Засоби зниження надходження радіонуклідів в організм сільськогосподарських тварин

Основним джерелом надходження радіоактивних речовин в організм тва­рин є корми (понад 90 %), основу яких становлять рослини, і меншою мірою — вода. Заходів, що зменшують перехід радіонуклідів з корму й води у продукти тваринництва, небагато. Це правильно складені раціони і введення в них доба­вок та препаратів, що запобігають такому переходу. Збалансовані раціони дають змогу зменшити надходження ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs в організм тварини в 2-5 разів.

Головним при складанні раціонів має бути постійний контроль за ста­ном забруднення кормів радіоактивними речовинами. Так, коефіцієнти пере­ходу ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs в молоко і м'ясо корів, у раціоні яких переважають зелені трави, у 1,5-2 рази вище, ніж у тварин, основу раціону яких становлять зер­но та грубі корми. Сінний тип годівлі великої рогатої худоби більш сприяє надходженню ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs у м'ясо й молоко, ніж змішаний або силосноконцентратний раціон. Вища концентрація ⁹⁰Sr спостерігається у скелеті новона­роджених телят і ягнят від корів та овець, які утримувалися протягом періоду вагітності на сінному раціоні, ніж на змішаному та концентратному.

Найбільш несприятливі умови ведення тваринництва на сільськогоспо­дарських угіддях, забруднених радіоактивними речовинами, створюються при годівлі тварин кормами з природних лук.

Важливу роль у запобіганні переходу в організм сільськогосподарських тварин '"Зг та ¹³⁷Сз відіграє оптимізація мінерального живлення — кальціє- вогр і калійного.

Кальцій є одним з найважливіших елементів, необхідних для забез­печення нормального здійснення багатьох життєвих процесів. В організмі тварин кальцію належить особлива роль. Він становить основу скелета, є головним мінеральним компонентом молока. При дефіциті в організмі його місце можуть займати хімічні аналоги, серед яких і стронцій. Тому порушен­ня кальцієвого живлення може призвести до збільшення нагромадження в організмі. ⁹⁰Sr Збагачення раціону на корми, які містять кальцій, додавання мінерального підкорму у вигляді вуглекислих та фосфорнокислих солей кальцію є дешевим і доступним способом захисту від проникнення ⁹⁰Sr з органів травлення тварин у продукцію тваринництва.

Введення кальцію до раціону телят і поросят знизило відкладення в організмі ⁹⁰Sr майже в два рази, а у корів знижує кількість ⁹⁰Sr т в молоці у 8- 12 разів. При цьому збільшення його вмісту у кормах понад 80 г на добу, що є верхньою межею нормальної фізіологічної потреби тварин у цьому елемен­ті (40-80 г на добу), практично не впливає на його нагромадження.

Враховуючи виключно важливе значення калію у функціональній дія­льності багатьох фізіолого-біохімічних систем тварин, збагачення раціону за рахунок кормів з підвищеною його кількістю сприятиме зниженню нагрома­дження ¹³⁷Сs. Це насамперед кукурудзяний силос, картопля, кормові буряки, деякі види бобових рослин і кормових злакових трав.

Мало вивчений вплив натрію на нагромадження ¹³⁷Сs, який також є хімічним аналогом цього елемента, хоча й відома його роль у багатьох фізіо­логічних процесах. І враховуючи антагоністичні відношення в організмі між калієм і натрієм, можна припустити, що на надходження ^І37Сs впливають не тільки абсолютні їх кількості в організмі, а й співвідношення між ними.

Важлива роль у зменшенні надходження радіонуклідів до організму сіль­ськогосподарських тварин, а також у підвищенні стійкості тварин до іонізую­чих випромінень належить мікроелементам. Особливо це стосується регіонів Полісся, ґрунти яких і, відповідно, корми бідні не тільки на вміст основних, а й біологічно важливих мікроелементів. Збагачення раціону на солі кобальту, цинку, міді, марганцю, заліза, йоду та іншими є важливим заходом в системі ведення тваринництва на забруднених радіонуклідами територіях.

Значний вплив на забруднення продукції тваринництва радіонуклідами має стан пасовищ. При слаборозвиненому чи вибитому травостої значна кількість радіонуклідів може надходити в організм тварин з частками ґрунту і тогорічною рослинністю, особливо навесні і пізно восени.

Тому докорінне поліпшення природних кормових угідь на забруднених радіоактивними речовинами територіях є не тільки засобом підвищення їх продуктивності, а й ефективним заходом зменшення переходу радіонуклідів з ґрунту в лучні трави. Це забезпечується створенням більш продуктивного травостою, загортанням забрудненої радіонуклідами дернини і формуванням нової, менш забрудненої. Проведення агротехнічних заходів слід супровод­жувати внесенням вапна і мінеральних добрив у визначених кількостях і співвідношеннях. При перезалуженні ці компоненти треба вносити тільки після оранки, при дискуванні чи фрезеруванні.

Тільки загортання забрудненого шару ґрунту на глибину 5 см зменшує вміст радіоактивного цезію у травостої в 1,5 рази, а докорінне поліпшення природного сінокосу дає змогу знизити надходження радіонуклідів із ґрунту в лучні трави у 2-15 разів залежно від типу ґрунту, водного режиму, кількос­ті вапняних матеріалів і добрив.

При цьому слід пам'ятати, що застосування таких заходів, як вапнуван­ня, збільшення доз фосфорних добрив, може призвести до зменшення в раці­оні тварин кількості мікроелементів. Тому треба періодично уточнювати до­зи їх солей в раціоні.

Період піввиведення з організму людини ¹³⁷Сs становить 70 діб. Для ⁹⁰Sr т цей строк досягає 50 років. Період піввиведення радіоцезію для сільсь­когосподарських тварин-ссавців становить 20-30 діб. Тому рекомендовано переводити тварин за кілька тижнів до забою на максимально «чисті» корми, хоч це лише частково зменшує вміст ¹³⁷Сs у продукції тваринництва.

Є речовини, які знижують перехід радіонуклідів з кормів у тканини тварин. Це альгінати натрію, калію, кальцію — солі альгінових кислот, які виділяються з деяких видів бурих водоростей. Додавання їх до раціо­ну тварин знижує відкладання ⁹⁰Sr у тканинах у 1,5-2 рази. Подібний ефект мають пектинові речовини, яких багато в коренеплодах, плодах кісточкових.

Дуже високою ефективністю щодо обмеження всмоктування ¹³⁷Сs у кишках ссавців відзначаються фероціаніди заліза, кобальту та нікелю — похідні фероцину (берлінської лазурі). При їх введенні разом з кормами за­своюваність радіонукліда тваринами зменшується в десятки разів.

Кальцій і калій теж захищають тварин від дії іонізуючої радіації. Але вони не зменшують наслідків дії випромінень, а знижують надходження ра­діоактивних речовин в організм, тобто блокують їх. Тому їх називають бло- кіраторами.

Є препарати, які прискорюють процес виведення з організму ссавців як ¹³⁷Сs, так і ⁹⁰Sr. До них належать комплексні препарати, здатні утворювати з більшістю катіонів, у тому числі з цезієм і стронцієм, міцні, проте добре розчинні у воді комплексні сполуки, які, беручи участь у метаболізмі, при­скорюють їх виведення з організму. Цей клас сполук дістав назву декорпораторів.

 

7.3. Ведення особистого підсобного господарства в районах радіоактивного забруднення

Основні вимоги щодо ведення рослинництва і тваринництва на забруд­нених радіонуклідами територіях поширюються і на особисті підсобні гос­подарства. Для безпеки проживання сільського населення при постійному споживанні в їжу місцевих продуктів харчування треба виконувати певні ро­боти. У рік випадання радіоактивних опадів доречно провести дезактивацію садиби — зняти і поховати верхній 5-см шар фунту. За допомогою цього за­ходу вдасться знизити радіаційний фон і зменшити в подальшому забруд­нення рослин інколи в десятки разів.

На кислих фунтах раз у 4-5 років, після збирання врожаю, внести гашене вапно на всю площу присадибної ділянки, саду чи городу з розрахун­ку 50 кг на 100 м², після чого фунт перекопати або переорати. На ділянках під картоплю рекомендується дозу вапна зменшити в 2 рази. Можна викори­стовувати й інші вапняні матеріали, але при визначенні дози слід враховува­ти вміст вапна в тому чи іншому матеріалі.

Треба збільшити норми фосфорних і калійних добрив, але лишити без зміни норми азотних. Найдоцільнішим для забруднених радіонуклідами фу­нтів слід вважати відношення азоту до фосфору і калію як 1:1,5:2 від норм, що рекомендовані для даних умов. Рівномірно розподілити добрива по пове­рхні фунту і перекопати на глибину 20-25 см. Під картоплю треба вносити половину зазначених доз.

Органічні добрива можна застосовувати в будь-яких формах — гній, компости, торф. Дуже корисним є пташиний послід, що містить у великих кількостях як основні елементи живлення рослин, так і вапно. Однак при внесенні органічних добрив треба упевнитись, що вони не містять великої кількості радіоактивних речовин.

Без обмежень можна використовувати торф'яний попіл, а деревинний краще тоді, коли спалюють дрова, а не хмиз, який може містити багато радіонуклідів.

Навесні або під осінь з городу і садової ділянки слід зібрати рослинні рештки і закопати їх у ямі завглибшки 1 м, яка розташована не ближче 10 м від колодязя, і засипати 25-30-см шаром чистої землі. Це зменшить вторинне потрапляння радіонуклідів у фунт.

Після проведення цих заходів овочеві культури, картоплю, коренепло­ди, а також плодові та ягідні культури вирощують за загальноприйнятими технологіями, а врожай використовують без обмежень.

В особистому підсобному господарстві за таких умов дозволяється ви­рощування і відгодівля свиней та великої рогатої худоби. Проте за 1,5— З місяці до забою худобу треба перевести на безвигульне утримання і году­вати «чистими» кормами. Не забороняється використання кормів місцевого виробництва, але тільки після перевірки їх на вміст радіоактивних речовин, кількість яких не повинна перевищувати встановленої норми.

Використання для відгодівлі тварин природних пасовищ, особливо лісо­вих, небажане, оскільки вони можуть містити багато радіоактивних речовин. Забруднене радіонуклідами молоко треба здавати на переробку. Сироватку і відвійки можна використовувати на відгодівлю молодняка.

Утримання м'ясної птиці не обмежується за умови, що вона за 1- 1,5 місяця до забою переводиться на безвигульне утримання і годівлю корма­ми, незабрудненими радіоактивними речовинами. М'ясо птиці використову­ється у їжу майже без обмежень. Пух і перо можна відмивати у розчинах пральних порошків. Вільне утримання птиці небажане, бо воно може призве­сти до одержання яєць, що забруднені радіоактивними речовинами понад встановлені норми.

7.4. Очищення продукції сільського господарства від радіонуклідів технологічною переробкою

Проведення заходів щодо запобігання нагромадженню радіоактивних речовин у сільськогосподарських рослинах або організмі сільськогосподар­ських тварин на практиці може виявитися малоефективним, у зв'язку з чим вміст їх в одержаній продукції може перевищувати допустимі норми. Проте це не означає, що така продукція має бути знищена. При деяких технологіч­них переробках, які передбачають поділ продукції на кілька компонентів, ви­являється, що переважна частина радіоактивних речовин зосереджується в одному з них. Нерідко таким компонентом стає побічний продукт перероб­ки. Радіоактивні речовини надходять у рослини і далі в організм тварин переважно у формі розчинених у воді елементів. Тому зосереджуються вони у водній частині клітин і переходять під час переробки у водний розчин. Технологічна переробка, яка передбачає відокремлення води віджиманням, фільтруванням, центрифугуванням або іншими засобами, але не висушуван­ням, дезактивує продукцію.

7.4.1. Очищення продукції рослинництва

Дуже високого ступеня очищення можна досягти при переробці на крохмаль забрудненої радіоактивними речовинами картоплі. Технологія відокремлення крохмалю з бульб передбачає їх подрібнення з наступним ві­докремленням клітинного соку та добуванням крохмальних зерен промиван­ням водою. При цих операціях одержаний продукт містить радіоактивних речовин в 50 разів менше, ніж сама картопля. Аналогічно одержують крох­маль із зерна злаків. Крохмаль широко застосовується в харчовій промисло­вості для виготовлення кулінарних та кондитерських виробів, ковбас. Його переробляють на патоку, глюкозу, використовують як сировину для одер­жання лимонної, молочної та глюконової кислот, гліцерину, амілопектину, які використовуються у харчовій та фармацевтичній промисловості.

При переробці вуглеводомістких продуктів рослинництва на етиловий спирт практично всі радіоактивні речовини залишаються у середовищі бро­діння. Одержаний внаслідок дистиляції продукт виявляється у тисячу разів чистішим, ніж вихідний матеріал. Етиловий спирт широко застосовується у народному господарстві: як розчинник у різних галузях промисловості; як вихідна сировина для одержання синтетичного каучуку, етилену, хлорофор­му, оцтової кислоти та інших органічних продуктів; як паливо для реактив­них двигунів і двигунів внутрішнього згоряння тощо.

Забруднення радіоактивними речовинами безпечне й для цукрових буряків. Технологія одержання цукру з цукрових буряків складається з по­дрібнення коренеплодів на тонку стружку і наступного вимивання її гарячою водою, до якої разом з цукром переходять і всі радіонукліди. Але при насту­пних операціях виділення та очищення цукру отримують так званий «білий цукровий пісок» з вмістом радіоактивних речовин, у 50-70 разів меншим, ніж у коренеплодах. При рафінуванні цукрового піску відбувається додатко­ве очищення його від багатьох домішок, у тому числі від радіоактивних май­же на 100 %.

Надзвичайно високого ступеня очищення рослин від радіоактивних речовин досягають при виробництві рослинних олій (з насіння соняшнику, льону, сої, конопель, бавовни, кукурудзи тощо). Основна операція — екстра­гування жирів — здійснюється за допомогою органічних розчинників, які не розчиняють ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs та інші радіоактивні ізотопи. Вже на цьому етапі мож­на одержати практично чистий від радіоактивних речовин проміжний продукт, який під час наступних процесів доводиться до надзвичайно висо­кого ступеня чистоти. При переробці олійних культур практично в усіх випа­дках одержана олія придатна до безпечного вживання в їжу. Тому зазначені технічні культури рекомендуються для вирощування на забруднених радіо­активними речовинами територіях.

Непридатна для годівлі тварин забруднена радіоактивними речовинами свіжа вегетативна маса рослин може бути використана для виробництва хар­чового й кормового білка. Ця технологія передбачає виділення білка із зеле­ної маси рослин віджиманням клітинного соку і наступною коагуляцією з нього згідно чистого білка, який містить в десятки разів менше радіоактив­них речовин, ніж рослини, з яких його виробляють. Такий білковий препарат надзвичайно цінний продукт для харчової промисловості і його широко використовують при виготовленні ковбас, деяких видів консервів, сирів, хлібобулочних і кондитерських виробів, а також у вигляді добавок до кормів сільськогосподарських тварин і птиці.

Прикладом дезактивації продукції рослинництва за допомогою техно­логічних переробок є технології виробництва різних вуглеводів — сахарози, глюкози, фруктози, рафінози, інуліну, а також ферментів, вітамінів, аміноки­слот, органічних кислот, біологічно активних сполук.

Високорадіоактивні відходи, які залишаються після одержання основ­ного продукту (вижимки та інші екстрагени) можуть бути використані для виробництва етилового спирту, а також як живильне середовище для отри­мання кормового білка за допомогою мікроорганізмів і дріжджів, які мають невисокі коефіцієнти нагромадження радіоактивних речовин.

7.4.2. Очищення продукції тваринництва

Технологічна переробка є ефективним способом дезактивації молока. Після сепарування незбираного коров'ячого молока лише 8-16 %, ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs,^13ІІ, залишається у вершках, а решта переходить у відвійки. Дво- чи трира­зове промивання вершків теплою водою і знежиреним молоком зменшує кількість в них ⁹⁰Sr ще в 50-100 разів. При переробці вершків у вершкове масло значна частина ізотопів переходить у сколотини і промивну воду. Концентрація ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs, ¹³¹І у вершковому маслі при цьому зменшується до 36, 76 та 49 % відповідно до їх концентрації у вершках. Перетоплення ве­ршкового масла дає змогу видалити з нього практично повністю ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs і ще 10% '"і. Тому із забрудненого радіоактивними речовинами молока доцільно виробляти вершки і вершкове масло.

Переробка молока на сир приводить до зниження вмісту ⁹⁰Sr та ¹³⁷Сs на 90 %, а ¹³¹І на 70 %.

Існують також засоби, за допомогою яких можна очищати молоко від радіоактивних речовин без істотної зміни його хімічного складу та властиво­стей. Застосування пірофосфату, який зв'язує стронцій, дає можливість протягом однієї доби вилучити з молока до 83 % ⁹⁰Sr. За допомогою іонооб­мінних смол можна швидко і досить ефективно очищати молоко й від інших радіоактивних речовин Так, один об'єм відомого аніоніту Дауекс-2 дає змогу вилучити понад 95 % ^,131І з 230 об'ємів молока та 50 % ⁹⁰Sr. За допомогою одного об'єму катіоніту можна вилучити близько 70 % ¹³⁷Сs з 30 об'ємів мо­лока. Електродіалізний метод очищення молока дає змогу вивести до 90 % ⁹⁰Sr та до 99 %, ¹³⁷Сs а на електродіалізній установці з аніонообмінними мем­бранами може бути вилучено 70-90 % ¹³¹І.

Оскільки окремі радіоактивні речовини розподіляються по органах і тканинах тварин нерівномірно, м'ясна продукція може істотно відрізнятися за їх концентрацією в окремих частинах туші. Так, концентрація ⁹⁰Sr в кіст­ковій тканині свиней перевищує його концентрацію в м'яких тканинах у 600-700 разів. ^І37Сs нагромаджується здебільшого рівномірно у м'язовій тка­нині, а ^13ІІ — переважно у щитовидній залозі. З урахуванням цих особливос­тей розподілу радіонуклідів частина продукції (м'язи, субпродукти) може бути використана безпосередньо для харчових потреб, а інша (щитовидна залоза в ранні періоди після надходження радіоактивних речовин, лімфатич­ні вузли) виведена з харчового ланцюжка.

Кулінарна обробка, яка складається з виварювання кісток і м'яса, є досить ефективним засобом очищення цієї продукції тваринництва. Виварю­вання кісток практично не впливає на вміст ⁹⁰Sr як і кальцію в структурі скелета. У бульйон переходить лише 0,009-0,18%, але вміст ¹³⁷Сs в них зменшується в 3-5 разів, тобто у бульйон переходить 67-80 %. 50-60 % ізотопу, нагромадженого в м'ясі, переходить у бульйон вже протягом пер­ших 10 хвилин варіння. Знизити концентрацію радіоактивних речовин у м'я­сі можна тривалим зберіганням його у засоленому вигляді з наступним вимочуванням. Застосування цих технологічних засобів (чотири обробки із зміною розчину) дає можливість зменшити вміст ¹³⁷Сs на 63-99 %. Досить ефективним є також вимочування м'яса у воді, підкисленій лимонною, оцто­вою та іншими органічними кислотами. При цьому ступінь дезактивації м'яса залежить від розмірів нарізаних шматочків, тривалості вимочування, кіль­кості обробок, реакції середовища, нарешті, від ступеня забрудненості, хі­мічної природи радіоактивного ізотопу.

Перетоплення сала супроводжується переходом понад 95 % ¹³⁷Сs у шкварки, внаслідок чого концентрація його в топленому жирі зменшується в 20 разів.

Тема 8. ВИКОРИСТАННЯ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЕНЬ В СІЛЬСЬКОМУ ГОСПОДАРСТВІ

Нові дослідження в галузі загальної радіобіології відкрили широкі перспективи для використання виявлених закономірностей прояву раді­обіологічних ефектів в різних сферах діяльності людини: медицині, сільському господарстві, мікробіологічній і харчовій промисловості та ін. При комплексному розвитку напрямів науки, технологій і техніки в радіаційній біології виникла нова галузь — прикладна, або практична, радіобіологія та інші, так звані радіаційно-біологічні технології, багато з яких широко застосовуються в сільському господарстві і насамперед у рослинництві.

Діапазон доз іонізуючих випромінень, які використовуються в сіль­ському господарстві для різних цілей, досить широкий — від кількох со­тих грея (сантигрей), що застосовуються для стимуляції росту і розвитку при опроміненні вегетуючих рослин і тварин, до десятків мільйонів грей для опромінення грубих кормів з метою поліпшення їх поживної ціннос­ті. Тому для опромінення об'єктів сільськогосподарського виробництва потрібні джерела іонізуючих випромінень, які мають різні потужності і технічні можливості.

8.1. Радіаційна техніка в сільському господарстві

Основні вимоги, які ставляться до джерел іонізуючих випромінень, що використовуються в сільському господарстві, такі:

1. забезпечення визначеної поглинутої дози в межах точності, що вимагається;

2. рівномірне одержання дози по всьому об'єму продукції, що опромінюється;

3. відсутність наведеної радіоактивності в об'єкті опромінення;

4. забезпечення умов радіаційної безпеки;

5. забезпечення собівартості технології, тобто її економічна ефективність. Найбільшого поширення в сільському господарстві набула радіаційна тех­ніка на основі радіонуклідів ⁶⁰Со і ¹³⁷Сs завдяки таким їх характеристикам:

· тривалості періоду піврозпаду (відповідно 5,3 і ЗО років);

· висока проникаюча здатність їх γ-випромінення;

· відсутність наведеної радіоактивності в опромінених об'єктах;

· можливість створювання джерел будь-якої питомої радіоактивності;

· сприятливі з технологічної точки зору фізичні властивості джерел, що дають змогу тривалий час використовувати їх в автономних умовах в установках різних типів при мінімальних витратах енергії. Конструктивно опромінювальні установки поділяють на три основ­них типи.

1. Джерело випромінення нерухоме, об'єкт опромінення переміщується до нього.

2. Джерело випромінення на час опромінення переміщується в робочу камеру з нерухомим об'єктом опромінення.

 

3. Джерело випромінення на час опромінення переміщується в робочу

камеру, а об'єкти опромінення рухаються відносно нього.

Крім того, розрізняють стаціонарні та пересувні опромінювальні уста­новки.

Перший тип установок найбезпечніший, їх конструкція виключає ситуацію, за якої джерело випромінення залишилося б поза сховищем (зви­чайно свинцевим контейнером), тому вони дістали назву «самозахисних». До цього типу належать виробничі та дослідно-промислові установки «Колос», «Стебель», «Стерилизатор», «Генетик». У них об'єкт опромінення за допомогою різних пристроїв періодично або безперервно подається до за­критого джерела випромінення, за рахунок чого досягається висока продук­тивність установки, що дає змогу опромінювати протягом робочого часу велику кількість посівного і садивного матеріалу. Так, виробнича пересувна гамма-установка цього класу «Колос» — опромінювач, змонтований на базі вантажного автомобіля. Призначена для передпосівного опромінення насін­ня в стимулюючих дозах і при дозах 7-10 Гр за годину опромінює до 1 т зер­на Насіння засипається в прийомний бункер і звідти по конвеєру надходить у блок опромінення. Проходячи через робочу камеру, в якій знаходиться на­бір джерел випромінення, воно протягом 0,5-1 хв. одержує необхідну дозу і зсипається в мішки. При опроміненні насіння безпосередньо в господарстві його відразу можна пересипати в сівалки. Дози опромінення в такій установ­ці регулюються швидкістю руху конвеєра.

Аналогічно побудовані опромінювальні установки для радіаційної дезинсекції зерна. У них джерело опромінення являє собою вертикальний стержень, навколо якого по спіралі проходить канал-зернопровід. Зерно за­сипається зверху і, проходячи під дією сили тяжіння безперервним потоком по каналу, одержує необхідну дозу опромінення.

Гамма-установка другого типу — це звичайно приміщення з непрони­кними для випромінення стінами, в якому розміщено один або кілька джерел випромінення. Об'єкти опромінення розташовані в приміщенні на спеціаль­них столах, полицях в період, коли джерело сховане в укритті або в контей­нері. Після того як обслуговуючий персонал залишає приміщення, воно автоматично чи механічно на необхідний час, що визначається дозою опро­мінення, переводиться в робочий стан.

За цим принципом влаштовано гамма-поле — своєрідна гамма-установка, в якій захисну роль відіграє земляний вал висотою у 5-6 м. Вал утворює своєрідний циліндр діаметром в кілька десятків метрів, в центрі якого на висоті 3-5 м розміщується джерело випромінення. Воно теж дистанційно може переводитись з режиму схову в робочий стан, гамма-поле призначене переважно для вивчення хронічної дії радіації на рослини, що залежно від дози вирощуються на різній відстані від джерела випромінення. На ньому можуть бути розміщені також клітки з тваринами.

До другого типу можна віднести й пересувну установку «Гамма-панорама». Це комплекс з кількох захисних блоків, в кожному з яких розміщено джерело випромінення. За допомогою спеціального ротора воно може займа­ти режим схову — «зберігання» чи робочий стан — «опромінення». Блоки транспортуються вантажною машиною, яка обладнана гідравлічним підійма­чем, і залежно від мети і об'єктів опромінення можуть встановлюватися в будь-якому безпечному місці в одній або двох паралельних площинах чи по колу, утворюючи рівне дозове поле в просторі. Воно може вимірюватись десятками кубічних метрів. Управління установкою блоків і процесом опро­мінення здійснюється дистанційно з пульту, що розміщений на автомобілі.

Перевага установок другого типу полягає в тому, що об'єкти опромі­нення практично не обмежені в об'ємі розміром робочих камер і транспорт­них обладнань, обов'язкових для установок першого типу. Це значно підви­щує їх продуктивність, що дає можливість опромінювати великі партії різної сільськогосподарської продукції. Проте ступінь безпеки таких установок нижчий, ніж у перших. Якою б надійною не була система автоматичного або механічного управління джерелами випромінення, в таких конструкціях теоретично неможливо повністю захистити обслуговуючий персонал від випромінення.

Третій тип установок є варіантом поєднання установок першого і дру­гого типів. Це в основному опромінювачі, призначені для промислових ці­лей. Прикладом може бути установка для опромінення картоплі та інших овочів перед їх закладанням у сховища з метою пригнічення проростання. Вона подібна до установок другого типу — приміщення з непроникними для випромінення стінами і розміщеним у центрі джерелом, яке при потребі дис­танційно може переводитися в стан «Зберігання» чи «Опромінення». Проте в даній системі об'єкти опромінення не встановлюються нерухомо в цьому при­міщенні, а конвеєром через лабіринт, який виключає можливість проникнення радіації за межі установки, безперервно надходять у зону опромінення.

8.2. Радіаційно-біологічні технології в рослинництві

Як зазначалось, саме в дослідах з рослинами на початку розвитку радіо­біології був встановлений ефект радіаційної стимуляції, описаний як прис­корення проростання опроміненого іонізуючою радіацією насіння, і саме в рослинництві він набув широкого практичного застосування. В кінці 20-х рр. після відкриття явища радіаційного мутагенезу у мікроорганізмів і комах, він був показаний на рослинах. Дослідження і вивчення порівняльної радіо­чутливості різних видів організмів були покладені в основу застосування іонізуючих випромінень для запобігання проростанню деяких видів продук­ції рослинництва при зберіганні, радіаційній пастеризації, консервації, стерилізації. Під впливом робіт у галузі радіаційної імунології була створена радіаційно-біологічна технологія подолання несумісності тканин при вегета­тивних щепленнях рослин.

Нині у світовому рослинництві впроваджено понад 30 різних радіацій­но-біологічних технологій, деякі з яких розглянуті в цьому розділі.

 

8.2.1. Передпосівне опромінення насіння сільськогосподарських культур для прискорення проростання, розвитку та підвищення продуктивності рослин

Практично відразу після відкриття явище радіаційної стимуляції привернуло увагу біологів-агрономів як можливість підвищення урожайності сільськогос­подарських рослин. Тепер передпосівне опромінення насіння — це радіаційно-біологічна технологія, яка дає змогу збільшити економічну ефективність виро­щування рослин за рахунок прискорення росту, розвитку, скорочення періоду вегетації, підвищення врожаю, а в деяких випадках і поліпшення його якості.

Впливаючи на хід процесів обміну речовин, опромінення насіння може приводити до збільшення в рослинах вмісту окремих речовин, які характери­зують якість продукції рослинництва, а саме підвищити вміст білка в зерні зернових та зернобобових культур, цукру в цукрових буряках, жиру в насін­ні соняшнику, вуглеводів і вітамінів в овочах. Передпосівне опромінення може збільшувати, рідше зменшувати кількісний вміст окремих речовин, але ніколи не призводить до виникнення нових і виключає появу будь-яких ток­сичних речовин. При цьому воно може стимулювати також нагромадження, точніше деяке збільшення, малоприємних з точки зору споживача сполук, наприклад алкалоїдів, глікозидів.

За рахунок стимуляції росту часто відмічають збільшення довжини і міцності волокна у льону, конопель, бавовни — показників, які характеризу­ють якість продукції цих технічних культур.

Стимуляція процесів розвитку іноді прискорює дозрівання рослин, як правило, на кілька днів, але для деяких видів овочевих культур, наприклад огірків, томатів, і такий строк має значення.

Вже в перших роботах з передпосівного опромінення насіння було вста­новлено, що при оцінці продуктивності рослин стимулююча дія проявляється не завжди. Інколи при тих самих дозах спостерігають навіть негативні ефекти, тобто пригнічення росту і розвитку рослин. Це стало причиною тога, що деякі дослідники, визнаючи в цілому існування радіаційної стимуляції, заперечують можливість практичного її застосування. Тому, незважаючи на позитивні резу­льтати, ця біотехнологія ще не дістала широкого застосування.

Незадовільне підвищення урожаю при передпосівному опроміненні насіння в стимулюючих дозах пояснюється двома основними причинами: значним варіюванням радіочутливості різних партій насіння і погодними умовами окремих років. За даними аналізу про масове випробування прийо­му на території України в 60-70-ті рр. приблизно в 35 % випадків спостеріга­вся позитивний ефект — підвищення врожаю становило від 7-8 до 30-35 %. В такій самій кількості випадків не спостерігали ніякого впливу опромінен­ня. В інших (близько 30 %) спостерігалось зниження продуктивності рослин, проте воно ніколи не перевищувало 10 %. У зв'язку з тим, що в результаті позитивна дія опромінення була набагато вищою за негативну, можна вважа­ти, що в цілому було досягнуто підвищення продуктивності рослин.

Очевидно, якщо опромінювати весь посівний матеріал, наприклад насіння цукрових буряків або кукурудзи на калібрувальних заводах, можна розраховувати на стабільне (10-15 %) підвищення врожаю.

 

 

8.2.2. Передсадивне опромінення органів вегетативного розмноження та розсади дня прискорення розвитку і підвищення продуктивності рослин

Стимулююча дія іонізуючого випромінення проявляється при опромі­ненні не тільки насіння, а й окремих вегетативних органів і вегетуючих рос­лин в цілому. Дози радіації при цьому бувають значно меншими за ті, які ви­користовують для опромінення насіння і, як правило, вимірюються десятими і частками і одиницями грея.

Серед сільськогосподарських культур, які вегетативно розмножуються, найбільша робота в цьому напрямі проводиться з картоплею. Максимальної стимуляції росту картоплі досягають при опроміненні бульб дозами 0,55 Гр — приріст урожаю досягає 20-30 %.

Досить перспективним є передсадивне та передприщепне опромінення І живців рослин. Так, дози 3-10 Гр стимулюють коренеутворення у живців, посилюють ріст і розвиток пагонів, активізують процеси обміну речовин. Це сприяє збільшенню кількості укорінених рослин, підвищенню врожайності кущів. Опромінення живців яблуні, груші, вишні, сливи та багатьох інших плодових культур значно поліпшує зрощення при щепленні, збільшує вихід прищеплених саджанців.

При передсадивному опроміненні кореневищ м'яти, солодки, діаскареї дозами 5-10 Гр на них пробуджується багато сплячих бруньок і утворюють­ся додаткові пагони, що збільшує кількість зеленої маси. Опромінення вуси­ків суниці дозами 5-15 Гр підвищує врожай ягід на 20-30 %. На 10-30 % підвищується врожай зеленої маси при опроміненні цибулин цибулі-ріпки і часнику дозами 0,5-3 Гр. Опромінення розсади томатів, овочевого перцю, баклажанів, капусти та інших культур дозами 0,3-5 Гр підвищує врожай на 25-35 % і прискорює його дозрівання.

 

8.2.3. Опромінення насіння і рослин з метою одержання нових сортів

Після відкриття мутагенної дії іонізуючого випромінення його стали використовувати для одержання нових форм живих організмів. Але як метод виведення нових сортів з цінними господарсько-корисними ознаками радіа­ційний мутагенез набув широкого застосування в селекції рослин.

Процес одержання нового сорту з використанням іонізуючого випро­мінення складається з двох основних етапів:

• опромінення для одержання максимальної кількості мутантних форм як вихідного матеріалу для селекції;

• на основі цих мутантів виведення за допомогою загальноприйнятих способів і методів нового сорту, його випробування, розмноження і зас­тосування у виробництві.

Специфічним етапом, який має відношення до радіобіології, є перший. Він полягає у підборі доз опромінення насіння чи іншого садивного матеріа­лу, які індукують виникнення великої кількості нових форм рослин при збереженні живучості достатньої їх кількості.

Кількість мутацій, що виникають під впливом іонізуючого випромінен­ня, прямопропорційна дозі опромінення, але зворотно пропорційна дозі виживання організмів і їх здатності до розмноження. Тому слід використову­вати дози, при яких вихід мутантних форм досить високий і виживає достатня для розмноження кількість організмів. Такою дозою часто вважають ЛД₇₀ (іноді ЛД<ю), при якій виживає близько ЗО % (відповідно 10 %) рослин, час­тина з яких здатна дати насіння, її називають критичною дозою, бо лише не­значне її підвищення може призвести до загибелі всієї сукупності рослин.

З метою радіаційного мутагенезу можна опромінювати рослини і в період вегетації, наприклад в умовах гамма-поля. Деякі дослідники вважа­ють, що при опроміненні вегетуючих рослин виникає більше життєздатних мутацій. Але цей спосіб менш зручний і застосовується рідше, ніж опромі­нення насіння.

Говорячи про збільшення кількості мутацій під впливом іонізуючих випромінень, зазначимо, що радіація не індукує виникнення нових типів мутацій порівняно з виникаючими при природному мутагенезі. Вона тільки збільшує їх кількість, що полегшує роботу селекціонерів, даючи їм велику кількість матеріалу для відбору Але при збільшенні частоти появи різних типів мутацій збільшується імовірність виявлення деяких, які з'являються в нормі дуже рідко. Це також може підвищувати ефективність селекційно-ге­нетичної роботи. І хоч неодноразово писалося про випадки нібито виникнен­ня при опроміненні нових типів мутацій, як правило, виявлялось, що селек­ціонер зустрічався саме з такою рідкою формою.

До цього часу за допомогою іонізуючого випромінення в 40 країнах світу одержано понад 1500 сортів культурних рослин, що відрізняються від вихідних батьківських форм підвищеною врожайністю, стійкістю проти хво­роб, скоростиглістю, підвищеною опірністю до полягання та з іншими госпо- дарсько-корисними ознаками. Серед них одержані українськими вченими скоростиглі, високоврожайні, стійкі проти низьких температур і хвороб сор­ти гречки А еліта, Лада, Галлея, низько-алкалоїдні сорти люпину Мутант 486, Київський мутант, сорт м'яти Зимостійка 1, сорт тютюну Безпасинковий.

8.2.4. Радіаційна біотехнологія подолання несумісності тканин і стимуляція зрощення при вегетативних щепленнях рослин

Відомо, що за допомогою щеплення — приживлення частини однієї рослини до іншої було вирішене найважливіше завдання — збереження вла­стивостей та цінних ознак у видів рослин, які нездатні до вегетативного кореневовласного розмноження. Проте нерідко при міжсортових, а тим біль­ше при міжвидових щепленнях зрощення прищепи й підщепи буває усклад­неним або не відбувається зовсім. Головною причиною цього є так звана біо­логічна несумісність чужорідних організмів.

В основі біологічної несумісності тканин лежить імунітет — природна захисна реакція будь-якого здорового організму від проникнення в нього чужорідної речовини, що спрямована на збереження його цілісності та біоло­гічної індивідуальності.

З явищем несумісності тканин стикаються медики під час пересадок людині окремих органів — нирок, серця, легенів тощо, використовуючи для її подолання спеціальні речовини — імунодепресанти, тобто речовини, які пригнічують імунітет. Ефективний імунодепресант, що сприяє подоланню «конфлікту несумісності» — іонізуюче випромінення, звичайно рентгенівсь­ке або γ-випромінення. Під їх дією в клітинах і тканинах порушуються про­цеси обміну, у тому числі білкового, який відповідає за функціонування імунних систем. Це призводить до зниження бар'єрної функції імунітету та можливості подолання тканинної несумісності.

Теоретичні основи і практичні можливості подолання біологічної несу­місності у рослин за допомогою іонізуючої радіації були, розвинуті у працях українських учених Д. М. Гродзинського і А. А. Булаха. Вони показали, що γ-виромінення прищепи чи підщепи або обох перед щепленням приводить до пригнічення імунної системи рослин і підвищує імовірність і якість їх зрощування. Цей спосіб був покладений в основу радіаційно-біологічної тех­нології підготовки лози у прищепленому виноградарстві.

Відомо, що філоксера — комаха підряду попелиць є найнебезпечнішим шкідником європейських сортів винограду. Філоксера пошкоджує листя, па­гони, вусики, а головне — підземний штамб і кореневу систему виноградної лози. Найбільш надійний спосіб боротьби з нею — щеплення європейських сортів на філоксеростійкі американські підщепи. Проте внаслідок поганої су­місності вітчизняних сортів з американськими вихід стандартних саджанців становить всього 20-35 % загальної кількості зроблених щеплень, а деякі ко­мбінації не зрощуються взагалі, у-опромінення прищепи дозами 15-30 Гр або обох компонентів дає змогу в 2-3 рази підвищити кількість щеплень у важкосумісних комбінаціях та індукувати їх появу у зовсім несумісних.

Крім того, опромінення підщеп сприяє запобіганню вкрай важливої і досить трудомісткої операції — так званого «осліплення» їх, або видалення бруньок. Справа в тому, що бруньки підщепи, розвиваючи пагони, відволі­кають на себе поживні речовини. Це призводить до поганого її зростання з прищепою. Тому обов'язковим елементом сучасної технології виробництва щепленого виноградного садивного матеріалу є видалення бруньок, яке здійснюють вручну. Спеціальні машини для механічного вилучення брунь­ок забезпечують порівняно високу продуктивність, але потребують вели­ких додаткових витрат. До того ж як при ручному, так і при машинному «осліпленні» підщеп на місці видалених бруньок утворюються рани, крізь які в рослину може проникати інфекція. Це також негативно впливає на якість матеріалу.

Виявилось, що опромінення підщеп пригнічує проростання бруньок. При дозі 25 Гр вдається досягти понад 90 % «осліплення» (при ручному або механічному не більш як 75%). При вищих дозах можна досягти 100% ефекту. Проте в цьому разі може погіршитись зрощення прищепи та підще­пи і уповільнитись ріст і розвиток саджанців.

Для цієї біотехнології використовують гамма-установку «Стериліза­тор». За її допомогою в період проведення прищепної кампанії можна оброб­ляти до 20 млн. чубуків підщеп. І як показали багаторічні випробування, це не впливає негативно на наступний розвиток і продуктивність винограду.

Загалом, опромінення прищепних частин рослини виявляється ефектив­ним і при вегетативних щепленнях плодових культур. Воно значно полегшує отримання вегетативних гібридів навіть при міжродових комбінаціях типу яблуня-груша, слива-абрикос, абрикос-персик, малина-ожина тощо, одержа­ти які без застосування імунодепресантів майже неможливо.

8.2.5. Радіаційна біотехнологія запобігання проростанню бульб, коренеплодів і цибулин при зберіганні

При тривалому зберіганні таких видів продукції рослинництва, як кар­топля, коренеплоди, цибуля, часник, погіршується їх якість за рахунок подо­вження процесів обміну та проростання. Традиційні способи збільшення строків зберігання грунтуються на гальмуванні процесів обміну за допомо­гою зниження в сховищах температу ри або хімічної обробки продукції обп­рискуванням, обпиленням, обкурюванням спеціальними речовинами — інгі­біторами метаболізму. Перший спосіб досить ефективний, але надзвичайно дорогий внаслідок великих витрат електроенергії; другий — трудомісткий, малопридатний для боротьби з проростанням цибулин, у яких зона росту на відміну від картоплі та коренеплодів знаходиться глибоко всередині, а го­ловне цей спосіб не завжди безпечний для споживача.

За допомогою опромінення таких видів продукції вдається затримати чи при потребі зовсім пригнітити проростання. Так, у-опромінення картоплі перед закладанням у сховище дозами 50-150 Гр залежно від сорту та умов зберіганнясприяє благополучному перенесенню періоду весняного потеп­ління і зберіганню її до нового врожаю в умовах звичайних неохолоджувальних сховищ при температурі 6-8°С. Бульби не проростають взагалі. Але при підвищених температурах за рахунок хімічних процесів в них може розпоча­тись розпад крохмалю, що призводить до погіршення їх кулінарних та сма­кових якостей. Збільшується в цих умовах і ймовірність загнивання.

Опромінення дозами, близькими до вказаних, дає змогу подовжиш в 2- 2,5 рази строки зберігання коренеплодів — буряків, моркви, брукви, редьки та ін.

Позитивні результати дає опромінення цукрових буряків. Звичайно при зберіганні в буртах в «очікуванні» строків переробки за рахунок продовження дихання цукристість коренеплодів може знизитись в 1,5-2 рази і більше, у-опро­мінення буряків перед складанням у бурти дає змогу значно зменшити ці втрати.

Опромінення цибулі та часнику після збирання врожаю дозами 6-8 Гр збільшує строки зберігання до двох років за умови підтримання оптималь­них температури та вологості.

Зрозуміло, що опромінена такими дозами продукція не може бути використана як садивний матеріал, вона придатна тільки для харчових і кор­мових цілей або технологічної переробки.

8.2.6. Використання іонізуючих випромінень для подовження строків зберігання ягід, фруктів та овочів

Значна кількість продукції рослинництва і плодівництва гине після збирання внаслідок гниття, яке спричинюється різними мікроорганізмами. Звичайні способи подовження строків зберігання такої продукції пов'язані з різними обробками, які ґрунтуються на процесах нагрівання, охолодження або на хімічній обробці. Всі вони призводять до зміни властивостей і, як пра­вило, погіршують якість. Опромінення дозами, що сповільнюють розвиток мікрофлори або повністю пригнічують її активність, по суті є процесами від­повідно холодної пастеризації або стерилізації, при яких у продукції знищу­ються майже всі або всі мікроорганізми. Таку опромінену продукцію можна тривалий час зберігати при температурі навколишнього середовища.

Особливої уваги заслуговує проблема зберігання продукції, що легко травмується при збиранні і транспортуванні та пошкоджується мікроорганіз­мами (суниці, вишні, черешні, абрикоса, персика, томатів, баклажанів тощо).

Найбільш переконливі дані одержано при у-опроміненні суниці, полу­ниці, малини, чорної смородини. Дози 2-3 кГр — півлетальні для більшості видів мікроорганізмів, подовжують строк їх зберігання при температурі 15- 18°С у 2, а при 4-5°С в 2,5-3 рази. Це дає змогу транспортувати ягоди на великі відстані.

Серед овочів найбільш піддаються гниттю томати. Опромінення їх пло­дів такими самими дозами (2-3 кГр) істотно подовжує строки зберігання. Особливо вражаючі результати дає опромінення непошкоджених при зби­ранні плодів, які зберігаються при температурі не вище 10°С, при цьому строк зберігання зростає в 3-4 рази. Аналогічні дані одержано при опромі­ненні сливи, вишні, абрикоса, персика, винограду.

При опроміненні фруктів та овочів було виявлено вплив радіації на сповільнення строків їх дозрівання. Так, у-опромінення плодів лимонів і томатів дозою 3 кГр затримує дозрівання на 10-15, плодів бананів дозами 0,25-0,5 кГр — на 8-26 діб, плодів апельсинів дозами 0,14-2,8 кГр — на 2- 3 тижні. Це також має значення при подовженні строків зберігання цих видів продукції, що особливо важливо при їх транспортуванні на великі відстані.

8.2.7. Радіаційна консервація продукції рослинництва і плодівництва

Дози γ-випромінення понад 10 кГр зумовлюють загибель більшості ви­дів мікроорганізмів і можуть бути застосовані для радіаційної консервації продукції. Його використовують для обробки як свіжих овочів і фруктів, так і продуктів їх переробки, наприклад соків. Найважливішою, унікальною властивістю радіації в даному випадку є те, що при її застосуванні як консер­вуючого засобу можна не додержувати стерильності при підготовці та упа­ковці продукції в герметичну тару. Іонізуюче випромінення, яке має велику проникну здатність, дає змогу здійснювати процес стерилізації безпосередньо в упакованому вигляді в будь-яку тару — пластмасову, скляну, металеву.

Крім того, на відміну від термічної обробки, яка використовується при традиційному консервуванні, при радіаційній в продукції не зменшується вміствітамінів.

Але за рахунок радіаційного руйнування при таких високих дозах дея­ких пігментів, утворення продуктів окислення можуть змінюватись колір та смаковіякості продуктів.

8.2.8. Радіаційні способи боротьби з комахами —

шкідниками сільськогосподарських рослин

При вдосконаленні способів боротьби з комахами — шкідниками сіль­ськогосподарських культур було розроблено різні методи застосування для цих цілей іонізуючого випромінення. При цьому треба знати точну радіочут­ливість не тільки різних видів комах, а й окремих стадій їх розвитку.

Відомо кілька шляхів застосування радіації для захисту рослин від шкідників.

Метод радіаційної статевої стерилізації комах. Основою методу й рі­зниця в радіочутливості соматичних і статевих клітин будь-якого організму. Для комах можна підібрати такі дози, при яких вони нормально або майже нормально виконують більшість фізіологічних функцій, в тому числі зберіга­ють здатність до спарювання. Але при цьому в статевих клітинах, як більш радіочутливих, відбуваються незворотні зміни: самці втрачають здатність до запліднення, тобто стають стерильними.

Життєздатність комах, як окремого виду, визначається їх винятковою плодючістю. Відомі види, які спроможні відкладати за кілька місяців свого життя десятки тисяч яєць. За рахунок цього випуск в популяцію комах стерильних самців може різко зменшити темпи її росту та чисельність. При неодноразовому повторенні прийому протягом кількох років можна повніс­тю знищити вид в окремому регіоні.

Порівняно з іншими методами, зокрема з найбільш широко використо­вуваним для боротьби з комахами — хімічним, даний прийом має переваги. Основна з них полягає в тому, що метод радіаційної статевої стерилізації спрямований проти лише одного конкретного виду комах, тоді як хімічні

речовини діють і проти інших, у тому числі й корисних комах, наприклад бджіл, мурашок. Через це метод нешкідливий для тварин і людини та інших живих об'єктів біосфери, тобто він є екологічно чистим.

Застосування біотехнології передбачає три основних етапи.

Перший етап — розведення комах-шкідників визначеного виду на спеціальних біофабриках.

Другий етап — опромінення комах, якому передує старанна досліджувальна робота з визначення радіочутливості виду. Для цього комах вмі­щують у спеціальні камери з температурою 4-8°С, при якій пригнічується їх фізіологічна активність і вони втрачають рухомість, а потім збирають у кон­тейнери, в яких і проводять опромінення. Далі до випуску в поле комахи мо­жуть деякий час (кілька днів чи тижнів) зберігатися в цих же контейнерах або в іншій тарі також при зниженій температурі. Іноді опромінення про­водять на природній нерухомій стадії розвитку комахи, частіше всього ляле­чки.

Третій етап — випуск опромінених комах у поле (найефективнішим є розсіювання з літака або вертольота).

Відомі приклади успішного застосування цієї біотехнології. У США (штат Каліфорнія) за її допомогою була значно зменшена чисельність злісно­го шкідника — середньоморської плодової мухи. У Канаді (провінція Бри­танська Колумбія) таким шляхом була майже знищена яблунева плодожерка. Для захисту від мігруючих популяцій цих видів комах підтримують спеці­альні карантинні бар'єри, які полягають в систематичному випуску (раз на 2-3 тижні) невеликої кількості стерильних комах. Незважаючи на складність біотехнології, цей шлях боротьби з комахами-шкідниками економічно вигід­ніший, ніж застосування інсектицидів.

Радіаційна дезинсекція зерна. Комахи — шкідники сільськогосподар­ських рослин завдають великих втрат зібраного врожаю, знищуючи близько 15 % світових запасів зерна під час його зберігання. Якісні збитки ще більші, бо комахи виїдають здебільшого внутрішню, найпоживнішу частину зерна з високим вмістом білка.

Найпоширеніші серед комах — шкідників зерна комірний, кукурудзя­ний та рисовий довгоносики, сурінамський борошноїд, зерновий шашіль, бо­рошняний жучок та ін. Для боротьби з ними застосовують переважно хімічні методи, які не завжди безпечні для людини. У зв'язку з цим був розроблений і набув поширення, у тому числі в Україні, радіаційний спосіб дезинсекції зерна, тобто обробка його іонізуючим випроміненням (γ- або електронне) перед завантаженням в елеватори чи інші сховища.

Доза дезинсекції — летальна для комах. Для більшості їх видів вона становить 100-500 Гр. Саме тому дози, рекомендовані для дезинсекції, як правило, знаходяться в цих межах. Але при дезинсекції окремих партій зерна слід враховувати видову радіочутливість комах, а, можливо, й стадію роз­витку в момент радіаційної обробки. Так, для яєць і личинок комірного дов­гоносика летальна доза дорівнює 55 Гр, а кукурудзяного — 40 Гр. Для стадій лялечки та імаго цих видів вона досягає 200 Гр. Для загибелі яєць, личинок, лялечок на ранній і пізній стадіях та імаго сурінамського борошноїда потрібні дози відповідно 96, 86, 144, 308 і 206 Гр. Доза 250 Гр є летальною для зерново­го шашеля у всі стадії розвитку. Вказані дози є відправними при рекомендаці­ях длярадіаційної дезинсекції зерна, яке заражене цими видами комах.

Опромінення успішно застосовують для дезинсекції інших продуктів, зокрема сухих фруктів, γ-випромінення дозою 1 кГр знищує повністю всі видикомах, які можуть їх заражати.

8.3. Радіаційно-біологічні технології в тваринництві

Масштаби використання іонізуючого випромінення в тваринництві поки що поступаються перед такими в рослинництві через різні причини, го­ловною з яких є менша технологічність багатьох об'єктів тваринництва.

Найбільшого практичного застосування стимулююча дія випромінення набула в птахівництві, у-опромінення курячих яєць до або в період інкубації дозами 0,03-0,05 Гр скорочує строки інкубації, збільшує вилуплювання кур­чат, прискорює їх ріст і розвиток. Кури, які виростають з опромінених яєць, раніше починають яйцекладку. Опромінення курчат дозами 0,2-1 Гр приско­рює їх ріст, розвиток та початок яйцекладки. Опромінення добових поросят дозами 0,1-0,25 Гр збільшує масу тіла. Опромінення сперми райдужної форелі дозами 0,25-0,5 Гр на 35-40 % збільшує запліднення ікри. Перелік подібних прикладів можна продовжити, але більшість з них має дослідниць­кий характер. Тільки використання стимулюючих доз у птахівництві доведе­но до рівня виробничих випробувань.

Не набув широкого застосування в тваринництві і метод радіаційного мутагенезу. Як один з найбільш вдалих випадків можна відзначити виведен­ня за його допомогою в Новосибірську породи норки з сріблястим кольором хутра. В деяких країнах розпочиналися спроби щодо застосування випромі- нень для одержання нових порід інших дрібних тварин — домашньої птиці, овець, свиней, але про позитивні результати не повідомлялось.

Метод радіаційної статевої стерилізації комах використовується і для боротьби з шкідниками свійських тварин, зокрема з переносниками деяких хвороб — м'ясоїдною мухою і мухою цеце.

Деякі радіаційно-біологічні технології, які тією чи іншою мірою пов'я­зані з тваринництвом чи обробкою його продукції, розглянуто далі.

8.3.1. Радіаційне консервування кормів і поліпшення їх якості

Іонізуюче випромінення використовують для консервування свіжих, знезараження концентрованих та комбінованих кормів, а також для модифі­кації целюлозомістких кормів з метою поліпшення їх поживних якостей при годівлі сільськогосподарських тварин.

Гамма-опромінення зеленої маси рослин дозами 10-40 кГр замінює си­лосування і сприяє доброму зберіганню протягом зимового періоду. Ці дози не призводять до істотних хімічних змін і не впливають на смакові і поживні якості корму.

Опромінення фуражної картоплі дозами 5-15 кГр запобігає гнитпо бульб.

З метою збільшення строків зберігання за рахунок пригнічення розвит­ку плісені та зменшення бактеріального обсіменіння опромінюють фуражне зерно (овес, ячмінь, кукурудзу) з підвищеною вологістю дозами 1-3 кГр.

Відомо, що великою небезпекою для людини і тварин є сальмонельоз — гостре інфекційне захворювання кишок, яке спричинюється бактеріями роду сальмонели. Вони потрапляють в організм тварин разом із зараженим кормом, а потім через молоко, м'ясо, яйця та інші продукти — в організм людини. Звичайні способи боротьби з сальмонелою малоефективні або економічно невигідні, а сильні хімічні препарати небезпечні для здоров'я і тварин, і людини. Термічна обробка кормів призводить до втрат поживних речовин. Радіаційний спосіб боротьби з бактерією виявився досить результа­тивним,і тому була розроблена радіаційна технологія знезараження кормів від сальмонели.

Дози, які використовують для боротьби з сальмонелою, летальні для всіх її різновидів і становлять близько 4-5 кГр. Опромінення цими дозами повністю знезаражує борошняні корми і комбікорми, призначені для годівлі свиней, курей та інших тварин. У деяких країнах з цією метою рекоменду­ють опромінювати такі корми, як м'ясо-кісткове та рибне борошно.

Для підвищення поживних якостей грубих целюлозомістких кормів — соломи злакових культур, стрижнів кукурудзяних качанів, гілля, хвої і навіть деревного борошна — їх можна опромінювати дозами 1-10 МГр. При цьому відбувається радіаційно-хімічна деполімеризація целюлози та пектину, а також виділення з корму лігніну, що підвищує їх здатність до ферментації, поліпшує використання клітковини мікроорганізмами рубця жуйних тварин.

Спосіб радіаційної обробки кормів порівняно з іншими способами їх консервації, знезараження, поліпшення якості має великі переваги. Опромі­нення дає змогу зберегти поживну цінність кормів, бо на відміну від темпе­ратурної обробки радіаційна не руйнує біологічно активні речовини, насам­перед вітаміни.

8.3.2. Радіаційна біотехнологія подовження строків зберігання м'яса і м'ясних продуктів

Іонізуюче випромінення може відігравати важливу роль у вирішенні проблеми подовження строків зберігання не тільки продукції рослинництва, а й тваринництва, насамперед м'яса і м'ясних продуктів, особливо при їх тривалому транспортуванні. Переконливий багаторічний досвід багатьох країн свідчить про те, що опромінення свіжого м'яса дозами 1-8 кГр за раху­нок знищення поверхневої мікрофлори збільшує строки його зберігання при температурі 0-4°С з 6 до 16 діб, а при 0°С до трьох місяців.

Розроблено спеціальні технології радіаційного консервування курчат, кролів, згідно з якими вони герметично упаковуються в скляну, жерстяну тару або просто запаюються в поліетиленові пакети, а потім опромінюються дозами 45-50 кГр.

Як і при радіаційній обробці кормів, при опроміненні м'яса і м'ясних продуктів особливу увагу приділяють дослідженням, які спрямовані на роз­робку способів боротьби з сальмонельозом. Оскільки летальні дози для цих бактерій знаходяться в межах 4-5 кГр, рекомендується, щоб дози, які засто­совуються для опромінення м'яса і м'ясних продуктів, в різних технологіях не були нижчими за ці рівні. Крім того, ці дози знаходяться в межах, в яких не змінюється білкова цінність продуктів і не відбувається помітного змен­шення вмісту вітамінів.

З метою боротьби з сальмонельозом опромінюють також яйця домаш­ньої птиці. При дозі 5 кГр кількість бактерій зменшується більш ніж у 100 разів.

Викладене вище дає можливість зробити висновок про значну перевагу радіаційної обробки м'ясних продуктів порівняно з традиційними низькоте­мпературними (заморожування) або високотемпературними (консервація) обробками. Не слід забувати і про високу економічну ефективність радіацій­ної обробки.

8.3.3. Радіаційне знезараження деяких видів продукції тваринництва

Значного збитку сільському господарству завдають такі інфекційні зах­ворювання тварин, як чума ссавців, стригучий лишай, сибірка, лістеріоз та ін. Крім того, одержана від хворих тварин продукція (вовна, хутро, шкури, щетина) може бути переносником хвороб та джерелом зараження здорових тварин, а також людей однаковими для тварин і людей хворобами. Існуючі хімічні способи дезинфекції такої сировини дуже трудомісткі, а деякі з них, що пов'язані з використанням вологих обробок, призводять до зниження якості продукції. Застосування іонізуючого випромінення для знезараження цих матеріалів, а також пуху, пір'я виявляється досить перспективним.

Так, у-опромінення баранячих шкур та вовни в тюках об'ємом 1 м³ дозою 20 кГр, яке давно практикується в Австралії, приводить до повної загибелі мікроорганізмів — переносників хвороб. Дози близько 20-24 кГр використовують для дезінфекції хутра. В обох випадках товарна якість про­дукції не знижується. Така обробка дешевша і в десятки разів швидша, ніж волога хімічна.

8.3.4. Радіаційне знезараження стічних вод тваринницьких комплексів

Утворення великих мас рідкого гною та його стоку на тваринницьких комплексах, особливо великих, вимагає створення спеціальних технологій їх знезараження, що, з одного боку, запобігає забрудненню навколишнього середовища і поширенню інфекційних захворювань, а з іншого — визначає можливість безпечного використання їх у рослинництві як органічних доб­рив. Є різні способи такого знезараження: хімічні, термічний, пароструминний, анаеробного бродіння, біологічного самоочищення, комбіновані та ін. Серед них високою технологічністю та екологічною чистотою виділяється радіаційний спосіб.

Проте для повної стерилізації стічних вод потрібні високі дози опромі­нення — практично такі самі, як і для знезараження інших об'єктів, тобто близько 20-30 кГр. Через великі масштаби проведення робіт, навіть у межах одного сучасного тваринницького комплексу, витрати на радіаційну обробку досить великі, хоч і більшість перерахованих нерадіаційних методів також не дешеві. Тому було розроблено комбіновані технології обробки стічних вод, які поєднують радіаційну й окремі типи традиційних обробок. У деяких комбінаціях вдається досягти синергізму, при якому загальний ефект двох чинників перевищує їх сумарну дію.

Найбільшої уваги заслуговують два типи комбінованих технологій із застосуванням радіаційних установок на основі у-випромінювачів і мікродо- мішок дезинфікуючих речовин, а також радіації і термічної обробки. Як дезинфікуючі домішки використовують хлорне вапно, формальдегід, гетеро- фос, гіпохлор, немагон та деякі інші. Термічну обробку здійснюють перепус­канням під тиском крізь рідкі відходи підігрітого повітря (барботажу) або безпосереднім їх підігріванням до 36-40°С. При такому поєднанні способів

 

можна досягти рівноцінних ефектів знезараження при зменшенні концентра, цій хімічних дезинфектантів у 2-3 рази і дози опромінення в 4-10 разів. При цьому застосування радіаційного методу знезараження стічних вод не тільки екологічно, а й економічно набагато вигідніше за всі існуючі технології.

В Україні досвід застосування в сільському господарстві більшості роз­глянутих радіаційно-біологічних технологій в цілому ще невеликий, хоча ба­гато які з них відомі порівняно давно і успішно використовуються в багатьох країнах світу. Здебільшого це стосується біотехнологій, які пов'язані з опро­міненням продукції рослинництва і тваринництва, що йде безпосередньо в їжу людини або на виготовлення продуктів харчування. Причини цього зумовлені необґрунтованим упередженням щодо шкідливості для здоров'я опромінених продуктів.

Питання про можливий вплив опромінення на харчові якості продуктів, які начебто за рахунок різних радіаційно-хімічних процесів можуть змінюва­тись і нагромаджувати токсичні речовини, вже ставилось неодноразово. З цією метою були проведені всебічні дослідження, які дали підставу встано­вити граничні значення доз опромінення для радіаційної обробки продуктів харчування без зміни їх якості. Ще в 70-х рр. у Міжнародний стандарт на оп­ромінення продуктів харчування були включені вказівки про допустимість використання доз у-, рентгенівського та електронного випромінення до 1 кГр для цих цілей. Було зазначено, що енергія електронів, щоб уникнути виник­нення в продуктах наведеної радіоактивності, повинна обмежуватись 10 МеВ (енергія у- і рентгенівського випромінювань значно менша). Але в 1981 р. Всесвітня організація охорони здоров'я (ВОЗ) опублікувала звіт, згідно з яким опромінення будь-яких харчових продуктів у дозах до 10 кГр для здоров'я людини нешкідливе.

Нині масове опромінення десятків видів продукції рослинництва і тва­ринництва, а також готових продуктів харчування з різними цілями проводи­ться у 27 країнах світу.

В Україні дозволено опромінення харчового зерна пшениці, кукурудзи та ячменю з метою його дезинсекції, а також картоплі, цибулі, свіжих та сушених фруктів і овочів, м'яса і м'ясних продуктів з метою збільшення строків їх зберігання. При цьому доза не повинна перевищувати 1 кГр, а енергія обмежена 4 МеВ.

Щодо опромінення іншої продукції рослинництва і тваринництва, в то­му числі кормів, то обмеження стосуються лише енергії випромінення.

8.3.5. Метод ізотопних індикаторів у дослідженнях в галузі сільськогосподарської біології. Радіоавтографія. Особливості використання стабільних ізотопів

Міченими атомами називають ізотопи, котрі, відрізняючись по масі від атому елемента, можуть використовуватись як мітка (індикатор) при вивчен­ні найрізноманітніших процесів розподілу, переміщення і перетворення речовин у складних системах, в тому числі і в живих організмах.

Як мітку використовують не тільки радіоактивні, а й стабільні ізотопи. Сам метод ізотопних індикаторів базується на двох положеннях:

1.7. хімічні властивості різних ізотопів одного елемента практично однако­ві, завдяки чому їх поведінка в процесах, які вивчаються, не відрізняє­ться від поведінки інших атомів того ж елементу;

1.8. радіоактивні ізотопи у кількостях, що застосовуються у якості мітки, не чинять біологічної дії на живі організми.

Угорський хімік Д. Хевеші та німецький хімік Ф. Панет запропонували цей метод в 1913 р., вперше застосувавши його в біологічних експериментах.

Використання методу ізотопних індикаторів не обмежується інтереса­ми радіобіології і біології в цілому. Він використовується також у медицині і медичній промисловості, хімії і хімічній промисловості, геології, фізиці, металургії, матеріалознавстві, археології. Широкого застосування метод набув у сільському господарстві для оцінки фізичних властивостей ґрунту і запасів в ньому елементів живлення, для вивчення взаємодії ґрунту та доб­рив, процесів засвоєння рослинами елементів живлення з ґрунту і добрив, позакореневого надходження в рослини елементів, для виявлення дії на рослинний організм пестицидів, вивчення особливостей обміну речовин сільськогосподарських рослин.

В тваринництві за допомогою цього методу вивчають фізіологічні про­цеси, що протікають в організмі тварин, проводять аналіз корму на вміст т