Радиобиологических эффектов. Способы и методы облучения растений

В природе. Типы излучений, применяемых при изучении

Условия облучения растений в эксперименте и

Методы радиобиологии растений

На радиобиологические эффекты растений оказывают влияние следующие факторы: 1) радиочувствительность клеток, тканей и органов растений; 2) вид излучения и способ облучения растений; 3) распределение поглощенной энергии в клетках и тканях.

К условиям облучения растений относят: 1) тип ионизирующего излучения; 2) дозу и мощность дозы облучения; 3) продолжительность облучения растения; 4) состояние облучаемого растения в момент облучения и фазу развития растения; 5) сочетание облучения с другими факторами физической или химической природы (свет, температура, кислород и др.); 6) метод облучения, который выбирают для облучения всего растения или отдельных его частей и органов, и др.

В природе растения облучаются одновременно всеми видами излучений от естественных радионуклидов (K⁴⁰, C¹⁴, H³, Be⁷ и др.) и от искусственных радионуклидов (Cs-137, Sr-90 и др.). Внешнее облучение происходит за счет радионуклидов, находящихся в почве, в воздухе и на поверхности самих растений, а также за счет космического излучения. Внутреннее облучение происходит за счет радионуклидов, находящихся в структуре тканей растений, куда они попадают на протяжении всей их жизни через корни и вегетативные органы.

В эксперименте можно разнообразить условия облучения растений путем выбора источника и программ облучения.

Радиобиологические реакции растений определяются факторами двух групп: 1) факторы, связанные с природой растений; 2) факторы, связанные с характеристиками излучения и способом облучения.

Для облучения используют различные типы излучений, относящихся к некорпускулярному, или электромагнитному, излучению и корпускулярному излучению. В качестве электромагнитного излучения используют рентгеновское излучение и гамма-излучение. Рентгеновское излучение образуется при торможении быстрых электронов, получаемых в вакууме (электромагнитное излучение с энергией квантов 0,12–1237 кэВ), а гамма-излучение – при радиоактивном распаде и при реакции анигиляции. В последнее время применяется преимущественно гамма-излучение. В качестве источников гамма-излучения используют радиоактивные изотопы кобальт-60 и цезий-137. Энергия гамма-квантов кобальта-60 составляет 1,33 и 1,17 МэВ, период полураспада – 5,3 года. Энергия гамма-квантов цезия-137 составляет 0,66 МэВ, период полураспада – 30 лет. Гамма-излучение более высокой энергии получают при торможении электронов высокой энергии в ускорителях заряженных частиц. Для облучения растений гамма- и рентгеновским излучением используют точечные источники излучения, специальные установки, оранжереи, фитоклиматические камеры, оборудованные источниками излучения, а также специальные гамма-поля. При использовании точечного источника равные дозы получают растения, находящиеся по концентрическим окружностям вокруг источника. В фитокамерах для получения более однородного поля используют несколько слабых по мощности источников, которые размещают равномерно по всей камере. Гамма-поле представляет собой участок земли, окруженный высоким земляным валом или бетонной стеной, в центре которого в шахте находится источник излучения. Для облучения растений источник дистанционно выводится из шахты, фиксируется на нужной высоте. Растения, расположенные ближе к источнику, получают большую дозу облучения. В последнее время широко используется синхротронное излучение, которое представляет собой непрерывный спектр энергии в виде электромагнитных волн, электронов и ультрафиолетового излучения.

В качестве корпускулярного излучения используют различные частицы и ядра химических элементов. Широко используются бета-частицы непрерывного энергетического спектра в виде электронов и позитронов, которые возникают при распаде ядер нестабильных атомов. Источниками бета-частиц являются фосфор-32, сера-35 и тритий. Радиоактивные изотопы фосфор-32 и сера-35 используются в виде солей, которые хорошо растворяются в воде. Водные растворы этих изотопов вводят в питательную среду или в почву, откуда изотопы через корни поступают в растения. Растворами этих изотопов опрыскивают вегетирующие растения или отдельные их органы, а семена замачивают в них перед посевом. Для облучения отдельных органов растений используют специальные аппликаторы, т. е. пластинки, с нанесенными на них радиоактивными изотопами. Кроме бета-излучения используют нейтроны и заряженные частицы с величиной энергии от сотых долей до миллионов электронвольт. Потоки нейтронов получают в ядерных реакторах и на специальных нейтронных генераторах, где нейтроны возникают при ядерных реакциях или в цепной реакции деления урана-235. Из активной зоны реактора нейтроны выводятся через специальные каналы. В качестве источника нейтронов используют также трансурановый элемент калифорний-252, который наносят на аппликатор или на иглу. Заряженные частицы используют в виде потоков ускоренных протонов, дейтронов, альфа-частиц (ядра гелия) и ядер других элементов, которые получают в ускорителях (бетатронах, циклотронах, синхротронах, синхрофазотронах и линейных ускорителях). В качестве источников альфа-излучения используют следующие радиоактивные изотопы: радий-226, полоний-210, плутоний-239.

Радиобиологические эффекты растений зависят не только от величины дозы и вида излучений, но и от способа облучения, потому что со способом облучения связано время накопления дозы. При облучении растений используют различные способы облучения.

Первый способ – острое однократное облучение. Растения получают дозу за сравнительно «короткий» промежуток времени.

Второй способ – острое фракционированное облучение. Растения получают дозу за несколько фракций, которые могут быть эквивалентные и неэквивалентные при разном или одинаковом времени между фракциями.

Третий способ – пролонгированное облучение, которое может быть фракционированное и нефракционированное. Растения получают дозу за время, существенно превышающее «короткий» промежуток времени.

Четвертый способ – хроническое внешнее облучение, т. е. непрерывное облучение, когда мощность дозы сохраняется постоянной или изменяется на протяжении всей жизни растений.

Пятый способ – хроническое внутреннее облучение от инкорпорированных радионуклидов, которые находятся в структуре тканей растений.

Кроме способов, связанных со временем накопления дозы, выделяют также следующие виды облучения: равномерное (все растения получает одинаковую дозу), неравномерное (разные органы растения получают различные дозы) и гетерогенное (дозу получают отдельные органы растения).