Действие проникающих излучений на растения. Влияние радиации на растения

Влияние радиоактивных веществ на растения

Радиоактивные вещества поступают в растения двумя основными путями: загрязнения растений радиоактивными веществами, которые оседают из атмосферы непосредственно на растения и усвоения растениями радионуклидов из почвы. В вегетационный период загрязнения растений радионуклидами может происходить одновременно двумя путями.

Загрязнение сельскохозяйственных растений внекорневой путем поступления обусловливается природой радиоизотопов, условиями внешней среды, физико-химическими свойствами радиоактивных веществ и б биологическими свойствами росли.

Уровни радиоактивного загрязнения растений зависят от концентрации радионуклидов в атмосфере и интенсивности их оседания. Значительную роль играет дисперсность радиоактивных веществ, чем крупные частицы, т тем меньше их задерживается на растениях на степень фиксации растениями радионуклидов влияют химические свойства. У растения проникают наиболее подвижные радионуклиды, в первую очередь йод и цезийзій.

На степень радиоактивного загрязнения растений влияют морфологические особенности. Задержка растениями радиоактивных веществ увеличивается с ростом и развитием вегетативной массы, с горизонтальным размещен нням листьев и стеблей, наличием складок, морщинистости, опушености и смолистых отложенияхь.

На уровне радиоактивного загрязнения существенно влияют условия внешней среды. Повышенная влажность воздуха увеличивает степень задержания на растениях радиоактивных веществ, и наоборот, сильный дождь змы ивае их с рослин.

Уменьшение загрязнения растений радионуклидами со временем уменьшается благодаря действию всех факторов внешней среды: смыванию дождем, сдувания ветром, отряхивания животными, опадение с отмершим старым л листья.

Облучение растений происходит радиоактивными веществами, находящимися на растениях и на поверхности почвы

Радиационное поражение растений в основном происходит вследствие бета-излучения. Бета-лучи сильнее поглощаются органами растений: листьями, стеблями, точками роста, генеративными органами и семенами

В общей поглощенной растениями дозе излучения доля бета-излучения может в 10-15 раз превышать долю гамма-излучения в зависимости от вида и высоты растений, т.е. доза облучения, как ку получает, растение в 10-15 раз выше экспозиционной дозы гамма-излучения с дозиметрическими приборам.

При поражении радиоактивными веществами растений весной и летом в момент их активного роста содержание радионуклидов оказывается наиболее высоким в вегетативных органах - листьях и стеблях растений. Зерно забрю уднюеться меньше и неодинаково у разных культур и сортов: больше в колосовых за счет непосредственного попадания на них радиоактивных веществ, меньше - в бобовых и кукурузыи.

Лучевое поражение у растений проявляется в торможении и задержке роста, снижении урожайности, уменьшении репродуктивных свойств семян, клубней и корнеплодов. Снижаются пищевые качества урожая. Тяжелое е поражение приводит к полной остановке роста и гибели растений через несколько дней или недель после облученияня.

Облучение растений может быть внешним, внутренним и смешанным. При внешнем облучении растений бета-частицы равномерно облучают все органы. Внутреннее облучение растений происходит тогда, когда ра адиоактивни вещества попадают в растения через корневую систему и письмотя.

Наличие источников внешнего и внутреннего излучения дает смешанное облучение

Степень радиационного поражения (от едва заметного подавления роста к полной потере урожая и даже гибели всех растений) зависит в основном от следующих факторов: полученной дозы облучения и радиочу утливости растений при облучении.

Радиочувствительность растений количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает определенный эффект - угнетение роста, снижение урожайности, частичную или полную гибель. Различные сельскохозяйственные культуры г имеют различную радиочувствительность. В табл 19 приведены летальные дозы облучения сельскохозяйственных культур. Радиочувствительность растений значительно зависит от их фазы развития растения, которые формируют наземные пло ди, наиболее чувствительны к облучению в фазе закладки и формирования репродуктивных органеганів.

Таблица 19. Летальные дозы однократного облучения растений в фазе вегетации

Так, пшеница, рожь, ячмень и другие злаковые культуры наиболее чувствительны в фазе выхода в трубку (табл. 20), кукуруза - в фазе выбрасывания метелки, гречка, бобовые и семенники двухлетних культур - в ранней фаз с бутонизации, картофель и корнеплоды - в фазе проростковв.

Качество семян больше снижается при облучении в фазе колошения у зерновых и цветения - в бобовых. В овощных культур семенники наиболее радиочувствительны в фазе начала бутонизации

Таблица 20. Возможные потери урожая зерна озимой пшеницы, ржи и ячменя в зависимости от суммарной экспозиционной дозы облучения и фаз развития растений в момент выпадения радиоактивных веществ,%

Радиоактивные осадки, оседая на растения, не только поражают их, но и загрязняют урожай. Загрязненность урожая радиоактивными веществами зависит от следующих факторов: плотности осадка радиоактивных ве овин; первичного задержания радиоактивных осадков в момент их выпадения на поверхности растений, зависит от вида растений, размеров и растворимости частиц осадков; потерь радиоактивных частиц с заб руднених растений, которые обусловлены смыванием частиц из растений дождями, встряхиванием ветром, опадением отмерших загрязненных частей рослин.

uchebnikirus.com

Действие радиации на растения

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА РАСТЕНИЯ

В окружающей нас Вселенной находятся колоссальные источни­ки ионизирующей ра­диации. Это так назы­ваемые «горячие звез­ды». Примером подоб­ной звезды может слу­жить наше Солнце, представляющее собой природный атомный ре­актор. В нем постоянно идут процессы распада с выделением громадных количеств энергии в виде альфа-, бета-, гамма-, икс-лучей2, нейтронных и протонных частиц. Ученые придумали интересные способы обна­ружения пути, по которому пролетают ионизи­рующие частицы. Один из них состоит в том, что в камеру Вильсона — небольшую метал­лическую коробку со стеклянной крышкой я дном — нагнетается сильно увлажненный воздух. Пролетающая через камеру ионизиру­ющая частица вызывает на своем пути образо­вание капелек воды, поскольку ионизированные частицей атомы воздуха становятся центрами конденсации. Благодаря этому путь частицы становится видимым и его можно сфотографи­ровать. Другой способ еще проще. Пролетаю­щие частицы оставляют след на фотопластинке,

Схема образования пути

ионизирующей частицы в

камере Вильсона.

Эмульсионный способ обнаружения пути ионизирующих частиц.

покрытой толстым слоем специальной эмульсии. Таким образом, частицы как бы сами фотогра­фируют свой путь или место столкновения с дру­гими частицами. Число образующихся ионов на 1 микрон пробега частицы, так же как и та энергия, которую теряет частица на своем пути, служит важным показателем для каждого вида ионизирующих частиц.

Различие в действии нейтронов (а) и рентгеновских лучей (б) на проростки ячменя: в рамках — необлученные растения, вне рамок — проростки при постепенном увеличении дозы радиации.

Многочисленные опыты показали, что плотность ионизации имеет большое значение для определения биологической реакции при облу­чении животных и растений. Например, бета-

1 Ион — часть молекулы, несущая электрический заряд.

2 Альфа-, бета-, гамма-, икс-лучи — различные виды излучений.

114

частицы стимулируют рост растений, а альфа-частицы такого действия не оказывают. По­смотрите на рисунок, где показано действие на проростки ячменя двух видов радиации — рентгеновских лучей и нейтронов. Если при действии нейтронов высота проростков равно­мерно уменьшается с увеличением дозы облу­чения, то при действии рентгеновских лучей проростки реагируют по-разному. Сейчас уже выяснено, что, несмотря на многие общие черты, присущие ионизирующим частицам, ха­рактер вызываемых ими изменений во многом зависит от вида ионизирующей радиации, дли­тельности облучения, от количества частиц в секунду, попадающих в растение, и, наконец, от фазы развития растения.

Количество ионизирующей радиации изме­ряется в особых единицах, называемых в честь известного ученого Рентгена рентгенами, со­кращенно обозначаемых буквой р.

ОХОТНИКИ ЗА... ОДНИМ ПРОЦЕНТОМ

После открытия ионизирующей радиации ученые-радиобиологи обнаружили, что облу­чение вызывает различные изменения в клет­ках и тканях растения. Так, под действием больших доз радиации изменяется форма и цвет листьев, цветков, подавляется рост. Вместе с тем отмечалось, что средние и малые дозы радиации, наоборот, способствуют ускорению роста растений. Такая стимуляция повышает урожайность многих культур, сокращает сроки созревания, повышает сахаристость плодов и т. д.

Каждое растение по-своему чувствительно к ионизирующей радиации. Эта чувствитель­ность изменяется в зависимости от фазы раз­вития. Например, для повышения урожайно­сти и усиления роста пшеницы и ячменя их проростки облучают рентгеновскими лучами в 400—750 р. Если же мы возьмем сухие семена этих культур, то они требуют в 10—30 раз большей дозы облучения. При облучении сухих семян пшеницы наряду с растениями-гигантами появились и маленькие, карликовые. При этом колос у гигантов был большой, но рыхлый, а у карликов очень ценный для селекционных целей — плотный и компактный.

Таким образом, изменения, возникающие в растениях при облучении их семян или пророст­ков, могут оказаться полезными для селек­ционеров. Можно отобрать формы, отличающие­ся высокой урожайностью, прочностью соло­мины, повышенным содержанием белка в семе­нах, величиной зерен, плодов. При скрещивании между собой этих новых форм получатся расте­ния, которые будут обладать многими ценными свойствами и признаками. Правда, из ста про­центов возникающих в растениях изменений ценным для селекционеров оказывается всего лишь один процент. Сотни исследователей в различных странах мира облучают растения в надежде получить этот заветный один процент. Когда же приходит удача, наградой исследова­телю служат сорта и формы растений с необы­чайно ценными свойствами.

Радиобиология дала в руки исследователей новый метод расшатывания наследственных свойств, получения резко измененных растений,

Разнообразные формы колосьев у озимой пшеницы, появившиеся после облуче­ния семян гамма-лучами и быстрыми нейтронами: 1 — исходный сорт; 2—18 — наследственно измененные колосья. (Из работы В. Ф. Можаевой, В. В. Хвостовой и Г. Д. Лапченко.)

115

Тот, кто думает, что селекционная работа растениевода всего-навсего опыление цветков, сильно ошибается.

НУЖНА ЛИ БЕТОННАЯ СТЕНА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ГОРОХА И ЯБЛОК

Если задать подобный вопрос человеку, не­знакомому с успехами и достижениями радио­биологии, то он, возможно, недоуменно по­жмет плечами.

А ведь в наши дни такие удивительные поля существуют. Мало того, они не только ограждены подчас высокой бетонной стеной, но опоясаны двумя рядами колючей проволоки и снабжены щитами с грозной надписью: «Опас­но для жизни! Радиоактивность!» Это гамма-поле. Оно получило такое название потому, что на нем находится источник, излучающий гам­ма-лучи.

Как же устроено это поле? В середине боль­шого огороженного участка устанавливается радиоактивный источник. Он представляет со­бой двухметровый столб, на вершине которого в специальной трубке находится излучающий гамма-лучи радиоактив­ный кобальт — Со60. На поле в радиальном на­правлении, начиная от проростков и кончая взрослыми растениями, высаживают различные культуры: пшеницу, рожь, ячмень, горох, вику, черную сморо­дину и другие кустар­никовые, а также ябло­ни, груши различных возрастов. Все эти ра­стения в течение дли­тельного времени облу­чаются, получая различ­ные дозы радиации. Именно на таком гамма-поле ученым удалось, например, получить вы­сокоурожайные, с прочной соломиной и устойчивые к заболеваниям ячмени. У облученных на поле яблонь изменя­лась величина и окраска плодов и т. п.

Ионизирующее излучение применяется те­перь и в цветоводстве. Облучение тюльпанов и гиацинтов дало очень интересные результаты— появились цветы с необычными расцветками, с измененными лепестками.

Но для чего бетонная стена, колючая про­волока и щиты с грозными надписями? Дело в том, что радиоактивное облучение опасно для жизни человека, и поэтому на гамма-поле при­нимаются все меры безопасности. Когда в кон­це года на поле приходят исследователи для сбора растительного материала, плодов и се­мян, кобальтовый источник автоматически за­крывается свинцовыми экранами-щитами и с помощью особого устройства опускается в глу­бокий подземный колодец — стальную трубу, заполненную минеральным маслом. В таком виде он не страшен исследователям.

ЧТО ТАКОЕ РАДИОСТИМУЛЯЦИЯ

Сразу же после открытия ионизирующих частиц ученые обнаружили, что большие дозы радиации вредны растениям, а малые, напро­тив, стимулируют их. Стимулирующее дей­ствие ионизирующей радиации (радиостиму­ляция) сказывается в том, что растения лучше

А — схематический план гамма-поля; Б — вид облучаемых растений на делянках гамма-поля.

116

развиваются, в них накапливается больше хло­рофилла — основного пигмента, необходимого для фотосинтеза. Они становятся крепкими, лучше противостоят неблагоприятным клима­тическим условиям. Стимуляция влияет не только на растения, но и на их семена. Напри­мер, под воздействием малых доз радиации повысился урожай растений. Если взять с этих растений семена и высеять их в следующем году, то они также дадут повышенный урожай. В на­стоящее время проводятся большие работы для выяснения тех причин, которые приводят к ра­диостимуляции. Есть основания предполагать, что главная причина радиостимуляции состоит в том, что в тканях облученных растений про­исходит очень быстрое деление клеток, связан­ное с ускоренным образованием в клеточных ядрах дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Правда, некоторые ученые объясняют ра­диостимуляцию просто химическим действи­ем радиоактивных веществ или находящих­ся в них примесей. Другие исследователи в своих опытах вовсе не получили радиостимуля­ции. Таким образом, предстоит еще очень большая работа по выяснению всех тех из­менений, которые вызывает ионизирующая радиация при воздействии на живой организм.

В связи с опытами по облучению растений были обнаружены интересные явления. В од­них и тех же горшках ученые выращивали облу­ченные и необлученные проростки огурцов и редиса. Оказалось, что при совместном выра­щивании не только облученные, но и необлу­ченные растения замедляют свой рост! Зна­чит, облученные растения воздействуют на необлученные.

Торможение роста необлученных расте­ний при совместном выращивании с облучен­ными наблюдается при воздействии на послед­ние дозами в 150 р (для бобов), 2—5 тыс. р (для огурцов и редиса). При облучении растений большими дозами (в 50 тыс. р) они уже не тор­мозят роста выращиваемых рядом с ними необ­лученных растений. Почему это происходит, ученые пока еще не знают. Но нет сомнения, что разгадка тайны близка.

Интересным оказалось исследование влия­ния ионизирующего облучения на движения, совершаемые листьями растений. Наверное, немногие знают, что листья растений совершают определенные движения — они то поднимаются, то опускаются и даже могут поворачиваться вокруг своей оси, как бы закручиваясь. Прав­да, увидеть это довольно трудно, потому что движения очень медленные. Но если растения

Схематическое изображение положения листьев расте­ния в различное время су­ток: а — движение листь­ев в нормальных условиях; б — движение листьев пос­ле облучения.

фотографировать с течение дня через определен­ные промежутки времени, а затем просмотреть снятую кинопленку, движение листьев делает­ся видимым отчетливо. Растение периллу мас­личную облучали гамма-лучами. При дозах в 5 тыс. р движение ее листьев ослаблялось, при дозах в 50 тыс. р становилось еле-еле замет­ным, а при дозах в 100 тыс. р остановилось окон­чательно. Рост растений при этом прекращается, но никаких других внешних признаков по­вреждения нет. Они остаются зелеными, жизне­способными.

Любые данные, полученные в результате кропотливой исследовательской работы, уче­ные сразу же стараются поставить на службу человеку. Мы говорили уже о том, что облуче-

117

Схема промышленной установки для облучения пищевых про­дуктов радиоактивным кобальтом: 1 — бассейн для загрузки излучателя; 2 — траншея, по которой источник излучения передается в рабочий бассейн; 3 — бассейн для хранения ис­точника излучения в нерабочем состоянии; 4 — кассеты с ра­диоактивным кобальтом; 5 — корзина с облучаемыми про­дуктами, передвигающаяся на цепном транспортере; 6 — цеп­ной транспортер; 7 — поворотные звездочки; 8 — место загрузки корзин продуктами. Внизу слева — картофель не­облученный, справа — облученный.

ние приостанавливает рост растений. Это свой­ство сейчас используется при хранении сель­скохозяйственных продуктов: лука, картофеля и др. У картофельных клубней, как известно, после 5—6-месячного периода покоя начинается процесс прорастания. Если не принять свое­временно мер, то клубень пропадет. И вот тут на помощь хозяйственникам приходит радио­биология, умело использующая биологическое действие ионизирующей радиации. В хранили­щах картофеля устанавливают источник гамма-лучей — стальную трубку, содержащую радио­активный кобальт (подобно тому, как это описано для гамма-поля, только с меньшей интенсивностью излучения). Облучение при­водит к тому, что клубни картофеля не прора­стают, сохраняются длительное время, причем они не теряют своих вкусовых и питательных свойств.

Есть еще одна важная область применения ионизирующей радиации. Очень важно, чтобы поступающие к нам продукты в значительной мере были бы свободны от микробов. С этой целью продукты с помощью ионизирующей ра­диации стерилизуют. При этом фрукты, на­пример, меньше портятся и поступают в про­дажу свежие, как будто только что сорванные с ветки.

Так достижения науки служат человеку, облегчают его труд.

РАСТЕНИЯ И МАГНИТ

Более 100 лет назад известный английский ученый М. Фарадей показал, что все вещества обладают магнитными свойствами, только вы­ражены они у них в разной степени.

Наиболее сильно эти свойства проявляются у железа, кобальта, никеля и некоторых спла­вов; у других же веществ они настолько слабы, что их устанавливают и измеряют лишь с по­мощью особого прибора, названного магнит­ными крутильными весами.

В том, что магнитное поле действует и на растение, довольно легко убедиться. Возьмем сухой лист барбариса и подвесим его между полюсами сильного электромагнита, ближе к одному из них. Когда мы потом включим или выключим ток, идущий через катушку электро­магнита, то увидим, как лист вздрагивает и втягивается в зазор либо, наоборот, выталки­вается из него (см. рис. на стр. 119).

Если какие-либо вещества притягиваются к области наиболее сильного магнитного поля, они называются парамагнитными; если выталкиваются, они называются диа­магнитными.

Оказалось, что магнитные свойства расти­тельного объекта во многом зависят от того, сколько в нем содержится воды. Сухое яблоко, например, всегда диамагнитно, а сырое — может быть как диамагнитным, так и пара­магнитным.

Магнитное поле бывает однородным и неод­нородным. В первом случае напряженность не меняется в пределах изучаемого объема поля, а во втором — в разных точках этого

118

При включении очень сильного магнитного поля лист бар­бариса вздрагивает и втягивается в зазор между полюсами.

поля она различна. В неоднородном поле пара­магнитные вещества притягиваются в точку наибольшей напряженности поля, а диамагнитные — отталкиваются. Эта реакция веществ на неоднородное магнитное поле — реакция магнито-механическая. Английские ученые изучали такую реакцию в кончиках корней проростков кресс-салата, помещенных в сильное неоднород­ное магнитное поле. Под микроскопом они уви­дели, как зерна крахмала, которые имеются в клетке, под действием магнитного поля смеща­лись в протоплазме клетки в области наимень­шей неравномерности и напряженности поля. Под действием раздражения, вызванного их давлением, эта часть клетки замедляла свой рост. Больше того, кончик корня, как бы ста­раясь уйти из магнитного поля, начал изги­баться в том же направлении.

Описанную нами реакцию на неоднородное магнитное поле ученые назвали магнитотропической, а самое явление — магнитотропизмом.

Ну, а что происходит, если магнитное поле однородно в границах исследуемого объекта? Этим вопросом заинтересовались русские уче­ные. Они показали, что постоянное магнитное поле действует на биотоки и биохимические реакции в клетке.

Многостороннее действие магнитного поля на растительную клетку выражается в том, что при различной ориентации клетки в магнит­ном поле в ней по-разному изменяется скорость движения протоплазмы и находящих­ся в ней частиц и органелл клетки. (Органеллы — части клетки, выполняющие различные жизненные функции.) Теоретически подсчитано, что в 75 случаях магнитное поле должно тормо­зить движение протоплазмы; практически уче­ные установили, что оно тормозится в 79 случаях.

Особенно чувствительна клетка к действию магнитного поля во время деления и роста. Поэтому самыми восприимчивыми к магнитному полю оказываются молодые, интенсивно расту­щие части растений — кончик корня и первый лист злаков, так называемый колеоптиле.

Наиболее хорошо изучено сейчас действие постоянного магнитного поля на рост корневой системы у растений. Известно, что кончик корня многих растений, например гороха, при росте совершает небольшие колебательные движения относительно своей оси. Как пока­зывают опыты, в сильном магнитном поле (в 10 тыс. эрстед1) эти движения в значительной мере расстраиваются: появляются вращательные движения, возрастают углы отклонения кончи­ка корня от оси. На протяжении длительного времени ученые в своих опытах наблюдали, как рост корешка в таком поле замедлялся и в дли­ну, и в толщину. Большие магнитные поля ока­зывали воздействие также и на дыхание рас­тений, например: проростки гороха, помещен­ные в магнитное поле 10 тыс. эрстед, снижа­ли выделение углекислоты почти на 25%.

Но все же неправильно думать, что только сильное магнитное поле оказывает заметное действие на растение. Часто все происходит совсем наоборот. Например, наблюдая с помо­щью горизонтального микроскопа 2 за корнем проростка пшеницы при напряженности маг­нитного поля в 60 и в 1600 эрстед, можно ви­деть, что в первом случае действие поля сти­мулирует рост корня, а во втором — не влия­ет на него совсем. Вполне естественно воз­никает вопрос: каков же нижний предел напря­женности магнитного поля, способный вызвать реакцию со стороны растения?

Долгое время в науке имелось предполо­жение, что земное магнитное поле небезраз­лично для роста растений. И вот совсем недавно, в 1960 г., советские физиологи расте­ний А. В. Крылов и Г. А. Тараканова сумели показать, как прорастающие семена кукурузы и пшеницы определенных сортов реагируют на ориентировку относительно полюсов магнитно­го поля Земли. Так, ими было установлено, что обращенное при посадке зародышем к южному

1 Эрстед — единица напряженности магнитного поля. Один эрстед — это такая напряженность поля, которая примерно в 2 раза сильнее напряженности земного магнитного поля в районе Москвы.

2 Микроскоп называется горизонтальным, потому что его тубус и вся увеличительная система располо­жены в горизонтальной плоскости. Он применяется для изучения, скорости роста кончиков стеблей или корней.

119

Схематическое изображение корневой системы пшеницы сорта Харьков, ориентирующейся по земному магнитному меридиану (он не совпадает с географическим меридианом) в направлении север — юг: 1 — вид сбоку; 2 — вид сверху.

магнитному полюсу Земли семя прорастает быстрее. Корневая система такого проростка развивается значительно интенсивнее, чем у семени, которое при посадке было обращено к северному магнитному полюсу Земли. Та­ким образом, можно считать доказанным, что растение не только реагирует на магнитное поле Земли, напряженность которого в наших широтах 0,5 эрстеда, но и различает направление силовых линий земного магнитного поля.

Канадские ученые установили, что взрослые растения пшеницы сорта Харьков свою корне­вую систему располагают в почве по линии север — юг. По данным других авторов, корни сахарной свеклы некоторых сортов располагаются по линии запад — восток. Это означает, что расте­ния по-разному реагируют на земное магнитное поле и что характер подобной реакции является генетическим признаком. Сейчас еще рано гово­рить, чем объясняется такая реакция и каково ее значение для растительного мира. Ученые только начали работать в этом направлении. В некоторых случаях реакцию выбора опре­деленного направления или преимуществен­ный рост в сторону какого-нибудь одного полю­са наблюдали также и в искусственном маг­нитном поле. В 1958 г. были опубликованы результаты работы ученых, которые наблюдали за ростом корня бобов в магнитном поле. Если кон­чик корешка этого растения направлялся в сто­рону северного конца магнитного поля, то на его рост поле не оказывало никакого влияния. Наоборот, ориентировка верхушки корня к юж­ному магнитному полюсу тормозила рост корня.

Эти наблюдения лишний раз подтвердили всю важность дальнейшего изучения реакции растений на полюса магнита, которая, по-ви­димому, у разных растений различна.

Для чего же нужно изучать действие маг­нитного поля на растения?

Магнитное поле — один из постоянно при­сутствующих факторов внешней среды. Однако можно с уверенностью сказать, что это и один из наименее изученных факторов в смысле влияния его на растения, животных и человека. Когда при дальнейшем освоении космиче­ского пространства и развитии техники жизнь человека будет в какой-то промежуток вре­мени проходить в магнитных полях в тысячи раз сильнее земного, он уже должен знать, как действует поле на биологические объекты, в том числе и на растения (см. ст. «Космическая биология»). Но и «маленькое», земное магнит­ное поле может представить для него практи­ческий интерес в области сельскохозяйственного

Корни сахарной свеклы некоторых сортов располагаются по линии запад — восток: 1 — вид сверху, 2 — вид сбоку.

производства. Если окажется, что расположе­ние корневых систем некоторых сельскохозяй­ственных растений в значительной мере оп­ределяется магнитным полем Земли, то, види­мо, придется считаться с этим фактором как при внесении удобрений, так и при выведении новых сортов.

КАК РАСТЕНИЯ БОРЮТСЯ С ЗАСУХОЙ И ЗАСОЛЕНИЕМ ПОЧВЫ

Климат на необъятной территории нашей Родины весьма разнообразен. На Севере зимой морозы достигают 60° и более, а в пустынях Средней Азии летом в тени бывает свыше 50° тепла. В районе г. Батуми на Черноморском побережье выпадает около 2000 мм осадков в год, а в пустынях Туркмении их выпадает немногим больше 100 мм, т. е. в 20 раз меньше.

В большинстве районов Средней Азии зем­леделие невозможно без орошения. Сельско­хозяйственные растения здесь страдают от за­сухи, т. е. повреждаются от недостатка воды в почве и от слишком сухого и горячего воздуха.

В то же время в пустынях есть много дико­растущих растений, которые приспособились к этим суровым условиям, хорошо растут и развиваются. Им помогает переносить жесто­кую засуху и успешно бороться с ней целый

Многие растения степей добывают воду глубоко уходящей В почву корневой системой: слева — корень фалькарии; спра­ва — корень шалфея.

Корень вероники инкана.

ряд свойств, или, как говорят биологи, при­способлений. Эти свойства у растений пустыни возникли не сразу, а за очень длитель­ное время.

Сменились многие тысячи поколений, мно­гие из возникших видов погибли. Выжили лишь те виды растений, у которых под влиянием окружающих условий в процессе естественного отбора появились свойства, помогавшие им бо­роться с засухой.

Растения, хорошо переносящие засуху, есть не только в пустынях, но И в степях. В степях осадков больше (300—350 мм в год), но летом почти всегда, хотя бы и на короткий срок, бы­вает засуха. Растения, хорошо переносящие засуху, получили название ксерофитов (от греческих слов«ксерос»—сухой и «фитон» — растение). Какими же путями борются ксе­рофиты с засухой?

Наиболее интересные ксерофиты — как­тусы, жители пустынь Северной и Централь­ной Америки. Кактусы хорошо нам известны, их разводят любители комнатных цветов. Акад. Н. А. Максимов удачно назвал кактусы растениями-«скопидомами». Действительно, в пери­од дождей кактусы запасают воду в стеблях, поглощая ее сильно разветвленной, но лежа­щей в почве неглубоко корневой системой. Листья у них изменились и стали колюч­ками. Кактусы покрыты толстой кутикулой и очень экономно расходуют воду. В то же время они устойчивы к действию высоких температур. Многие кактусы без особого вреда выносят нагревание своих тканей до 62° и даже несколько выше. Это наиболее жароустой­чивые цветковые растения на Земле.

121

Кроме кактусов, запасающих воду в стеблях, существуют растения, запасающие воду в листь­ях. К ним относится всем известное комнатное растение алоэ. В диком виде оно растет в южноафриканских пустынях. В средней полосе нашей страны на песчаной почве растет небольшое цветущее золотисто-желтыми цвет­ками растение очиток едкий.

Листья очитка мясистые, с запасами во­ды, которые растение расходует при отсут­ствии дождей.

Многие кустарники и небольшие деревья в пустынях Средней Азии добывают воду при помощи глубоко уходящей в почву корневой системы.

Среди побуревшей растительности выж­женной солнцем глинистой среднеазиатской пу­стыни выделяются яркие зеленые кусты с очень мелкими листьями и массой колючек. Это — верблюжья колючка, или янтак, как его называет местное население. В тканях верблюжьей колючки много сахару, но питается ею только неприхотливый верблюд. Даже осел отказывается есть ее. Почему же верблюжья колючка чувствует себя хорошо, когда большин­ство других растений пустыни погибает от засухи? Дело в том, что длинный корень колю­чки доходит до грунтовой воды — на глубину

10—20 м. Когда рыли Суэцкий канал, то в од­ном месте обнаружили корень верблюжьей ко­лючки на глубине 33 м. Поэтому-то колючка и не испытывает недостат­ка в воде. Испаряя во­ду, она охлаждает свои ткани и может перене­сти высокую температу­ру воздуха.

В наших степях встречается небольшое растение из семейства зонтичных — фалькария (резак). Так же как верблюжья колюч­ка, фалькария снабжает­ся водой при помощи корневой системы, про­никающей в почву на 5—6 м.

У растений сущест­вуют и другие способы борьбы с засухой. В пес­чаных пустынях Сред-

Фалькария.

ней Азии встречаются прутообразные кусты джузгуна (каллигонума). Его листья срослись со стеблями. Листовая поверхность у джузгуна меньше, чем у других растений, а по­этому и испарение воды небольшое.

В западносибирской степи обращает на себя внимание маленькое сизое растение — веро­ника инкана. Стебель и листья у нее опушены волосками. Волоски эти быстро отми­рают и заполняются воздухом. Воздух плохо

Однолетние эфемеры пустыни.

пропускает тепло, и потому вероника инкана не так сильно нагревается солнечными лучами. Кроме того, вероника сравнительно легко пере­носит высыхание. Она может потерять до 60% содержащейся в ней воды и все же пережить засуху. Такими же свойствами отличается и полынь сизая.

В степях во время и после дождя можно заме­тить на поверхности почвы небольшие темно-зеленые комочки сине-зеленой водоросли носток. Когда нет дождей, носток высыхает, становится маленькой сухой буровато-серой корочкой, которую трудно заметить. В та­ком виде носток переносит засуху, а растет и развивается после выпавшего дождя и осенью.

В глинистых пустынях Средней Азии ран­ней весной почва почти сплошь покрыта эфемерами (от греческого слова «эфемерос» — однодневный) — растениями из различных семейств: злаковых, крестоцветных, макоцветных и др. Эти растения борются с засухой, как

122

бы обгоняя ее: у них очень быстрое развитие. Весной в почве пустыни есть влага, и тем­пература воздуха умеренная. Эфемеры исполь­зуют это и быстро заканчивают свой рост и раз-питие. За 5—6 недель они успевают зацвести и принести семена, которые пролежат в сухой почве до следующей весны.

Кроме однолетних эфемеров, в пустыне есть и многолетние эфемероиды. К эфемерои­дам относятся растущие в степях и пустынях тюльпаны, песчаная осока и ряд других расте­ний. Они переживают засуху, образуя корне­вища, клубни и луковицы. Все эти части растений находятся в почве и защищены от потери воды специальными покровами. Эфемероиды, как и эфемеры, успевают принести потомство (семена) весной. Когда приходит засуха, она им уже не страшна.

Не надо думать, что ксерофиты встречаются только в степях и пустынях. Есть они и в сред­ней полосе, и даже в северной части нашего Союза. В сосновом бору-беломошнике в жар­кий летний день под ногами хрустят высохшие кустики лишайника — так называемого оленьего мха, или ягеля. Как почти все лишайники, ягель хорошо переносит высыхание, а после дождя вновь начинает расти.

Не менее интересна, чем ксерофиты, груп­па растений галофитов (от греческого слова «гальс» — соль). Они растут на засолен­ной почве: по берегам морей или в засушли­вом климате (в зоне сте­пей, полупустынь и пу­стынь). В засушливом климате с поверхности почвы сильно испаряет­ся вода, а растворенные в ней соли (поваренная соль, сернокислый нат­рий, сода и др.) подни­маются с водой наверх и остаются в почве. Так образуются солончаки, на которых могут расти только одни галофиты. Обычно в самом центре солончака, где засоле­ние наиболее сильно, растений совсем нет, а только белеют «выцве­ты» солей. Вокруг ли-

Галофит солерос: 1 — об­щий вид; 2 — веточка; 3 — поперечный разрез веточки.

Солерос лучше развивается на засоленной почве. В сосуде слева почва незасоленная; в сосуде справа — засоленная. Посажены растения одновременно.

Растения, не при­способленные к засолению, разви­ваются на соле­ной почве плохо. В обоих сосудах хлопчатник посе­ян одновременно: в сосуде слева почва незасолен­ная, в сосуде справа — засолен­ная.

шейного растительности пятна, там, где солей уже меньше, поселяется самое солелюбивое на свете растение — солерос. Вид у соле­роса необычный. Это небольшое однолетнее травянистое растение, высотой от 10 до 30 см. Оно состоит из отдельных члеников, толстых и мясистых. Каждый такой членик представляет сросшийся с листом стебель. Внутри своих тканей солерос накапливает соли. Когда в тка­ни оказывается слишком много солей, отдель­ные членики отпадают. Так солерос защищает­ся от избытка солей внутри своего организма. Бок о бок с солеросом растет сведа, имеющая стебель и толстые мясистые листья. Она хуже, чем солерос, выдерживает засоление почвы. Несколько иным образом борется с засолением кермек, обладающий прикорневой розеткой

koledj.ru

76. Действие радиации на растения.

Наша планета постоянно подвергается бомбардировке неисчислимым количеством не видимых глазом частиц, идущих из глубин Вселенной. При попадании в какое-либо вещество эти частицы вызывают в нем образование ионов1, поэтому их называют ионизирующими, а весь поток таких падающих на Землю частиц — ионизирующей радиацией (излучением). В искусственных условиях ионизирующая радиация получается при работе всем известного рентгеновского аппарата, а также в атомных реакторах, где происходит бомбардировка атомов нейтронами.

В окружающей нас Вселенной находятся колоссальные источники ионизирующей радиации. Это так называемые «горячие звезды». Примером подобной звезды может служить наше Солнце, представляющее собой природный атомный реактор. В нем постоянно идут процессы распада с выделением громадных количеств энергии в виде альфа-, бета-, гамма-, икс-лучей2, нейтронных и протонных частиц. Ученые придумали интересные способы обнаружения пути, по которому пролетают ионизирующие частицы. Один из них состоит в том, что в камеру Вильсона — небольшую металлическую коробку со стеклянной крышкой я дном — нагнетается сильно увлажненный воздух. Пролетающая через камеру ионизирующая частица вызывает на своем пути образование капелек воды, поскольку ионизированные частицей атомы воздуха становятся центрами конденсации. Благодаря этому путь частицы становится видимым и его можно сфотографировать. Другой способ еще проще. Пролетающие частицы оставляют след на фотопластинке,

Эмульсионный способ обнаружения пути ионизирующих частиц. покрытой толстым слоем специальной эмульсии. Таким образом, частицы как бы сами фотогра-фируют свой путь или место столкновения с другими частицами. Число образующихся ионов на 1 микрон пробега частицы, так же как и та энергия, которую теряет частица на своем пути, служит важным показателем для каждого вида ионизирующих частиц.

Многочисленные опыты показали, что плотность ионизации имеет большое значение для определения биологической реакции при облучении животных и растений. Например, бета- 1 Ион — часть молекулы, несущая электрический заряд. 2 Альфа-, бета-, гамма-, икс-лучи — различные виды излучений.частицы стимулируют рост растений, а альфа-частицы такого действия не оказывают. Посмотрите на рисунок, где показано действие на проростки ячменя двух видов радиации — рентгеновских лучей и нейтронов. Если при действии нейтронов высота проростков равномерно уменьшается с увеличением дозы облучения, то при действии рентгеновских лучей проростки реагируют по-разному. Сейчас уже выяснено, что, несмотря на многие общие черты, присущие ионизирующим частицам, характер вызываемых ими изменений во многом зависит от вида ионизирующей радиации, длительности облучения, от количества частиц в секунду, попадающих в растение, и, наконец, от фазы развития растения.

Количество ионизирующей радиации измеряется в особых единицах, называемых в честь известного ученого Рентгена рентгенами, сокращенно обозначаемых буквой р.

studfiles.net

Радиобиология. Действие радиации на животных и растения. Полезная радиация

ПОЛЕЗНАЯ РАДИАЦИЯ

Если бы Господь Бог сделал мне честь спросить

мое мнение при сотворении мира, то я бы ему

посоветовал сотворить его получше, а главное — попроще

КОРОЛЬ АЛЬФОНС КАСТИЛЬСКИЙ XIII ВЕК

Наверно, у каждого из нас неоднократно возникала мысль о том, насколько сложно и остроумно организована живая клетка. Кажется, она продумана до конца и так совершенна, что ее нельзя улучшить. В процессе эволюции миллионы раз были переработаны варианты оптимальных конструкций клетки И миллионы вариантов были забра­кованы Остались наиболее отработанные, законченные и совершенные образцы. Но за последние десятилетия уче­ные убедительно доказали возможность улучшения расте­ний и других организмов с помощью ионизирующей ра­диации и радиоактивных изотопов.

В Париже, в районе Жардеп до Плант, стоит неболь­шой дом Он — достояние Национального музея естествен­ной истории На его стене скромная доска, и на ней над­пись «В лаборатории прикладной физики Музея Анри Беккерель открыл радиоактивность 1 марта 1896 года». С тех пор прошло три четверти века Предполагал ли кто-нибудь даже из самых прозорли­вых соотечественников Беккереля, что семьдесят лет спу­стя радиоактивные изотопы станут широко использоваться в сельском хозяйстве, биологии, медицине? Что меченые атомы будут надежными помощниками человека при решении самых насущных задач? И что, наконец, с помощью проникающей радиации некоторых радиоактивных изото­пов можно будет повышать урожайность зерна?

Используя ионизирующую радиацию, действительно можно изменять в нужном для человека направлении жи­вые организмы

Несколько лет назад в Молдавии весной можно было встретить на дорогах автофургон с надписью на кузове' «Атом — миру» Это не простой грузовик, а передвижной облучатель для предпосевной обработки семян Его «атом- пое сердце» — большой контейнер с гамма-активным изо­топом цезия-137 Накануне сева автофургон выезжает в поле К нему подъезжает грузовик с семенами кукурузы Включается ленточпый транспортер Семена засыпаются в бункер с радиоактивным изотопом цезия Полностью изо- тарованные от непосредственного контакта с изотопом, се­мена в то же время облучаются гамма-лучами в нужной дозе Непрерывной струей бежит зерно через бункер По том оно попадает на другой транспортер и ссыпается в мешки на другой автомашине Предпосевное облучение се­мян закончено Семена можно высевать.

Для чего облучали семена кукурузы? Предпосевное об­учение семян — это метод повышения урожайности сель­скохозяйственных культур С его помощью можно уско­рить созревание растений и улучшить их полезные каче­ства.

На лабораторном столе стоят десять горшков с проро­стками кукурузы различной высоты Под крайним левым подпись: «Контроль», под каждым из остальных цифры- 100, 300, 500, 800.. И так до 40 000. В лабораторном жур­нале записано «Высота проростков кукурузы при разных дозах облучения на 13-й день вегетации».

При облучении семян в дозе 100 и 300 рентген высота проростков такая же, как в контрольной группе При дозе облучения 500 рентген растения выше контроля в полто­ра раза. Но потом, по мере увеличения дозы, величина проростков уменьшается При дозе 8000 рентген растения кажутся карликами При дозе 40 000 их еле видно.

Через несколько страниц в том же лабораторном жур­нале вклеена фотография Это корни тех же растений Почти такая же закономерность При определенной дозе гамма-лучей — резкое увеличение роста, а потом посте­пенное уменьшение При больших дозах рост корней резко затормаживается.

Сначала ставят опыты в лабораторных условиях Потом опыты повторяют в поле. Опыты в поле — это как гене­ральная репетиция в театре, как последний экзамен, после которого результаты экспериментальных исследований будут внедрены в практику Экспериментаторы облучали семена кукурузы сортов «Стерлинг» и «Воронежская-76», которые в Московской области выращивают для получения силосной массы Опыты в поле в течение трех лет показа­ли, что облучение семян в дозе 500 рентген увеличивает выход зеленой массы кукурузы на 10—28 процентов Си­лос, полученный из таких растений, содержит больше бел­ка, жиров, безазотистых веществ, клетчатки, углеводов

А если облучить семена редиса.

На столе экспериментатора два пучка редиса одного сорта. Количество редиса в каждом пучке одинаково Но редис слева значительно толще и мясистее По сравнению с ним редис справа кажется худосочным. А ведь правый пучок — это обычный, так сказать, «нормальный» редис Упитанный родственник слева — это редис, выращенный из облученных семян При облучении семян этого сорт,! гамма-лучами в дозе 500 рентген урожай повысился на 37 процентов! Собрать 100 или 137 кг редиса — существен­ная разница И это из одного количества семян, на одних землях и при одном и том же уходе А затраты на облуче­ние крайне невелики

У других сортов редиса — «Рубин», «Розовый с белым кончиком», «Сакс» — урожайность повышалась при облу­чении в дозе 1000 рентген А облученный «Сакс» был к то­му же и сочнее и вызревал раньше обычного на 5—6 дней Предпосевное облучение семян «Рубина» не только повы­шало урожай корнеплодов, но и увеличивало в них содер­жание витамина С. С помощью ионизирующей радиации в корнеплодах можно увеличить и содержание витамина А. Так, после облучения семян моркови сорта «Нантская» в дозе 4000 рентген урожайность корнеплодов по отношению к контролю увеличилась на 26 процентов, а запас кароти­на — растительного пигмента, который в организме чело­века превращается в витамин А,— на 56.

А кукуруза? Облучение семян в дозе 500 рентген уве­личивало урожай зеленой массы до 28 процентов

Стимулирующее действие предпосевного облучения се­мян доказано для огурцов, томатов, свеклы, капусты, са­люта, картофеля, хлопка, ржи, ячменя...

Ученые заметили одну особенность. Доза ионизирую­щей радиации, вызывающая эффект стимуляции, различ­на не только для разных видов растений, но даже для раз­ных сортов одного вида. Более того, она оказалась не оди­наковой для одного и того же сорта, высеваемого в разных географических зонах.

Так стимулирующая доза облучения для огурцов сорта «Нежинские», высеваемых в Московской области, равняет­ся 300 рентген, а для получения такого же результата в Азербайджане была необходима доза около 2000— 4000 рентген.

Возьмем семена кукурузы Много семян. Облучим их при одинаковых условиях дозой гамма-лучей, которая вы­зывает стимуляционный эффект. Разделим их на четыре равные группы — по 1000 штук в каждой Одну группу по­сеем сразу после облучения, вторую — через неделю, тре­тью — через две, четвертую — через месяц. Теперь будем терпеливо ждать Семена взошли, растения начали разви­ваться. Но что это? Быстрее других развиваются расте­ния, высеянные непосредственно после облучения. У семян, которые были высеяны через неделю после облуче­ния, стимуляционный эффект был выражен меньше. У се­мян, высеянных через 2 недели после лучевой обработки, ускорение развития почти не наблюдалось. Семена, выдер­жанные после облучения в течение месяца, прорастали, но стимуляционного эффекта не имели. Значит, при хра­нении какое-то таинственное вещество, какой-то стиму­лятор медленно исчезал.

В чем же дело?

Мы вступаем в область, где факты еще дружат с пред­положениями, где еще многое не исследовано. Установле­но, что после облучения в семенах образуются очень ак­тивные осколки молекул, называемые радикалами Опи способны вступать в необычные для здорового организма реакции. И вот оказалось, что после облучения семян ко­личество радикалов со временем постепенно убывает. Про­ходит несколько дней, и радикалы исчезают полностью. Чем выше температура и влажность, при которой хранят­ся семена, тем радикалы исчезают быстрее

Что же происходит, когда семена попадают во влаж­ную, прогретую солнцем почву? Питательные вещества, содержащиеся в семенах, начинают переходить в раство­римую форму и транспортируются к зародышу. В так на­зываемом алейроновом слое семени активизируются окис­лительные процессы, и начинается выработка соединений, богатых энергией Зародыш пробуждается, его клетки на­бухают и начинают делиться. Наступают процессы роста и развития проростков. Клетки начинают делиться, и им нужен строительный материал. Активность многих фер­ментов в результате облучения значительно возрастает. И вот при облучении семян окислительные процессы начи­нают протекать значительно интенсивнее. А это приводит к более быстрому развитию и ускорению всхожести семян, к их прорастанию. Растения становятся более мощными.

Не так давно в журнале «Курьер», который издается ООН, была напечатана статья. В ней говорилось, что каж­дый третий крестьянин в Африке работал фактически на птиц, грызунов, насекомых-вредителей и микропара­зитов.

За точность зтих цифр, естественно, поручиться труд­но, но то, что потери от вредителей огромны,— факт.

Специалисты подсчитали сельскохозяйственные вре­дители уничтожают за год столько зерна, что им можно было бы прокормить 100 миллионов человек.

Чем может помочь ионизирующая радиация сельскому хозяйству в борьбе с вредителями?

Вы уже знаете: различные виды растений обладают различной радиочувствительностью Некоторые — доволь­но высокой Насекомые, как правило, высокорадиоустойчивы. Среди них есть даже своеобразные чемпионы радио­устойчивости. Например, скорпионы. Но яйца и личинки насекомых оказались более радиочувствительными. И вос­производящие клетки насекомых тоже более чувствитель­ны к облучению.

Схема борьбы с насекомыми-вредителями проста Через бункер, заряженный радиоактивным изотопом, пропус­кается по конвейеру зерно За определенный промежуток времени оно получает необходимую для гибели вреди­телей дозу ионизирующей радиации Такое зерно, конеч­но, не используют как посадочный материал Но для пи­тания людей оно совершенно безвредно После облучения зерно поступает в хранилище — опасный вредитель ему уже не угрожает Этими же приемами можно бороться с вредителями сухих фруктов — насекомыми и их личинка­ми, облучая «будущие компоты» гамма-лучами в дозе до 50 ООО рентген А в Канаде предложили метод лучевой борьбы с сальмонеллами, заражающими яичный порошок Знаете ли вы о методе «стерильпых самцов»? Ученые разработали его сравнительно недавно Насекомые, облу­ченные понтирующей радиацией в определенный период ра шития, неспособны давать потомство «Стерильные сам­цы» спариваются с нормальными самками. Однако самка потомство не приносит Чем больше самцов будет стерили­зовано, тем больше возможностей, что самки не дадут по­томства Если стерилизованных насекомых будет много в течение нескольких поколений, то потомство резко сокра­тится В некоторых странах обитает опасный вредитель — так называемая мясная муха Она откладывает свои яйца в рапы теплокровных животных Из яиц развиваются ли­чинки, которые вызывают заболевание и даже гибель домашнего скота, диких зверей и дичи Мясная муха нано­сит большой вред хозяйству И тогда решили испробовать метод лучевой стерилизации на мясной мухе Построили «мушиную» фабрику, на которой разводили и стерилизова­ли мух Стерилизованных насекомых выпускали на зара­женную местность Результат сказался быстро Заболевание и падеж скота резко уменьшились Затраты на «мушиную» фабрику не только окупились в первый год, но и принесли равную по сумме затрат прибыль. В США на острове Куракоо, площадью в 435 квадратных километров, выпусти­ли около 2000 стерильных самцов мясной мухи на один квадратный километр На острове мясная муха практи­чески уничтожена.

Считают, что метод «стерильных самцов» весьма пер­спективен и в борьбе с оливковой мухой — опасным вре дителем маслин, с плодожоркой, паразитирующей на ябчо- пях и сливах. А на одном из научных съездов, проведин- пых в последние годы, обсуждались возможности метода лучевой стерилизации в борьбе с клещами, саранчой, точильщиками, мухой цеце, москитами. Если метод «сте­рильных самцов» удивляет необычностью подхода к реше­нию практически важной задачи, то метод «лучевой консервации» отличает простота, ясность решения, экспе­риментальное мастерство.

Идея консервирования продуктов возпикла давно Продукты консервировали древние египтяне и ипки На­верное, самый древний способ сохранения продуктов — высушивание их па солнце Со временем способы консер­вирования менялись Сегодня холодильник имеется почти в любой городской квартире Но самый современный спо­соб сохранения пищевых продуктов — консервирование их с помощью проникающих излучений Если облучать, например, свежее мясо гамма-лучами в дозе 100000 репт- геп, то срок его храпепия на складе удлиняется в пять раз Если облученпое мясо хранить при температуре около нуля градусов, то оно сохраняется в течение нескольких месяцев, не теряя питательных и вкусовых качеств С по­мощью радиации удлиняются сроки хранения свежей рыбы Облученная рыба в рефрижераторах сохраняет свои вкусовые качества до 35 дней А без лучевой обработки при тех же условиях хранения — 7 — 10 дней.

Сейчас ищут способ консервировать с помощью гамма- лучей икру, молоко, фрукты И даров моря- крабов, устриц, креветок

Хорошие результаты дает облучепие ягод и фруктов Облученная клубника, хранившаяся в рефрижераторе при температуре +4 градуса, длительное время не теряла ни свежести, ни аромата Даже опытные дегустаторы и экс­перты не могли установить, какие из ягод были облучены в «консервирующих» дозах А грибы шампиньоны? Они обладают прекрасными вкусовыми качествами И их мож­но выращивать искусственно в течение всего года Но при хранении грибы быстро портятся теряют свежесть и вку­совые качества, сохпут и шляпка их разворачивается, как у старых грибов Облученные шампиньоны в течение дли тельного хранения выглядели так, будто их только что принесли из парника — старение грибов резко затормажи­валось, шляпки их были круто закручепы, как у молодых грибов.

Недавно в печати появилось сообщение о лучевом коп- сервировании цветов. Знаменитые голландские тюльпаны, облученные в определенной дозе, помещенные в пакет, на­дутый углекислым газом, удобны в транспортировке и мо­гут храниться длительный срок Казалось, что они только что сорваны с грядки, настолько свежими были их лепе­стки.

Особенно выгодно с помощью радиации увеличивать срок хранения овощей.

Картофель имеет один серьезный недостаток: при хра­нении он прорастает, клубни сморщиваются и теряют свои вкусовые качества. Над проблемой лучевой консервации картофеля начали работать многие ученые в различных научно-исследовательских институтах нашей страны. Мно­гочисленные опыты показали: облучение клубней в дозе 10 ООО рентген резко затормаживает или прекращает ве­сеннее прорастание картофеля и не понижает сопротивляе­мости его к заболеваниям. Вкусовые качества облученно­го картофеля не ухудшаются. Опытные дегустаторы не на­шли никаких изменений в блюдах, приготовленных из такого картофеля.

Проблема лучевой консервации интенсивно разрабаты­вается во всем мире. И это закономерно Слишком очевид­ные экономические выгоды она несет. Некоторые методы лучевого консервирования уже разрешены для практиче­ского использования. Другие еще не вышли из стен лабо­раторий И самое главное — идут многолетние опыты, ко­торые должны доказать: облученные продукты безвредны для человека.

На растениях легче экспериментировать, чем на живот­ных. Работая с облучением семян, можно ставить опыты сразу на многих тысячах биологических объектах. И поэто­му ученому заметно помогает статистика Да и экономиче­ски такой опыт значительно выгоднее.

А использовалась ли ионизирующая радиация для практических целей в животноводстве?

Животные намного чувствительнее к действию прони­кающей радиации, чем растения В нашей стране на одной из современных птицефабрик был поставлен такой опыт В течение нескольких часов в процессе инкубации кури­ные яйца облучали в дозе 1—2 рентген. Такие незначи­тельные дозы радиации оказали стимулирующее действие: количество вылупившихся цыплят увеличивалось, куры из облученных яиц обладали большей яйценоскостью.

Курам «повезло» или стимулирующее действие малых доз ионизирующей радиации — общая закономерность?

Наверное, тут таятся и общие закономерности Во вся­ком случае, врачи всего мира давно признают целебное действие радоновых ванн для человека.

Итак, ионизирующая радиация радиоактивных изотопов может разумно использоваться человеком и в сельском хо­зяйстве. Но любознательный читатель, наверно, уже заме­тил, что речь шла о внешних источниках проникающих лучей Как правило, о гамма-лучах, испускаемых радиоак­тивным кобальтом. Но существует огромное количество радиоактивных изотопов, которые испускают, например, «мягкие» бета-лучи, энергия которых невелика. Радиоак­тивный углерод С" и радиоактивная сера в3®, биологически наиболее важные элементы, обладают именно таким, «мягким», излучением. Энергия проникающего излучения другого биологически важного изотопа — радиоактивного фосфора Р3! значительно выше, но и она «мягче» по срав­нению с «жесткими» гамма-лучами кобальта Со0.

Возможности использования таких «меченых» атомов в народном хозяйстве тоже велики. Приведем примеры.

Чтобы врага победить, его надо знать. Чтобы успешно бороться с опасными вредителями сельского хозяйства, с вредными насекомыми, надо хорошо изучить их жизнь.

Ученые метили радиоактивным фосфором таких опас­ных насекомых, как саранча, малярийный комар, а также фруктовую муху. Этим способом определили скорость пе­релета саранчи и дальность ее распространения из главных очагов размножения; выяснили протяженность перелетов малярийных комаров. Фруктовая муха оказалась относи­тельным домоседом. Ее метили радиоактивным фосфором л выпускали в апельсиновой роще. При благоприятных усло­виях фруктовые мухи не удалялись от места обитания больше чем на несколько сот метров.

Полученные сведения позволили наметить расположе­ние заградительных зон и разработать систему обороны и борьбы с этими насекомыми.

Инсектициды — яды для насекомых, один из современ­ных способов борьбы с ними. Введем в эти химические со­единения радиоактивную метку. Индикатор сразу позволя­ет ответить на целый ряд важных вопросов. Как ведут себя эти соединения в организме насекомых, почему они ядовиты для них? Как сделать их избирательными по дей­ствию — не вредными для человека, растении и полезных насекомых? Не попадают ли яды в сельскохозяйственные продукты? Когда яды теряют свою токсичность?

На наших древнейших друзьях — пчелах были постав­лены опыты. Например, кормили радиоактивным фосфором рабочую пчелу, и она становилась меченой. В улей поме­щали счетчик радиоактивных частиц И вот удалось устано­вить, сколько раз в день вылетает на работу рабочая пче­ла, каков ее рабочий день и какова скорость полета Или по­ступали по-другому Подслащенные сахаром растворы с подмешанным к ним радиоактивным фосфором помещали на какое-нибудь поле Прилетающие на него пчелы, есте­ственно, метились И тогда можно было точно определить, какие поля пользуются у пчел наибольшей популярно­стью А отсюда и практические решения, которые помогут увеличить продукцию неутомимых тружеников.

Радиоактивные изотопы используются во всех исследо­ваниях по биохимии и физиологии насекомых. Значение этих работ понятно Изучив, например, деятельность гор­монов и ферментов, управляющих развитием и поведением полезных насекомых, можно будет использовать насекомых в интересах человека.

Ученые были поражены, когда узнали, с какой скоро­стью протекают в растениях некоторые биохимические процессы.

В коробочку из плексигласа помещали несколько листь­ев растения, впускали туда определенное количество ра­диоактивной по углероду углекислоты и оставляли растение на солнечном свету В результате процессов фотосинтеза углекислота усваивалась, переходила в состав органиче­ских веществ и транспортировалась в различные участки растения Через равные интервалы времени брали образцы и измеряли их радиоактивность И вот оказалось, что ско­рость передвижения вновь синтезированных соединений с восходящим током весьма значительна: дпем на солнечном свету — 50—100 сантиметров в минуту Раньше считали, что весь углерод в оргапических веществах образуется растепием из углекислоты воздуха, хотя его там сотые до­ли процепта Только сравнительно недавно с помощью меченых атомов удалось доказать, что углекислота и соли угольной кислоты, содержащиеся в почве, интенсивно.

Радиоактивным фосфором можно пометить насекомых и растения.

используются растением. Они активно транспортируются из корней в листья. Там, в результате фотосинтеза, из них образуются углеводы и идет синтез органических ве­ществ. А отсюда следовал практически важный вывод: для повышения урожайности необходимо обогащать почву углекислотой — вносить в почву соли угольной кислоты. Можно добавлять в почву и так называемые зеленые удоб­рения Например, запахивать многолетние травы. Пример­но через 20—30 дней начинается выделение углекисло­ты, которое продолжается все лето.

Так использование метода радиоактивных индикаторов оказалось полезным для науки об удобрениях растений.

Чем и как выгоднее подкармливать растения? В какие сроки? В какой форме вносить удобрения? Как на них влияют климатические условия? Как они транспортируют­ся в растениях и где усваиваются?

Меченый по фосфору суперфосфат, гидроксилапатит и другие удобрения вносили в почву. И оказалось, что куку­руза через 2,5 месяца после посадки лучше всего усваивала фосфор из трехкальциевого фосфата, хуже из суперфосфа­та и еще хуже из гидроксилапатита. Обнаружили, что хлопчатник особенно нуждается в подкормке фосфором в возрасте 10—20 дней и во время цветения.

С помощью меченых атомов определили роль в жизни растений микроэлементов — кобальта, марганца, цин­ка, меди. Достаточно, например, внести в почву 1—3 ки­лограмма бора на гектар пашни, и урожайность клевера резко возрастет. Марганец повышает урожайность сахар­ной свеклы, медный купорос — урожай зерновых на тор­фяных почвах.

Однажды на лекции по радиационной биохимии ко мне подошла студентка биологического факультета Москов­ского университета. Она жаловалась, что в наше время до­казана невозможность чуда. «Была какая-то надежда,— говорила она,— когда в печати появились сообщения о су­ществовании «снежного человека» или предположение, что на Землю упал не тунгусский метеорит, а прилетал кос­мический корабль с неведомых планет неземной цивили­зации. Так нет тебе! Дотошные ученые быстро доказали, что этого быть не может».

Но разве исследователи не нашли маленькое чудо, ко­гда установили, что отдельные деревья в лесу могут обме­ниваться между собой питательными веществами через сросшиеся корни? В дубовой роще радиоактивный броми­стый калий, введенный в дерево, через 3 дня обнаружи­вался у пяти рядом расположенных дубов!

Особенно часто используются химические соединения, меченые радиоактивным углеродом, фосфором, серой. И конечно, микроэлементы и такие соединения, как калий, натрий, железо... Но нужно хорошо представлять задачу исследования, чтобы правильно выбрать радиоизотоп На­пример, период полураспада радиоактивного углерода С" около 6000 лет. Этот радиоизотоп слишком «молод» для изучения геологических процессов, но он незаменим для исследования процессов обмена веществ в организме жи­вотных.

Пользуясь радиоактивным углеродом, можно узнать, какие условия питания необходимы для достижения мак­симальной продуктивности животных или как усваиваются питательные корма и что нужно ввести в рацион коров, чтобы увеличить удои молока.

Без хорошей теории не может быть и хорошей практи­ки Возможности метода радиоактивных изотопов для ре­шения самых сложных теоретических вопросов биохимии, физиологии, биофизики безграничны Ученый в течение одного рабочего дня не успеет прочитать даже одни заго­ловки статей и исследований, в которых рассказывается об использовании радиоактивных изотопов для различных биологических целей Даже специалистов нередко удивля­ют исследования, в которых используют меченые атомы.

Иногда сложные биологические задачи решаются про­сто Иногда наоборот: казалось бы, простое биологическое явление расшифровывается путем многолетней и кропот­ливой работы

Например, из каких составных, простейших частей об­разуется коровье молоко и в каких тканях?

Вопрос звучит просто, но для ответа на него потребо­вались усилия многих десятков ученых в течение многих

Три четверти века назад о существовании радиоактив­ных изотопов знало всего несколько человек. Сегодня «по­лезная радиация» стала достоянием миллионов людей. Альберт Эйнштейн сказал: «Явления радиоактивности — самая революционная сила технического прогресса за все время с тех пор, как доисторический человек открыл огонь».

Евгений Романцев. "Рожденная атомом"

xn--80af2bm2d.xn--p1ai

Действие проникающих излучений на растения

Проникающим излучением, или проникающей радиацией, называют различные виды излучений, которые проникают через толщи вещества и обладают вредным действием на живые организмы.

К ним относятся рентгеновские, космические, гамма-лучи и альфа — и бета-частицы. Основное взаимодействие проникающих излучений с веществом проявляется в ионизации и возбуждении атомов, поэтому их называют иногда и ионизирующими излучениями.

Со времени открытия рентгеновских лучей и явления радиоактивного распада стало возможным использование проникающих излучений во многих отраслях науки, техники и широкой практики.

При радиоактивном облучении всякого живого организма в нем совершаются важные физиологические и биохимические изменения, приводящие к серьезным нарушениям их жизнедеятельности. Проникающие излучения всегда оказывают вредное действие на биологические объекты, что проявляется как в морфологических изменениях, так и в функциональных нарушениях в облучаемых организмах.

Действие проникающих излучений на растения зависит от дозы облучения, которую обычно принято выражать в рентгенах (р) или радах (рд). Действие проникающих излучений на растения имеет целый ряд особенностей и отличается от действия их на человека и животных. Для растений также существует летальная (смертельная) доза облучения, с помощью которой оценивается радиочувствительность живых организмов. При указании летальной дозы, обозначаемой буквами LD, обычно приводят число погибших от облучения растений (например, LD60, LD100). Хотя вопрос о различной чувствительности растений к воздействию проникающих излучений окончательно еще не разрешен, а проблема природы радиочувствительности растений разработана недостаточно, все же принято считать, что у большинства растений (пшеница, кукуруза, овес, ячмень, картофель, горох, фасоль и некоторые другие) летальная доза облучения определяется в пределах 2000—3000 рентген.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Влияние "малых доз" гамма - радиации на растения

Кравченко В.А.

Влияние «малых доз» гамма – излучения на рост и развитие Клевера лугового (Trifolium pretense L.), и Тимофеевки луговой (Phleum рrаtense L).

Введение

Интенсивные испытания ядерного оружия в середине XX столетия, использования атомной энергии, ионизирующего излучения в народном хозяйстве привело к увеличению радиационного фона на планете. Эти процессы привели к изменению акцентов в радиобиологических исследованиях. Стали больше уделять внимания исследованиям действия радиации в относительно малых дозах, которые пролонгированы во времени.

Среди ученых в этом вопросе нет единодушия какие дозы облучения считать малыми. Большинство считает, что диапазон малых доз находится выше природного фона и превышает его в десять раз. Верхняя граница диапазона малых доз является менее определенной, поскольку существует большая разница между разными организмами в радиочувствительности. Мерилом верхнего предела малых доз считают ту дозу радиации, при которой гибнет 50% особей данного вида на протяжении 30-60 дней (ЛД50\30) или 100% за это же время (ЛД100/30). Диапазон малых доз ограничивается «сверху» величиной, которая на 2 порядка (в сто раз) меньше чем ЛД50\30для определенного вида живых созданий (организмов). В случае когда малые дозы относят к человеку, то речь идет о дозах 4-5 рад (0,04 – 0,05 Гр) в условиях разового облучения.

Действие малых доз радиации реализуется на уровне отдельных ионизирующих частиц (квантов) при взаимодействии с ДНК (ДНК в данной ситуации рассматривается как мишень). Даже одно единственное попадание в биологическую мишень (взаимодействие) может привести к необратимому повреждению гена (к мутации). Изменение генетической информации может привести к гибели клетки. Таким образом, ионизирующая радиация – это не единственный, известный человечеству, физический агент, который не имеет порога эффекта. Поскольку даже при наименьшем воздействии (одна ионизирующая частичка) могут возникнуть серьезные биологические последствия (разумеется, что с очень низкой вероятностью). Вероятностный характер действия радиации осуществляется только на те биологические процессы, которые непосредственно связаны с функционированием генетического аппарата клетки. Такие эффекты развиваются по принципу «все или ничего» (ионизирующая частичка или попала, или не попала в «мишень»). С увеличением дозы радиации увеличивается количество таких элементарных событий, а не их величина. Все другие биологические эффекты облучения зависят от величины полученной дозы – с увеличением дозы облучения увеличивается выразительность эффекта. Например, с увеличением дозы облучения увеличивается длительность задержки деления клетки.Более того, при малых дозах облучения, уровни которых граничат с природным фоном, учеными регистрируется стимулирующее действие радиации. Такое действие проявляется в увеличении частоты клеточных делений, ускоренное прорастание и улучшение схожести семян, и даже в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур. Увеличивается выведение цыплят (уменьшается их смертность при вылупливании из яиц). Цыплята лучше набирают вес, а у кур улучшается яйценоскость. Увеличивается устойчивость животных к бактериальным и вирусным инфекциям. Таки образом не только у растений, но даже и у животных (даже в радиочувствительных видов млекопитающих) выделяют диапазон доз, которые вызывают стимуляцию жизнедеятельности (1-10-25 рад). Этот эффект ученые называют гормезисом.

infourok.ru

Солнечное излучение и его влияние на рост растений

Для правильного использования искусственного излу­чения прежде всего надо знать требования растений к оптическому излучению и как они удовлетворяются в раз­ное время года в естественных условиях. Нормальный рост, формирование, цветение и плодоношение растений связаны с оптическим излучением определенного спект­рального состава, достаточными величинами облученно­сти и продолжительностью в течение суток.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 Солнечное излучение (радиация), попадающее на землю, состоит из электромагнитных колебаний с разной длиной волны (см. рис. 1). Оптическое излучение, поло­жительно влияющее на растения, по спектральному со­ставу может быть разделено на три части: ультрафиоле­товое (295—380 нм), видимое (свет) (380—780 нм) и ближнее инфракрасное излучение (780—1100 нм). Со­отношение отдельных участков спектра в солнечном из­лучении в сильной степени зависит от высоты солнца над горизонтом. Из данных табл. 4 видно, что по мере увели­чения высоты солнца увеличивается доля видимого и ультрафиолетового излучения. Начиная с 50°, т. е. с той высоты, которая наблюдается в летнее время в средней полосе СССР, соотношение физиологически активного и инфракрасного излучения составляет примерно 1:1.

 Наиболее важную роль в жизни растений играет ви­димая часть солнечного излучения, которая восприни­мается человеческим глазом как свет. Как было указано выше, ее часто называют физиологической радиацией или фотосинтетически активной радиацией (ФАР, или PAR), так как многие физиологические процессы в растениях не могут проходить без видимого излучения — света. Лишь на свету растения нормально растут, цветут и плодоносят. Только на свету в зеленых листьях совер­шается важнейший физиологический процесс — фотосин­тез. Кроме того, он оказывает значительное регуляторное и формообразовательное влияние на растения.

 К. А. Тимирязев еще во второй половине прошлого ве­ка установил, что для осуществления процесса фотосин­теза растение особенно нуждается в красном и сине­фиолетовом излучении, которое почти полностью погло­щается хлорофилловыми зернами (хлоропластами) зеле­ного листа. Исследования Института физиологии расте­ний АН СССР показали, что при преобладании в излу­чении красных лучей в растениях образуется больше углеводов, а при преобладании синих и фиолетовых — больше белков.

 Зеленая часть видимого излучения в наименьшей сте­пени поглощается листьями; оно как бы профильтровы­вается через них. Поэтому под пологом густого листвен­ного леса преобладает зеленый оттенок. Благодаря мало­му поглощению зеленая часть излучения наименее ак­тивна по своему воздействию на физиологические про­цессы растений. Наряду с фотосинтезом под действием видимого излучения в растениях осуществляются такие важные физиологические процессы, как образование хло­рофилла, формирование листьев, цветков и плодов, син­тез витаминов, ферментов и других веществ. Эти процес­сы наиболее активно проходят в красном или сине-фио­летовом участках спектра.

 Многочисленные исследования показали, что, изменяя спектральный состав оптического излучения, можно про­извольно замедлить или ускорить обмен веществ, рост и развитие растений.

 В растениеводческой литературе принято условное де­ление ультрафиолетового излучения на длинноволновое и коротковолновое. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, так называемое витацидное излучение (от 10 до 280 нм), даже в небольших дозах оказывает очень вредное действие на растения. Достаточно 10—15 мин та­кого облучения, чтобы наступила полная гибель растений, вызываемая денатурацией белков и нарушением функций цитоплазмы клеток. Внешние признаки повреждения проявляются в пожелтении и побурении листьев, скручи­вании стебля и отмирании точек роста. Однако эта часть оптического излучения солнца не достигает земной по­верхности и целиком поглощается озоном, находящимся в атмосфере.

 Следовательно, в средней полосе СССР зимой нет из­лучения с длиной волн короче 306—312 нм и лишь летом в полдень граница ультрафиолетового излучения пони­жается до 295 нм. В теплицах и парниках, покрытых стек­лом, растения даже летом получают только длинноволно­вые ультрафиолетовые лучи с нижней границей около 340—360" нм.

 Ультрафиолетовое излучение подчиняется тем же за­конам оптики, что и видимое. Поэтому при измерении количества его, падающего на растение, надо учитывать не только прямое излучение источника, но и отраженное от соседних предметов. По современным данным, погло­щение зеленым листом излучения в зоне 330—400 нм до­стигает 92% от падающего.

 Длинноволновое ультрафиолетовое излучение (от 295 до 380 нм) в умеренных дозах необходимо для нормаль­ного обмена веществ растений и формирования их орга­нов. Это излучение проникает через эпидермис листьев и оказывает значительное влияние на жизнедеятельность растений.

 Важное значение имеет прозрачность атмосферы. Как правило, на больших, высотах (3000 м) доля длинновол­нового ультрафиолетового излучения в общем излучении солнца во много раз больше, чем над уровнем моря. На­блюдаемые на высокогорье особенности морфологическо­го строения и динамики физиологических и биохимиче­ских процессов в значительной степени определяются большим количеством ультрафиолетового и сине-фиоле­тового излучения. Лучшая акклиматизация растений из южных широт в суровых условиях высокогорья (Памир) может быть объяснена большой приспособленностью этих растений к коротковолновому излучению.

 Все это дает основание предположить, что искусствен­ное излучение в зоне 295—380 нм должно способствовать выращиванию нормальных растений и получению боль­шого урожая. Однако до сих пор растениеводы ограничи­вались только наблюдением над действием естественного ультрафиолетового излучения на растения и мало прово­дили соответствующих экспериментов в закрытом грунте. Создалось ложное впечатление, что ультрафиолетовое излучение в целом или вредно для растений, или беспо­лезно.

 Действительно, отдельные типы ламп дают коротко­волновое излучение, в обычных условиях губительно дей­ствующее на растения. К искусственным источникам ко­ротковолнового ультрафиолетового излучения относятся электрическая дуга и ртутные лампы в кварцевой обо­лочке— «Солюкс», «Горное солнце», ДРТ (ПРК) и др. Хорошей защитой растений от вредного действия корот­коволнового ультрафиолетового излучения служит обык­новенное стекло. Поэтому излуч'ение ртутных ламп в стеклянной оболочке, например ИГАР-2, ДРЛ и др., и электрической дуги, огражденной стеклом, уже не при­носит вреда растениям. Степень прохождения ультра­фиолетовых лучей через оконное стекло толщиной 2 мм показано ниже.

Современные достижения биологических наук значи­тельно изменили наши представления о влиянии оптиче­ского излучения на процессы, происходящие в растении. Так, исследования последних лет показали, что помимо видимой части спектра интенсивность многих физиологи­ческих процессов, внутренняя структура растительной клетки и, наконец, формирование всего растения, а тем самым и урожай, в значительной степени определяются как длинным ультрафиолетовым (300—400 нм), так и коротким инфракрасным излучением (780—1100 нм). Хотя эти участки излучения изучены еще не так деталь­но, как видимое, тем не менее уже сейчас можно приве­сти ряд примеров их активного воздействия на раститель­ные организмы.

Если коротковолновое ультрафиолетовое излучение (до 300 нм) вызывает денатурацию белков и быструю ги­бель растений, то длинноволновое (300—400 нм) в уме­ренных дозах стимулирует процессы обмена веществ и способствует росту растений. Поэтому при дополнитель­ном облучении растениям, видимо, необходимо давать небольшие дозы длинного УФ-излучения (ДУФ).

Ближнее ИК-излучение также оказывает сильное формирующее действие на растения, которое проявляет­ся главным образом в растяжении осевых органов (сте­бель, подсемядольное колено). Не все растения одинако­во реагируют на длинноволновое излучение (700—1100 нм): одни слабо (томаты), другие сильно (огурцы), что мешает их выращиванию в теплицах.

До восхода солнца на растения попадает только рас­сеянная радиация. Затем, по мере увеличения высоты стояния солнца над горизонтом, доля прямой радиации относительно возрастает, а доля рассеянной — быстро уменьшается:

 Рассеянная радиация имеет большое значение в жиз­ни растений. Число часов, когда прямое солнечное излу­чение попадает на листья, значительно меньше общей продолжительности светлого периода суток. Кроме того, прямая радиация используется лишь частью листьев (к листьям, находящимся в тени и в глубине кроны, пря­мая радиация не доходит). Для растений более благо­приятен спектральный состав рассеянного излучения, около 50—60% которого составляет физиологически ак­тивное излучение. В прямых лучах солнца при высоте его над горизонтом от 30 до 70° физиологически активное из­лучение составляет около 35—40%. Какова же разница в спектральном составе солнеч­ного излучения летом и зимой? Спектральный состав солнечного излучения прежде всего зависит от высоты стояния со&нца над горизонтом (см. табл. 6 и рис. 12). Когда солнце находится низко (летом в начале и конце дня, а зимой весь день), в его излучении преобладает инфракрасное и красное. Синее, фиолетовое и ультрафио­летовое излучения почти отсутствуют. Летом, в полдень, когда солнце на широте Москвы поднимается над гори­зонтом почти до 60°, в его излучении наряду с желтым и красным имеется значительное количество синего, фио­летового и ультрафиолетового.

 В теплицах спектральный состав излучения, получае­мый растениями, определяется также свойствами стекла. Обыкновенное оконное стекло пропускает преимущест­венно длинноволновое излучение, т. е. красное и желтое. Значительно больше задерживается излучение коротко­волновой части спектра. Естественная облученность, так же как и ее спект­ральный состав, зависит от высоты стояния солнца над горизонтом (табл. 6).

 Солнечный луч, проходя через земную атмосферу, проделывает различной длины путь в зависимости от вы­соты солнца над горизонтом в данный момент. Чем ниже солнце над горизонтом, тем меньше солнечного излуче­ния доходит до поверхности земли. Когда солнце нахо­дится на самом горизонте (0,5°), путь, проходимый сол­нечным лучом в атмосфере, будет в 35 раз длиннее, чем при положении солнца в зените, что видно из следующих данных:

 Интенсивность солнечного излучения характеризуется так называемой солнечной постоянной, т. е. тем коли­чеством энергии, которое падает на площадь в 1 см2 за 1 мин на границе атмосферы. Солнечная постоянная близ­ка к 2" кал/см2-мин (1398 Вт/м2). У земной поверхности облученность значительно меньше. Ее значение опреде­ляется двумя факторами: высотой солнца над горизонтом и прозрачностью атмосферы.

 На широте Москвы (56° с. ш.) естественная облучен­ность колеблется от 0,39 зимой до 1,43 кал/см2-мин ле­том (или от 272 до 1000 Вт/м2), когда высота солнца достигает 60°. Поверхность, расположенная перпендикулярно к падающим лучам, называется нормальной. Со­ответственно с положением солнца на небосводе она по­стоянно меняет свое положение. Количество излучения (облученность), падающее на нормальную поверхность, изменяется мало. На горизонтальной же поверхности с уменьшением угла солнцестояния уменьшается количе­ство излучения, падающее на единицу площади (табл. 7). Вот почему зимой «светит да не греет».

 Таким образом, освещенность в теплицах зимой со­ставляет всего 7» или даже 7юо от полной летней. Такая высокая освещенность необязательна теплич­ным растениям в средней полосе европейской части СССР. Большинство из них в зависимости от своих физиологических особенностей растет и даже плодоносит при освещенности от 8 до 20 клк.На широте Москвы, на открытом месте летом в пол­день, освещенность поверхности, перпендикулярной лу­чам солнца (т. е. нормальной), составляет 80—100 клк. Освещенность горизонтальной поверхности, на которую падают косые лучи солнца, в это время снижается до 60—65 клк (рис. 14).

 Зимой вследствие низкого стояния солнца над гори­зонтом и большой облачности суммарная освещенность на поверхности земли в полдень на открытом месте до­стигает всего 4—5 клк, что примерно в 15 раз меньше освещенности в эти же часы летом. Еще меньше лучистой энергии попадает на землю зимой в утренние и послепо­луденные часы. Вследствие отражения и поглощения из­лучения элементами конструкции и стеклом освещенность в теплицах уменьшается примерно вдвое по сравнению с освещенностью на открытом месте. Если теплица имеет толстые переплеты и тем более мутные или грязные стек- , л а, то естественное излучение, проникающее в нее, со­ставляет всего около 7з наружного (табл. 8). Таким образом, в течение 4—5 месяцев в году естест­венная облученность внутри теплиц совершенно недоста­точна для выращивания овощных растений. При такой слабой освещенности могут существовать только много­летние декоративные растения или растения, предвари­тельно выращенные на открытом месте в конце лета или в начале осени. Видимое излучение, или свет, — основной источник энергии для фотосинтеза, поэтому вполне понятно, что с увеличением освещенности в известной степени пропор­ционально будет возрастать и интенсивность фотосин­теза. Для большинства растений эта закономерность со­храняется в пределах освещенности до 20—40 клк. При усилении освещенности увеличение фотосинтеза будет отставать от нарастания освещенности и, наконец, оста­новится на определенном уровне. При дальнейшем уве­личении освещенности фотосинтез ослабляется.

 В растительных клетках наряду с процессами созда­ния и усвоения органических веществ непрерывно (днем и ночью) происходят процессы распада, а затем окисле­ния -этих веществ. Сложные органические соединения окисляются с помощью кислорода, поглощаемого расте­ниями из воздуха, причем конечными продуктами рас­пада являются углекислый газ и вода. Процесс окисле­ния органических соединений носит название дыхания и осуществляется во всех без исключения клетках расте­ния. Таким образом, дыхание — процесс, противополож­ный фотосинтезу, в течение которого под действием из­лучения поглощаются углекислый газ и вода, а выделя­ется кислород.

 При высоком уровне облученности растений фотосин­тез происходит во много раз энергичнее дыхания, поэто­му в растении накапливаются органические вещества. По мере уменьшения облученности процесс фотосинтеза ста­новится все слабее и слабее. Наконец, наступает такой момент, когда интенсивность фотосинтеза и дыхания уравнивается. Такое состояние равновесия носит назва­ние компенсационной точки. При дальнейшем уменьше­нии облученности начинает преобладать дыхание, и рас­ход органических веществ превышает их накопление. При преобладании дыхания над фотосинтезом у растений сна­чала прекращается рост и начинается сбрасывание листь­ев, а затем наступает их гибель.

 Интенсивность дыхания у растений не всегда одина­кова. Молодые растущие органы (особенно цветки) ды­шат сильнее, чем старые, прекратившие рост. При повы­шении температуры воздуха интенсивность дыхания быстро возрастает, а потеря органических веществ уве­личивается.

 У светолюбивых растений компенсационная точка на­блюдается при сравнительно высокой освещенности (у горчицы при 900 лк), у теневыносливых она значительно ниже (у овса при 300 лк).

 Если растения находятся в темноте и совсем не по­лучают видимого излучения (света), то хлорофилл в листьях не образуется. Растения вырастают бледно-жел­тыми, с вытянутыми слабыми стеблями и мелкими недо­развитыми листьями. Такие растения называются этиоли­рованными. При слабой освещенности зимой в теплицах растения по ряду признаков похожи на этиолированные: у них сильно вытянутые бледно-зеленые стебли, слабая корневая система и тонкие нежные недоразвитые листья. У таких растений наблюдается рост только вегетативных частей (стебли, листья, корни) и очень слабый фотосин­тез; цветение и плодоношение, как правило, отсутствуют. По мере увеличения освещенности растения приобретают все более нормальный вид: стебли утолщаются, листья становятся темно-зелеными и значительно крупнее; на­ступает цветение и плодоношение.  В 1923—1924 гг. для определения возможности выра­щивания растений в течение всего года акад. Н. А. Мак­симов применил метод фитометра. Этот метод позволяет дать оценку естественного облучения каждой конкретной теплицы. В качестве растения-индикатора Н. А. Максимов в течение года (с ноября) выращивал в теплице ку­стовую фасоль. Посев проводился каждые 14 дней, а уборка урожая — каждые 28 дней. Качество семян, поч­ва, полив и другие агротехнические условия сохранялись постоянными. Опыт показал, что в Ленинграде (60° с. ш.) растения, выращиваемые с 20 октября по 12 января, не давали привеса сухого вещества. Наоборот, их вес умень­шался, так как часть запасов семени была истрачена на дыхание. Только после 25 февраля растения накаплива­ли сухое вещество за счет усвоения солнечного излуче­ния.

 По требованию к величине облученности, обусловли­вающей получение с.-х продукции, овощные растения можно разделить на три группы. Первая группа — рас- . тения, наиболее требовательные к высокой освещен­ности: томаты, огурцы, фасоль, цветная капуста (рас­сада), кабачки, баклажаны, перец. Вторая группа — растения, удовлетворяющиеся средней освещенностью: редис, укроп, шпинат. Третья группа — растения, расту­щие при малой освещенности: лук на перо, свекла на лист, цветная капуста (доращивание осенью), петрушка на зелень.

 В средней полосе растения первой и второй групп нельзя выращивать без дополнительного облучения с октября по январь. Растения третьей группы можно выра­щивать круглый год, но в зимние месяцы урожаи будут значительно ниже. Следовательно, в теплицах без допол­нительного облучения светолюбивые культуры можно вы­ращивать лишь с марта по сентябрь, а теневыносливые — с февраля до октября за счет солнечных дней в эти ме­сяцы. В остальные месяцы (октябрь — февраль) выра­стить нормальные плодоносящие растения в теплице не­возможно.

 При комнатной культуре растений важно также знать изменение облученности в комнате на разном расстоянии от окна. Если облученность за окном принята за 100%, то в комнате она составляет:

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОБЛУЧЕНИЯ В ТЕЧЕНИЕ СУТОК

 Важное значение в жизни растений имеет продолжи­тельность светлого периода суток. К длине дня растения относятся по-разному. Растениям короткого дня во вре­мя перехода к генеративному развитию требуется светлого периода не более 12 и не менее 8 ч в сутки. Такая длина дня способствует впоследствии более быстрому на­ступлению цветения и плодоношения. К этой группе от­носятся огурцы, некоторые сорта томатов и фасоли, бак­лажаны, перец и др. Растения длинного дня, наоборот, ускоряют цветение при длине дня 14—17 ч в сутки. В эту группу входят салат, редис, шпинат. Однако наибольший урожай эти культуры дают при коротком дне. К группе растений короткого дня относятся обычно растения южного происхождения, а к группе растений длинного дня — северного. Но и здесь есть исключения. Например, тома­ты, являющиеся по своему происхождению южными ра­стениями, имеют сорта, которые совершенно нормально растут и плодоносят при длине дня 15—16 ч в сутки.

 Астрономическая длина дня в пределах СССР очень варьирует в зависимости от географической широты и времени года (табл. 9). На юге СССР длина дня колеб­лется от 10 до 14 ч. На Крайнем Севере (за Полярным кругом) зимой света нет, а летом стоит непрерывный день. Длина светлого периода суток летом в средней полосе СССР достигает 16 -17 ч. Зимой она уменьшается до 6—7 ч (рис. 15). Однако длина дня, используемая растением для накопления органических веществ в про­цессе фотосинтеза, значительно меньше астрономичес­кой. Летом она составляет 14 ч, а зимой не более 3 ч в сутки (рис. 16). Объясняется это тем, что утром и вече­ром у растений при недостаточной освещенности трата органического вещества на дыхание превышает его на­копление. Для фотопериодической реакции растению не­обходимо значительно меньшая освещенность, чем это требуется для накопления органического вещества (10— 20 лк). Таким образом, длина дня, оказывающая фотоперио- дическое действие, равна или больше астрономической.

 Как упоминалось выше, помимо продолжительности светлого периода суток, на процессы развития сильное влияние оказывает спектральный состав излучения. Наи­более активно действует красное излучение. Оно значи­тельно ускоряет цветение растений длинного дня и за­держивает его у растений короткого дня. Синее излуче­ние влияет слабее и при малой интенсивности восприни­мается растением как темнота. Известно, что некоторые растения короткого дня (фасоль) быстрее переходят к цветению и плодоношению под люминесцентными лампа­ми, в излучении которых преобладает синяя часть спект­ра, а растения длинного дня (пшеница) — под лампами ксеноновыми или накаливания, максимум излучения ко­торых приходится на красное и инфракрасное излучение.

Таким образом, зимой в теплицах средней полосы и на севере СССР естественная облученность растений не­достаточна. Длина дня мала, в 2—3 раза короче, чем ле­том, облученность в 50—100 раз меньше, и, наконец, спектральный состав излучения в зимний период из-за недостатка коротковолнового сине-фиолетового и ультра­фиолетового излучения не позволяет вырастить нормаль­ные по форме растения. Многочисленные опыты, прове­денные в научно-исследовательских учреждениях, и прак­тика тепличных хозяйств показали, что без дополнитель­ного искусственного облучения в зимнее время в тепли­цах нельзя вырастить нормальные растения (овощи, цве­ты, ягоды и др.) (рис. 17).

источник

Просмотров: 406

exotechnology.ru

• 
  Что такое хина растение
• 
  Растения ядовитые для собак
• 
  Лекарственное растение 10 букв
• 
  Карта растений готика 2
• 
  Готика 2 карта растений
• 
  Ядовитые растения для собак
• 
  Ядовитые для собак растения
• 
  Минеральный субстрат для растений
• 
  Туя растение комнатное растение
• 
  Комнатное растение антуриум фото
• 
  Безопасные для кошек растения