核农学与绿色农业

核农学与绿色农业2007-6-1 20:56:38 来源：徐宏 人气： 262摘 要：本文从分析核农学辐射诱变育种技术、辐射不育防治农业害虫技术、农产品辐射保藏技术和农用核素示踪技术的特点优势入手，阐述了核农学技术在确保农产品安全、生态安全、资源安全、提高农业综合经济效益，即在绿色农业发展模式中的独特作用。关键词：核农学；绿色农业所谓绿色农业，是指以全面、协调、可持续发展为基本原则，以促进农产品安全（数量安全和质量安全）、生态安全、资源安全和提高农业综合效益为目标，充分运用先进科学技术、先进工业装备和先进管理理念，汲取人类农业历史文明成果，遵循循环经济的基本原理，把标准化贯穿到农业的整个产业链条中，实现生态、生产、经济三者协调统一的新型农业发展模式。其核心内容就是“三个确保一个提高”，即：确保农产品安全、确保生态安全、确保资源安全、提高农业的综合经济效益。核农学是原子核科学技术与农业科学技术相结合而形成的一门新兴科学，是核素、核辐射技术在农业科学与农业生产中广泛应用的应用科学。毫无疑问，核素与核辐射技术在农业科学与农业生产中的应用，已成为现代农业科学技术的重要组成部分，是现代化农业的重要标志之一。核农学深化了“绿色革命”，成为改造传统农业、促进绿色农业现代化的重要科学技术，在辐射农作物改良、辐射杀虫灭菌、辐射刺激生物增产、辐射加工农副产品和辐射保藏食等方面，发挥了十分突出的作用，取得了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。因此，作为核农学主要研究内容的辐射诱变育种技术、辐射不育防治农业害虫技术、农产品辐射保藏技术和农用核素示踪技术与绿色农业生产模式密切相关，在绿色农业发展中具有独特的技术优势和非常广泛的应用前景。一、辐射诱变育种技术与农业品种安全核辐射诱发植物遗传突变，是创造新的遗传资源、选育优良品种以及解决植物改良中某些特殊问题的有效途径。辐射诱变育种是指人为地利用电磁辐射和粒子辐射等物理因素，以及它们与化学诱变剂和生物诱变剂等因素结合诱发作物遗传变异，促进遗传基因重组，改进遗传特性，在较短时间内获得多种多样有利用价值的突变体，根据生产要求和育种目标对突变体鉴定和选择，直接培育成生产利用的新品种；或者对诱变获得的遗传资源（种质资源）在育种上作亲本利用，进而育成新的优良品种。辐射诱变育种的优势在于变异种类多、幅度大、变异频率快，它只是人为地加快了植物种子其自然变异的频率，使作物本身染色体产生缺失、重复、易位、倒置等引起遗传性变异，没有导入任何其它新基因，从本质上与自然变异没有任何区别，而且经过这种途径育成的种子经各种专业检测，也没有发现增加任何放射性，即使直接食用也没有问题；更何况，种子并不是直接食用，而是通过科学家的进一步种植和研究，选出有益变异进行推广种植，然后才能走上人们的餐桌。国际粮农组织、国际卫生组织、国际原子能机构联合认定，“太空辐射种子”的安全性已完全达到规定指标要求。几十年来的实践证明，辐射诱变改良作物品种是常规杂交育种难以替代的育种手段，也是常规杂交育种的重要补充，是当前仅次于常规杂交育种（含杂种优势利用）位居第二的育种途径，对促进农作物品种创新与增产有着很大潜力。根据FAOIAEA和中国有关资料，我国植物辐射育种研究虽然比国外发达国家起步约晚30年，但是发展迅速、成绩斐然。通过辐射诱变育成的优良突变品种，涉及粮食作物、油料作物、棉麻作物、糖类作物、蔬菜作物、观赏植物、果树、绿肥等各种植物，占世界各国（除中国）突变品种总数的近1/3；育出的农作物新品种约占全国育出品种数的1/10，年推广面积占全国可耕地面积的10%左右，在技术上跃居国内外先进水平的同时，也为国家创造了巨大的社会经济效益。目前植物辐射育种技术正在与杂交技术、生物技术等多种新兴育种技术相结合，不断创新发展，届时将会培育出更营养、更可口、适合特殊人群的食品和更具观赏性、实用性的新奇植物，使我们的生活变得更加安全、绿色和丰富多彩。二、辐射不育防治农业害虫技术与农业生态安全利用核辐射防治农业害虫是现代生物防治技术中一项唯一可能灭绝一种害虫的有效手段，也是一项无公害生物防治的绿色技术。昆虫辐射不育技术就是利用害虫寻找配偶、进行交尾繁衍后代的本能，通过射线强大的穿透力，使被辐射的害虫的生殖细胞受到伤害，造成雄性昆虫不育，再把不育昆虫释放到野生种群中去，通过野生昆虫与不育昆虫交配后不能产生后代降低野生种群虫口密度，这样经过若干代后，野生昆虫数量逐渐减少，以至最后可能完全灭绝，以达到防止害虫的目的。而以之相对应的大量使用化学杀虫剂，仍是目前防治害虫的主要手段。随着害虫对化学杀虫剂抗性的增长，使用化学杀虫剂的用量和次数也不得不增加，这一方面加剧了环境的污染，另一方面对天敌的大量杀害，使生态平衡遭到严重破坏，由于使用杀虫剂后害虫的增殖往往要比其天敌快，害虫仍易“暴发”，往往更加为害猖獗。很显然，使用昆虫辐射不育技术本身不污染环境，对人、畜和害虫天敌等无害，而且防治效果持久。在人们越来越关注环境污染日趋严重的今天，其优点将越来越得以显现。目前，世界上已有2/3的国家对200多种害虫进行辐射不育研究，其中有约1/6已进入中试或实际应用阶段，取得了显著效果。如美国70年代已先后两次在整个国土上灭绝了危害大牲畜的螺旋蝇；80年代墨西哥全国消灭了地中海果蝇，每年避免了15亿美元的损失。中国利用辐射不育技术防治害虫的研究始于20世纪50年代末60年代初，到目前为止研究的害虫种类涉及鳞翅目、双翅目和鞘翅目类害虫中的农业、林业和仓储方面的重要经济害虫，如亚洲玉米螟、粘虫、马尾松毛虫、三化螟、甘蔗黄螟、棉红铃虫、桃小食心虫、野蚕、小菜蛾、米象、柑橘大实蝇和柑橘小实蝇等几十个虫种，有的在生产实际中应用，也取得了显著的效果。如上世纪八十年代初在辽宁省兴城县磨盘山岛进行的辐射亚不育亚洲玉米螟的释放试验取得成功，首次为我国利用昆虫不育技术防治重要害虫提供了一套完整的技术资料；上世纪八、九十年代在贵州省惠水县总面积为118公顷的温州蜜橘园内释放辐射不育柑橘大实蝇160万头，使柑橘大实蝇的危害率由5%下降到01%，野生虫口濒于灭绝。昆虫辐射不育技术防治害虫，对于保证我国农作物、果树、蔬菜等的高产、优质、安全、绿色具有重大作用。三、农产品辐射保藏技术与食品加工安全农产品辐射保藏技术是核辐射技术应用的一个重要领域，它利用放射性核素的射线（或加速器产生的电子束）等辐照农产品，使之抑制发芽、推迟成熟、杀虫杀菌、防止霉变，从而达到保鲜或延长储藏的目的。农产品辐射保藏技术具有许多特点：第一，射线具有较高的能量，穿透力强。可以在不损坏原包装情况下对包装物质进行辐照，并可以通过控制辐照的剂量和工艺达到对农产品辐照剂量的均匀度。第二，能很好地保持农产品的色、香、味、形等新鲜状态和食用品质。辐照农产品通常是在常温下进行，辐照几乎不引起内部温度的升高，尤其是对于不适于加热、熏蒸、湿煮的农产品，更具有优势。第三，无污染、无残留、安全卫生。农产品辐照是物理加工过程，不需添加任何化学药物，没有化学残留。另外，射线的能量不能使辐照的农产品产生感生放射性；辐照本身是在密闭和防护的条件下，农产品也不接触放射性核素，因此，辐照的农产品和环境也不会产生放射性污染。第四，辐照加工可以改进某些食品的工艺质量和品质，提高产品的档次。如辐照面粉可以提高其烘烤质量；辐照白兰地酒可以加速酒的陈化，减少刺口辣喉，提高酒的醇香。第五，耗能低，可以节省能源。这是辐射保藏农产品具有的独特优势，相比传统的加工方法（如热加工和冷加工），一般节约能耗70%90%。第六，辐照杀虫灭菌可以作为进出口贸易的一种有效检疫处理手段。近年来，农产品的进出口数量和种类不断增长，已成为传播毁灭性病虫害的根源。通常检疫处理以化学熏杀为主，此法除有药物残留外，杀虫灭菌也不彻底，而辐射保藏则能彻底杀灭进口农产品中的病虫害，成为国内外行之有效的检疫措施。农产品辐射保藏的基本原理就是利用射线对农产品的生物学效应，但除此之外，当然也可能引起农产品的其它变化，如农产品的营养成分是否有变化，辐照产物对人体是否有害等。这些涉及辐照食品卫生安全性的问题，国内外开展了大量的研究工作。1980年，联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）、世界卫生组织（WHO）召开辐照食品卫生安全性联合专家委员会。根据各国专家20多年的研究结果，做出“剂量低于10KGy，辐照任何食品不存在毒理学的危害，因此不需要进行食品毒理学试验”的结论。我国广大核农科技人员也分别对干鲜果品、粮食、蔬菜、肉类、水产品、饮料、酒类、调味品、茶叶等几百种食品进行了辐照保鲜、杀虫防霉、灭菌消毒、改善品质等方面的研究，并取得了许多研究成果。国家卫生部门也对辐照食品的安全性评定和批准上市建立了严格的管理和审批制度，陆续批准了几十种辐照食品卫生标准。依据国内外研究积累的大量实验数据，充分证明在一定剂量范围内辐照食品是安全的。因此，农产品辐射保藏技术具有节能、效率高、方法简单和安全可靠、无残留、无污染等优点，在国内外已广泛应用，正形成一门新兴的食品加工产业。四、农用核素示踪技术与农业资源安全众所周知，信息技术最根本的内容之一是信息的获取，而核素示踪技术就是利用放射性衰变和稳定性质量差异作为信息表达，可以快速、无损伤而又十分灵敏地获取微观与宏观世界的精确信息，具有独特优势。所以人们称核素示踪技术是“流动型的原子显微镜”。农用核素示踪技术的应用渗透于大农业的各个领域，包括植物、动物、土壤与环境等，它的意义在于揭示和阐明农业生命活动的奥秘，以及农业科学研究和农业生产过程中各种因素的作用机理，为农业生产技术的实施、环境评价及宏观管理提供科学依据。随着现代农业的发展，农药、化肥、农田塑料和农业废弃物等农业自身污染问题，对农业生态环境造成了严重破坏（附Thomas EWaddei等提出的农药、氮肥、磷肥在环境中分配情况的估测值见表1），并通过食物链影响着人类的健康，成为当今环境污染问题的焦点，受到全世界的关注。表1 农药、氮肥和磷肥从施用到收获的质量平衡估算环境介质农药（%）氮肥（%）磷肥（%）大气3050(c)15(a)5(c)现场存储、分解2065(b)1030(a)5575(b)植物吸收420(c)3550(a)715(a)非现场土壤（表层）110(c)510(c)1015(c)地表水15(a)5(a)510(a)根区下土壤、地下水5(b)515(b)1(b)注：a基本准确；b稍微准确；c最佳估测值由于核素示踪技术在试验方法上具有明显的优势而被广泛地用于化学肥料和化学农药对农业生态环境影响的检测、监控及其研究，探索其运行规律和影响评价体系，为农业生产中合理使用、防止或减轻对生态环境的污染，为农业的可持续发展发挥突