核農(nóng)學(xué)與綠色農(nóng)業(yè)

1、核農(nóng)學(xué)與綠色農(nóng)業(yè)2007-6-1 20:56:38 來源：徐宏 人氣： 262摘 要：本文從分析核農(nóng)學(xué)輻射誘變育種技術(shù)、輻射不育防治農(nóng)業(yè)害蟲技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏技術(shù)和農(nóng)用核素示蹤技術(shù)的特點優(yōu)勢入手，闡述了核農(nóng)學(xué)技術(shù)在確保農(nóng)產(chǎn)品安全、生態(tài)安全、資源安全、提高農(nóng)業(yè)綜合經(jīng)濟效益，即在綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展模式中的獨特作用。關(guān)鍵詞：核農(nóng)學(xué)；綠色農(nóng)業(yè)所謂綠色農(nóng)業(yè)，是指以全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展為基本原則，以促進農(nóng)產(chǎn)品安全（數(shù)量安全和質(zhì)量安全）、生態(tài)安全、資源安全和提高農(nóng)業(yè)綜合效益為目標(biāo)，充分運用先進科學(xué)技術(shù)、先進工業(yè)裝備和先進管理理念，汲取人類農(nóng)業(yè)歷史文明成果，遵循循環(huán)經(jīng)濟的基本原理，把標(biāo)準化貫穿到農(nóng)業(yè)的整個產(chǎn)業(yè)鏈

2、條中，實現(xiàn)生態(tài)、生產(chǎn)、經(jīng)濟三者協(xié)調(diào)統(tǒng)一的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。其核心內(nèi)容就是“三個確保一個提高”，即：確保農(nóng)產(chǎn)品安全、確保生態(tài)安全、確保資源安全、提高農(nóng)業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。核農(nóng)學(xué)是原子核科學(xué)技術(shù)與農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新興科學(xué)，是核素、核輻射技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的應(yīng)用科學(xué)。毫無疑問，核素與核輻射技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要標(biāo)志之一。核農(nóng)學(xué)深化了“綠色革命”，成為改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、促進綠色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要科學(xué)技術(shù)，在輻射農(nóng)作物改良、輻射殺蟲滅菌、輻射刺激生物增產(chǎn)、輻射加工農(nóng)副產(chǎn)品和輻射保藏食等方面，發(fā)揮了十分突出的作用，取

3、得了巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。因此，作為核農(nóng)學(xué)主要研究內(nèi)容的輻射誘變育種技術(shù)、輻射不育防治農(nóng)業(yè)害蟲技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏技術(shù)和農(nóng)用核素示蹤技術(shù)與綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式密切相關(guān)，在綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢和非常廣泛的應(yīng)用前景。一、輻射誘變育種技術(shù)與農(nóng)業(yè)品種安全核輻射誘發(fā)植物遺傳突變，是創(chuàng)造新的遺傳資源、選育優(yōu)良品種以及解決植物改良中某些特殊問題的有效途徑。輻射誘變育種是指人為地利用電磁輻射和粒子輻射等物理因素，以及它們與化學(xué)誘變劑和生物誘變劑等因素結(jié)合誘發(fā)作物遺傳變異，促進遺傳基因重組，改進遺傳特性，在較短時間內(nèi)獲得多種多樣有利用價值的突變體，根據(jù)生產(chǎn)要求和育種目標(biāo)對突變體鑒定和選擇，

4、直接培育成生產(chǎn)利用的新品種；或者對誘變獲得的遺傳資源（種質(zhì)資源）在育種上作親本利用，進而育成新的優(yōu)良品種。輻射誘變育種的優(yōu)勢在于變異種類多、幅度大、變異頻率快，它只是人為地加快了植物種子其自然變異的頻率，使作物本身染色體產(chǎn)生缺失、重復(fù)、易位、倒置等引起遺傳性變異，沒有導(dǎo)入任何其它新基因，從本質(zhì)上與自然變異沒有任何區(qū)別，而且經(jīng)過這種途徑育成的種子經(jīng)各種專業(yè)檢測，也沒有發(fā)現(xiàn)增加任何放射性，即使直接食用也沒有問題；更何況，種子并不是直接食用，而是通過科學(xué)家的進一步種植和研究，選出有益變異進行推廣種植，然后才能走上人們的餐桌。國際糧農(nóng)組織、國際衛(wèi)生組織、國際原子能機構(gòu)聯(lián)合認定，“太空輻射種子”的安全性

5、已完全達到規(guī)定指標(biāo)要求。幾十年來的實踐證明，輻射誘變改良作物品種是常規(guī)雜交育種難以替代的育種手段，也是常規(guī)雜交育種的重要補充，是當(dāng)前僅次于常規(guī)雜交育種（含雜種優(yōu)勢利用）位居第二的育種途徑，對促進農(nóng)作物品種創(chuàng)新與增產(chǎn)有著很大潛力。根據(jù)FAOIAEA和中國有關(guān)資料，我國植物輻射育種研究雖然比國外發(fā)達國家起步約晚30年，但是發(fā)展迅速、成績斐然。通過輻射誘變育成的優(yōu)良突變品種，涉及糧食作物、油料作物、棉麻作物、糖類作物、蔬菜作物、觀賞植物、果樹、綠肥等各種植物，占世界各國（除中國）突變品種總數(shù)的近1/3；育出的農(nóng)作物新品種約占全國育出品種數(shù)的1/10，年推廣面積占全國可耕地面積的10%左右，在技術(shù)上躍

6、居國內(nèi)外先進水平的同時，也為國家創(chuàng)造了巨大的社會經(jīng)濟效益。目前植物輻射育種技術(shù)正在與雜交技術(shù)、生物技術(shù)等多種新興育種技術(shù)相結(jié)合，不斷創(chuàng)新發(fā)展，屆時將會培育出更營養(yǎng)、更可口、適合特殊人群的食品和更具觀賞性、實用性的新奇植物，使我們的生活變得更加安全、綠色和豐富多彩。二、輻射不育防治農(nóng)業(yè)害蟲技術(shù)與農(nóng)業(yè)生態(tài)安全利用核輻射防治農(nóng)業(yè)害蟲是現(xiàn)代生物防治技術(shù)中一項唯一可能滅絕一種害蟲的有效手段，也是一項無公害生物防治的綠色技術(shù)。昆蟲輻射不育技術(shù)就是利用害蟲尋找配偶、進行交尾繁衍后代的本能，通過射線強大的穿透力，使被輻射的害蟲的生殖細胞受到傷害，造成雄性昆蟲不育，再把不育昆蟲釋放到野生種群中去，通過野生昆蟲與

7、不育昆蟲交配后不能產(chǎn)生后代降低野生種群蟲口密度，這樣經(jīng)過若干代后，野生昆蟲數(shù)量逐漸減少，以至最后可能完全滅絕，以達到防止害蟲的目的。而以之相對應(yīng)的大量使用化學(xué)殺蟲劑，仍是目前防治害蟲的主要手段。隨著害蟲對化學(xué)殺蟲劑抗性的增長，使用化學(xué)殺蟲劑的用量和次數(shù)也不得不增加，這一方面加劇了環(huán)境的污染，另一方面對天敵的大量殺害，使生態(tài)平衡遭到嚴重破壞，由于使用殺蟲劑后害蟲的增殖往往要比其天敵快，害蟲仍易“暴發(fā)”，往往更加為害猖獗。很顯然，使用昆蟲輻射不育技術(shù)本身不污染環(huán)境，對人、畜和害蟲天敵等無害，而且防治效果持久。在人們越來越關(guān)注環(huán)境污染日趨嚴重的今天，其優(yōu)點將越來越得以顯現(xiàn)。目前，世界上已有2/3的國

8、家對200多種害蟲進行輻射不育研究，其中有約1/6已進入中試或?qū)嶋H應(yīng)用階段，取得了顯著效果。如美國70年代已先后兩次在整個國土上滅絕了危害大牲畜的螺旋蠅；80年代墨西哥全國消滅了地中海果蠅，每年避免了15億美元的損失。中國利用輻射不育技術(shù)防治害蟲的研究始于20世紀50年代末60年代初，到目前為止研究的害蟲種類涉及鱗翅目、雙翅目和鞘翅目類害蟲中的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和倉儲方面的重要經(jīng)濟害蟲，如亞洲玉米螟、粘蟲、馬尾松毛蟲、三化螟、甘蔗黃螟、棉紅鈴蟲、桃小食心蟲、野蠶、小菜蛾、米象、柑橘大實蠅和柑橘小實蠅等幾十個蟲種，有的在生產(chǎn)實際中應(yīng)用，也取得了顯著的效果。如上世紀八十年代初在遼寧省興城縣磨盤山島進行的輻

9、射亞不育亞洲玉米螟的釋放試驗取得成功，首次為我國利用昆蟲不育技術(shù)防治重要害蟲提供了一套完整的技術(shù)資料；上世紀八、九十年代在貴州省惠水縣總面積為118公頃的溫州蜜橘園內(nèi)釋放輻射不育柑橘大實蠅160萬頭，使柑橘大實蠅的危害率由5%下降到01%，野生蟲口瀕于滅絕。昆蟲輻射不育技術(shù)防治害蟲，對于保證我國農(nóng)作物、果樹、蔬菜等的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全、綠色具有重大作用。三、農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏技術(shù)與食品加工安全農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏技術(shù)是核輻射技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，它利用放射性核素的射線（或加速器產(chǎn)生的電子束）等輻照農(nóng)產(chǎn)品，使之抑制發(fā)芽、推遲成熟、殺蟲殺菌、防止霉變，從而達到保鮮或延長儲藏的目的。農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏技術(shù)具有許多

10、特點：第一，射線具有較高的能量，穿透力強?？梢栽诓粨p壞原包裝情況下對包裝物質(zhì)進行輻照，并可以通過控制輻照的劑量和工藝達到對農(nóng)產(chǎn)品輻照劑量的均勻度。第二，能很好地保持農(nóng)產(chǎn)品的色、香、味、形等新鮮狀態(tài)和食用品質(zhì)。輻照農(nóng)產(chǎn)品通常是在常溫下進行，輻照幾乎不引起內(nèi)部溫度的升高，尤其是對于不適于加熱、熏蒸、濕煮的農(nóng)產(chǎn)品，更具有優(yōu)勢。第三，無污染、無殘留、安全衛(wèi)生。農(nóng)產(chǎn)品輻照是物理加工過程，不需添加任何化學(xué)藥物，沒有化學(xué)殘留。另外，射線的能量不能使輻照的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)生感生放射性；輻照本身是在密閉和防護的條件下，農(nóng)產(chǎn)品也不接觸放射性核素，因此，輻照的農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境也不會產(chǎn)生放射性污染。第四，輻照加工可以改進某些食品

11、的工藝質(zhì)量和品質(zhì)，提高產(chǎn)品的檔次。如輻照面粉可以提高其烘烤質(zhì)量；輻照白蘭地酒可以加速酒的陳化，減少刺口辣喉，提高酒的醇香。第五，耗能低，可以節(jié)省能源。這是輻射保藏農(nóng)產(chǎn)品具有的獨特優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)的加工方法（如熱加工和冷加工），一般節(jié)約能耗70%90%。第六，輻照殺蟲滅菌可以作為進出口貿(mào)易的一種有效檢疫處理手段。近年來，農(nóng)產(chǎn)品的進出口數(shù)量和種類不斷增長，已成為傳播毀滅性病蟲害的根源。通常檢疫處理以化學(xué)熏殺為主，此法除有藥物殘留外，殺蟲滅菌也不徹底，而輻射保藏則能徹底殺滅進口農(nóng)產(chǎn)品中的病蟲害，成為國內(nèi)外行之有效的檢疫措施。農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏的基本原理就是利用射線對農(nóng)產(chǎn)品的生物學(xué)效應(yīng)，但除此之外，當(dāng)然也可

12、能引起農(nóng)產(chǎn)品的其它變化，如農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分是否有變化，輻照產(chǎn)物對人體是否有害等。這些涉及輻照食品衛(wèi)生安全性的問題，國內(nèi)外開展了大量的研究工作。1980年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、國際原子能機構(gòu)（IAEA）、世界衛(wèi)生組織（WHO）召開輻照食品衛(wèi)生安全性聯(lián)合專家委員會。根據(jù)各國專家20多年的研究結(jié)果，做出“劑量低于10KGy，輻照任何食品不存在毒理學(xué)的危害，因此不需要進行食品毒理學(xué)試驗”的結(jié)論。我國廣大核農(nóng)科技人員也分別對干鮮果品、糧食、蔬菜、肉類、水產(chǎn)品、飲料、酒類、調(diào)味品、茶葉等幾百種食品進行了輻照保鮮、殺蟲防霉、滅菌消毒、改善品質(zhì)等方面的研究，并取得了許多研究成果。國家衛(wèi)生部門也對輻照食品

13、的安全性評定和批準上市建立了嚴格的管理和審批制度，陸續(xù)批準了幾十種輻照食品衛(wèi)生標(biāo)準。依據(jù)國內(nèi)外研究積累的大量實驗數(shù)據(jù)，充分證明在一定劑量范圍內(nèi)輻照食品是安全的。因此，農(nóng)產(chǎn)品輻射保藏技術(shù)具有節(jié)能、效率高、方法簡單和安全可靠、無殘留、無污染等優(yōu)點，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用，正形成一門新興的食品加工產(chǎn)業(yè)。四、農(nóng)用核素示蹤技術(shù)與農(nóng)業(yè)資源安全眾所周知，信息技術(shù)最根本的內(nèi)容之一是信息的獲取，而核素示蹤技術(shù)就是利用放射性衰變和穩(wěn)定性質(zhì)量差異作為信息表達，可以快速、無損傷而又十分靈敏地獲取微觀與宏觀世界的精確信息，具有獨特優(yōu)勢。所以人們稱核素示蹤技術(shù)是“流動型的原子顯微鏡”。農(nóng)用核素示蹤技術(shù)的應(yīng)用滲透于大農(nóng)業(yè)的各個

14、領(lǐng)域，包括植物、動物、土壤與環(huán)境等，它的意義在于揭示和闡明農(nóng)業(yè)生命活動的奧秘，以及農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各種因素的作用機理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的實施、環(huán)境評價及宏觀管理提供科學(xué)依據(jù)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)藥、化肥、農(nóng)田塑料和農(nóng)業(yè)廢棄物等農(nóng)業(yè)自身污染問題，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞（附Thomas EWaddei等提出的農(nóng)藥、氮肥、磷肥在環(huán)境中分配情況的估測值見表1），并通過食物鏈影響著人類的健康，成為當(dāng)今環(huán)境污染問題的焦點，受到全世界的關(guān)注。表1 農(nóng)藥、氮肥和磷肥從施用到收獲的質(zhì)量平衡估算環(huán)境介質(zhì)農(nóng)藥（%）氮肥（%）磷肥（%）大氣3050(c)15(a)5(c)現(xiàn)場存儲、分解2065(b)1030(a)5575(b)植物吸收420(c)3550(a)715(a)非現(xiàn)場土壤（表層）110(c)510(c)1015(c)地表水15(a)5(a)510(a)根區(qū)下土壤、地下水5(b)515(b)1(b)注：a基本準確；b稍微準確；c最佳估測值由于核素示蹤技術(shù)在試驗方法上具有明顯的優(yōu)勢而被廣泛地用于化學(xué)肥料和化學(xué)農(nóng)藥對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境影響的檢測、監(jiān)控及其研究，探索其運行規(guī)律和影響評價體系，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理使用、防止或減輕對生態(tài)環(huán)境的污染，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)