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1、我国核技术在农业上的应用及前景摘要:总结了我国近 50 年来核农学所取得的成就及其与发达国家的差距 , 提出了重点发展领域。关键词:核技术; 农业;应用; 发展核技术在农业上的应用简称为核农学。我国核农学的研究与应用开始于 1956 年, 现已在航天育种、同位素示踪、农产品贮藏保鲜、害虫防治、低剂量辐射刺激生长等方面均取得显著成绩, 创造了巨大的经济、社会和生态效益。40 多年来, 培养和造就了一批核农学人才和科技队伍, 我国核农学的卓越成就得到了国际原子能机构和专家的高度赞誉, 1999 年我国被国际原子能机构确认为亚太地区核农学的牵头国。1 我国核技术在农业上的应用1.1 作物辐射诱变育种
2、我国辐射诱变育种研究工作虽比国外晚约 30 收稿日期:2004 -10 -15 基金项目:江苏省科协软科学课题(编号:R04207)。作者简介:刘春泉(1959 ), 男, 江苏如东人, 研究员, 主要从事农副产品辐照加工标准化体系和产业化研究。Tel:(025)84390431; E-mail:。年, 但发展较快。到 2001 年底, 我国累计育成作物新品种 625 个, 占全世界辐射诱变育成作物新品种总数的 27.2%, 总推广面积在 330 万 hm2 以上。据不完全统计, 辐射诱变育成的新品种每年为国家增加粮食 35 亿 kg、棉花 1.5 亿 1.8 亿 kg、油料 0.75 亿 k
3、g, 创经济效益 38 亿元左右。浙江农业大学育成的水稻新品种浙辐 802 连续 9 年居全国常规稻推广面积之首, 累计种植面积达 140 万 hm2 , 创社会经济效益 22 亿元; 中国农业科学院原子能利用研究所育成的多抗高产小麦品种原冬 3 号, 1986 1993 年累计推广面积 100 万 hm2 , 增产小麦 4.5 亿 kg, 创社会经济效益 5.4 亿元。该所“九五”期间育成的中原单 32 号粮饲兼用玉米于 1997 和 1998 年分别通过河北省和国家农作物品种审定、国家牧草品种审定。1987 年我国开展航天育种研究, 至 2003 年共育成水稻、小麦、棉花、大豆、蔬菜、莲等
4、作物新品种20 多个, 示范推广面积超过 30 万 hm2 , 居世界先进水平。1.2 农副产品辐照加工我国农副产品与食品辐照加工研究始于 1958 年, 经过 40 多年的发展, 在理论研究、工艺方法、装置设施及产业化进程等方面均取得了较大的成就。到目前为止已批准辐照食品 6 大类国家卫生标准和17 种国家工艺标准, 并于 2002 年建成“农业部辐照产品质量监督检验测试中心” 。目前我国农用辐照装置已超过 70 座, 分布于全国 28 个省、市、自治区的 40 多个城市, 有 100 多个单位分别对 200 多种农副产品进行了辐照保鲜、杀虫灭菌、改善品质等方面的研究。 “九五”期间, 全国
5、农副产品辐照加工 35 万 t 以上, 产值达 60 亿 65 亿元, 并向集团化、商业化方向发展。1.3 同位素示踪技术据近 10 年的不完全统计, 我国应用同位素示踪法, 以水田、旱地、草场和林果地为研究对象, 阐明化肥中营养元素被作物吸收利用造成的损失、农药损失及其在土壤中的残留、新的施肥技术等方面的研究成果, 为国家增产粮食 19 亿 kg, 创社会经济效益28 亿元。1996 年以来, 利用示踪技术研究出“保氮复合碳铵”新工艺, 可提高氮肥利用率 6% 10%。应用 15 N 研究水稻基肥和穗肥施用技术, 累计推广面积 67 万 hm2 , 创社会经济效益 4 000 万元。同位素示
6、踪技术在农业生态环境、动物生产和健康等方面都取得了显著的成就, 获国家级奖 10 多项。1.4 低剂量辐射刺激生长20 世纪 60 年代初 , 我国利用低剂量辐射处理作物种子, 促进其生长和发育, 提高产量, 该技术对豆类作物和蔬菜增产效果尤为明显。利用快中子辐照柞蚕卵可使蚕茧产量提高 10% 20%, 该项技术已在山东、河南、辽宁等 10 多个省推广, 取得了显著的经济效益。利用低剂量快中子辐照对虾的卵和虾苗, 可使卵的孵化率提高 6.9% 18.4%, 虾苗成活率提高 10% 30%, 虾生长健壮, 抗病能力强, 产量一般可提高 15% 20%, 该技术已被国家科委列为星火重点推广成果,
7、在沿海地区推广, 取得直接经济效益 1 000 多万元。1.5 辐射不育防治昆虫昆虫辐射不育技术是生物防治害虫的重要组成部分, 也是现代生物防治方法中唯一有可能灭绝害虫的有效手段。我国自 20 世纪 60 年代以来, 先后对玉米螟、蚕咀蝇、小菜蛾、柑桔大实蝇、棉铃虫等10 多种害虫进行辐射不育实验室研究, 并对一些害虫做了释放实验。中国农业科学院原子能利用研究所成功实现柑桔大实蝇人工饲养, 并于 1993 年开始在贵州惠水县 118 hm2 、计 10 万多株柑桔树的柑桔园内, 连续释放 160 多万头不育虫蝇 , 将柑桔大实蝇危害率由释放前的 5.19%降低到 0.098%, 防效十分显著。
8、柑桔年产量释放前平均为 23.7 万 kg, 释放后当年为 50.3 万 kg, 1994 年为 44.3 万 kg。2 我国核农学与国外发展水平的比较我国核农学发展较快, 并在上述几方面取得了显著的成就, 辐射诱变育成的新品种(品系)在数量上占世界总和的 1 /4 以上, 在种植面积和增产方面也是世界领先的。原国际原子能机构(IAEA)副总干事来华参观后说:“中国核农学在诱变育种和同位素示踪所取得的成绩是世界领先的。 ”原 FAO/ IAEA 食品辐照与环境保护科负责人 LoaharanuP 先生来华访问时说:“中国是核大国, 又是核农大国, 也是食品辐照保鲜技术的应用大国。 ”我国民用非动
9、力核技术在农业上的推广应用取得了明显的社会经济效益。然而就总体水平比较, 我国和发达国家相比还有相当大的差距。虽然取得的成果较多, 但只有少量进入了中间试验, 形成产业化规模的很少。以食品辐照为例, 我国农用钴源有 70 多座, 但装机容量大于 30 万 Ci 的很少。南京辐照中心新源室装源量全国第一, 也仅为 80 万 Ci, 国外一座商业化钴源的装源量都在 1 000 万 Ci 以上。又如昆虫辐射不育技术, 虽然对不少害虫进行了不育技术的研究, 但没有对一种害虫进行大规模工业化生产和大面积释放, 而发达国家对螺旋蝇、墨西哥果蝇、采采蝇等均建有工厂化生产车间, 连续几年大面积释放, 收到明显
10、的防治效果。另外, 我国产品质量不稳定, 国际市场竞争力弱, 多在国内销售。我国在研究方面, 一是国家投入不够, 二是研究人员创新不够, 研究工作的总体水平不高, 注重形态和表现研究较多, 急于想出成果。育种方面, 选育方法多采用滚雪球的办法, 从细胞水平、分子水平研究的较少;辐射加工方面, 辐照产品标准的制订落后, 辐照降解物的研究处于起步阶段, 配套技术的研究滞后, 辐照产品鉴别方法的研究及质量检测同样处于滞后阶段, 究其原因是国家投入资金少, 没有经费支撑研究;在仪器设备上我们也落后较多, 多是 20 世纪 70 年代的设备;在人才问题上, 一大批核农学技术骨干纷纷退休, 培养的青 12
11、 江苏农业科学2005 年第 2 期年科技人才, 由于国家课题经费投入少而无法全心投入研究工作。3 核农学的发展前景及重点发展领域民用非动力核技术作为高新技术在农业上的应用推广, 其前景广阔 , 潜力巨大。据资料介绍 , 美国、日本应用核技术所创造的产值占 GDP 的 2%, 而我国不足 0.5%。2004 年 1 月国家发展与改革委员会发布了组织实施“民用非动力核技术高技术产业化专项”的通知, 提出了要在 5 年左右使我国核技术应用产业产值达到 1 000 亿元的规模 , 并保持年均 15%的增长速度, 这是对核技术应用的极大支持和鞭策。同时在国家重视解决“三农”问题的大好形势下,核农学必将
12、发挥重要作用, 近期应重点发展以下领域。3.1 加强作物辐射诱变与遗传育种研究利用以辐射诱变为核心的诱变遗传操作技术, 创造对作物产量、品质、抗逆性等重要经济性状有突破性影响的突变材料, 重点提高农作物对病虫害和环境胁迫的抗(耐)性, 逐步实现定向选育农作物高产、优质、高效新种质、新品系和新品种, 大力开发花卉果蔬的诱变育种。研究和开发旨在大幅度提高基因突变频率和高效调控基因变异方向的诱变遗传操作技术, 重点研究辐射诱发基因突变的新因素、新技术、基因突变的分子生物机理以及突变基因的早期识别技术。3.2 积极开展空间诱变育种及机理研究充分利用国家批准的航天育种项目, 在加快航天育种新品种选育的同
13、时, 加强对空间诱变育种机理的研究, 探索空间环境对生物的诱变分子机理。利用空间技术与生物技术相结合, 塑造新种质, 培育新品种, 将农业空间诱变育种技术发展成为 21 世纪农业高新技术产业。3.3 大力开拓农产品辐照加工技术研究加强农产品辐照加工标准和质量保证体系建设, 大力发展农产品辐照加工的商业化和产业化, 向自动化、规模化、集约化转变, 不断拓宽辐照技术的应用领域, 加强辐照食品和农产品辐照海关检疫技术的研究与应用, 加速开发农用辐照新材料和功能产品及其在农业环境保护中的应用, 建立相关企业, 实现农产品辐照加工的产业化, 使之发展为高新技术支柱产业。3.4 加强同位素示踪与农业资源环
14、境技术研究利用同位素示踪技术与相关技术相结合, 监测和评价化肥和农药在土壤作物系统中污染物的迁移与积累及其对农业生态环境的影响, 利用 137 Cs 研究土壤侵蚀和荒漠化, 用核素示踪研究水土流失、草场退化等区域性环境问题, 为我国农业生态环境建设提供技术支撑。利用中子测水技术研究节水农业, 提高水资源利用率。加强集航空定向技术、核探测技术、水文地质测量和地下水渗流计算技术于一体的智能化地下水动态参数测量仪的开发与应用, 解决水库大坝渗漏、水源地的开采、农田污染物的溶质运移、水盐运动、环境地下水的弥散度及弥散系数等一系列工程技术问题, 同时对南水北调工程地下水的运动情况进行监测, 提供可靠的技
15、术参数, 为国民经济发展作出贡献。3.5 积极探索核技术与生物技术的结合, 大力推广辐射不育防治害虫技术研究将核技术和现代生物技术相结合, 研究提高动物的营养水平, 改进家畜的受精作用, 开发新型的动物饲料, 提高动物生产力。利用放射性免疫分析技术和相关技术研究口蹄疫、禽流感等重大疫病的早期诊断及防治措施, 预防和控制重要畜禽疾病的发生, 促进畜牧业持续发展, 提高农牧民的收入等。针对严重危害我国生物安全的重大检疫害虫, 进行预警和辐射不育防治技术研究及应用, 以保护我国农业生产和农产品贸易的正常发展, 维护生态安全。3.6 继续辐射聚合与缓释放技术结合应用研究应用辐射聚合技术, 制备具有良好
16、环境和谐性、生物相容性、可调控微孔孔径、微孔结构、在微结构上适宜于氮循环细菌生长、增值的“微生态”型固定化载体。利用载体的环境和谐性、生物相容性和“微生态”性增强固定化氮循环细菌在湖泊水体中的扩散作用, 强化湖泊水体中的氮素污染物在氮循环细菌作用下的转化过程, 加强水体的硝化反硝化功能, 进而控制湖泊水体氮污染和富营养化的进程, 减轻水体生态系统的恶化, 增强湖泊等天然水资源的可持续利用能力等。参考文献: 1 温贤芳, 汪勋清.中国核农学的现状及发展建议 J .核农学报, 2004, 18(3):164 169. 2 刘春泉, 朱佳廷, 赵永富. 关于制订辐照产品企业标准的探讨 J .江苏农业科学, 2004, (3):72 75. 3 刘春泉. 江苏省 60 Co 辐照加工持续发展探讨 A .中国核
