تحقیقات کشاورزی
تزاید روزافزون جمعیت و کمبود مواد غذایی در دنیا موجب توجه دانشمندان به ازدیاد محصولات کشاورزی و همچنین بهبود کیفیت آنها گردیده است.
در این راستا مواد رادیواکتیو به کمک بررسیهای کشاورزی شتافت و انقلاب عظیمی در کشاورزی به وجود آورد به طوری که عناصر رادیواکتیو یا نشاندار در اکثر رشتههای کشاورزی از جمله مدیریت آب و خاک و تغذیه گیاهی، اصلاح نباتات و ژنتیک، دامپروری، کنترل آفات، صنایع غذایی و محیط زیست مورد استفاده قرار گرفتهاند.
نیل به سوی کشاورزی پایدار بستگی به تعامل بین مواد غذایی خاک و منابع آبی موجود جهت تولید عملکرد مناسب دارد.
در این خصوص با استفاده از ایزوتوپها میتوان میزان مطلوب کاربرد کودهای شیمیایی، بهترین زمان مصرف آنها، مکان و مقدار آنها در خاک، بررسی فعالیت میکروارگانیسمهای خاکزی و همچنین نحوه انتقال عناصر غذایی در خاک و گیاه را بررسی نمود.
استفاده از روش ایجاد موتاسیون به منظور تنوع بخشیدن به محتویات ژنتیکی با هدف ارتقاء صفات کمی و کیفی در گیاهان زراعی مورد توجه خاص قرار گرفته است.
از طرف دیگر با توجه به اینکه مصرف مواد شیمیایی به منظور حفظ و نگهداری مواد غذایی نه تنها برای مصرفکنندگان بلکه برای محیط زیست مضر میباشد، استفاده از پرتودهی محصولات کشاورزی به عنوان یک روش بیخطر استریلیزه کردن در اکثر کشورهای جهان متداول شده است.
در رابطه با کنترل آفات از طریق پرتودهی و عقیم نمودن حشرات نیز گامهای بسیار مثبتی در نقاط مختلف دنیا برداشته شده است.
مبانی فیزیک هستهای
ایزوتوپها (ویژگیها و کاربرد)
اتمهای یک عنصر را که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند، ایزوتوپهای آن عنصر مینامند (بارهای مثبت که همان تعداد پروتونها میباشند را عدد اتمی و مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای هسته یک اتم را عدد جرمی آن میگویند).
ایزوتوپهای یک عنصر، اتمهایی هستند که تعداد بارهای مثبت موجود در هسته و نیز تعداد الکترونهایشان یکسان ولی تعداد نوترونهای موجود در هسته آنها با هم متفاوت است.
اغلب عناصر چند ایزوتوپ دارند و چون ساختار الکترونی ایزوتوپها یکسان است، واکنشهای شیمیایی آنها نیز مشابه میشود (شکل 4-1).
برای تشخیص هویت یک ایزوتوپ، عدد اتمی آن به صورت شاخص در پایین و سمت چپ نماد شیمیایی آن، و عدد جرمی یا تعداد کل نوکلئونهای آن به صورت شاخص در بالای نماد شیمیایی آورده میشود.
برای مثال سه ایزوتوپ اکسین را میتوان به صورت ، و نشان داد.
اما از آنجا که عدد اتمی مترادف با نماد شیمیایی است معمولاً شاخص پایین حذف میگردد.
بنابراین به عنوان مثال ایزوتوپ اکسیژن به صورت O16 نمایش داده میشود.
باید توجه داشت که فراوانی همه ایزوتوپها با هم برابر نیست به عنوان مثال در مورد اکسیژن، 975/99 درصد اتمهای طبیعی از نوع O16 میباشند.
در حالی که انواع O17 و O18 به ترتیب 037/0 درصد و 204/0 درصد از اکسیژن طبیعی را تشکیل میدهند.
در بین عناصر شیمیایی، تعداد محدودی از آنها در مطالعات بیولوژیک مورد استفاده قرار میگیرند و هر کدام از آنها حداقل دارای دو ایزوتوپ پایدار هستند.
تابش گاما )
پرتوهای گاما عبارتند از تابشهای الکترومغناطیسی تک انرژی که از هستههای برانگیخته حاصل از تبدیل پرتوزا گسیل میشوند.
به عبارت دیگر هرگاه هستهای به هر علت در حالت تهییج قرار گیرد، انرژی تهییج خود را به صورت فوتون گاما ساطع میکند.
در اغلب واپاشیهای و ، هسته دختر به حالت تحریک شده قرار میگیرد پرتوهای گاما عبارتند از تابشهای الکترومغناطیسی تک انرژی که از هستههای برانگیخته حاصل از تبدیل پرتوزا گسیل میشوند.
در اغلب واپاشیهای و ، هسته دختر به حالت تحریک شده قرار میگیرد که این انرژی تحریکی هسته به صورت فوتونهای گاما از هسته تابش میشود تا هسته به تراز انرژی پایینتر یا پایدار برگردد.
نمایش عمومی تولید گاما را میتوان به صورت نشان داد.
مانند: اکتیویته ویژه یکی از مشخصههای مهم رادیو ایزوتوپها، اکتیویته ویژه آنها یعنی میزان اکتیویته در هر گرم از عنصر یا ماده است که برحسب واحدهای مختلفی از جمله بکرل بر گرم (Bq/g)، میکروکوری بر گرم ، واپاشی بر میلیگرم در ثانیه (dps/mg) و یا واپاشی بر میلیگرم در دقیقه (dpm/mg) بیان میشود.
نیمه عمر مدت زمان لازم برای کاهش هر ایزوتوپ پرتوزا به نصف مقدار اولیهاش، معیاری از سرعت تبدیل آن ایزوتوپ پرتوزا به ایزوتوپی دیگر است.
این دوره زمانی را نیمه عمر مینامند و برای هر ایزوتوپ خاصیتی تغییرناپذیر میباشد.
نیمه عمر ایزوتوپهای پرتوزای مختلف از چند ثانیه تا چند میلیارد سال متغیر است.
بنابراین با توجه به مفهوم نیمه عمر مشخص میشود که پس از گذشت n نیمه عمر از یک ایزوتوپ پرتوزا، کسر باقی مانده آن عبارت است از: که در این فرمول 0A اکتیویته اولیه و A اکتیویته برجای مانده پس از n نیمه عمر است.
کاربرد رادیو ایزوتوپها برای سهولت بیشتر میتوان کاربرد رادیو ایزوتوپها را به چند بخش اصلی تقسیم کرد که عبارتند از: الف) تحت تابش قرار دادن یک ماده هدف به منظور ایجاد تغییراتی در خواص فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی آن که این تغییرات ممکن است خاصیت یا سودمندی ماده هدف را تقویت کنند و یا آن را از بین ببرند.
ب) تزریق مقدار اندک رادیوایزوتوپ به مواد به منظور ردیابی آنها در یک فرایند خاص که به عنوان مثال میتوان به مطالعات مربوط به فرسایش و ردیابی جریان آب به منظور پیدا کردن منابع آب اشاره نمود.
ج) چشمههای ثابت پرتو را به عنوان سنجشگر یا وسیله اندازهگیری برای بعضی کمیتها مورد استفاده قرار میدهند.
مثلاً در اندازهگیری ضخامت، چگالی و بازرسی پرتونگاری میتوان از رادیوایزوتوپها استفاده کرد.
د) چشمههای ثابت پرتو را برای تولید قدرت، گرما یا روشنایی نیز مورد استفاده قرار میدهند.
عمرسنجی با C14 بمباران زمین به وسیله پرتوهای کیهانی یک منبع ثابت نوترونی در جو تولید میکند.
این نوترونها با نیتروژن موجود در جو واکنش انجام داده و تولید C14، H3 و احتمالاً مقدار کمی He4 با Be11 مینمایند.
C14 و H3 پرتوزا هستند و نیمه عمر C14 برابر با 5720 سال است.
فرض میشود که کربن پرتوزا برای تشکیل 2CO با اکسیژن ایجاد واکنش میکند و این 2CO14 با دیاکسید کربن جو مخلوط میشود.
بنابراین میتوان گفت که جذب نوترونهای حاصل از پرتوهای کیهانی معادل با تولید دیاکسید کربن پرتوزای مخلوط با دیاکسید کربن جوی است.
چون گیاهان از 2CO تغذیه میکنند و حیوانات نیز آنها را مصرف میکنند، پس گیاهان و حیوانات هم پرتوزا خواهند بود.
نظریهها و آزمایشهای گوناگون نشان میدهند که بین آهنگ واپاشی کربن پرتوزا و آهنگ تولید آن در تمام موجودات زنده تعادل برقرار است.
هنگامی که موجود زنده میمیرد، جذب رادیوایزوتوپ متوقف میشود و C14 پرتوزا در بافتها وا میپاشد.
در نتیجه این عمل شدت اکتیویته ماده رادیواکتیو به تدریج کاهش مییابد که این کاهش متناسب با نیمه عمر رادیواکتیو خواهد بود.
با استفاده از فرمول زیر میتوان زمان سپری شده از مرگ مواد آلی را تخمین زد.
در این فرمول، 0A = اکتیویته اولیه A = اکتیویته فعلی = ضریب تجزیه که بستگی به نیمه عمر ماده رادیواکتیو دارد و عبارت است از: که در این فرمول، نیمه عمر کربن 5720 سال در نظر گرفته میشود (5720 = ).
e = پایه لگاریتم طبیعی (71828/2) t = تعداد سالهای سپری شده از هنگام مرگ (عمر نمونه) مثال: اگر از یک تکه چوب که از یک محل قدیمی به دست آمده باشد، حدود 10 شمارش در دقیقه به ازاء هر گرم چوب داشته باشیم، سن این تکه چوب به صورت زیر قابل محاسبه است.
از آنجایی که تعداد 15 واپاشی در دقیقه بر گرم برای C14 به طور ثابت موجود میباشد، طبق فرمول فوقالذکر خواهیم داشت: t = سال 3356 اصولاً جداسازی C14 از نمونهها مشکل است چون نمونههای مورد نظر هزاران سال پس از مرگشان ممکن است دستخوش تغییرات زیادی شده باشند.
به همین دلیل عمرسنجی با C14 به خودی خود چندان قابل اعتماد نیست.
اثرات بیولوژیکی پرتوها پرتوها را از نظر اثراتی که در برخورد با ماده به جای میگذارند به دو دسته میتوان تقسیمبندی نمود که عبارتند از پرتوهای غیر یونساز و پرتوهای یونساز.
پرتوهای غیر یونساز عبارتند از نورمرئی، ماوراء بنفش (UV)، مادون قرمز (IR)، ماکروویو، مادون صوت، لیزر و غیره.
به دلیل دارا بودن اثرات بیولوژیکی متفاوتی که این پرتوها دارند، در این جا از بحث در مورد آنها خودداری میشود.
پرتوهای یونساز در اثر برخورد با سلولها، بافتها و مولکولهای تشکیل دهنده مواد حیاتی ارگانهای بدن باعث ایجاد پدیده یونیزاسیون و تحریک میشوند که متعاقب آن ضایعات و آسیبهای ناشی از آن بروز مینمایند.
انسان همیشه در معرض پرتوهای ناشی از چشمههای طبیعی بوده است و اصولاً پرتوهای تأثیرگذار را میتوان به دو دسته تقسیم کرد: الف) پرتوهای کیهانی که از فضا به زمین میرسد.
ب) پرتوهایی که به وسیله مواد رادیواکتیو در اطراف ما تابش میشوند.
بنابراین ملاحظه میشود محصولات تمدن و پیشرفت فنآوری به همراه خود خطراتی را نیز دربردارند.
به عبارت دیگر اکثر محصولات یا وسایلی که فایدهای میرسانند، دارای مضراتی نیز میباشند و استفاده از آنها هنگامی توجیه منطقی دارد که سود آن بیش از زیان آن باشد.
به عنوان مثال انرژی الکتریسیته با وجود مخاطراتی که دارد به مقدار زیاد و در سطح وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
با توجه به مطالب فوق، هدف ارائه این مبحث آشنایی دقیق و علمی با اثرات زیانبار پرتوهای یونساز بر انسان، با در نظر گرفتن کلیه محدودیتهای مطالعات در این زمینه میباشد.
سلول زنده و اثرات پرتوها سلول، واحد ساختمانی و واحد کار حیاتی موجود زنده است و هر سلول از سلول قبلی به وجود میآید.
ساختمان سلول بدن انسان از دو قسمت سیتوپلاسم و هسته تشکیل شده است که حدود 70 درصد آنها را آب تشکیل میدهد.
رشد طبیعی عمل تقسیم و ترمیم جراحات سلولی به وسیله هسته کنترل میشود و سیتوپلاسم که اجزایی نظیر میتوکندری (مرکز تولید انرژی)، سانتریولها (اداره تقسیم سلولی)، لیزوزومها (حاوی مواد آنزیمی درون سلول) و غیره میباشند، اعمال جذب و دفع سلول و سایر اعمال حیاتی را انجام میدهند.
مهمترین عوامل در حساسیت سلول نسبت به پرتو عبارتند از: الف) قدرت تکثیر سلول ب) مدت زمان مراحل تقسیم سلول ج) مرحله تقسیم سلول هنگام برخورد پرتو.
از طرف دیگر، در رابطه با اثرات غیرمستقیم پرتوها قابل ذکر است که اینگونه اثرات عمدتاً از نوع رادیوشیمی میباشند.
این اثر بر روی آب که مهمترین جزء ماده زنده است ظاهر میشود به این ترتیب که پرتوهایی نظیر گاما باعث تغییراتی در مولکولهای آب به شرح زیر میشود که در واقع موجب میشوند رادیکالهای آزاد و فعال که از نظر شیمیایی برای سلولها سمی هستند، تولید گردند.
سپس الکترون تولید شده با یک مولکول آب به صورت زیر ترکیب میشود: مولکول منفی آب نیز بلافاصله تجزیه میشود: تشکیل یونهای H+ و OH- از نظر بیولوژیکی چندان حائز اهمیت نیستند زیرا تمامی مایعات بدن به طور طبیعی حاوی مقادیر زیادی از هر دو یون مذکور هستند.
رادیکالهای آزاد OH با یکدیگر ترکیب شده و ایجاد پراکسید هیدروژن با آب اکسیژنه میکنند که یک اکسید کننده قوی به حساب میآید.
اصلاح نباتات از طریق ایجاد موتاسیون اصلاح نباتات هنر بهبود ژنتیکی گیاهان است و هدف کلی آن بهبود خصوصیاتی از گیاهان است که در ارزش اقتصادی آنها نقش دارد.
تنوع ژنتیکی به منزله خون زندگی برای فعالیتهای اصلاح نباتات است و موتاسیون یا جهش این تنوع ژنتیکی را افزایش میدهد.
موتاسیون، حاصل تغییر ناگهانی در مواد وراثتی سلول میباشد و از پدیدههای مهم طبیعت زنده محسوب میشود زیرا منشأ اصلی تنوع در موجودات زنده موتاسیون میباشد و در واقع ماده اولیه مورد استفاه در انتخاب طبیعی را فراهم میکند و به این طریق در تحول موجودات زنده نقش به سزایی دارد به طوری که بدون آن موجودات زنده قادر به سازش با شرایط اکولوژیکی متفاوت نمیشدند و نتیجتاً این همه تنوع زیستی که در حال حاضر در طبیعت وجود دارد، امکانپذیر نمیگردید.
قدمت موتاسیون را میتوان معادل قدمت علم ژنتیک دانست زیرا نخستین بار Hugode Vries هلندی در سال 1901 ضمن مطالعات مورفولوژیکی بر روی گیاه پامچال (Oenothera lamarkiana) به این پدیده مهم پی برد و ظهور خصوصیات جدید ارثی در این گیاه را موتاسیون نامید.
هرچند که پیش از نامبرده داروین دریافته بود که گونهها قابلیت جهش یا دگرگونی ناگهانی دارند و به همین نحو لینه نیز متوجه شده بود که تعدادی از موتاسیونها، سیستم طبقهبندی و نامگذاری را دچار پیچیدگی میکنند اما در آن زمان ماهیت این پیده به درستی درک نشده بود.
اما به راستی تعریف اصلی جهش یا موتاسیون چیست؟
تغییر در ساختار ژنتیکی (ژنوتیپ) موجودات زنده اعم از این که بروز خارجی (فنوتیپی) پیدا بکند یا نکند، تغییر جهشی یا موتاسیون و محصول چنین جهش و تغییری، جهش یافته یا مونانت خوانده میشود.
واژه موتاسیون از Mutatio (کلمه لاتین) به معنای یک تغییر عمده و اساسی و ناگهانی مشتق شده است.
اما تا قبل از آنکه شیوههای جدیدی برای استخراج و جداسازی ژنها به عنوان قطعاتی از DNA به دست آید، تنها راه درک و فهم وجود ژنها و بررسی و تعیین نقش آنها، مطالعه تنوع ژنتیکی و وراثت بود.
با بررسی یک تغییر و تفاوت موروثی کاملاً مشخص در فنوتیپ یک موجود زنده منشأ آن را به یک ژن خاص نسبت میدادند و آن تغییر را موتاسیون میخواندند.
اگرچه هنوز مشاهده تغییرات فنوتیپی مهمترین و ابتداییترین شیوه عملی تشخیص موتاسیون محسوب میگردد، اما امروزه کاملاً روشن است که این تعریف ناقص و نارسا است زیرا بسیاری از موتاسیونها به علل مختلف به تغییرات فنوتیپی منجر نمیشوند.
گاهی نیز آسیب و تغییر در ماده ژنتیکی ممکن است در ژنهایی رخ بدهد که از حیث اطلاعات ژنتیکی غیرفعال باشند.
نظیر قطعات صامت در زنجیره DNA که اساساً از آنها رونویسی صورت نمیگیرد.
یا در ژنهایی صورت بگیرد که از آن نوع ژن به تعداد زیاد و مکرر در DNA وجود دارد.
آسیب در این نوع ژنها نیز اثر فنوتیپی ایجاد نمینماید.
اما به طور کلی آن تغیراتی در ماده ژنتیکی، موتاسیون محسوب میشوند که غیرعادی و دائمی باشند.
بنابراین با توجه به موارد فوقالذکر و با در نظر گرفتن حداقل شرایط و ویژگیهای تغییرات موتاسیونی میتوان گفت که «موتاسیون فرایند یا پویشی است که موجب تغییر مجموعه توارثی سلول و نهایتاً ایجاد یک موجود زندهای با ویژگیهای جدید ژنتیکی میگردد یا به عبارت دیگر موتاسیون، یک تغییر قابل وراثت است که بر کروموزوم اثر دائم میگذارد و منجر به ایجاد یک موجود جهش یافته یا موتانت میشود».
برخی از تغییرات وتاسیونی دائمی و برخی نیز موقتی هستند که به آنها موتاسیون شرطی هم گفته میشود.
یعنی تا زمانی که شرایط تغییر موتاسیونی وجود داشته باشد، فنوتیپ موتانت بروز میکند و باقی میماند ولی با از بین رفتن شرایط یا علل، فنوتیپ موتانت نیز ناپدید میگردد که به عنوان مثال میتوان به موتانتهای حساس به درجه حرارت اشاره نمود.
برخی از تغییرات موتاسیونی بر سرنوشت موجود زنده اثر میگذارند و موجب مرگ موجود میگردند که به آنها موتاسیون مهلک گفته میشود.
برخی دیگر از تغییرات موتاسیونی سبب مرگ ژنتیکی موجود یعنی توقف تولید مثل یا عقیمی در موجودات بالاتر میشوند.
اصولاً زمانی از اصلاح با روش موتاسیون استفاده میشود که: 1- صفت مورد نظر در ژرم پلاسم گیاه مربوطه در بانک ژن موجود نباشد و حتی در طبیعت بین خویشاوندان وحشی نیز مشاهده نگردد.
2- صفت مورد نظر در گونههای خویشاوند موجود باشد اما امکان انتقال آن صفت میسر نبوده و یا با مشکلات و صرف زمان و هزینههای سنگین همراه باشد.
3- ژن صفت مربوطه در گونههای خویشاوند موجود بوده و امکان انتقال آن نیز میسر باشد ولی آن صفت با سایر صفات نامطلوب تشکیل یک بلوک ژنی را داده باشند به طور یکه امکان شکستن آن بسیار مشکل باشد.
4- زمانی که رقم مورد نظر برای اصلاح دارای ژنوتیپ منحصر به فردی است که نباید به وسیله تلاقی شکسته شود.
5- زمانی که دستیابی به صفتی جدید، مدنظر باشد.
مثل تنوع رنگ در گلهای زینتی و یا حالت خاصی از گیاه.
6- زمانی که امکانات اجرای یک پروژه اصلاح به روش موتاسیون مهیا باشد.
7- روش بسیار مفید جهت اهلی کردن گونههای وحشی است.
انواع موتاسیونها را میتوان به دو دسته اصلی تقسیم نمود که عبارتند از: الف) موتاسیون طبیعی یا خودبهخودی: موتاسیونهای طبیعی اغلبدر اثر پرتوهای کیهانی و با فرکانس کم در طبیعت به وقوع میپیوندند.
فراوانی این موتاسیونها بسیار کم است به طوری که تشخیص و پیدا کردن تغییرات مطلوب عموماً مشکل میباشد و در واقع به صورت یک عامل بازدارنده در برنامههای اصلاحی ظاهر میشوند.
ب) موتاسیون القایی: عاملی که ایجاد موتاسیون مینماید، موتاژن (جهشزا) نامیده میشود و به وسیله این عامل میتوان به طور مصنوی موتاسیون القایی را در موجودات ایجاد نمود.
اصولاً موتاژنها به دو دسته اصلی تقسیم میشوند که از انواع فیزیکی و شیمیایی میباشند.
موتاژنهای فیزیکی شامل حرارت و به ویژه پرتوها یا تشعشعات میباشند.
مواد شیمیایی زیادی نیز به عنوان موتاژن شناخته شدهاند که برای مثال میتوان به اسید نیتروز، اتیل متان سولفونات (EMS)، دی اتیل سولفونات (DES)، هیدرازین هیدرات (HZ)، مالئیک هیدرازین (MH)، هیدروکسیل آمین (HA)، نیتروزومتیل اوره (NMU) و گاز خردل اشاره نمود.
پرتوهای موتاژنیک سرگروه موتاژنهای فیزیکی، پرتوها میباشند که شامل پرتوهای یونیزان (یونساز) و غیریونیزان (غیر یونساز) میباشند.
از پرتوهای یونیزان میتوان به پرتوهای ایکس، آلفا، بتا، گاما، پروتونها و نوترونها اشاره نمود.
پرتو ماوراء بنفش از گروه غیریونیزان محسوب میشود.
پرتوهای ایکس پرتوهای ایکس همانند پرتوهای گاما و نور ماوراء بنفش شامل امواج الکترومغناطیس میباشند که البته از نظر طول موج با یکدیگر متفاوت هستند به طوری که طول موج پرتوهای ایکس و گاما بین 001/0 تا 10 نانومتر و طول موج نور ماوراء بنفش 2000 تا 3000 نانومتر میباشد.
در دستگاههای مولد پرتوهای ایکس، الکترونها توسط یک شتاب دهنده الکتریکی درون محفظه خلاء با موانعی از جنس تنگستن یا مولیبدن برخورد میکنند و در یک لحظه متوقف میشوند.
اصولاً استفاده از دستگاههای مولد پرتوهای ایکس با طول موج بلند چندان رایج نیست و معمولاً از دستگاههای تولید پرتو ایکس با طول موج کوتاه استفاده میشود زیرا قدرت تولید این پرتوها با طول موج آنها نسبت معکوس دارد.
زمانی که از پرتوهای ایکس استفاده میشود بایستی اعداد مربوط به ولتاژ دستگاه (براساس میلیآمپر)، ضخامت و نوع فیلتر، فاصله تیوپ تا مانع، مقدار و قدرت پرتو یادداشت شود.
پرتوهای گاما اصولاً پرتوهای گاما که از انواع پرتوهای الکترومغناطیس میباشند به دلیل دارا بودن طول موج کوتاهتر، دارای انرژی و نفوذپذیری بیشتری نسبت به پرتو ایکس میباشند.
این پرتو از واکنشهای هستهای برخی رادیوایزوتوپها یعنی کبالت - 60 و سزیم - 137 به دست میآید.
پرتو مذکور بسیار نافذ و خطرناک میباشد به طوری که برای جلوگیری از صدمات آن نیاز به استفاده از حفاظهای غیرقابل نفوذ است.
منابع این پرتو برای پرتودهی بذور به شکل Gamma Cell و برای پرتودهی گیاهان در شرایط اتاقکهای کوچک، گلخانه و یا مزرعه به صورت Gamma Room، Gamma Greenhouse و Gamma Field به کار میرود.
پرتو ماوراء بنفش توانایی نفوذ این نوع پرتو در بافتها اصولاً بسیار کم است و استفاده از آن در گیاهان نیز محدود میباشد و فقط در برخی موارد جهت پرتودهی دانههای گرده و یا اسپورها به کار میرود.
در تحقیقات مربوط به کشت بافت گیاهی و اصلاح نباتات به خصوص زمانی که ژنها به صورت انفرادی مدنظر هستند مورد استفاده قرار میگیرد.
جذب اشعه ماوراء بنفش به مقدار زیادی بستگی به ساختمان مولکولی دارد.
اثرات بیولوژیکی این نوع پرتوها به مقدار زیادی بستگی به طول موج آنها دارد.
طول موجهای بین 2500 الی 2900 نانومتر از نظر بیولوژیکی بسیار مؤثر هستند زیرا در این محدوده بیشترین میزان جذب نور توسط اسیدهای نوکلئیک صورت میپذیرد.
پرتو بتا حاصل از محلولهای ایزوتوپی تأثیر ذرههای بتا (الکترونها) که از عناصری نظیر P32 و S35 تولید میشوند بر روی بافتها، شبیه به پرتوهای گاما و ایکس میباشد ولی اصولاً میزان نفوذپذیری ذرههای بتا کمتر از پرتوهای گاما و ایکس میباشد.
برای افزایش میزان نفوذپذیری این نوع پرتوها میتوان رادیوایزوتوپهای تولیدکننده بتا را به صورت محلول در اختیار گیاهان قرار داد و به این صورت P32 و S35 میتوانند به طور مستقیم درون هسته سلول قر ار بگیرند و اثر واقعی خود را بگذارند.
در این رابطه گلوبرچ در سال 1965 اشاره نمود که طرز عمل و تأثیرگذاری منبع پرتوهای داخلی با منبع پرتوهای خارجی تفاوت دارد و از طرف دیگر با توجه به اینکه تفاوت زیادی بین یک سلول با سلول دیگر و یا یک بافت با بافت دیگر وجود دارد بنابراین تعیین دقیق دز دریافتی از منبع پرتو داخلی در نمونههای گیاهی بسیار مشکل است.
در آزمایشی که توسط کاوایی در سال 1963 صورت گرفت بذور برنج در حالت جوانه زده و در حالت خواب درون محلول حاوی P32 به مدت دو هفته قرار داده شدند.
بذور در حال جوانهزنی و همچنین گیاهچههای در حال رشد توانستند در طی این مدت P32 را جذب نمایند و حتی مقداری از P32 در گیاهان نسل 1M نیز باقی ماند.
در این آزمایش میزان دز دریافتی برای هر بذر 40-5/2 بوده است و این در حالی است که میزان 50LD برای هر بذر 15-10 بوده است.
کاوایی معتقد است که استفاده از P32 و S35 برای ایجاد موتاسیون بسیار مؤثرتر از پرتوهای گاما و یا ایکس است.
با توجه به اینکه نیمه عمر P32 معادل 3/14 روز و S35 معادل 87 روز میباشد، کاوایی در آزمایشات خود در گیاهان برنج نسل 1M که بذور آنها آغشته به رادیو ایزوتوپها شده بود، همچنان رادیواکتیویته را مشاهده نمود (در مرحله پنجهزنی).
ماتسومورا (1962) تعدادی از بذور گیاهان جنس Triticum را دو روز پیش از کاشت در محلول P32 و I131 قرار داد تا بدین وسیله تأثیر ذرات بتا داخلی را با پرتوهای گاما حاصل از منبع خارجی مقایسه نماید.
در این آزمایش تأثیر پرتو بتا به میزان mCi/g2/0-15/0 حاصل از محلول P32 و پرتو بتا به میزان mCi/g8/0 حاصل از محلول I131 مشابه تأثیر پرتو گاما به میزان 5/2 کیلوراد بود.
استین و اسپارو (1966) به منظور پرتودهی مریستم انتهایی گیاه Kalanchoe توسط ذرات بتا از Sr90 و Y90 به عنوان منبع پرتو استفاده کردند.
حداکثر انرژی بتا حاصل از Sr90 معادل MeV 546/0 و Y90 معادل MeV 27/2 میباشد.
بنابراین دو عنصر مذکور میتوانند به عنوان منبع پرتو بتا از نظر افزایش نفوذپذیری به درون بافتها، تأثیرات بیولوژیکی مؤثری داشته باشند.
تأثیر عوامل محیطی و بیولوژیکی در واکنش گیاهان نسبت به پرتوهای یونیزان اصولاً واکنش گونههای مختلف گیاهی به موتاژنهای فیزیکی (و یا شیمیایی) تحت تأثیر عوامل محیطی و بیولوژیکی بسیار متنوع قرار دارد که البته بین اثرات این عوامل تا حدی همپوشانی نیز وجود دارد.
در این مبحث به برخی از مهمترین این عوامل اشاره میشود.
عوامل محیطی عوامل محیطی عبارتند از اکسیژن، رطوبت بذر، درجه حرارت، شرایط قبل و بعد از تیمار، نوع پرتو یونیزهکننده و میزان نور.
اکسیژن اکسیژن بیشتر از عوامل دیگر اهمیت دارد به طوری که اثرات سایر عوامل با آن تداخل دارد.
در بررسیهای مختلف طیف گستردهای از تأثیر اکسیژن در حساسیت گیاه نسبت به پرتو به دست آمده است.
رطوبت حساسیت گیاه به پرتو با تغییر رطوبت بذر حتی به میزان 2/0 تا 3/0 درصد تغییر میکند و چون برای متخصصین اصلاح نباتات تغییر درصد رطوبت بذر آسانتر از تغییر میزان اکسیژن میباشد، استفاده از این عامل در مقایسه با اکسیژن، متداولتر میباشد و با این عمل اثر اکسیژن نیز کاهش مییابد.
درجه حرارت درجه حرارت سلول گیاهی، قبل، طی و بعد از پرتودهی ممکن است بر روی تغییرات ژنتیکی ایجاد شده اثر گذارد.
شوک حرارتی حدود 60 درجه سانتیگراد بلافاصله پس از پرتودهی میتواند آسیب وارده به گیاهچه و ناهنجاریهای کروموزمی در نسل اول را کاهش دهد، بدون آنکه بر میزان فراوانی موتاسیون القایی اثر گذارد.
شرایط قبل و بعد از تیمار استفاده از مواد شیمیایی یا تغییر درجه حرارت باعث تغییر حساسیت گیاه به پرتو میشود.
در صورتی که نخواهیم بذور پرتو داده شده را بلافاصله بکاریم، میبایست بذوری که حاوی 14-12 درصد رطوبت هستند را برای مدت 4 هفته در دمای 20-15 درجه سانتیگراد قرار دهیم.
نوع پرتو انواع پرتوهای یونیزان در اثرات نسبی بیولوژیک، با یکدیگر اختلاف دارند و نوع دز یعنی حاد یا مزمن بودن نیز باعث تغییر واکنش موجود نسبت به پرتو میگردد.
عوامل بیولوژیکی عوامل بیولوژیکی به دو دسته تقسیم میشوند.
دسته اول شامل عوامل فیزیولوژیکی، مورفولوژی و شیمیایی است همچنین دسته دوم شامل عوامل سیتولوژیکی و ژنتیکی میباشند که ذیلاً به شرح آنها پرداخته میشود.
عوامل فیزیولوژیکی، مورفولوژی و شیمیایی اندازه و شکل بذر، پوشش بذر، اندازه جنین، مواد غذایی و شیمیایی داخل بذر، تراکم یونهای ایجاد شده، سن بذر و خواب بذر، جزء این دسته از عوامل محسوب میشوند.
اندازه و شکل بذر اندازه و شکل بذر میتواند عاملی در تغییر حساسیت به پرتو باشد.
به طور مثال در جنس عدس (Lentil) ارقام بذر درشت در مقایسه با ارقام بذر ریز حساسیت بیشتری به پرتو نشان میدهند ولی در جنس کتان (Lentil) ارقام بذر ریز در مقایسه با ارقام بذر درشت نسبت به پرتو حساستر میباشند که احتمالاً این حساسیت به پرتو بیشتر تحت تأثیر اندازه کروموزومها و کمتر تحت تأثیر اندازه و شکل بذر میباشد.
پوشش بذر در این مورد موتاژنهای شیمیایی نسبت به موتاژنهای فیزیکی دارای اهمیت بیشتری میباشند زیرا این پوشش باعث تغییراتی در نفوذپذیری مواد شیمیایی به داخل بذر میشود.
البته وجود پوشش بذر، حساسیت نسبت به پرتو را نیز تغییر میدهد و مشاهده شده است که در بعضی از گیاهان بذور دارای پوشش حساسیت کمتری نسبت به زمانی که پوشش آنها برداشته میشود، دارند.
اندازه جنین اندازه جنین نیز عامل مهمی در حساسیت به پرتو میباشد یعنی بذوری که دارای جنین بزرگترین میباشند، هدفهای بهتری در پرتوتابی هستند و احتمال برخورد ذرات پرتو به آنها بیشتر است و برعکس جنینهای کوچکتر نه تنها احتمال برخورد ذرات پرتو به آنها کمتر است بلکه جنین کوچک دارای مواد غذایی بیشتری میباشد و در نتیجه پرتوها باید از مواد غذایی بیشتری عبور کنند تا به جنین برسند که این امر باعث کاهش حساسیت جنینهای کوچکتر نسبت به پرتوتابی میباشد.
مواد غذایی و شیمیایی داخل بذر مواد غذایی و شیمیایی درون بذر نیز در میزان مقاومت یا حساسیت به پرتو مهم میباشند به طوری که پرتوتابی آندوسپرم با دزهای بالای پرتو گاما (1000 کیلوراد) و سپس پیوند زدن جنین سالم بر روی آن، سبب کاهش رویش در اندام هوایی و سیستم ریشهای میشود و حتی بر میزان بقاء در مزرعه نیز تأثیر زیادی میگذارد و سپس کاهش بسیار شدید آن میگردد.
از طرفی نوع ترکیب شیمیایی بر نیز بر روی حساسیت به پرتو تأثیر میگذارد.
به عنوان مثال مقاومت زیاد گیاهان روغنی در مقابل پرتو ایکس، با مقدار چربی داخل سلول در ارتباط میباشد.
همچنین مشخص گردیده مقدار زیاد اسید اسکوربیک با بالا بودن مقاومت نسبت به پرتو ارتباط دارد.
حتی کمبود مواد معدنی مختلف باعث تغییر در حساسیت به پرتو در بعضی گیاهان میشود.
تراکم یونهای ایجاد شده در کولتیوارهایی که تراکم یونی یکسان دارند، انتظار میرود که در برابر پرتوتابی آسیب مشابه ببینند.
در دو کولتیوار حساس و مقاوم گندم تراکم یونهای ایجاد شده مورد اندازهگیری قرار گرفت و ارتباط ناچیزی بی آسیب بیولوژیک با مقدار یونها به دست آمد.
به این ترتیب به نظر میرسد که کولیتوار مقاوم باید به طریقی در مقایسه با کولیتوار حساس از خود بهبودی نسبی نشان دهد و این بهبودی ممکن است در اثر پراکندگی یونهای ایجاد شده در قسمتهای مختلف ساختمان شیمیایی اندامهایی همچون جنین، آندوسپرم و یا پوشش بذر باشد.
سن بذر سن بذر نیز عاملی در واکنش به پرتو میباشد.
در بذور مسنتر پرتوتابی میتواند ناهنجاریهای کروموزمی بیشتری تولید نماید.
حتی تأخیر در برداشت نیز ممکن است باعث تغییر واکنش بذور نسبت به تابش پرتو شود.
موضوع سن بذر در رابطه با حساسیت نسبت به پرتو، در مورد موتاژنهای شیمیایی نیز صادق است.
خواب بذر هر تأخیری در جوانه زدن یا به عبارت دیگر خواب بذر (مکانیکی یا شیمیایی) باعث افزایش حساسیت به پرتو میگردد.
اندامها و اجزاء گیاهی قابل پرتوتابی اغلب قسمتهای مختلف گیاه میتوانند با یکی از روشهای پرتودهی، تحت تأثیر پرتو قرار گیرند ولی به هر حال همیشه سعی بر این است که آسانترین روش انتخاب شود.
اندامها یا اجزایی از گیاهان که معمولاً میتوانند مورد پرتوتابی قرار گیرند عبارتند از بذور یا گرده، کل گیاه، قلمه حاوی جوانه، غده، پیاز، استولون (ساقههای روی زمینی خزنده)، سلولها و بافتهای گیاهی حاصل از کشت بافت (و یا کالوس).
اندامهای مختلف گیاهی، حساسیتهای متفاوتی نسبت به پرتو از خود نشان میدهند.
عکسالعمل یک سلول نسبت به پرتو به مقدار زیادی بستگی به شرایط فیزیولوژیکی سلول در هنگام پرتوتابی و همچنین شرایط قبل و پس از پرتودهی دارد.
کل گیاه گیاهانی که دارای ابعاد بزرگ هستند و یا به تعداد زیاد میباشند، به راحتی درون گاما - روم و یا گاما - فیلد قابل پرتوتابی هستند.
گیاهان کوچک جثه و یا گیاهانی که در مرحله گیاهچهای هستند با استفاده از دستگاههای تولید پرتو ایکس و یا به کار بردن منبع گاما در شرایط گلخانه و یا اتاقکهای مخصوص که حاوی محافظ هستند، قابل پرتوتابی میباشند.
امروزه کمتر از گاما - فیلدها استفاده میشود زیرا روشهای بهتر و اقتصادیتر از نظر اصلاح نباتات به خصوص برای گیاهانی که با بذر ازدیاد میشوند ابداع شده است.
بذور بذور بهترین مواد برای پرتودهی در آزمایشات ایجاد موتاسیون و اصلاح نباتات میباشند.
بذور گیاهان را میتوان در شرایط مختلف فیزیکی محیط مورد پرتودهی قرار داد.
به عنوان مثال میتوان آنها را به صورت خشک شده، یخ زده شده.
و یا حتی هنگامی که درون محلولهای مختلف هستند تحت تأثیر پرتو قرار داد.
بذور در حالت خشک از نظر فیزیولوژیکی کمترین فعالیت را دارند بنابراین میتوان آنها را برای مدت طولانی بدون بروز هرگونه صدمهای در شرایط وجود اکسیژن و حتی بدون وجود اکسیژن نگهداری کرد.
بذور خشک که دارای خواب بذر هستند به راحتی امکان انتقال به مسافتهای بسیار دور را دارند.
ولی به هر حال برای ایجاد تغییرات ژنتیکی در بذور به دزهای پرتو بیشتری در مقایسه با سایر اندامهای گیاهی نیاز است.
در صورتی که بذور گیاهان پیش از پرتودهی درون آب فرو برده شوند، به میزان پرتو کمتری احتیاج است ولی به هر حال پس از جذب آب توسط بذور امکان جوانهزنی آنها وجود دارد بنابراین کار کردن با این نوع بذور برای مراحل بعدی مشکلتر است.
در آزمایشی که فروز - گرتزن و همکاران بر روی جو انجام داند، گزارش نمودند که قرار دادن بذور این گیاه درون آب به مدت 12-8 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد و یا به مدت 35-20 ساعت در دمای 20 درجه سانتیگراد باعث صدمه دیدن بذور گردید.
به طور کلی در اغلب موارد توصیه میشود برای بذوری که نیاز به خیساندن برای مدت طولانی دارند، دما در محدوده صفر درجهسانتیگراد نگه داشته شود (ولی لازم به ذکر است که بذر بعضی از گونههای گیاهی تحمل چنین درجه حرارتی را ندارند) که در این حالت فراهم کردن اکسیژن به میزان کافی ضروری است.
ریگز گزارش داد مقاومت بذور ذرات قرار داده شده در آب که مجدداً خشک شدهاند، نسبت به بذور جو بیشتر است.
بنابراین عکسالعملهای متفاوت بذور گیاهان نسبت به قرار داده شدن درون آب به مقدار زیادی بستگی به گونه آنها دارد.
استفاده از پرتوهای ماوراء بنفش بر روی بذور گیاهان از نظر ایجاد تغییرات ژنتیکی چندان موفقیتآمیز نبوده است.
دانه گرده یکی از محاسن بزرگ پرتودهی دانه گرده در مقایسه با پرتودهی بذر یا گیاه کامل آن است که در حالت پرتودهی گیاه کامل شیمر تولید میشود و گیاهان تولید شده 1M از جنین پرتو ندیده به وجود میآیند ولی پرتودهی دانه گرده از این نظر حائز اهمیت میباشد که در صورت ایجاد تغییرات ژنتیکی در ریخته ارثی دانه گرده، این تغییرات توسط آمیخته شدن هسته زایشی گرده با سلول تخم در جنین تثبیت شده و سلولهای اندامهایی که بعد از رشد جنسی به وجود میآیند همگی از نظر ریخته ارثی مشابه میباشند و رقابتی بین سلولها از نظر تغذیه و رشد مشاهده نمیگردد.