而且诱变效果稳定。
•根据照射植物的器官组织不同可分为：种子照射、花粉照射、子房照射、营养器官照射、植株照射、其他植物器官组织的照射等等。
内照射:将放射性元素引入植物体内，由它放射出的射线在体内进行照射。
•内照射优点:剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等。
•方式:1 浸种法2 施入法3 涂抹法4 注射法5 在示踪研究的植株上采取种子或枝条等适宜剂量和剂量率的选择•概念◎适宜剂量◎致死剂量：◎半致死剂量：•剂量的选择原则：活：后代要有一定的成活植株变：在一定的成活植株中，有较大的变异效应优：产生的变异有较多的有利突变。
辐射育种的程序•处理材料的选择•突变世代的划分•分离世代群体数量的估计•突变体鉴定和选择•辐射育种的基本程序突变体鉴定和选择•形态鉴定•实验室鉴定•遗传学鉴定•生物化学鉴定•抗性突变体的离体筛选鉴定辐射育种的基本程序•以种子为辐射处理材料•以花粉为辐射材料•以营养器官为辐射材料辐射育种的突变特点及其超常优势通过在水稻育种中所进行的辐射诱变试验发现，通过辐射处理的水稻细胞会发生多种突变，其中包括染色体突变、基因突变和核外突变。
在这些突变中，多数为基因突变。
这种突变的特点为：(1)多数为隐性突变，该突变一般在M 不明显，只有到M 隐性突变基因趋于纯合时才会表现出来。
因此，往往把M 作为选择的起始代。
(2)不同性状的基因突变频率不同，叶绿素突变、矮杆突变、早熟或晚熟突变等较易发生，因此，不同的突变育种性状应有不同大小的M 群体以供选择。