Совершенно иначе обстоит дело в наши дни. Необходимая техническая база для использования радиоактивных изотопов и ядерных излучений в сельском хозяйстве создана. Чтобы использовать ее с максимальным эффектом, необходимы рациональные и четкие научные рекомендации, необходимо глубокое понимание процессов, протекающих в облученном растении, и умение управлять ими.
Существует четыре основных направления использования ядерных излучений в сельском хозяйстве, для облучения растений (и животных) на разных этапах их развития. Это семена, проростки, взрослые растения, плоды, ягоды, фрукты и другие виды продукции сельского хозяйства. Использование сравнительно небольших доз ионизирующей радиации (порядка 150 - 1000 р) для облучения семян сельскохозяйственных растений позволяет увеличить всхожесть и ускорить прорастание, повышает урожайность как количественно, так и качественно (т. е. увеличивает не только вес или объем собранной продукции, но и содержание в ней сухого остатка питательных веществ: углеводов, белков, витаминов, жиров, микроэлементов и т. п.).
Несколько более высокие дозы радиации вызывают отчетливую задержку роста и развития растений. И эта способность ядерных излучений нашла свое хозяйственное применение: она используется при облучении картофеля и овощей с целью увеличения сроков их хранения и сохранения качества хранимой продукции.
Еще более высокие дозы радиации, в том числе и вызывающие частичную гибель растений, используются в сельском хозяйстве ввиду их высокой мутагенной активности. Применяя большие дозы радиации, человек лишь многократно ускоряет естественный процесс возникновения мутаций, одной из движущих сил которого является естественный радиоактивный фон. Из большого количества мутаций, возникших в потомстве растений, выживших после большой дозы радиации, люди отбирают немногие хозяйственно ценные мутанты.
Мутагенному действию и его использованию в сельском хозяйстве посвящается один из последующих разделов книги.
Наконец, наиболее высокие, смертельные для всего живого дозы радиации используются для борьбы с вредными насекомыми, паразитическими червями и микроорганизмами, размножающимися в пищевых продуктах, с целью повышения сроков их хранения.
Долгое время при объяснении стимулирующего растения эффекта радиации ученые ссылались на так называемый закон Арндта - Шульце, согласно которому любые внешние воздействия (физические, химические и т. п.) в больших дозах повреждают и даже убивают, а в малых - возбуждают, стимулируют жизнедеятельность организма. Но к случаю ядерных излучений (как, впрочем, и к многим другим воздействиям) этот закон неприменим. Кванты и частицы высоких энергий даже в ничтожно малых дозах вызывают повреждение клеток, в частности, их генетического аппарата. А для получения эффекта радиостимуляции приходится облучать растения дозами в сотни и тысячи рентгенов, смертельными для многих и опасными для других живых организмов. Здесь предположения о "положительном" действии малых доз раздражителя звучат малоубедительно. Теперь бесспорно для всех, что эффект радиостимуляции дают дозы радиации (500 - 5000 р), оказывающие довольно серьезное повреждающее (раздражительное) действие на клетки того же растения. Как понять, как совместить эти два, казалось бы, противоположных эффекта?
В растительном организме, как и в животном, значительные дозы ядерных излучений вызывают прямо или косвенно появление в макромолекулах биополимеров свободных радикалов, ионов, возбужденных атомов и т. п. Если облучены воздушно-сухие семена, возникшие в них радикалы и другие активные продукты длительно существуют, не изменяясь. Но вот семена замочили или высеяли во влажную почву. Влага и кислород воздуха приводят в движение заторможенный механизм лучевого поражения: вместе с усилением обмена веществ быстро развиваются цепные реакции радиационного усиления; активируется ряд ферментов, усиливаются процессы окисления, более быстро мобилизуются запасы питательных веществ. Одним словом, в семенах, облученных соответствующими дозами радиации, процессы "пробуждения", выводящие семя из состояния покоя, идут значительно быстрее. Определенная степень повреждения внутриклеточных структур, дезорганизации ферментных механизмов оказывается в этом случае полезной, приводит к более полному и раннему прорастанию высеянных семян (рис. 12).
Рис. 12. Начальный рост кукурузы при воздействии разных доз гамма-излучения на семена (в тысячах рентгенов)
А более ранние и дружные всходы - хорошее начало дальнейшего роста, развития и созревания растений. Предпосевное облучение семян не только ускоряет прорастание. Его эффект проявляется на протяжении всей жизни растений, выросших из облученных семян. Обычно они раньше вытягиваются в длину, быстрее покрываются листьями, цветут, у них раньше и быстрее начинают наливаться плоды, которые затем на одну-две недели раньше созревают. И этот бесспорно положительный эффект, обеспечивающий, с одной стороны, ускоренное прорастание семян, а с другой - такое универсальное явление, как сокращение продолжительности жизни, имеет в своей основе процесс лучевого поражения живых клеток. То, что у животных и человека рассматривалось нами как раннее постарение, в применении к растениям означает ускоренное прохождение жизненного цикла, более быстрое вызревание, плодоношение.
Какое значение может иметь этот эффект в практических условиях, нетрудно представить. Ускоренное вызревание сельскохозяйственных культур где-нибудь в условиях Средней Азии, Казахстана, Поволжья обеспечивает более полную и целесообразную утилизацию влаги, уменьшает влияние засушливых месяцев. В районах с коротким летом укорочение периода вегетации на одну-две недели гарантирует вызревание культур до наступления холодов. В обоих случаях поражающее действие ядерного излучения оборачивается десятками центнеров дополнительного урожая с гектара посевной площади.
Но и этим не ограничиваются удивительные возможности ядерного луча. В растительной клетке, как и в животной, наиболее чувствительны к действию радиации наследственный аппарат клетки, механизм митоза. Поэтому облучение семян и проростков растений вызывает более или менее глубокое и длительное угнетение процесса клеточного деления, а значит, роста растений, увеличения его размеров. В то же время другие процессы жизнедеятельности, в первую очередь фотосинтетические процессы, обусловливающие накопление в клетках углеводов, белков, витаминов, липидов и сухих веществ, продолжаются, поскольку аппарат фотосинтеза устойчив к действию радиации. На фоне угнетения роста растения нормальная интенсивность синтетических процессов способствует большему накоплению ценных питательных веществ, ведет к улучшению качества продукции сельскохозяйственных растений.
Под влиянием предпосевного облучения существенно увеличивается сахаристость дынь, арбузов, тыкв, земляники, сахарной свеклы; повышается содержание крахмала в картофеле; увеличивается накопление белков, жиров, клетчатки в кукурузе. Облучение способствует и накоплению витаминов. В капусте, картофеле, редисе, моркови, в дыне и тыкве, в проростках кукурузы значительно увеличивается содержание витамина С. В моркови, тыкве более интенсивно накапливается пигмент каротин - предшественник витмина А. В зеленой массе гречихи значительно больше становится содержание рутина - одного из препаратов витамина Р.
Таким образом, предпосевное облучение семян сельскохозяйственных культур довольно значительными дозами радиации значительно ускоряет и увеличивает прорастание. В результате более быстрого физиологического старения облученные растения раньше зацветают, созревают и плодоносят. Наконец, лучевое нарушение функции генетического аппарата клетки при полном сохранении фотосинтеза повышает питательную и витаминную ценность продукции земледелия. Таким образом, вызванные радиацией сдвиги приводят к существенному увеличению урожайности.
