Использование радиации для повышения продуктивности животных и улучшения качества продукции

  За 4 года производственного испытания  предпосевного гамма-облучения семян  в Павлодарской области Казахстана средние прибавки урожая по таким  культурам, как гречиха, кукуруза, подсолнечник, колебались в пределах 10...27 %.

  В Болгарии внедрен в практику метод предпосевного гамма-облучения семян томатов, выращиваемых в условиях закрытого грунта. Метод позволяет ускорить сбор урожая на 10... 12 дней.

  Облучение семян в стимулирующих дозах  перед их посевом приводит не только к ускорению прорастания семян, но и к увеличению урожая и улучшению его качества. Хорошо известно, что семена в момент их прорастания очень восприимчивы к действию различных физических и химических агентов, которые способны влиять на их развитие. Именно на этом основаны такие известные методы их обработки, как яровизация, прогрев УВЧ, намачивание в растворах ростовых веществ, микроэлементов, приводящих к ускорению развития и повышению урожая.

  Сравнительный анализ конечных эффектов применения всех этих методов, так же как и  гамма-облучения, показывает, что они однотипны. Применение любого из этих методов при неблагоприятных условиях увеличивает урожай на 10... 12 %. Однако метод гамма-облучения имеет ряд преимуществ:

  простота  и постоянство действия облучательных  установок, для работы на которых не требуются высококвалифицированные специалисты;

  равномерность воздействия на семена облучения;

  точность  дозировки при облучении;

  возможность обработки больших объемов материала.

  Изучая  процесс радиационной стимуляции на молекулярно-био-химическом уровне, радиобиологи показали, что облучение растений приводит к активации многих процессов обмена: усиливается синтез нуклеиновых кислот, белков, гормонов, повышается активность некоторых ферментов, изменяется проницаемость мембран, усиливается поступление в растения питательных веществ. Все это приводит в итоге к ускорению роста и развития растений. Однако пусковой момент, по мнению А. М. Кузина, — дерепрессия и активизация под влиянием радиации определенной группы генов. Вещества, которые запускают весь процесс активации генома, так называемые триггер-эффекторы, могут не только образовываться в клетке в результате измененного под действием облучения метаболизма, но и быть привнесенными извне — из других тканей, внешней среды.

  В 1976 г. А. М. Кузин высказал гипотезу, что при лучевой стимуляции в качестве триггер-эффекторов могут выступать хиноны, образующиеся из полифенолов в результате радиационно-химических реакций окисления и активации полифенолоксидаз. Обнаружение этих веществ практически возможно только при больших дозах облучения, когда они образуются в высоких концентрациях (10^-3... 10^-4 М), угнетающих развитие, поэтому их первоначально и назвали радиотоксинами. В малых же концентрациях  
(10^-7...10^-8 M) эти вещества действуют стимулирующе.

  Как известно, основная поглощенная объектом энергия ионизирующего излучения реализуется в образовании высокореактивных свободных радикалов, что способствует усилению первичных окислительных процессов. Свободные радикалы в значительных количествах образуются в белках и липидах биомембран, что приводит к получению липидных перекисей и активных хинонов. Происходящие при этом конформационные сдвиги во внутренней структуре мембран клетки изменяют не только ее проницаемость, но и активность мембранных ферментов. Одним из таких наиболее хорошо изученных ферментов мембран является аденилатциклаза (АЦ), регулирующая уровень циклического аденозинмонофосфата (ЦАМФ) в организме. ЦАМФ влияет на скорость фосфорилирования белков, а также является посредником в действии многих гормонов на геном клетки. Широко известно, что ростовые гормоны, фитогормоны дерепрессируют гены в низких дозах, а в повышенных концентрациях действуют как ингибиторы, как токсические вещества. Хиноны, воздействуя на мембраны, активируют АЦ и через ЦАМФ вызывают дерепрессию генома. Активация генов в облученных объектах возможна и в результате непосредственного действия триггер-эффекторов на хроматин ядра. Так, еще в 1966 г. на изолированных клеточных ядрах было показано, что ортохиноны (например, допахинон) быстро проникают в ядра, соединяются с гистонами и тем самым снимают неспецифическую блокаду генома этими белками. Как следствие происходит усиленный синтез информационных РНК, белков, ферментов и фитогормонов, индуцирующих метаболические процессы. Это в свою очередь существенно сокращает фазы клеточного цикла на ранних стадиях развития. Так, например, по данным И. Н. Гудкова (1976 г.), гамма-облучение семян кукурузы в дозах от 5 до 10 Гр вызывало в клетках увеличение на 2% митотической активности и уменьшение длительности цикла за счет G-1 и G-2 фаз с 13,8 до 10,4 ч.

  Таким образом, образование неспецифических  триггер-эффекторов хиноидной природы  составляет один из важных механизмов общего стимулирующего действия излучения. Повышенный уровень триггер-эффекторов вызывает дерепрессию генома не только у клеток верхушечной точки роста, но и в боковых почках, что ведет к увеличению числа боковых побегов, усиленному ветвлению у стимулированных растений.

  Многолетние экспериментальные испытания в  полевых и производственных условиях Поволжья (В. И. Костин, 1989 г.) показали, что при облучении семян яровой пшеницы дозой в пределах 2,5...5 Гр, сахарной свеклы 10... 12 Гр, томатов и огурцов 2,5...3 Гр отмечается активация ферментов из класса оксидоредуктаз. Эти ферменты осуществляют гидролиз запасных веществ, в частности альфа- и бета-амилаз при прорастании семян, особенно на вторые-третьи сутки проращивания. В результате наблюдается более высокая степень расходования питательных веществ. Как ответная реакция на раздражимость возрастает интенсивность дыхания, увеличиваются активность фермента каталазы и содержание редуцирующих сахаров.

  Наряду  с увеличением урожая в результате предпосевной обработки в растениях  активизируется накопление органических веществ, которые выработались в  процессе эволюции растений данного вида: белка для пшеницы, сахарозы для сахарной свеклы. Усиливается минеральное питание. Следует отметить, что растения, выращенные из облученных семян по интенсивной технологии, полнее используют минеральные удобрения.

  Проведены многочисленные исследования по предпосевному облучению клубней, корневищ и черенков. Результаты работ в этом направлении показали, что гамма-облучение находящегося в покое посадочного материала в оптимальных дозах вызывает более быстрое и обильное пробуждение точек роста, корнеобразования. Так, максимальная стимуляция картофеля происходит при облучении клубней в дозах от 0,5 до 5 Гр. Массовые испытания, проведенные в производственных условиях ряда хозяйств Московской, Ленинградской, Орловской и других областей, показали, что гамма-облучение дозой 3 Гр или ускоренными электронами дозой 1 Гр клубней (сорт Лорх) за 2...6 сут до посадки обеспечивает стабильное повышение урожая картофеля на 18...25 %. Одновременно наблюдали увеличение содержания крахмала.

  При предпосевном облучении корневищ мяты (5 Гр) также наблюдали пробуждение  значительно большего числа глазков  и образование побегов, прибавку зеленой массы по сравнению с  контролем.

  Облучение черенков ягодных культур: крыжовника в дозе 5 Гр, черной и красной смородины (20 Гр) — приводило к их лучшему укоренению, большему годовому приросту, увеличению содержания хлорофилла и в конечном итоге увеличению урожая крыжовника на 60 %, черной смородины на 16, красной смородины на 63 %. Облучение усов земляники дозой от 5 до 15 Гр при последующем тепличном культивировании приводит к увеличению урожая ягод на 30 %.

  Механизм  стимулирующего действия ионизирующего  излучения в данном случае такой  же, как при предпосевном облучении  семян. На это указывают работы по выделению хинонов из клубней картофеля.

  Значительный  практический интерес представляет облучение черенков при прививках. Гамма-облучение черенков или подвоя виноградной лозы на гамма-установке  «Стерилизатор» дозой порядка 10...30 Гр значительно увеличивает выход полноценных прививок — от 11 до 34 %. Вследствие дерепрессии генома усиливаются процессы роста и деления клеток, что будет способствовать более интенсивному срастанию тканей привоя с подвоем. При этом выражено интенсивное деление клеток в камбиальном слое на стыках срастания подвоя с привоем, изменение активности фосфотаз.

  При прививках используют также явление  радиационного преодоления тканевой несовместимости подвоя с привоем. Использование ионизирующего излучения  для преодоления иммунологической несовместимости широко исследовалось на животном организме в связи с задачами пересадки тканей и органов в медицинской практике.

  Облучение подвоя (2...3) 10-² Гр снижает антителогенез в ответ на проникновение чуждых антигенов привоя, что задерживает реакцию отторжения и дает возможность размножающимся клеткам привоя образовать общую ткань с подвоем. В результате возникает иммунологическая толерантность облученного реципиента к трансплантируемой ткани.

  Эта принципиально новая технология позволила чисто радиобиологическим методом заменить чрезвычайно трудоемкие ручные операции в виноградарстве современными механизированным и автоматизированным процессами, улучшить качество продукции и повысить ее выход в производственных условиях.

  Стимулирующее действие ионизирующих излучений используют при разведении лекарственных растений, для ускорения роста и увеличения выхода лекарственно-ценного вещества (алкалоидов и др.).

  3 Использование ионизирующих  излучений для  повышения хозяйственно  полезных качеств  птицы

  По  всей вероятности, механизм стимулирующего действия малых доз ионизирующих излучений на организм животных на молекулярно-биологическом уровне вряд ли может существенно отличаться от действия на растения. Следует лишь отметить, что роль специфических гормонов, индуцирующих запуск характерных метаболических процессов, которые обусловливают активацию развития, выполняют гормоны животных, и в первую очередь, по-видимому, стероидные гормоны, контролирующие эти процессы (Гудков, 1989 г.). Об этом свидетельствуют и данные Г. Л. Лукша с соавторами (1989 г.), которые установили, что у крыс-самцов при облучении дозой 0,5 и 1 Гр происходят определенные изменения в системе рецепторов стероидных гормонов клеток различной чувствительности. Наиболее чувствительной к воздействию ионизирующих излучений оказалась рецепция андрогенов в простате крыс. Облучение дозой 0,5... 1 Гр приводит к 7...8-кратному снижению числа мест связывания андрогенов в цитозоле во все исследованные сроки (10...60 дней). Таким образом, при облучении малыми дозами происходит перераспределение фракций кортикостерона в пользу биологически активного, не связанного с транскортином гормона. Вместе с этим, по данным Т. В. Дудина с соавторами (1989 г.), при облучении половозрелых крыс-самцов дозой 0,5 Гр рецепторное связывание³Н-кортикостерона в гипоталамусе повышается, что свидетельствует об увеличении доли связанного гормона. На фоне измененного гормонального уровня происходят сдвиги в соотношении между отдельными изоферментами, которые приводят к изменению обменных процессов. Это связано с тем, что многие ферменты являются адаптивными к гормонам надпочечников (А. Г. Шкулев, 1989 г.).

  О стимулирующем действии ионизирующих излучений на животный организм можно  судить по ускорению или повышению  под влиянием облучения таких  факторов, как рост, развитие, продуктивность.

  Первые  попытки практического использования  ионизирующих излучений для повышения  продуктивности сельскохозяйственных животных были сделаны в птицеводстве путем облучения яиц до и после  инкубации, а также облучения цыплят и кур в различные возрастные периоды. Еще в 1963 г. А. М. Кузин, И. Г. Костин и другие авторы показали, что хроническое облучение яиц в первые дни инкубации микродозами гамма-лучей (суммарная доза 0,012.. .0,03 Гр) увеличивает выводимость и выживаемость в среднем на 2,6 %, а яйценоскость выросших кур на 7 %.

  Большой интерес для промышленного птицеводства представляли полупроизводственные исследования, проведенные на Ташкентской птицефабрике с предынкубационным гамма-облучением дозой 0,03...0,05 Гр куриных яиц перед закладкой в инкубаторы. При этом использовали опытно-производственную гамма-установку производительностью 7000 яиц в смену. Эксперименты показали усиление интенсивности роста и развития куриных эмбрионов, увеличение выводимости, выживаемости цыплят и повышение яйценоскости кур (табл. 1).

  Влияние радиационной обработки яиц на контрольную  выбраковку и отходы инкубации