Основы общей и сельско-хозяйственной радиобилогии - Гудков И.Н.
ISBN 5-7987-0005-4
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку химические свойства изотопов одного и того же элемента считаются практически одинаковыми, а относительные различия в массах их атомов невелики (за исключением изотопов водорода, различающихся по массе в два и три раза), то при достижении химического равновесия реакции каждый изотоп распределяется между реагирующими веществами практи-
чески равномерно. Для тяжелых элементов неравномерность распределения изотопов не превышает десятых долей процента, для изотопов легких элементов (углерод, азот, кислород, фосфор) —до 10 %. Только для изотопов водорода неравномерность в распределении между некоторыми веществами может достигать сотен процентов.
Меченые высокомолекулярные соединения биологического происхождения, такие как нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, некоторые аминокислоты, гормоны, витамины и другие, химический синтез которых затруднен либо невозможен и которые не всегда вступают в реакции изотопного обмена, получают путем культивирования различных организмов in vivo или in vitro на средах, содержащих изотоп, или введения изотопа в организм с помощью каких-либо других методов с последующим препаративным выделением этих соединений. Далеко не всегда удается получать меченые соединения с достаточно высоким содержанием изотопа (высокой удельной активностью изотопа), но нередко этот путь является единственно возможным для получ-ения вещества биологического происхождения, содержащим метку.
10.2. ПОЛУЧЕНИЕ МЕЧЕНЫХ УДОБРЕНИЙ
Одной из главных задач не только агрохимии, но и агрономии в целом является разработка рациональных приемов использования сельскохозяйственными культурами элементов питания. В связи с этим возникает необходимость применения прямых методов в изучении использования растениями внесенных в почву удобрений. Это может быть осуществлено только с помощью меченых удобрений.
Методы химического анализа могут дать лишь общие сведения о количестве элементов питания в растении или в почве. Метод меченых атомов позволяет наблюдать за определенным элементом, внесенным с удобрением или утилизированным в почве до его внесения. Возможно количественно проследить за поступлением, транспортом и усвоением отдельного элемента, оценить скорость его передвижения по растению, накопление в отдельных органах с точностью, на 5—10 порядков превышающей точность химических анализов. Вот почему в настоящее время метод меченых атомов приобретает значение одного из основных методов агрофизиологических исследований.
При проведении агрохимических исследований или работ в области физиологии минерального питания растений с применением метода меченых атомов необходимо располагать мечеными удобрениями. Основными требованиями к качеству меченого удобрения, как и к любому меченому соединению, являются следующие: изотоп-индикатор должен находиться в той же химической форме, что и питательный элемент в составе изучаемого удобрения; изотоп-индикатор должен быть равномерно распределен по всей массе удобрения; доза изотопного индикатора должна быть достаточной для его количественного определения соответствующей измерительной аппаратурой; доза изотопного индикатора не должна вызывать каких-либо существенных сдвигов в ходе биологических и физико-химических процессов в почвах и в растениях. (Н. И. Борисова и соавторы, 1979).
В качестве изотопов-индикаторов метки в удобрениях используют как стабильные, так и радиоактивные изотопы. Преимущество стабильных изотопов — отсутствие ядерных излучений. Однако лишь небольшое количество химических элементов имеет подходящие для аг-рофизиологических исследований стабильные изотопы. Малая их доступность, сравнительно сложная техника обнаружения и относительно низкая чувствительность составляют главные недостатки методик с применением большинства стабильных изотопов.
В этом отношении радиоактивные изотопы имеют ряд неоспоримых преимуществ: возможность их получения практически для всех элементов периодической системы, необычайно высокая чувствительность и точность определения, относительная простота и доступность измерительной аппаратуры. Именно поэтому большинство исследований, использующих метод меченых атомов, проводится именно с радиоактивными изотопами.
Существуют и радиоактивные изотопы всех без исключения элементов питания. Однако из изотопов-макроэлементов вышеописанными преимуществами обладают лишь 32Р, 35S, 45Са, а из изотопов-микроэлемен-тов — 59Fe, б0Со, 65Zп и некоторые другие. Что касается остальных элементов, то небольшой период полураспада делает практически невозможным их использование в длительном эксперименте по изучению, например, транспорта элемента, его включения в метаболизм со строгим количественным учетом. Так, период полураспада наиболее долгоживущего радиоактивного изотопа азота
!3N составляет всего 10 мин. Радиоактивный изотоп калия 40К имеет огромный период полураспада — более миллиарда лет, но обладает необычайно низкой радиоактивностью и не может быть использован для многих точных оценок, а его искусственный собрат изотоп 42К имеет достаточную активность, но короткий период полураспада — 12,4 ч. Короткий период полураспада у радиоактивного изотопа меди 64Си — 12,8 ч, у "Мо — 67 ч и у ряда других микроэлементов. Эти изотопы обычно используют лишь в специальных кратковременных экспериментах, например для изучения отдельных этапов их поступления в растение — скорости всасывания через корни, локализации в листьях при некорневом внесении и т. п.
