Методика проведения вегетационных опытов
04.09.2012
Метод меченых атомов позволяет работать с «мечеными удобрениями» и проследить поступление в растения питательных веществ из удобрении и их превращения в растении и в почве. Применение радиоактивного изотопа фосфора дало возможность получить новые данные о фосфорном питании растений, проверить правильность многих ранее высказанных положений и разработать новые представления о фосфорном обмене у растений.
Использование метода радиоактивных индикаторов основано на добавлении к нерадиоактивному изотопу ничтожно малого количества радиоактивного изотопа этого элемента. В результате этого добавления происходит изменение изотопного состава элемента, и так как изотопы практически одинаковы по своим химическим свойствам, то по радиоактивной добавке можно судить о содержании данного элемента. Добавка радиоактивного изотопа является радиоактивным индикатором, по которому можно проследить распределение, передвижение и накопление в растении «меченого» им элемента.
В радиоактивных препаратах фосфора, с которыми приходится иметь дело при постановке вегетационных опытов, содержание Р32 ничтожно мало.
Например, когда 1 г Р2О5 имеет активность в 0,1 мккюри, в нем содержится только 1,5 • 10в-7 мг Р32, все остальное количество фосфора этого препарата является нерадиоактивным фосфором Р31. Таким образом, удельная активность ничтожных количеств радиоактивных индикаторов весьма высока, что позволяет обнаруживать при помощи их количество вещества порядка 10в-14 г.
Набивка вегетационных сосудов. При проведении вегетационных опытов с радиоактивными изотопами необходимо соблюдать определенные правила предосторожности, чтобы не причинить вреда здоровью работающих.
Опыты с радиоактивным изотопом фосфора Р32 при соблюдении элементарных правил предосторожности не могут привести к нежелательным в отношении здоровья явлением. Радиоактивный изотоп Р32 имеет сравнительно короткий период полураспада, он нелетуч, применяется в относительно небольших дозах, хорошо абсорбируется почвой, т. е. обладает свойствами, которые делают его относительно безопасным элементом.
Работа с получаемыми для опытов концентрированными препаратами, имеющими высокую удельную активность, должна проводиться в специальной лаборатории, которая удовлетворяет санитарным правилам работы с радиоактивными веществами. Все операции: вскрытие ампул, разведение и приготовление рабочих растворов или активных удобрений, проводятся в вытяжном шкафу на кювете во избежание возможного разлива радиоактивного раствора. Все работающие должны быть в халатах и резиновых перчатках.
Препараты с высокой активностью следует хранить в запираемом шкафу, желательно в металлическом сейфе. По получении исходных концентрированных препаратов необходимо возможно скорее перевести их в те рабочие растворы и препараты удобрений, которые будут применяться в опытах. Радиоактивное излучение препаратов в окружающую среду зависит от самопоглощения радиоактивных веществ, т. е. от поглощения излучений в толще самого препарата. При разведении препаратов происходит соответствующее увеличение самопоглощения; в результате этого излучение, испускаемое препаратами во внешнюю среду, сокращается во много раз. Например, получен препарат фосфата калия с удельной активностью 1 мкюри в 1 мл раствора. Если для постановки опытов требуется вносить по 100 мккюри на сосуд, то легко и точно измеряемым количеством раствора будет 10 мл раствора на сосуд. Следовательно, полученный препарат надо развести в 100 раз до удельной активности в 10 мккюри на 1 мл раствора или до 100 мккюри на 10 мл. Самопоглощение излучения в разбавленном растворе будет большое, так как большинству β-частиц надо будет проходить сквозь слой жидкости. Аналогичное увеличение самопоглощения будет происходить и при внесении радиоактивных удобрений. Внося 100 мккюри на один сосуд, в который помещается не менее 1 кг почвы, мы производим дальнейшее увеличение самопоглощения; удельная активность вещества равна теперь только 0,1 мккюри на 1 г почвы. Излучение поглощается теперь большим количеством почвы, стенками сосуда, слоем песка, насыпанным сверку, и уже не может иметь существенного влияния на развитие растений. Таким образом, первым правилом работы с радиоактивными изотопами является возможно более быстрое разбавление их веществом, в котором происходит большое самопоглощение излучения.
Измерение необходимых количеств растворов радиоактивных веществ должно производиться автоматическими пипетками или бюретками. При набивке сосудов обычно радиоактивный изотоп фосфора добавляется к раствору немеченого фосфора (50-100 мг на сосуд), чтобы его «пометить».
При набивке сосудов почву высыпают в большую фарфоровую чашку и в середину почвы выливают раствор, содержащий меченый фосфат. После этого почву перемешивают с раствором руками в резиновых перчатках. При внесении больших количеств радиоактивного изотопа, например в опытах по установлению токсических для растений доз, раствор предварительно размешивают с почвой стеклянной или фарфоровой палочкой, а затем уже руками в перчатках.
Сначала производится набивка сосудов, в которые не вносится радиоактивный изотоп, затем сосудов, в которые вносятся малые количества радиоактивного вещества, и уже потом сосудов, в которые вносятся большие дозы Р32. При такой последовательности не обязательно тщательно отмывать чашку, переходя к набивке следующего сосуда, а достаточно ее протереть сначала небольшим количеством неудобренной почвы и песка, а затем марлей. Необходимо следить за тем, чтобы поверхность чашек была гладкая, а не шероховатая.
Дозы 15Р32. Существенное значение при проведении вегетационных опытов имеет установление правильной дозы радиоактивного изотопа, обеспечивающей и точность аналитической работы и отсутствие токсичности радиоактивного вещества для растений.
НИУИФ и Почвенный институт АН СССР провели большое количество вегетационных опытов по установлению доз Р32. В результате этих работ были установлены следующие положения. Скорость распада радиоактивного изотопа фосфора (период полураспада Р32 - 14,2 дня) вполне обеспечивает возможность проведения краткосрочных вегетационных опытов с малыми дозами Р32, порядка 5-10 мккюри на сосуд. Но в вегетационных опытах, в которых растения доводятся до полного созревания, к концу опыта Р32 распадается на 90-95%. Поэтому было необходимо установить такие дозы Р32, чтобы они, будучи нетоксичными для растений, обеспечивали возможность достоверного определения активности излучения созревшего урожая.
Чтобы получить достоверные результаты определения активности урожая при серийных, массовых анализах, должна быть обеспечена возможность непосредственного определения активности излучения в навеске сухого вещества в 1,0-0,2 г. При этом количество импульсов для этой навески, за вычетом «фона» (т. е. числа импульсов, получающихся от такой же навески сухого нерадиоактивного вещества), должно быть не менее как в два-три раза больше, чем число импульсов для фона. Наличие в конце опыта небольших отсчетов, близких по величине к фону, приводит к неточным определениям, не допускающим количественных вычислений выноса фосфора урожаем.
В вегетационных опытах было показано, что в почвенных культурах дозы порядка 100-200 мккюри на сосуд обеспечивают достоверные отсчеты в конце опыта при отсутствии токсического действия радиоактивности на растения.
Отношение растений к дозам Р32 различно. По выносливости к высоким дозам Р32 растения располагаются в следующий ряд, начиная с менее выносливых: гречиха, зерновые злаки, горох, лен, горчица. Токсичность Р32 в опытах с зерновыми злаками была заметна при дозе в 500 мккюри на 1 кг почвы, в опыте с гречихой - при дозе в 360 мккюри на 1 кг почвы, в опыте с горохом - при дозе в 1000 мккюри. Для льна и горчицы не было отмечено вредного действия Р32 и при этой высокой дозе. Следует иметь в виду, что эти дозы относятся к равномерному и тщательному перемешиванию радиоактивного удобрения с 1-килограммовой навеской почвы.
В опытах с местным внесением дозы Р32 следует брать меньшие. Вообще желательно работать с возможно более низкими дозами Р32. При установлении дозировки Р32 для каждого конкретного опыта следует учесть его длительность, способ внесения фосфата, особенности растения и особенности почв. Нужно учитывать, что токсичность Р32 зависит от типа почвы; чем сильнее фиксирует почва фосфаты, тем более высокие дозы легче переносят растения. Так, на черноземе токсичность высоких доз Р32 больше, чем на подзолистом суглинке. Внесение фосфорных нерадиоактивных удобрений уменьшает токсичность Р32.
Размол урожая. Определение активности полученного в опыте урожая производится в навеске сухого вещества. Размол вещества производится на мельнице типа «Пируэтт» или на терке Древса (если в опыте получены урожаи порядка 5-50 г, то размол их производится на мельнице; небольшие урожаи, до 5 г, растираются на терке).
Весьма важно, чтобы размол проводился в определенной последовательности. Сначала нужно размалывать материалы без радиоактивных веществ, а затем - в порядке возрастания их активности. При таком порядке размола меньше опасность засорения урожаев радиоактивными веществами. В противном случае приходится перед размолом каждого нового образца производить тщательную чистку мельницы и длительный размол нерадиоактивного вещества. Следует иметь в виду, что при размоле урожаев первые порции размола отбрасываются.
Работающие должны иметь очки-консервы и закрывать нижнюю часть лица марлевой повязкой или надевать респиратор во избежание попадания пыли в глаза и носоглотку. Растирку и просев радиоактивной массы следует производить под тягой. Для очистки помещения от пыли радиоактивных веществ надо проветривать помещение и протирать стены и мебель или удалять пыль пылесосом. Все работающие должны быть в халатах или комбинезонах.
