Глава 8. Невидимые лучи управляют жизненными процессами

В паши дни после освоения методов получения искусственных радиоизотопов, создания атомных реакторов и различных систем ускорителей ионизирующая радиация стала легкодоступным физическим фактором, находящим все новое и новое применение в человеческой деятельности. Такие радиоактивные изотопы, как кобальт-60 и цезий-137 (жесткое γ-излучение, длительный период полураспада), прочно заняли свое место как удобные излучатели, стоимость которых быстро снижается по мере увеличения масштабов их применения и усовершенствования методов производства.

Благодаря ядерным реакторам все шире используются не только γ-излучение, но и потоки нейтронов различной энергии, а современные ускорители могут дать широкий ассортимент лучей, состоящих из электронов, протонов, дейтонов, осколков ядер тяжелых атомов, π-мезонов и многих других.

Из предыдущих глав нам уже известно, сколь могучим фактором являются эти невидимые излучения в случае их воздействия на живые организмы. Мы рассматривали излучения с точки зрения их опасности, безвредности или пользы для биосферы, живых организмов и, конечно, человека. Нас особенно интересовали те уровни радиации, которые существуют на Земле и которые создает человек в процессе своей деятельности.

В этой главе мы рассмотрим те же воздействия, но с другой точки зрения. Нас будет интересовать, какую пользу может получить человечество от сознательного, целенаправленного использования воздействия ионизирующей радиации на живую природу. На каких научных основах может и должно базироваться практическое использование "невидимых лучей" в таких сферах человеческой деятельности, как медицина, сельское хозяйство, пищевая и микробиологическая промышленность. Как использовать радиацию для повышения благосостояния общества, увеличения его ресурсов, укрепления здоровья, улучшения производительности многочисленных производств, связанных с сырьем растительного или животного происхождения.

Хорошо известно, что результат воздействия любого физического фактора (ионизирующая радиация не является исключением) на живые организмы зависит, прежде всего от дозы, от количества поглощенной энергии. Из предыдущих глав мы узнали, что в малых дозах ионизирующая радиация может стимулировать течение многих биологических процессов. При несколько больших дозах начинает заметно проявляться мутагенное действие радиации. В еще более значительных дозах облучение будет задерживать и даже полностью подавлять рост, развитие организма. И наконец, при дальнейшем увеличении дозы воздействия начинается массовая гибель клеток, тканей, живых организмов.

Следует подчеркнуть, что разделение на малые, средние и большие дозы облучения весьма условно, так как зависит от радиочувствительности облучаемого организма, которая, как мы видели, выше, может меняться в значительных пределах у представителей разных видов. Так, например, для растений дозы в пределах 500- 1000 рад часто стимулирующе действуют на развитие - их следует отнести к относительно малым дозам, но эти же дозы для теплокровных животных могут быть смертельными, т. е. они будут отнесены к классу больших доз облучения.

В табл. 16 приведена схема практического использования различных уровней радиации. На ней показано, что в 18 видах практической деятельности человек использует "невидимые лучи". Область их применения расширяется с каждым годом. Рассмотрим вкратце успехи, трудности и перспективы в некоторых из перечисленных областей применения.

Радонотерапия в медицине

Это самый древний и весьма действенный путь использования общего стимулирующего действия очень малых доз радиации для повышения сопротивляемости нашего организма различным неблагоприятным факторам. Еще задолго до открытия человеком ионизирующих излучений народная медицина обнаружила природные источники, обладающие целебным действием. Так, например, уже более двух столетий назад стали известны целебные свойства источников Цхалтубо, и только в 1913 г. Н. Д. Купцис обнаружил в них значительное содержание радона, а в 30-40-х годах было уже экспериментально доказано, что лечебный эффект, наблюдаемый после приема ванн и питья воды из этих источников, обязан очень слабому облучению во время месячного прохождения лечения. Примерно такова же история всемирно известных радиоактивных источников: Баден-Бадена в ФРГ, Брамбаха в ГДР, Масутами-Спрингс в Японии и многих других.

Таблица 16. Практическое использование ионизирующей радиации

Как мы уже отмечали в главе 6, радонотерапия с успехом применяется при самых различных заболеваниях, что объясняется воздействием не на пораженный орган, а на весь организм - т. е. общим оздоровляющим действием, мобилизацией всех защитных сил организма, нормализацией его естественных функций. Это позволяет организму преодолевать те нарушения, которые являются причиной заболевания.

Действительно, в многочисленных экспериментальных исследованиях на животных, наблюдениях и анализах у человека было показано, что под влиянием очень небольших облучений за месяц лечения стимулируется активность ряда систем организма. Так, например, почти в два раза повышается активность макрофагов. Это одна из ведущих систем, стоящих на страже нашего здоровья, постоянно уничтожающих в нашем организме отмершие клетки, посторонние инфекционные начала. Таким образом, активируются те клетки, которые, по меткому выражению И. И. Мечникова, являются "подметателями" в нашем организме, очищающими его от посторонних вредных вторжений.

Чешские ученые на морских свинках показали резкое возрастание синтеза лизоцима в тканях и крови Животных после радонотерапии. Его содержание растет в процессе воздействия радоновых ванн и затем в течение нескольких месяцев удерживается на более высоком уровне по сравнению с нормой.

Лизоцим - один из важных компонентов общего неспецифического иммунитета животных организмов, повышающий их сопротивляемость различным инфекциям. Под влиянием радоновых ванн усиливается иммуногенез (увеличивается в крови титр агглютининов, антител). При радонотерапии усиливается общий обмен организма, что способствует ликвидации различных патологических отклонений от нормы и повышает общий жизненный тонус.

Естественно возникают вопросы: почему столь слабые воздействия радиации на человеческий организм оказывают значительный оздоровительный эффект? Каковы механизмы такого действия радиации? Как понять наблюдаемые явления на молекулярном уровне?

Прежде всего необходимо подчеркнуть, что речь идет о влиянии на естественные регуляторные процессы. Малые дозы радиации ничего не разрушают и ничего не создают - они только способствуют проявлению имеющихся возможностей у организма, т. е. играют роль спускового устройства, триггера-эффектора (Триггер-эффектор - вещества, возбуждающие в организме те или иные процессы. Все гормоны действуют как триггер-эффекторы.), как бы запускающего в действие ту систему, которая до этого находилась в нерабочем или малоактивном состоянии.

Регуляция жизненных процессов достаточно хорошо изучена. Ведущее место в такой регуляции занимают реакции, возникающие в биомембранах клетки. Рассмотрим в общем виде современные представления о стимуляции развития, о переходе из состояния физиологического покоя в активное.

Покоящаяся клетка имеет в своем геноме всю нужную информацию для перехода из одного состояния в другое. Заключенная в определенных участках ДНК, она зарепрессирована, не считывается в синтезе информационной РНК, и клетка пребывает в покое.

Но вот в клетку попадает одна молекула гормона, несущая функции возбудителя, - триггера. Связываясь с молекулой рецептора, включенного в мембрану клетки, она вызывает изменение липидной структуры мембраны. В результате многие ферменты, включенные в липидный слой мембраны, из неактивного состояния переходят в активное. Особый интерес представляет активация фермента аденилатциклазы, которая в активном виде превращает АТФ в биологически активное соединение, именуемое циклическим аденозинмонофосфатом или, короче, ц-АМФ.

Надо помнить, что ферменты работают с поразительной скоростью. Одна молекула активированной аденилатциклазы за секунду сумеет синтезировать сотни молекул ц-АМФ. Повышение уровня ц-АМФ ведет к активации протеинкиназы, запускающей механизм дерепрессирования ряда генов, на которых и начинается синтез информационной РНК. Из ядра и-РНК поступает в цитоплазму, а там по программе, заложенной в ней, синтезируются ферменты, необходимые для перехода клетки в следующую фазу развития. Так, ничтожный толчок - действие только одной молекулы гормона - приводит к пуску сложной цепи процессов. В результате проявляется уже видимый эффект на всей системе: клетка делится, дифференцируется, из состояния покоя переходит в активное состояние метаболизма.

Богатые энергией кванты ионизирующей радиации, проникая в биомембраны, будут образовывать на своем пути весьма биологически активные перекиси и семихи-ноны. Достаточно образования одной-двух молекул таких активных веществ в липидном слое биомембраны, чтобы произошли изменения ее структурной упаковки, ведущие к активации ферментов, включенных в эту структуру, в том числе и аденилатциклазы. (То, что подобная активация под влиянием малых доз облучения действительно происходит, было показано в эксперименте.) Далее все идет по естественному пути, описанному выше. Очень малое первоначальное воздействие приводит к активации именно тех систем, которые в норме, согласно генетической программе, должны функционировать в данных клетках, тканях и органах. Но опасайтесь увеличивать дозу воздействия. Массовое образование тех же перекисей и хинонов оказывает токсическое действие на мембраны, клетки и организм в целом. Если при ничтожно малых дозах облучения в процессе радонотерапии вероятность повреждений уникальных генетических систем практически равна нулю, то с повышением дозы она может приобрести практически значимую величину - со всеми вредными для организма последствиями, которые мы рассмотрели в главе 4.

Предпосевное γ-облучение семян сельскохозяйственных культур

Исстари и до наших дней в погожие весенние дни человек высевает семена в почву, ухаживает за всходами, с упованием глядит на небо, дарующее влагу дождя, тепло и свет солнца, чтобы налилось зерно, созрел урожай, который несет ему жизнь, чтобы получить из одного посеянного зернышка 10, 20, 40 полновесных семян; собрать с засеянного гектара 20, 40, 60 ц зерна; иметь в собранном урожае повышенное содержание белка, масла, сахара; добиться более раннего созревания урожая или собрать его до наступления холодов - все это задачи первостепенной важности, от правильного решения которых зависит благосостояние народа, процветание страны.

Для получения высоких урожаев используются передовые достижения науки и техники. Почва обрабатывается не вручную, мотыгой или сохой, а мощными тракторами с сельскохозяйственной техникой. В нее вносятся в виде удобрений все необходимые для развития растений элементы. Для посева используют сортовые семена, терпеливо выведенные на селекционных станциях. Широко применяют мелиорацию и искусственное орошение побегов. Растущие растения обрабатывают культиваторами, дают подкормку, их охраняют от насекомых-вредителей. Урожай убирают специальными уборочными машинами.

Урожаи растут, но не беспредельно. В каждой стране, области, районе устанавливается определенный лимит в зависимости от почвенно-географических и климатических условий, культуры земледелия, уровня технической и химической оснащенности, качества районированных сортов. Повысить этот лимит оказывается нелегко. Как показали радиобиологи, "невидимые лучи" в этом могут оказать немалую помощь сельскому хозяйству. Посмотрим на задачу повышения и улучшения качества урожая не с агрохимических, а с современных общебиологических позиций.

Все развитие растения, его цветение и плодообразование запрограммировано в генетическом материале семени. В процессе эволюции и последующей длительной селекции данного сорта в молекулах его ДНК сложился тот уникальный набор генов, который при правильном ведении семенного хозяйства передается из поколения в поколение, обусловливая передачу всех наследственных свойств, в том числе определенного типа обмена веществ, который приводит к формированию конечного результата - урожая.

Можно изменить и количество и качество урожая, изменяя генетическую программу растения. Ионизирующая радиация является одним из мощных факторов, меняющих наследственные программы развития. Предпосевное γ - облучения семян ставит задачу полностью сохранить их наследственные свойства, не затронуть генетическую программу развития, но повысить количество и улучшить качество урожая, затрагивая другие системы. Что же это за системы?

Каждый агроном-практик знает, что иметь высокосортные семена, т. е. семена с наиболее хорошей генетической программой, - существенное условие успеха, но далеко не единственное. Мало иметь хорошую генетическую программу, надо создать условия для ее возможно более полной реализации. Известно, что для реализации генетической программы, заложенной в хроматине клеток зародыша семени, т. е. для его прорастания, роста, развития, цветения и созревания необходимы влага, тепло, свет, макро- и микроэлементы почвы и углекислота в атмосфере. Наибольший эффект будет при определенном оптимуме каждого из этих многочисленных факторов. Понизьте или повысьте любой из перечисленных факторов - и реализация генетической информации пойдет с иной скоростью, конечный результат ухудшится.

В условиях любого хозяйства почти никогда не достигается оптимум всех факторов, т. е. возможности, заложенные в генетической программе, не реализуются в полной мере. Таким образом, приходится тем или иным приемом способствовать более полной реализации (при данных условиях) максимальных возможностей данного сорта. Именно такую стимуляцию, оказывается, и способны осуществить γ-лучи при предпосевном облучении семян в оптимальных дозах.

Чем же объясняется подобное свойство ионизирующей радиации?

γ-кванты, кванты ультрафиолетового излучения Солнца и, наконец, кванты видимого света - это только различные представители (с различной энергией) лучистой энергии, в потоках которой шла эволюция жизненных форм на нашей планете и возникла именно такая форма (растения), которая не может существовать и развиваться без лучистой энергии видимого света.

Кванты видимого света по сравнению с ультрафиолетовым излучением, γ-квантами, наименее богаты энергией. Чтобы использовать их энергию, у растений есть специальные молекулы - пигменты, поглощающие видимые лучи той или иной длины волны. При этом молекула пигмента переходит в энергетически возбужденное состояние, что дает ей возможность осуществить определенные реакции. Всем известно, что молекулы хлорофилла за счет энергии поглощенных квантов красного света осуществляют фотосинтез. Гораздо менее известны другие фотореакции, связанные с возбуждением молекулы рецептора квантом лучистой энергии, но которые активируют геном, заставляют его реализовывать заложенную в нем информацию.

Эти процессы были хорошо изучены на семенах обычного салата. Если взять жизнеспособные сортовые семена салата и выдержать их в темноте при низкой температуре, а потом в темноте поместить в условия, благоприятные для прорастания (влага, кислород, тепло), то такие семена не прорастают. Генетическая информация, необходимая для прорастания, у них сохранена, но она не может проявиться в темноте, так как геном блокирован, и нет фактора, снимающего этот вынужденный покой. Облучим такие семена красным светом в течение 10-15 мин и перенесем их в прежние условия. Семена начнут прорастать. Достаточно было поглощения нескольких квантов лучистой энергии, чтобы "пробудить", казалось бы, безжизненные семена.

Физиологи растений детально исследовали это явление. Оказалось, что в мембранах клеток зародыша находится особый белок - фитохром, поглощающий кванты красного света. Поглотив лучистую энергию, он переходит в возбужденное состояние, меняет свою пространственную структуру, что приводит к изменению липидного слоя мембраны и активации ряда ферментов, в том числе аденилатциклазы. Начинается синтез циклической АМФ. Это вещество, как нам уже известно, непосредственно участвует в деблокировании генома. Начинается синтез информационной РНК и соответствующих ферментов, т. е. реакции обмена, которые необходимы для прорастания. Кванты лучистой энергии оказались тем спусковым устройством, которое стимулировало к жизни готовую систему, заключенную в микроструктурах семени, в геноме его клеток.

А как действуют кванты с гораздо большей энергией -γ-кванты? Известно, что, помимо ионизации, они способны и возбуждать любые молекулы. Автор этой книги с сотрудниками провели эксперименты с семенами салата, находящимися в состоянии покоя, в полной темноте. Очень малые дозы (50 рад) не оказывали эффекта. Облучение в дозе 100 рад вызвало прорастание 5-10%. семян. Оптимальной оказалась доза в 200 рад: она дала тот же эффект, что и облучение красным светом. Особенно сильный эффект давало γ-облучение в 200 рад на фоне красного света, значительно усиливая действие последнего.

Интересно, что эффект прорастания у семян салата можно вызвать, действуя на них растительным гормоном - гиббереллиновой кислотой. И красный свет, и гиббереллиновая кислота пробуждают к прорастанию около 30% взятых для эксперимента семян. Но если действуют одновременно оба фактора, то прорастает почти 100%. Близкая картина получилась и при облучении γ-квантами на фоне гиббереллиновой кислоты. Все эти эксперименты указывают, что стимулирующее действие малых доз γ-радиации тесно связано с возбуждением молекул в мембранах зародыша, с их вмешательством в процессы, активирующие геном.

Действительно, во многих исследованиях было показано, что под влиянием у-облучения (в очень небольших дозах) меняется проницаемость биомембран для молекул и ионов, изменяется скорость транспорта таких важных для процессов регуляции ионов, как ионы калия, натрия, кальция, магния. При этом изменения в одном направлении при малых дозах облучения, благоприятном для процессов жизнедеятельности, сменялись противоположным, неблагоприятным действием при больших дозах облучения. Первичные продукты окисления полифенолов, ненасыщенных жирных кислот, образующиеся при γ-облучении растительной ткани, принимают активное участие в изменениях биомембран и, как следствие, в активации и угнетении генома, т. е. в стимуляции или замедлении развития.

Если подействовать этими веществами в концентрации 10^-3-10^-4 М на семена, то можно наблюдать угнетение их развития, роста, аналогичное их облучению в дозе несколько тысяч рад. Но достаточно снизить концентрацию этих веществ в сто-тысячу раз, и они будут оказывать стимулирующее воздействие (увеличивая процент проросших семян, ускоряя рост проростков), подобно действию малых доз радиации, что указывает на их непосредственное участие в этом явлении.

Радиобиологи тщательно исследовали процессы, происходящие в облученных семенах растений во время их прорастания и дальнейшего развития. Накоплен большой экспериментальный материал на молекулярном, субклеточном, клеточном и организменном уровнях. Опираясь на эти, данные, можно следующим образом представить цепь событий, лежащую в основе повышения урожая и улучшения его качества при предпосевном γ-облучении семян.

В момент облучения в структуре семян возникает множество длительно живущих свободных радикалов и возбужденных молекул. Основная их часть находится в лигнине оболочки, в белках и липидах биомембран. Впервые часы после намачивания семян при доступе кислорода эти радикальные и возбужденные формы молекул будут давать перекиси, хиноны, что приведет к изменению структуры биомембран, изменению активности ферментов, связанных с мембранами, изменению транспорта ионов, т. е. отразится на регулирующих функциях биомембран.

Перекисные и хиноидные молекулы (вероятно, возникающие и при нормальном развитии) будут играть роль неспецифических триггер-эффекторов, дсрепресси-рующих через циклическую АМФ определенные участки генома. Под влиянием облучения как бы запускается цепь событий, лежащая в основе развития:

Образование тиггер - эффектора → Деблокирование, дерепрессия генов → Синтез и - РНК → Синтез ферментов → Новая стадия метаболизма

Действительно, экспериментально было показано, что в первые же часы намачивания в семенах, облученных в стимулирующих дозах, почти в два раза интенсивнее идет синтез и-РНК, синтез белков ферментов. Интенсификация приводит к усилению на самых ранних стадиях развития синтеза в клетках зародыша специфического триггер-эффектора - гиббереллиновой кислоты. Этот важный природный гормон, поступая в клетки аллейронового слоя, запускает там синтез гидролизующих ферментов (α-амилазы, протеазы, липазы). В облученных семенах в запасных частях начинает интенсивнее идти гидролиз углеводов, белков и липидов, продукты их гидролиза в большем количестве притекают к клеткам зародыша, что вызывает интенсификацию их роста, ускорение деления, дифференциации и увеличение синтеза других ростовых гормонов - ауксина, кинетина. Повышенный уровень неспецифических и специфических триггер-эффекторов в клетках проростков семян, облученных стимулирующей дозой, приводит к усилению образования таких важнейших органелл клеток, как митохондрии и хлоропласты.

Экспериментально показано в проростках из облученных семян, что идет усиление дыхания, увеличение содержания хлорофилла, повышение интенсивности фотосинтеза (по отношению к контролю). Несомненно, что - все это существенно для дальнейшего ускорения роста и перехода в следующую стадию развития.

Повышенное содержание неспецифических и специфических триггер-эффекторов (гормонов роста) вызывает на следующих стадиях развития снятие репрессии генома не только в клетках верхушечной точки роста, куда обычно направляются гормоны, но и в боковых почках, что приведет к увеличению у стимулированных растений боковых побегов, зеленой массы.

Действительно, было показано, что у растений, развивающихся из семян, облученных в стимулирующих дозах, образуются боковые ветви, усиливается кустистость, происходит дополнительное ветвление. Значительное увеличение зеленой массы у таких растений (на 20-40% по сравнению с контрольным) в основном вызвано пробуждением точек роста, остающихся в глубоком покое % в обычных условиях.

В течение длительного периода роста в растениях, кроме синтеза углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот, количественного увеличения биомассы, происходят обменные процессы, которые приводят к образованию нового триггер-эффектора - так называемого фактора цветения. Образуется он в ничтожно малом количестве, что еще сейчас создает трудности для его выделения и определения химической природы. По последним данным, циклические нуклеотиды и гибберел-линовые кислоты играют ведущую роль в проявлении активности фактора цветения. γ-облучение семян, вызвавшее ускорение начальных фаз развития, повышение уровня гормонов роста, усиление фотосинтеза, приводит и к ускорению синтеза фактора цветения. Он появляется раньше и в большем количестве. На это указывают многочисленные наблюдения над развитием растений из облученных семян: они зацветают на несколько дней раньше контрольных, у них большее количество клеток претерпевает дифференциацию, необходимую для образования плодоносящих органов.

В процессе онтогенеза растение претерпевает несколько фаз развития. Каждая из них возникает благодаря образованию определенного уровня триггер-эффекторов в предыдущей фазе развития. Стимуляция, вызванная облучением на первых фазах развития пробуждающегося семени, инициирует более раннее и более интенсивное образование эффекторов в последующих стадиях, что приводит к общей стимуляции развития и увеличению урожая. Анализ урожая, полученного от посева облученных в оптимальной дозе семян, показал, что происходит не только увеличение его количества (в среднем на 10-15%), но и изменение химического состава, т. е. качества. В моркови, например, увеличивается содержание каротина, в сахарной свекле - сахарозы, у масличных культур - содержание масел.

Эти наблюдения показывают, что при предпосевном γ-облучении семян в стимулирующих дозах не происходит изменения эволюционно сложившегося типа обмена веществ, для различных видов растений. Усиливается лишь интенсивность данного обмена. Это делает понятным, почему у моркови, растения, у которого обмен веществ направлен на синтез каротина, увеличивается именно содержание каротина, а у сахарной свеклы, в которой длительной селекцией выработан обмен, направленный на накопление в ее клубнях сахарозы, увеличивается содержание именно этого вещества.

Согласно представлениям, выдвинутым А. М. Кузиным в 1974 г., о роли триггер-эффекторов в стимуляции развития растений γ-облучением семян, осуществляется эстафетная передача результатов начального облучения семян на последующие стадии онтогенеза. Каждая стадия развития наступает раньше и проходит интенсивнее, что и ведет к повышению урожая.

Как использовать способность γ-лучей повышать всхожесть семян, стимулировать рост, вызывать к развитию большее количество почек, увеличивать урожай и улучшать его качество в практике сельского хозяйства? Для этого требовалась новая техника, позволяющая быстро облучать семена в нужной дозе, непосредственно в полевых условиях, не нарушая правил агротехпики. Впервые такая техника была создана в Советском Союзе.

В качестве источника радиации взяли цезий-137, нуклид, излучающий не очень жесткие γ-лучи, что давало возможность создать вокруг него сравнительно легкую, но надежную защиту. Источники цезия-137 располагались радиально вокруг рабочего канала, через который проходили семена. Механические устройства позволяли точно регулировать скорость прохождения зерна и тем самым дозу γ-облучения, которую они за это время получали. Установка смонтирована на автомобиле ЗИЛ-131, снабжена транспортерами и другими приспособлениями, позволяющими непрерывно пропускать зерно через облучатель, а затем загружать в сеялки. Мощность источников радиации позволяет обрабатывать около 1 т семян в час, в зависимости от дозы. Эта самоходная автоматизированная установка получила название "Колос". В 1968 г. по инициативе Института биологической физики АН СССР с помощью этой установки начались широкие производственные испытания метода предпосевного γ-облучения семян. Производственные испытания этого метода проводились в течение трех лет в Молдавской ССР в содружестве с Кишиневским институтом сельского хозяйства Молдавской ССР. За три года было облучено 230 т семян, проанализировано 202 производственных опыта на общей площади 9193 га. В среднем урожай зерна кукурузы увеличился на 11-13% и силосной массы па 30%.

С 1972 г. метод предпосевного облучения семян был внедрен в Молдавской ССР в практику. В 1975 г. на полях Молдавии работало уже 8 установок "Колос", в Павлодарской области Казахской ССР - 10 установок. Началось внедрение метода в Киргизской ССР (две установки "Колос"), в Грузинской ССР и Белорусской ССР (по одной установке), в Рязанской области РСФСР (одна установка).

В 1977 г. начались испытания метода в северных районах нашей страны по инициативе филиала Академии наук Коми АССР. Установки "Колос" работают в Болгарии и на полях ГДР. Метод дал экономически выгодные результаты па ряде сельскохозяйственных культур. Облучение семян кукурузы позволяет увеличить урожай зерна и силосной массы, а при γ-облучении подсолнечника повышается не только урожай, но и содержание масла в ядрах семени. Этот прием дает возможность увеличить сахаристость сахарной свеклы, содержание каротина в моркови, витамина С в капусте. Метод очень перспективен в тепличных хозяйствах. Его широко применяют в Болгарии при получении раннеспелых помидоров.

Большая исследовательская работа, проведенная НИИ картофельного хозяйства РСФСР, показала перспективность предпосевного облучения клубней картофеля ускоренными электронами. При этом увеличивается урожай на 15% и повышается питательная ценность картофеля за счет увеличения содержания крахмала, витамина С и содержания незаменимых аминокислот в белках. В настоящее время разрабатывается производственная установка для облучения клубней картофеля ускоренными электронами.

Метод предпосевного облучения представляет интерес для труднопрорастающих семян и медленнорастущих кустарниковых и лесных пород. В лабораторных и полупроизводственных условиях показана перспективность метода для обработки семян ценных лекарственных растений. Так, например, у солодки уральской на 20-40% увеличивается прорастание трудновсхожих семян и почти двукратно усиливается скорость роста корня, из которого добывается ценная для медицины глицеризиновая кислота. Предпосадочное облучение черенков значительно повышает их укоренение или прививку.

Ионизирующая радиация - не единственный физический фактор, способный стимулировать развитие семян при всех прочих равных агрохимических условиях. Близкие результаты были получены при предпосевной обработке семян ультрафиолетовым светом, лучами лазера, светоимпульсным облучением, токами высокой частоты.

Теория триггер-эффекторов активирующих геном клеток зародыша хорошо объясняет получение одинаковых эффектов при действии столь разнородных факторов. Все они, воздействуя на биомембраны, осуществляют первичную активацию генов (эволюционно подготовленных к восприятию сигнала от триггер-эффектора). Последующая картина усиленного синтеза новых триггер-эффекторов и эстафетная передача первичного импульса в дальнейшие стадии онтогенеза идут уже по одному механизму, и, несмотря на различную природу первичного толчка, конечный результат оказывается очень сходным. Действительно, все эти факторы дают близкие эффекты по ряду показателей - ускорению роста, более раннему цветению, увеличению урожая.

В практику следует внедрять такие факторы, которые более экономичны, легко могут применяться в полевых условиях, не требуют для своего применения высококвалифицированных специалистов и специальной техники. По этим показателям полевые передвижные установки с γ- излучателями имеют ряд неоспоримых преимуществ, что гарантирует им дальнейшее, все более широкое внедрение в практику передового сельского хозяйства.

Использование малых доз γ-радиации в птицеводстве

Современные крупные птицефабрики по индустриальному производству яиц и птицы требуют простых, доступных, легко вписывающихся в технологию методов, стимулирующих темпы роста и развития молодняка, повышающих яйценоскость несушек и тем самым увеличивающих продукцию фабрики. Прирост в 5 -10% выражался бы в миллионах яиц дополнительной продукции. Вот почему в Советском Союзе и за рубежом были проведены исследования возможностей использования стимулирующего действия γ-радиации в птицеводстве.

Было исследовано облучение цыплят, яиц в процессе инкубации и прединкубационное облучение яиц.

При однократном облучении в диапазоне 10-25 рад некоторые авторы отмечали более быстрое развитие и половое созревание цыплят. Курочки облученной группы начинали яйцекладку на 7-10 дней раньше контрольных: яйценоскость за первые 12 месяцев увеличилась на 15-25%- Ученые показали ведущую роль облучения гипоталамуса, интенсификации нейросекреторных процессов в активации секреции гонадотропинов и длительной стимуляции овогенной функции яичника птицы. В данном случае теория триггер-эффекторов полностью объясняет наблюдаемые факты.

В главе 7 уже сообщались результаты облучения яиц в процессе инкубации и перед закладкой в инкубатор.

Несмотря на близость результатов всех трех приемов облучения, для внедрения в практику следует рекомендовать предынкубационное облучение яиц в дозе 4 рад как наиболее легко осуществимое в производственных условиях.

В настоящее время разрабатывается стационарный γ-облучатель, через который будут проходить лотки с яйцами перед закладкой в инкубатор. При малых дозах, необходимых для стимуляции, на процедуру облучения потребуются считанные секунды, что не нарушит ритм работы птицефабрики и позволит получить за год несколько миллионов дополнительной продукции.

Использование малых доз γ-радиации в рыбной промышленности

При строительстве гидроэлектростанций резко нарушен ход рыбы к ее естественным нерестилищам, и все большее значение стали приобретать рыбозаводы с искусственным оплодотворением икры, выращиванием мальков и их последующим выпуском в естественные водоемы. Среди многих трудностей, с которыми сталкиваются при этом работники рыбной промышленности, не последнее место занимает плохая оплодотворяемость икры в искусственных условиях и низкая жизнеспособность получаемых мальков. Применение "невидимых лучей" в рыбной промышленности весьма перспективно.

Исследование, проведенное канадскими учеными в 1972 г. по оплодотворению икры радужной форели спермой, облученной в дозах 25-400 рад, показало, что при относительно малых дозах в 25-50 рад увеличивается процент оплодотворения и выживаемость эмбрионов на ранних и поздних стадиях развития, что может быть с пользой применено на рыбозаводах. Полезный выход продукции значительно перекрывает вредный мутагенный эффект (уродства развития), проявляющийся при этих дозах крайне редко. Авторы не исследовали более низкие дозы, которые могут быть еще более перспективны для использования в практике.