第八章第四节放射性同位素在农业中的应用
引发种子的变异
放射性同位素在农业上的应用是极为广泛的。核农学就是核技术与农学相结合的一门新学科
。
谈到选育良种，不能不涉及作物的一个基本特性—遗传和变异。遗传性和变异性是对立的
统一。如果没有遗传性，则自然界现有的各种生物将不复存在
。而如果没有变异性，也就没有生物的进化。当前我们看到的成千上万种农作物品种都是在
历史的长河中，由于植物本身的遗传和变异，再经过长期的自然选择和人工选择而形成的。
近代因为科学技术的发展，人们已不再等待自然的恩赐，单纯地利用植物本身自然产生
的变异，而能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型，这种方法叫“人工引变”。
人们已经弄清楚：生物性状的遗传是受一种叫“基因”的遗传物质控制的，它存在于生物细
胞内的染色体中。这种传递遗传信息的遗传物质，人们在电子显微镜下可以看到它的分子结
构。如果这种物质的原有结构发生改变，就能引起生物性状的变异。应用原子反应堆产生的
热中子或加速器产生的快中子，以及放射性同位素放出的射线，都可以使生物细胞内遗传物
质的结构发生改变，因而引起生物形形色色的性状突变。
大体说来，应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的几率，而自然产生的突变只
有百万分之一的几率，人工引变可以提高突变率一千倍。当然这不能像神话故事里的孙悟空
一样，拔一根猴毛一吹就变出一个小孙猴子。我们也不能指望用射线一照就变出一个良种来
。这是因为到目前为止，人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中，进行
认真仔细地选择，才能育成符合我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做
“辐射育种”。它是继“系统选种”，“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。这一
新技术随着我国原子核科学技术的发展，已在全国广泛运用起来，并已取得显著效果。
棉花育种
“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员，应用放射性同位素钴-60放出的γ射线
处理棉花杂交的后代育成的。
起初，为了育成适合生态条件并且高产优质的棉花良种，他们于1961年用杂交育种的方
法，选配一些组合。但是经过多年的分离选择，并没有获得符合理想的后代。其中有一个杂
交组合，母本是“中棉所2号”，父本是“1195”（选育的一个品系），这就是“鲁棉一号
”的“始祖”。它虽然结合性较好，但到了第九代仍然性状不稳定，而且株型高大松散。这
时，他们决定应用辐射育种新技术，希望将它的性状引向好的方面发展，并且稳定下来。
1971年，他们“将中棉所2号”与“1195”杂交第九代种子用钴-60辐照40000伦琴（辐照量
的单位），根据辐射育种的规律，照射第一代因受射线损伤的作用，生长很不好，有的还出
现畸形。但这些都不能遗传给后代。一般从第二代开始，突变的性状才能逐渐显现出来。
他们把第一代中生长正常的棉株混收留种，第二年把这些种子单独播种在一块地里，并在收
获时进行单株选择。入选的单株单收单脱粒，成为一个株系。第三年将这些株系，按系播种
，每系种一行，这叫株行圃。在生长期间，直至收获之时，都对每一个株系进行比较，然后
选出一批株系。其中以第99号株系表现最为突出，不仅株形紧凑，生长稳健，而且结合性强
，吐絮集中，同时性状也不再分离。收获时将这些入选的株系，全都收在一起，并分别脱粒
留种，准备进入鉴定试验。这好像小学生参加了升学考试，成绩优秀的可以升入中学。
经过几年试验，新品种于1975年育成，1976年定名为“鲁棉一号”。开始全省区域试验时，
他们采用育苗移栽，点播分墩等方法高倍繁殖种子，并进行多点试验示范，将该品种迅速传
播到全省棉区。河南、河北等省区也进行了引种。
根茎叶的侦察兵
农民是很重视给农作物施肥的，但是，给作物施肥以后，作物是否吸收了这些肥料呢？
如果肥料被吸收了，那么，它们到达了作物身体的哪一部分，发挥什么作用呢？对这个问题
，过去，人们只能从作物的生长情况，作个大概的分析估计。当然，也有人想，要是能在肥
料里派几个侦察兵，让它们和肥料一同进入作物的身体内部，再把它们在作物身体内部的情
况不断报告出来，那就再好不过了。
在发现放射性同位素以后，农学家们就找到肥料中的侦察兵了——派放射性同位素去做这项
工作。
氮、磷、钾被称为植物营养的三大要素，但是，它们进入植物身体以后，究竟参加了什么工
作呢？比如说，人们想知道磷肥进入植物体后的情况，就在植物的肥料里加进一点放射性同
位素磷-32，让它们和普通的磷-31混在一起，它们就成了肥料在植物体内的示踪剂。
因为，这对植物来说，并不能区别出这两种磷有什么不同。
在施过肥料以后，植物对这两种磷一样看待，将它们加以吸收并转化成营养物。带有放
射性标志的磷与肥料中的普通磷混杂在一起，被植物的根部吸收，通过茎再被送到叶片和果
实部分。这些放射性同位素磷-32，就是送入植物体内的肥料侦察兵，它们就这样稳稳当当
地打入植物内部，同时，不断地发出放射性的信号，它们就是肥料的示踪剂。
科学家在给植物施过加有磷-32的肥料之后，隔两天、五天、九天……摘取植物的叶片或
者茎、根部分，与照相底片贴紧并放置一段时间……由于这些部分含有放射性同位素磷-32
，放出的射线会使照相底片感光、显影，从而可以了解这些放射性同位素钻进植物内部以后
的行迹。也就是说，肥料成分被吸收的情况、移动的速度、在植物体内的分布等，这一切都
可以清清楚楚地显示在照相底片上。像这样，把示踪剂和射线照相技术结合起来，就形成了
所谓的自射线照相术（又叫做放射自显影）。
用示踪法观察作物生长
这样，利用示踪的方法就可以跟踪、观察植物或农作物的生长发育等各种动态。例如，植
物的营养和代谢作用之间究竟有着什么关系？植物生长，最需要的是什么？植物是怎么样吸
收自身所必需的物质的？植物通过根或叶吸收些什么？水或其他化合物是如何转变成糖类或
蛋白质的？等等。
比如，有人研究过：给植物施肥时，应该施在什么部位？就是说，肥料施在种子的上面
好呢，还是施在种子的下面好？或者是施在种子的侧面，效果又怎么样呢？这三种情况下，
料离种子相距多远时效果最好？按照传统的方法，为了弄清这些问题需要分别进行培育试验
，再比较其结果。很显然，这种方法要花费很多劳力和时间，实验周期确实太长了。
有的营养成分也可以通过叶子直接被植物吸收。这种现象也是通过利用放射性同位素进行
研究才弄清楚的。此外，还搞清了其他一些问题。例如，某些植物的根对于特定的元素，并
没有选择吸收的能力，特别是铯、铷等元素，它们的性质与植物大量需要的钾元素非常相似
，可是，植物的根对它们没有选择吸收的能力。
由于使用了放射性同位素示踪剂技术，人们得以在研究中不断取得新的成果。通过这些研究
还改进了施肥的方法，以及土壤管理的技术，为农作物的稳定高产开创了新的局面。