Використання радіації для підвищення продуктивності тварин і поліпшення якості продукції

МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЯ - ФІЛІЯ ФГТУ ВПО «Челябінський ДЕРЖАВНИЙ агроінженерний

УНІВЕРСИТЕТ »

Кафедра агроекології, агрохімії і грунтознавства

РЕФЕРАТ

з радіології сільського господарства на тему:

Використання радіації для підвищення продуктивності тварин і поліпшення якості продукції

Зміст

ВСТУП

1 Використання мутагенної дії іонізуючих випромінювань в селекційно-генетичних дослідженнях

2 Стимулююча дія іонізуючих випромінювань

3 Використання іонізуючих випромінювань для підвищення господарсько корисних якостей птиці

4 Радіаційна стимуляція тварин

5 Використання іонізуючих випромінювань при виробництві кормів і кормових добавок для сільськогосподарських тварин

Література

ВСТУП

Дослідження дії іонізуючої радіації на біологічні об'єкти залежно від дози, потужності опромінення і стану об'єкта, що опромінюється послужило основою розробки і впровадження в сільське господарство радіаційно-біологічної технології (РБТ). Як джерела випромінювання використовують гамма-установки з радіонуклідами ⁶⁰ Со і ¹³⁷ Cs, прискорювачі електронів з енергією до 10 МеВ, а також джерела випромінювання, пов'язані з ядерними реакторами (радіаційні контури, частково або повністю відпрацьовані ТВЕЛ - радіоактивні відходи атомної енергетики).

Найбільш широке застосування в РБТ отримали джерела нуклідів ⁶⁰ Со і ¹³⁷ Cs. Вони мають тривалий період напіврозпаду (у ⁶⁰ Зі - 5,27 року, у ¹³⁷ Cs - 29,6 року), порівняно високу проникаючу здатність гамма-випромінювання, яка не дає наведеної радіоактивності в опромінюваних об'єктах. Фізико-механічні властивості джерел цих нуклідів дозволяють тривало експлуатувати елементи в радіаційно-біологічних установках. Ці джерела можна купувати в необхідній кількості і розташовувати радіаційно-біологічну установку на будь-якій відстані від ядерного реактора.

Використання прискорювачів для РБТ має свої переваги: ​​можливість отримання високої потужності пучка, економічність і безпеку, оскільки випромінювання генерується періодично, а не постійно, як у гамма-нуклідний установок.

Радіаційні контури і ТВЕЛ застосовують у РБТ поки тільки для експериментальних цілей. Це пов'язано з тим, що вони повинні бути розташовані поблизу ядерних реакторів, хоча використання їх як джерел випромінювання одночасно могло б вирішити питання утилізації відходів атомної промисловості.

У нашій країні для потреб сільського господарства та наукових досліджень у галузі радіаційно-біологічної технології створений цілий ряд пересувної та стаціонарної техніки.

Пересувні гамма-установки типу «Колос» (рис. 1), «Стебло», «Гамма-панорама» змонтовані на автомобілях або автопричепах. Джерелом випромінювання у них служить ¹³⁷ Cs, запаяний у подвійну ампулу з нержавіючої сталі і знаходиться за захисним екраном в неробочому положенні установки. «Колос» і «Стебло» призначені для передпосівного опромінення насіння зернових, зернобобових, технічних та інших культур в умовах господарств, а «Гамма-панорама» - для опромінення сільськогосподарських рослин і тварин з метою селекції та стимуляції їх росту та розвитку. Стаціонарні установки типу «Гамма-поле» і «Стерилізатор» з джерелом ⁶⁰ Со призначені відповідно для тривалого і разового опромінення сільськогосподарських рослин у селекційній роботі і для стерилізації в промислових масштабах ветеринарних і медичних матеріалів та інструментів. Стаціонарна установка типу МХР використовується для мікробіологічних та радіаційно-хімічних досліджень, «Генетик» - для стерилізації в боротьбі з комахами-шкідниками.

Радіаційна техніка є і за кордоном (Франція, Італія, США, Великобританія та ін), де успішно застосовується в різних напрямках сільськогосподарських виробництв.

Рис. 1. Схема пересувної гамма-установки «Колос»

1 - автомобіль ЗІЛ-131, 2 - пульт керування; 3 - блок опромінення; 4-ковшовий транспортер, 5 - стрічковий транспортер

1 Використання мутагенної дії іонізуючих випромінювань в селекційно-генетичних дослідженнях

Генетична дія іонізуючих випромінювань найбільш глибоко було вивчено на рослинах і мікроорганізмах. Ще в 1928 р. Л. М. Делоне, а в 1934 р. А. А. Сапегін застосували рентгенівське випромінювання для отримання мутацій при селекції.

Під впливом іонізуючих випромінювань легко виникають хромосомні і генні, або точкові, мутації. Хромосомні мутації, як правило, призводять до летального результату, вони мають значення в стерилізуючому ефекті радіації. Для радіаційної селекції важливе значення набувають генні мутації. Відомо, що вся сукупність властивостей, які характеризують даний вид рослин, тварин або мікроорганізмів, запрограмована в ДНК у вигляді послідовності 4-х нуклеотидів.

При опроміненні в ДНК виникають пошкодження, які безпосередньо змінюють генетичний код, тобто ведуть до утворення генних мутацій: окислювання піримідинових основ з утворенням гідроперекисів і гликолей, заміні одного підстави іншим, розпаду пуринових підстав та ін У процесі редуплікації ДНК на пошкодженій матриці можливі так звані трансверсіі, тобто заміна пуринових підстав пірімідіновим, і навпаки. При цих змінах змінюється смислове значення кодону. Це призводить до синтезу білків з порушеною послідовністю амінокислот. Зміна первинної структури білка відіб'ється на його тривимірної структурі, що призведе до неправильної самосборке таких білків в морфологічні структури, до появи потворних форм, порушення процесів метаболізму.

В освіті мутацій важливу роль грають і процеси репарації одиночних розривів і пошкоджень підстав. При відновленні пошкоджених ділянок ДНК полімерази можуть здійснювати значне число помилок. Таким чином, причиною мутацій може бути не тільки пряме попадання іонізуючої частки в ДНК, але і радіаційне зміна одного з багатьох білків хроматину - полімерази.

Імовірність появи мутацій в результаті помилок при реплікації ДНК сильно зростає в присутності перекисів, хінонів, семіхінонов. Ці речовини, як відомо, утворюються в опроміненій клітці і активно реагують з місцями розривів у ланцюгу ДНК, з нуклеотидами, які йдуть на забудову «дірок» чи на синтез нової поліпептидного ланцюга.

На основі радіаційного мутагенезу в рослинництві успішно вирішуються питання отримання високоврожайних, стійких до несприятливих умов середовища і дії патогенних шкідників нових сортів сільськогосподарських рослин. Селекціонери майже в 5 разів скоротили термін виведення нових сортів ячменю і пшениці, використовуючи мутагенний ефект гамма-опромінення. За допомогою експериментального мутагенезу в нашій країні виведені 45 сортів пшениці, 5 з яких районовані, наприклад сорт пшениці Новосибірська 67, сорт ячменю Обский. У країнах різних континентів зареєстровано 412 сортів мутаційної селекції, що надійшли у виробництво, в їх числі 28 сортів пшениці з покращеною продуктивністю, зимостійкістю, ранньостиглі, великим вмістом білка, стійкі до вилягання, борошнистої роси, бурої і стеблової іржі, з високими хлібопекарськими та іншими якостями . Частка сортів найважливіших сільськогосподарських культур становить понад 50% з них отримано з використанням радіації 93% мутантів, а за допомогою хімічного мутагенезу - 7%.

У колишньому СРСР отримані господарсько цінні мутанти сої (Універсал 1), кукурудзи, люпину (Мутант 486), гречки (Аеліта, Лада), гороху, квасолі (Урожайний, Мутант 7), бавовнику (АН-402, АН-403), ранньостиглі томати, ранньостиглий і стійкий до фітофтори картопля (Рентгенівський), морозостійкі мутанти яблуні, вишні та багато інших.

У США впроваджено стійкий до хвороб сорт арахісу, в Японії - скоростиглий сорт сої (Райден) і високоврожайний сорт рису (Рей-Мей), в Аргентині - великоплідний сорт персиків, в Індії та Швеції - сорти пшениці з підвищеним вмістом протеїнів, в Угорщині - скоростиглий мутант рису.

За допомогою радіомутаціі вдалося вивести новий різновид шовковичного шовкопряда з більш високою продукцією шовкового волокна (за рахунок відбору самців), виведена нова порода норки з оригінальним сріблястим кольором хутра.

У колишній Чехословаччині радіаційним методом був отриманий штам мікроорганізму для виробництва молочного нісінового порошку ніслактін. При додаванні до плавленим сирам він покращував їх якість і продовжував термін зберігання. У промисловому масштабі з успіхом були перевірені молочні суміші, що містять ніслактін, для вигодовування поросят. При використанні ніслактіна кормові суміші набували нових дієтичні та цілющі властивості, підвищувався приріст маси поросят і поліпшувався їх загальний стан.

Інший приклад - використання методів радіаційної селекції для отримання нових форм мікроорганізмів - збудників захворювань у шкідників сільськогосподарських культур. Так, за допомогою іонізуючого випромінювання отримана нова форма етномогенного гриба боверин - збудника мускардіноза у понад 60 видів комах-шкідників (фасоліевая зернівка, яблунева плодожерка, хлібний клоп-черепашка та ін.) На базі цієї роботи був створений і випробуваний препарат «Боверин», який викликав загибель багатьох комах-шкідників в період збирання врожаю.

Особливий інтерес при радіаційних мутаціях представляють ті з них, у яких пошкоджений кодон, необхідний для утворення аллостеріческого центру ферменту. Порушення функцій цього центру може зняти субстратних інгібування ферменту. У результаті фермент активується, і реакції, каталізуються цим ферментом, йдуть інтенсивніше, ніж у нормі. На цій підставі отримані мутанти мікроорганізмів з посиленою продукцією того чи іншого метаболіту (антибіотиків, амінокислот та ін.)

Опроміненням культур дріжджів виведені їх раси, що виробляють в 2 рази більше ергостерину, ніж вихідні. Таке спадково закріплене зміна обміну речовин має велике значення для вітамінної промисловості.

Комбінованим впливом радіації і хімічних мутагенів виведено багато штамів високоактивних цвілевих грибів - продуцентів пеніциліну, стрептоміцину, ауреоміціна, еритроміцину і альбоміціна, якими тепер має в своєму розпорядженні промисловість. Деякі штами дають вихід стрептоміцину в 20, а пеніциліну в 50 разів більше вихідних рас. Це дозволило організувати промислове виробництво антибіотиків і зробило їх широко доступними препаратами. Такий позитивний досвід поширений і на інші галузі мікробіологічної промисловості для отримання високоактивних продуцентів вітамінів, різних ферментів і органічних кислот.

Значний інтерес представляють зміни вірулентності мікроорганізмів і їх здатність утворювати токсини під дією іонізуючих випромінювань. Дані зміни можуть бути стійкими, закріпленими спадково. Такі авірулентние мутанти використовуються для розробки вакцин. Крім того, зміни вірулентності бактерій і їх здатності до токсиноутворення можуть відбуватися і при такому опроміненні бактерій, коли не виникає мутацій.

Виникнення мутацій, як і всяке імовірнісна подія, зростає із збільшенням поглиненої дози. Проте зі збільшенням дози зростає загибель мутацій в опроміненої популяції, а багато з виниклих не виявляються. У мікробіологічної практиці використовують зазвичай дози, при яких залишається 1 ... 5% тих, що вижили мікроорганізмів. При радіаційної селекції рослин часто використовують дози, що викликають загибель 70% рослин. Серед решти 30% тих, що вижили рослин можна спостерігати велику кількість мутацій. Абсолютні значення дози залежать від радіочутливості взятого організму.

Для радіаційного мутагенезу застосовують спеціально створені дослідницькі ядерні реактори, радіонуклідні гамма-установки («Гамма-поле», «Гамма-панорама», «Генетик»), прискорювачі електронів.

2 Стимулююча дія іонізуючих випромінювань

У певному діапазоні доз ядерні випромінювання мають стимулюючу дію. Така стимуляція виявляється в усіх біологічних об'єктів, починаючи з одноклітинних і кінчаючи високоорганізованими рослинами і тваринами. Вперше ефект радіаційної стимуляції було отримано на рослинах і описаний М. Мальдінеем і К. Тувіненом в 1989 р., тобто всього лише через 3 роки після відкриття рентгенівських променів. Прискорення проростання насіння, опромінених рентгенівськими променями, привернуло увагу багатьох дослідників, що працювали з іонізуючими випромінюваннями. У наступні роки з'явилася велика кількість робіт, присвячених радіаційної стимуляції рослин. Серед них передпосівний гамма-опромінення насіння сільськогосподарських рослин, овочевих культур, кормових трав з метою підвищення врожаю й поліпшення якості продукції. Так, насіння салату мають схожість 25 ... 35%. При гамма-опроміненні їх схожість збільшується до 65%. Насіння лаванди при опроміненні дозою 10 Гр на 30-й день підвищують схожість з 7 до 28%. Впровадження гамма-опромінення насіння в Молдові дозволило отримати за 3 роки випробувань (1972 ... 1974 рр..) 8,763 т додаткової продукції зерна кукурудзи, 3,703 т соняшнику, 5,354 т цукрового буряка.

За 4 роки виробничого випробування передпосівного гамма-опромінення насіння в Павлодарської області Казахстану середні прибавки врожаю за таких культур, як гречка, кукурудза, соняшник, коливалися в межах 10 ... 27%.

У Болгарії запроваджено в практику метод передпосівного гамма-опромінення насіння томатів, вирощуваних в умовах закритого грунту. Метод дозволяє прискорити збір врожаю на 10 ... 12 днів.

Опромінення насіння в стимулюючих дозах перед їх посівом призводить не тільки до прискорення проростання насіння, а й до збільшення врожаю та покращення його якості. Добре відомо, що насіння в момент їх проростання дуже сприйнятливі до дії різних фізичних і хімічних агентів, які здатні впливати на їх розвиток. Саме на цьому засновані такі відомі методи їх обробки, як яровизація, прогрів УВЧ, намочування в розчинах ростових речовин, мікроелементів, що призводять до прискорення розвитку і підвищенню врожаю.

Порівняльний аналіз кінцевих ефектів застосування всіх цих методів, так само як і гамма-опромінення, показує, що вони однотипні. Застосування будь-якого з цих методів при несприятливих умовах збільшує врожай на 10 ... 12%. Однак метод гамма-опромінення має ряд переваг:

простота і сталість дії опромінювальних установок, для роботи на яких не потрібні висококваліфіковані фахівці;

рівномірність впливу на насіння опромінення;

точність дозування при опроміненні;

можливість обробки великих обсягів матеріалу.

Вивчаючи процес радіаційної стимуляції на молекулярно-біо-хімічному рівні, радіобіології показали, що опромінення рослин призводить до активації багатьох процесів обміну: посилюється синтез нуклеїнових кислот, білків, гормонів, підвищується активність деяких ферментів, змінюється проникність мембран, посилюється надходження в рослини поживних речовин. Все це призводить у результаті до прискорення росту і розвитку рослин. Проте пусковий момент, на думку А. М. Кузіна, - дерепресія і активізація під впливом радіації певної групи генів. Речовини, які запускають весь процес активації геному, так звані тригер-ефектори, можуть не тільки утворюватися в клітці в результаті зміненого під дією опромінення метаболізму, а й бути привнесеними ззовні - з інших тканин, зовнішнього середовища.

У 1976 р. А. М. Кузін висловив гіпотезу, що при променевій стимуляції як тригер-ефекторів можуть виступати хінони, які утворюються з поліфенолів в результаті радіаційно-хімічних реакцій окислення і активації поліфенолоксидази. Виявлення цих речовин практично можливо тільки при великих дозах опромінення, коли вони утворюються у високих концентраціях (10 ^-3 ... 10 ^-4 М), які пригнічують розвиток, тому їх спочатку і назвали радіотоксінамі. У малих же концентраціях
(10 ^-7 ... 10 ^-8 M) ці речовини діють стимулююче.

Як відомо, основна поглинена об'єктом енергія іонізуючого випромінювання реалізується в освіті високореактівних вільних радикалів, що сприяє посиленню первинних окисних процесів. Вільні радикали в значних кількостях утворюються в білках і ліпідах біомембран, що призводить до отримання ліпідних перекисів і активних хінонів. Відбуваються при цьому конформаційні зрушення у внутрішній структурі мембран клітини змінюють не тільки її проникність, а й активність мембранних ферментів. Одним з таких найбільш добре вивчених ферментів мембран є аденилатциклаза (АЦ), що регулює рівень циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ) в організмі. ЦАМФ впливає на швидкість фосфорилювання білків, а також є посередником у дії багатьох гормонів на геном клітини. Широко відомо, що ростові гормони, фітогормони дерепрессіруют гени в низьких дозах, а в підвищених концентраціях діють як інгібітори, як токсичні речовини. Хінони, впливаючи на мембрани, активують АЦ і через цАМФ викликають дерепресія геному. Активація генів в опромінених об'єктах можлива і в результаті безпосередньої дії тригер-ефекторів на хроматин ядра. Так, ще в 1966 р. на ізольованих клітинних ядрах було показано, що ортохінони (наприклад, допахінон) швидко проникають в ядра, з'єднуються з гістонами і тим самим знімають неспецифічну блокаду геному цими білками. Як наслідок відбувається посилений синтез інформаційних РНК, білків, ферментів та фітогормонів, індукують метаболічні процеси. Це в свою чергу істотно скорочує фази клітинного циклу на ранніх стадіях розвитку. Так, наприклад, за даними І. М. Гудкова (1976 р.), гамма-опромінення насіння кукурудзи в дозах від 5 до 10 Гр викликало в клітинах збільшення на 2% мітотичної активності і зменшення тривалості циклу за рахунок G -1 і G - 2 фаз з 13,8 до 10,4 ч.

Таким чином, освіта неспецифічних тригер-ефекторів хіноїдного природи складає один з важливих механізмів загального стимулюючої дії випромінювання. Підвищений рівень тригер-ефекторів викликає дерепресія генома не тільки у клітин верхівкової точки росту, але і в бічних нирках, що веде до збільшення числа бічних пагонів, посиленому розгалуженню у стимульованих рослин.

Багаторічні експериментальні випробування в польових і виробничих умовах Поволжя (В. І. Костін, 1989 р.) показали, що при опроміненні насіння ярої пшениці дозою в межах 2,5 ... 5 Гр, цукрових буряків 10 ... 12 Гр, томатів і огірків 2,5 ... 3 Гр відзначається активація ферментів з класу оксидоредуктаз. Ці ферменти здійснюють гідроліз запасних речовин, зокрема альфа-і бета-амілаз при проростанні насіння, особливо на другу-третю добу пророщування. У результаті спостерігається більш висока ступінь витрати поживних речовин. Як відповідна реакція на подразливість зростає інтенсивність дихання, збільшуються активність ферменту каталази і вміст редукуючих цукрів.

Поряд зі збільшенням врожаю в результаті передпосівної обробки в рослинах активізується накопичення органічних речовин, які виробилися в процесі еволюції рослин даного виду: білка для пшениці, сахарози для цукрового буряка. Посилюється мінеральне живлення. Слід зазначити, що рослини, вирощені з опромінених насіння за інтенсивною технологією, повніше використовують мінеральні добрива.

Проведені численні дослідження з передпосівному опроміненню бульб, кореневищ і живців. Результати робіт у цьому напрямку показали, що гамма-опромінення знаходиться в спокої посадкового матеріалу в оптимальних дозах викликає більш швидке і рясне пробудження точок зростання, коренеутворення. Так, максимальна стимуляція картоплі відбувається при опроміненні бульб в дозах від 0,5 до 5 Гр. Масові випробування, проведені у виробничих умовах ряду господарств Московської, Ленінградської, Орловської та інших областей, показали, що гамма-опромінення дозою 3 Гр або прискореними електронами дозою 1 Гр бульб (сорт Лорх) за 2 ... 6 діб до посадки забезпечує стабільне підвищення врожаю картоплі на 18 ... 25%. Одночасно спостерігали збільшення вмісту крохмалю.

При передпосівної опроміненні кореневищ м'яти (5 Гр) також спостерігали пробудження значно більшого числа очок та освіта пагонів, надбавку зеленої маси порівняно з контролем.

Опромінення живців ягідних культур: агрусу в дозі 5 Гр, чорної і червоної смородини (20 Гр) - приводило до їх кращому укоріненню, більшого річного приросту, збільшення вмісту хлорофілу і в кінцевому підсумку збільшення врожаю агрусу на 60%, чорної смородини на 16, червоною смородини на 63%. Опромінення вусів суниці дозою від 5 до 15 Гр при подальшому тепличному культивуванні призводить до збільшення врожаю ягід на 30%.

Механізм стимулюючої дії іонізуючого випромінювання в даному випадку такий же, як при передпосівній опроміненні насіння. На це вказують роботи по виділенню хінонів з бульб картоплі.

Значний практичний інтерес являє опромінення живців при щепленнях. Гамма-опромінення живців або підщепи виноградної лози на гамма-установці «Стерилізатор» дозою близько 10 ... 30 Гр значно збільшує вихід повноцінних щеплень - від 11 до 34%. Внаслідок дерепрессии геному посилюються процеси росту та ділення клітин, що буде сприяти більш інтенсивному зрощенню тканин щепи з підщепою. При цьому виражено інтенсивний поділ клітин у камбіальних шарі на стиках зрощення підщепи з прищепою, зміна активності фосфотаз.

При щеплення використовують також явище радіаційного подолання тканинної несумісності підщепи з прищепою. Використання іонізуючого випромінювання для подолання імунологічної несумісності широко досліджувався на тваринному організмі у зв'язку з завданнями пересадки тканин та органів в медичній практиці.

Опромінення підщепи (2 ... 3) 10 - ² Гр знижує антителогенез у відповідь на проникнення чужих антигенів щепи, що затримує реакцію відторгнення і дає можливість размножающимся клітинам щепи утворити загальну тканину з підщепою. У результаті виникає імунологічна толерантність опроміненого реципієнта до трансплантуються тканини.

Ця принципово нова технологія дозволила чисто Радіобіологічним методом замінити надзвичайно трудомісткі ручні операції у виноградарстві сучасними механізованим і автоматизованим процесами, поліпшити якість продукції та підвищити її вихід у виробничих умовах.

Стимулююча дія іонізуючих випромінювань використовують при розведенні лікарських рослин, для прискорення росту і збільшення виходу лікарсько-цінної речовини (алкалоїдів та ін.)

3 Використання іонізуючих випромінювань для підвищення господарсько корисних якостей птиці

По всій імовірності, механізм стимулюючої дії малих доз іонізуючих випромінювань на організм тварин на молекулярно-біологічному рівні навряд чи може суттєво відрізнятися від дії на рослини. Слід лише зазначити, що роль специфічних гормонів, індукують запуск характерних метаболічних процесів, які обумовлюють активацію розвитку, виконують гормони тварин, і в першу чергу, мабуть, стероїдні гормони, які контролюють ці процеси (Гудков, 1989 р.). Про це свідчать і дані Г. Л. Лукша з співавторами (1989 р.), які встановили, що у щурів-самців при опроміненні дозою 0,5 і 1 Гр відбуваються певні зміни в системі рецепторів стероїдних гормонів клітин різної чутливості. Найбільш чутливою до впливу іонізуючих випромінювань виявилася рецепція андрогенів в простаті щурів. Опромінення дозою 0,5 ... 1 Гр призводить до 7 ... 8-кратного зниження числа місць зв'язування андрогенів в цитозолі у всі досліджені терміни (10 ... 60 днів). Таким чином, при опроміненні малими дозами відбувається перерозподіл фракцій кортикостерону на користь біологічно активного, не пов'язаного з транскортином гормону. Разом з цим, за даними Т. В. Дудіна з співавторами (1989 р.), при опроміненні статевозрілих щурів-самців дозою 0,5 Гр рецепторное зв'язування ³ Н-кортикостерону в гіпоталамусі підвищується, що свідчить про збільшення частки пов'язаного гормону. На тлі зміненого гормонального рівня відбуваються зрушення в співвідношенні між окремими ізоферментами, які призводять до зміни обмінних процесів. Це пов'язано з тим, що багато ферментів є адаптивними до гормонів наднирників (А. ​​Г. Шкульов, 1989 р.).

Про стимулюючу дію іонізуючих випромінювань на тваринний організм можна судити по прискоренню або підвищення під впливом опромінення таких факторів, як зростання, розвиток, продуктивність.

Перші спроби практичного використання іонізуючих випромінювань для підвищення продуктивності сільськогосподарських тварин були зроблені в птахівництві шляхом опромінення яєць до і після інкубації, а також опромінення курчат і курей у різні вікові періоди. Ще в 1963 р. А. М. Кузін, І. Г. Костін та інші автори показали, що хронічне опромінення яєць в перші дні інкубації мікродозами гамма-променів (сумарна доза 0,012 ... 0,03 Гр) збільшує виводимість і виживання в середньому на 2,6%, а несучість курей виросли на 7%.

Великий інтерес для промислового птахівництва представляли напіввиробничих дослідження, проведені на Ташкентської птахофабриці з прединкубаціонним гамма-опроміненням дозою 0,03 ... 0,05 Гр курячих яєць перед закладкою в інкубатори. При цьому використовували дослідно-виробничу гамма-установку продуктивністю 7000 яєць в зміну. Експерименти показали посилення інтенсивності росту і розвитку курячих ембріонів, збільшення виводимості, виживання курчат і підвищення несучості курей (табл. 1).

Вплив радіаційної обробки яєць на контрольну вибракування і відходи інкубації

При дозі 0,25 Гр ефект стимуляції пропадав, а при дозах 0,5 Гр і вище переходив в ефект гноблення (рис. 2).

Згідно з дослідженнями, проведеними в МГАВМиБ ім. К. І. Скрябіна, радіаційна обробка яєць в дозі 0,2 Гр на 10-й день інкубації скорочує час інкубації на одну добу, збільшує масу курчат протягом першого місяця у середньому на 12%, підвищує несучість курей, отриманих з опромінених яєць, в порівнянні з контролем (А. Д. Бєлов, В. В. Пак, 1983 р.). Позитивний ефект радіації спостерігали також при опроміненні курчат в 1 ... 3 - і 20-денному віках дозами 0,2 і 1 Гр.

Стимулююча дія іонізуючих випромінювань було встановлено у курей-несучок. Після опромінення їх у віці 14 міс в дозі 0,05 Гр яйценосність збільшувалася на місяць у середньому на 18%. Несучки, які добре неслися до опромінення, не змінили несучості. Опромінення несучок в дозі 0,2 Гр було менш сприятливо. Аналогічне стимулюючу дію іонізуючих випромінювань на ріст молодняку ​​та подальшу продуктивність курей-несучок спостерігали вчені Казанського ветеринарного інституту (В. А. Кіршінідр., 1979 р.), Омського ветеринарного інституту (В. І. Биркович, 1983 р.).

Велике практичне значення мають роботи, проведені на бройлерах з метою збільшення їх маси (В. В. Пак, А. Д. Бєлов, В. І. Кіршина та ін.) Опромінення бройлерів в дозах 0,25 і 0,5 Гр призводило до збільшення маси курчат через 30 днів у середньому на 15%. Більш висока маса в опромінених курчат в порівнянні з контрольними зберігалася до кінця вирощування (65 діб).

Залежність стимулюючого ефекту від потужності дози показав Ю. І. Вахер. Так, при опроміненні курчат у 2-тижневому віці при потужності експозиційної дози 4,5 Р / хв стимулюючий ефект становить 10%, а при опроміненні курчат у 3-тижневому віці при потужності дози 7,5 Р / хв - 5%. Таким чином, стимулюючу дію випромінювання на організм птахів залежить від багатьох як зовнішніх, так і внутрішніх умов, в першу чергу від дози, її потужності, віку і функціонального стану опромінюється організму.

Механізм стимулюючої дії іонізуючої радіації на несучість курей пов'язують з виникненням тригер-ефекторів. Вплив малої дози (неспецифічний тригер-ефектор) на яйце або голову курчати активує синтез і викид в кров гіпоталамічного нейросекрету. При цьому підвищується продукування гонадолиберином (специфічні тригер-ефектори), які, впливаючи на гіпофіз, стимулюють секрецію гонадотропінів, ЛГ і ФСГ. Гонадотропіни, у свою чергу, стимулюють вироблення стероїдних статевих гормонів. Встановлюється оптимальний баланс оваріальних стероїдів, прискорюється дозрівання фолікулів, підвищується продуктивність. Вплив оваріальних гормонів через зворотній зв'язок на гіпоталамус викликає наступну хвилю стимуляції (В. А. Варданян, М. А. Кочікянц, 1989 р.).

Істотною частиною механізму міжклітинного контролю, здійснюваного шляхом нервової та ендокринної регуляцій клітин організму, є система циклічних нуклеотидів. Як показали досліди А. Д. Бєлова, Л. В. Рогожин, З. Г. Кусуровой (1986 р.), прединкубаціонное рентгенівське опромінення яєць дозою 0,05 Гр активізує ціклазную систему у курчат-бройлерів в наступні терміни розвитку (з 1 - х по 35-е добу).

Виходячи з численного експериментального матеріалу найбільш перспективним вважають процес радіаційного опромінення яєць перед закладанням їх в інкубатор оптимальними дозами 0,03 ... 0,05 Гр і при сортуванні курчат відразу після їх вилуплення дозою 0,2 Гр.

Схема промислового використання задоволена проста: укладені в лотки яйця подають транспортером у робочу камеру гамма-установки, піддають радіаційної обробці оптимальної стимулюючої дозою і потім по транспортеру вони надходять в інкубатор. Таким чином, новий процес легко вписується в існуючу технологічну ланцюжок інкубації на птахофабриках і комплексах.

Що стосується курчат, то на сучасних великих птахофабриках їх піддають спеціальній обробці. Курчати заштовхують дзьобом вперед у крихітну клетушки на карусельної установці, де верхню частину його дзьоба припікають. Цю операцію проводять, щоб запобігти вищипування пуху і расклевиваніе до смерті, притаманне курчатам в умовах великої скупченості. Технологічно її легко поєднати з опроміненням голови курчати, що призведе до його більш швидкому розвитку і підвищенню несучості.

Підраховано, що підвищення несучості на 10% в умовах великих птахоферм, що дають щорічну продукцію 5 млн яєць, означає отримання додаткової продукції в 500 тис. штук.

4 Радіаційна стимуляція тварин

Даних про радіаційну стимуляції у ссавців небагато. Показано, що хронічне опромінення щурів при потужності дози 0,2 · 10 ^-2 Гр / рік призводить до достовірного підвищення їхньої врожайності: кількість народжених щурят більш ніж в 2 рази перевищує таке в контрольній групі (А. В. Федоров, 1973 р.) . У мишей, які отримували протягом усього життя їжу, що містить деяку кількість радіоактивних елементів, спостерігали також прискорення зростання, збільшення абсолютної маси тіла і стимуляцію функції відтворення (А. П. Єрмолаєва-Маковська та ін, 1973 р.).

Радіостімуляцію вивчають у скотарстві, свинарстві, засоби захисту рослин. Так, гамма-опромінення добових поросят великої білої породи дозами 0,1 ... 0,25 Гр призводило до збільшення маси тіла тварин на 10 ... 15% в перші 3 місяці життя. До шестимісячного віку маса тіла перевищувала на 6 ... 8% масу контрольних тварин. При цьому радіостімуляція не впливала негативно на органолептичні та біохімічні показники (В. А. Кіршина, Григор'єв, Пастухов, 1983 р.).

Досліди, проведені на валахам тонкорунних овець в умовах вівчарського господарства, показали, що опромінення ягнят в одно-, двох-і тримісячному віці малими дозами на гамма-установці «Панорама-2» до 9-місячного терміну призводить до підвищення живої маси, виживання, настригом, густоти, довжини вовни у порівнянні з контролем (Курбангалеев, Йшмухаметов, 1994 р.).

Є дані, що гамма-опромінення норок при експозиційній дозі 0,1 ... 0,3 Гр підвищує виживання потомства, опірність заразних хвороб, у тому числі алеутської хвороби норок, і покращує якість хутра, особливо в самців.

Опромінення чорно-бурих лисиць незадовго до гону скорочувало даний розмитий період, збільшувало плодючість самок, підвищувало виживання потомства. При цьому потомство опромінених самок росло інтенсивніше і мало більш довгими шкурками при тій же пухнастості на період забою.

За відомостями Галена після опромінення невеликої ділянки шкіри кроликів при експозиційній дозі 1 Гр через 48 ... 96 год у них підвищувався фагоцитарний індекс у крові. Це свідчить про стимуляцію факторів неспецифічного імунітету, що збільшує життєздатність тваринного організму.

Дані процеси радіаційно-біологічної технології в звірівництві перебувають поки на першій експериментальній стадії, оскільки впровадження технологій можливе тільки в промислових звірівницьких комплексах, яких зараз вкрай мало.

Розглядаючи питання про стимулюючу дію радіації, слід врахувати, що прискорення зростання та розвитку може призводити до скорочення тривалості життя організму, що в цілому є негативним явищем. Разом з цим у тваринництві воно може набувати позитивне значення з господарської точки зору.

Прискорення циклу розвитку під впливом опромінення в стимулюючих дозах було показано в дослідах з мишами і дрозофіли. Але даних про скорочення життя тварин не є. Навпаки, є відомості про її продовження. Так, Є. Лорец (1980 р.), досліджуючи вплив різних доз хронічного гамма-випромінювання на розвиток мишей і морських свинок, показав, що їх опромінення при потужності дози 0,11 • 10 ~ ² Гр / добу. починаючи з одного місяця і до кінця життя призводить до збільшення середньої тривалості життя мишей із 703 днів до 761 дня, а свинок - з 1400 до 1457 днів.

Таким чином, сфери застосування радіостімуляціі досить великі і перспективні через високообещающей економічної вигоди, що особливо важливо в наш час - час ринкової економіки.

5 Використання іонізуючих випромінювань при виробництві кормів і кормових добавок для сільськогосподарських тварин

В основі методів одержання кормів і кормових добавок лежить використання бактерицидної дії іонізуючих випромінювань. Значний резерв для отримання цінних кормів та кормових добавок - промислові, сільськогосподарські й побутові відходи. Очищення стічних вод на першому етапі полягає у відстоюванні нерозчинних твердих залишків, які утворюють сирої осад стічних вод (ОСВ). Біологічне очищення аерованих стічних вод призводить до утворення активного мулу. При цьому в ОСО зростає частка біологічної маси, що є переважно білкова речовина. Та частина активного мулу, яка не використовується як приманка для біологічного очищення нових порцій стічних вод, становить надлишковий активний мул (ІАІ). Мулові майданчики є навіть у зоні міст. ОСВ і ІАІ мають високу вологість (92 ... 97%) і являють собою складні колоїдно-дисперсні водні системи з високим опором до фільтрації. Вони є сприятливим живильним середовищем для виникнення небезпечної мікрофлори, для зараження яйцями гельмінтів; в них легко розвивається гнильне бродіння. Разом з тим ОСВ і ІАІ можна розглядати як цінна сировина для отримання корму і кормових добавок для тварин. Так, активний мул містить близько 70% органічних речовин, 30 ... 40% білків, жирів, вуглеводів, вітамінів і мінеральних речовин, практично всі замінні і незамінні амінокислоти.

Дезінфекція та дегельмінтизація ОСВ і ІАІ можуть бути успішно розв'язані шляхом застосування іонізуючого випромінювання, яке призводить до загибелі більшості збудників інфекційних та інвазійних хвороб. Летальна доза залежить від типу мікроорганізмів, їх радіочутливості. Крім того, зі збільшенням обсіменіння доза трохи зростає. У водних середовищах, насичених киснем, спостерігається посилене дію радіації (кисневий ефект). Поглинена доза 10 ... 20 кГр забезпечує стерильність з усіх найбільш часто зустрічається у відходах збудників інфекційних та інвазійних хвороб. При підвищенні температури до 320 ... 330 ° К (47 ... 57 ° С) дозу повного знезараження можна знизити в 10 разів (модифікує фактор). Попереднє опромінення ОСВ і ІАІ, крім того, знижує питомий опір до фільтрації в 1 ... 5 разів, що скорочує час обробки стоків і знижує енерговитрати.

В університеті штату Нью-Мехіко в США спільно з фірмою «Сандиа» були проведені дослідження щодо доцільності згодовування телицям (20 голів) ОСВ, опромінених дозою 10 кГр. Було показано, що кінцеві прирости маси в дослідній та контрольній групах не розрізняються, фізіологічні показники крові, вміст важких металів відповідають нормі, м'ясо за кольором, щільності і смаковими якостями не змінилося. За калорійністю та біологічної цінності амінокислот ОСО не поступаються борошні з макухи насіння бавовнику. У дослідах на мишах було встановлено відсутність в ОСО, обробленому іонізуючим випромінюванням, токсичних речовин.

Технологія отримання корму з ІАІ була розроблена Інститутом фізичної хімії АН України. Вона включає обробку ІАІ прискореними електронами до поглиненої дози 10 кГр, його фільтрацію при тиску 0,8 МПа і сушку. Отримана кормова добавка не містить патогенних мікроорганізмів, вірусів та яєць гельмінтів і нетоксична.

Піддані радіаційної обробці ОСВ і ІАІ можуть бути використані і як органо-мінеральних добрив.

Іншими об'єктами радіаційної обробки можуть бути деревина, солома та інші відходи. Цікаві роботи в цьому напрямку були виконані в НДІ фізичної хімії АН СРСР і НІ фізико-хімічному інституті імені Л. Я. Карпова. Відомо, що рослинні матеріали в сухому вигляді на 60% складаються з целюлози, тобто вуглеводного компонента. Але сільськогосподарські тварини засвоюють целюлозу приблизно на 10 ... 15% внаслідок її важкою перетравності. У той же час целюлоза - складний полісахарид, що включає глюкозу - цінний енергетичний субстрат для життєдіяльності організму тварин. Таким чином, рослинна сировина (солома, деревина та інші відходи) є важливим джерелом одержання кормових добавок.

При дії радіації здійснюється процес деполімеризації, відбувається амортизація целюлози в деревині; вона пом'якшується і підвищується її розчинність у воді. У результаті радіаційно-хімічних перетворень в рослинній сировині зменшується частка трудногідролізуемих органічних сполук. Розчинність опроміненого матеріалу зростає в 10 разів, тому що при радіолізі целюлози відбувається розрив полімерних ланцюгів і утворюються легкорозчинні продукти, які в організмі тварини під дією соків засвоюються.

Найбільш перспективне пряме використання опроміненого деревної сировини для годівлі тварин. Дози опромінення складають 100 ... 200 кГр. Метод прямого згодовування опроміненої деревини тваринам випробуваний у Ленінградському ветеринарному інституті на великих тварин і в Казанському ветеринарному інституті на птахах. Доведено, що 50% раціону можна замінювати опроміненої деревиною.

Найбільш могутній і економічний виробництво може бути організовано на базі ядерних реакторів, на уранових контурах продуктивністю 100 тис. т на рік. Можна використовувати гамма-нуклідний установки і прискорювачі електронів. Було показано, що перетравність сухої речовини соломи озимого жита зростає від 17 до 27% після опромінення прискореними електронами поглиненою дозою до 10 ... 30 кГр. Радіаційна обробка грубих кормів сприяє їх ферментації і дріжджування, що дозволяє отримувати корми, збагачені легкопереваримой вуглеводами та протеїном.

Таким чином, при радіаційній обробці якість грубих кормів може бути покращено, а некормових рослинні матеріали (деревні відходи, кукурудзяні стрижні, лушпиння тощо) можуть бути перероблені в високоякісні углеводсодержащего корми та кормові добавки. Крім того, корм з рослинної сировини після дії іонізуючого випромінювання придатний для тривалого зберігання. Досліди з його зберігання протягом 2 ... 3 років в упакованих мішках не виявили будь-яких змін якості корму. Неопромінених же корм піддавалося гниттю.

Література

Радіобіологія / А.А. Бєлов, В.А. Кіршина, Н.П. Лисенка та ін - М.: Колос, 1999. - 384 с.: Іл.