核農學與綠色農業(yè)

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

2、條中，實現生態(tài)、生產、經濟三者協(xié)調統(tǒng)一的新型農業(yè)發(fā)展模式。其核心內容就是“三個確保一個提高”，即：確保農產品安全、確保生態(tài)安全、確保資源安全、提高農業(yè)的綜合經濟效益。核農學是原子核科學技術與農業(yè)科學技術相結合而形成的一門新興科學，是核素、核輻射技術在農業(yè)科學與農業(yè)生產中廣泛應用的應用科學。毫無疑問，核素與核輻射技術在農業(yè)科學與農業(yè)生產中的應用，已成為現代農業(yè)科學技術的重要組成部分，是現代化農業(yè)的重要標志之一。核農學深化了“綠色革命”，成為改造傳統(tǒng)農業(yè)、促進綠色農業(yè)現代化的重要科學技術，在輻射農作物改良、輻射殺蟲滅菌、輻射刺激生物增產、輻射加工農副產品和輻射保藏食等方面，發(fā)揮了十分突出的作用，取

3、得了巨大的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益。因此，作為核農學主要研究內容的輻射誘變育種技術、輻射不育防治農業(yè)害蟲技術、農產品輻射保藏技術和農用核素示蹤技術與綠色農業(yè)生產模式密切相關，在綠色農業(yè)發(fā)展中具有獨特的技術優(yōu)勢和非常廣泛的應用前景。一、輻射誘變育種技術與農業(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，以及它們與化學誘變劑和生物誘變劑等因素結合誘發(fā)作物遺傳變異，促進遺傳基因重組，改進遺傳特性，在較短時間內獲得多種多樣有利用價值的突變體，根據生產要求和育種目標對突變體鑒定和選擇，

4、直接培育成生產利用的新品種；或者對誘變獲得的遺傳資源（種質資源）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生缺失、重復、易位、倒置等引起遺傳性變異，沒有導入任何其它新基因，從本質上與自然變異沒有任何區(qū)別，而且經過這種途徑育成的種子經各種專業(yè)檢測，也沒有發(fā)現增加任何放射性，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。國際糧農組織、國際衛(wèi)生組織、國際原子能機構聯合認定，“太空輻射種子”的安全性

5、已完全達到規(guī)定指標要求。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，對促進農作物品種創(chuàng)新與增產有著很大潛力。根據FAOIAEA和中國有關資料，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）突變品種總數的近1/3；育出的農作物新品種約占全國育出品種數的1/10，年推廣面積占全國可耕地面積的10%左右，在技術上躍

6、居國內外先進水平的同時，也為國家創(chuàng)造了巨大的社會經濟效益。目前植物輻射育種技術正在與雜交技術、生物技術等多種新興育種技術相結合，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、輻射不育防治農業(yè)害蟲技術與農業(yè)生態(tài)安全利用核輻射防治農業(yè)害蟲是現代生物防治技術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。昆蟲輻射不育技術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生后代降低野生種群蟲口密度，這樣經過若干代后，野生昆蟲數量逐漸減少，以至最后可能完全滅絕，以達到防止害蟲的目的。而以之相對應的大量使用化學殺蟲劑，仍是目前防治害蟲的主要手段。隨著害蟲對化學殺蟲劑抗性的增長，使用化學殺蟲劑的用量和次數也不得不增加，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。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已進入中試或實際應用階段，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業(yè)、林業(yè)和倉儲方面的重要經濟害蟲，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，有的在生產實際中應用，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防治重要害蟲提供了一套完整的技術資料；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。昆蟲輻射不育技術防治害蟲，對于保證我國農作物、果樹、蔬菜等的高產、優(yōu)質、安全、綠色具有重大作用。三、農產品輻射保藏技術與食品加工安全農產品輻射保藏技術是核輻射技術應用的一個重要領域，它利用放射性核素的射線（或加速器產生的電子束）等輻照農產品，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。農產品輻射保藏技術具有許多

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

11、的工藝質量和品質，提高產品的檔次。如輻照面粉可以提高其烘烤質量；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。這是輻射保藏農產品具有的獨特優(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易的一種有效檢疫處理手段。近年來，農產品的進出口數量和種類不斷增長，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產品中的病蟲害，成為國內外行之有效的檢疫措施。農產品輻射保藏的基本原理就是利用射線對農產品的生物學效應，但除此之外，當然也可

12、能引起農產品的其它變化，如農產品的營養(yǎng)成分是否有變化，輻照產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，國內外開展了大量的研究工作。1980年，聯合國糧農組織（FAO）、國際原子能機構（IAEA）、世界衛(wèi)生組織（WHO）召開輻照食品衛(wèi)生安全性聯合專家委員會。根據各國專家20多年的研究結果，做出“劑量低于10KGy，輻照任何食品不存在毒理學的危害，因此不需要進行食品毒理學試驗”的結論。我國廣大核農科技人員也分別對干鮮果品、糧食、蔬菜、肉類、水產品、飲料、酒類、調味品、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)生標準。依據國內外研究積累的大量實驗數據，充分證明在一定劑量范圍內輻照食品是安全的。因此，農產品輻射保藏技術具有節(jié)能、效率高、方法簡單和安全可靠、無殘留、無污染等優(yōu)點，在國內外已廣泛應用，正形成一門新興的食品加工產業(yè)。四、農用核素示蹤技術與農業(yè)資源安全眾所周知，信息技術最根本的內容之一是信息的獲取，而核素示蹤技術就是利用放射性衰變和穩(wěn)定性質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是“流動型的原子顯微鏡”。農用核素示蹤技術的應用滲透于大農業(yè)的各個

14、領域，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業(yè)生命活動的奧秘，以及農業(yè)科學研究和農業(yè)生產過程中各種因素的作用機理，為農業(yè)生產技術的實施、環(huán)境評價及宏觀管理提供科學依據。隨著現代農業(yè)的發(fā)展，農藥、化肥、農田塑料和農業(yè)廢棄物等農業(yè)自身污染問題，對農業(yè)生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞（附Thomas EWaddei等提出的農藥、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，成為當今環(huán)境污染問題的焦點，受到全世界的關注。表1 農藥、氮肥和磷肥從施用到收獲的質量平衡估算環(huán)境介質農藥（%）氮肥（%）磷肥（%）大氣3050(c)15(a)5(c)現場存儲、分解2065(b)1030(a)5575(b)植物吸收420(c)3550(a)715(a)非現場土壤（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在試驗方法上具有明顯的優(yōu)勢而被廣泛地用于化學肥料和化學農藥對農業(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，為農業(yè)生產中合理使用、防止或減輕對生態(tài)環(huán)境的污染，為農業(yè)的可持續(xù)