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第四节 放射性同位素示踪

  60年代开始,黑龙江省农业科学院等单位,即利用放射性同位素不断放出射线,以其简 便灵敏的探测性质,开展放射性同位素示踪,追踪物质内部的运行过程。
    1961年8月14日和翌年7月22日,黑龙江省农业科学院袁增玉、黄楚玉在省农业科学院田 间栽培实验区内,用强度为每升空气37.87毫居里,浓度0.1%的放射性14C标记的二氧化碳 进行实验,示踪历时40分钟,三天后采样,解剖玉米植株、茎、叶、叶鞘、苞叶、雄穗、雌 穗等器官,认为,玉米果穗形成的发育过程,既与光合产物的利用度密切相关,又表现在光 合产物转化为各类物质的速度方面。在此之前,一般栽培的玉米,果穗退化和不能形成果穗 的植株占10%左右,严重的达30%,极大地影响玉米产量。而对影响结实与不结实的玉米植株 含磷素营养的运转和分配特点虽已有所研究,但对构成植株体占95%以上的碳素营养还没有得 出相应的结果,特别是不清楚两种类型植株光合产物的运转和分配差异产生的时间。
    从1963年开始,袁增玉、黄楚玉等为证实磷肥在土壤中的活动性能、施入土壤后纵横移 动和扩散范围、施肥深度以及在不同土壤中耕作、施肥与灌溉条件,用了两年时间做了示踪 实验。将32P标记的磷酸氢二钠混同磷酸钙10毫克,以总放射性强度150微居里,施入容土柱 中,中心深度和施肥点直径均为2厘米,浇入土壤最大持水量一倍的水量。容土柱自然干燥2 1天,然后用X光胶片显影。根据胶片黑度判明磷肥纵横移动范围,探究出增强磷肥移动性的 条件,提出了磷肥移动所及范围是否对作物都有效的新论点。
    1973年,黑龙江省农业科学院孙克用、李淑华、王淑琴应用放射性同位素示踪方法探索 大豆高产需肥规律,指出大豆高产施肥措施,必须赋有不断补给根部营养和改善根际环境, 以及有利于结瘤固氮的综合作用;在高肥足水条件下,合理调整肥料比例、用量及施用部位 ,可使大豆明显见效。1976年,田间小区定位示踪实验,表明10~20厘米深浅结合破垄夹肥 处理方法效果极佳,大豆亩产243公斤,比不用本法处理的增产14.3%。1977年,在省农科院 农场麦茬黑土地上,种植“东农72—806”大豆,进行高肥、足水不同措施的田间小区定位示 踪实验,应用15N标记的氮肥做示踪,查明大豆对施用不同措施氮肥的吸收、利用、分配特点 ,进一步认识所推荐施肥方法的优越性。
    1978年,袁增玉、黄楚玉、李淑华,查明省内年产氮肥148万吨,其中尿素110万吨,占 氮肥量的74%,而实际农业生产中尿素利用率较低,仅为30%~50%,造成利用率低的主要原因 是氮素的大量逸失。因此,采用稳定性同位素示踪方法,对尿素在土壤中的移动范围、转化 过程的损失及作物吸收利用率进行实验。1979年5月10日,以2800株/亩的密度在黑土地上种 植玉米。播种时每株施尿素4克,亩施尿素11.2公斤,施肥深度6厘米。玉米成熟时划出70平 方米面积用于实验,气体成分的测定利用55毫升的广口瓶进行。用“凯氏法”测全氮,用MS —10型质谱仪测15N丰度值,结果证明,尿素在土壤中移动和转化相当快,7~15天移动范围 可及纵向半径30厘米,横向20厘米,主要分布在施肥点10厘米距离内。随后,尿素即急剧转 化,以气态形式(主要是氨)大量逸出土壤,造成氮素损失。
    同一时期,黑龙江省农业科学院袁增玉、黄楚玉、李淑华等还应用32P对大豆根外喷施磷 肥进行研究。土壤采自本单位(省农业科学院)的实验地,过筛混合,秤取6公斤装人密氏盆 钵中,5月5日前后播种,每盆定植大豆7株。磷肥中每克五氧化二磷标记放射性32P为0.4毫 居里。大豆成熟后制成粉末测量放射性强度。为了防止雨水淋洗叶面磷肥进入土壤再被根系 吸收,影响试验的准确性,特采用滑动式塑料棚,遇雨及时罩上,天晴打开。结果一反人们 先前的认识,重新证实喷施磷肥确实可避免磷肥在土壤中转化为难溶性磷酸盐而降低利用率 的弊端。但由于磷肥大量撒布于作物茎叶表面,对茎叶正常发育的生理作用可能会产生不良 影响。因此,也就抵消了磷肥的实际增产作用。再者,过去的研究多在大田进行,缺乏防雨 设施,喷在茎叶上的磷肥,随雨水渗入土壤,再次被根部吸收,所达到的增产效果容易被误 认是喷磷所致。
    袁增玉、黄楚玉等还通过标记同位素磷肥施用技术,研究了土壤磷素供应特性与磷肥提 高利用率的途径。所用土壤有采自哈尔滨南郊省农业科学院试验地的黑土,有北安赵光农场 的黑土和灰色森林土,有安达农业实验站的碳酸盐黑土,也有桦川县曙光农场的岗地白浆土 和齐齐哈尔西郊嫩江地区农业科研所的风沙土。试验采用15立升密氏盆钵,每盆装土12公斤 。放射性磷肥用放射性32P标记的磷酸氢二钾与粉状过硫酸钙充分混合呈糊状而成。实验证明 ,要提高磷肥的增产作用,首先要测定土壤有效磷的供应特性,并针对土壤缺磷情况,补施 磷肥。
    1982年,东北农学院王成芝、王树禹、崔在久等运用原子示踪技术,测定谷物在轴流滚 筒内部的运动规律。10月15~25日,在东北农学院轴流滚筒试验台上,将平均能量125兆电子 伏、250微居里60Co放射源装人与谷物茎杆相近似的“模拟茎杆”中,测定谷物在滚筒内部的 速度分布、谷物通过的时间,验证谷物速度减慢系数的范围。所述轴流滚筒是国内外迅速发 展的新机型轴流式联合收割机的“心脏”,起到脱料和分离的双重作用,其工作性能的好坏 直接影响整机的作业质量。因此,研究轴流滚筒是改进轴流式联合收割机的重要内容。东北 农学院1969~1970年、1977~1980年一直为此进行研究,但经验数据有局限性。示踪实验揭 示了谷物在纵置式轴流滚筒内部的运动规律,对1980年该学院《轴流滚筒研究》一文提出的 “谷物运动的减慢系数值”进行复查,证实该文提出的减慢系数值选取范围合理。
    1983年,东北农学院王树禹,根据报道玉米、大豆、小麦、高粱等作物喷施磷酸氢二钾 有明显的增产效果,以往黑龙江、辽宁、山东、湖北等地航空喷施平均增产8%以上,但作物 喷肥如正值雨季,喷施的磷会被雨水冲刷掉,经在本学院农学实验站用32P标记的放射性浓度 每毫升2微居里的磷酸氢二钾做示踪剂,对玉米、大豆等作物喷磷后的雨水冲刷率进行2100次 测定,证实玉米和大豆喷磷后如降雨一般均不需要再喷磷。
    1983年,黑龙江省农业科学院袁增玉、黄楚玉、李淑华等利用放射性同位素对苹果高接 抗寒丰产技术进行研究。黑龙江省内果树历来冻害严重,影响产量。果树系多年生,冷害不 仅影响当年,也影响以后几年的生长和结果,还会引起孳生虫蚁,导致冻害、病害的恶性循 环。当时,果树高接栽培法经过长时间研究和示范,已显示对寒冷的自然条件具有足够强的 适应力,增产和收益显著,高接后7年平均株产100公斤,比低栽培收益高2~5倍。全省栽植 20万株,每年多产果400万公斤,节约管理费4.6万元,总共增加收益164万元。但是“高接 ”抗寒的原因还不清楚。因此,对同化产物和矿物质营养在树体内的运输、分配的积累特点 ,“切口”接合输送营养物质的截留作用等,必须进行探索。高接植株试材选自黑龙江省园 艺研究所七号地,为三年生露地栽培的黄海棠加黄太平,以黄太平低接为对照。用23毫居里 32P标记1820克三料过石(含五氧化二磷47%),每株施100克。5月18日田间施肥。7月28日在 果树(黄太平)花芽大量分化期,将放有盛装14C标记碳酸钡小烧杯的塑料薄膜光合室(80厘 米×60厘米×60厘米)罩在树冠上,光合室密封后,用注射器加定量乳酸,使发生14C标记的 二氧化碳供果树光合作用之需。实验证明,高接时必须选用抗逆性较强的品种作中间砧或高 接砧。14C和32P示踪试验证实,高接苹果“接口”对碳素营养和无机营养运输有“阻截”作 用,使树体内营养物质的分配比例,有利于花芽的分化和形成,奠定增产基础。
    1985年,东北农学院王树禹、郝心亮、崔在久等在本院农机清选实验室,用60Co的γ射 线研究谷料在往复运动筛上的运动规律。商品粮大豆用圆孔筛筛选,选择7.6毫米×7.3毫 米×7.0毫米为大尺寸豆粒,6.0毫米×5.7毫米×5.5毫米为小尺寸豆粒,每粒钻成小孔 ,注入400微居里60Co标记的氯化钴溶液,烘干后用火棉胶封闭,作为示踪豆粒,示踪豆粒表 面涂红色,便于识别。所述往复运动筛是清选机械中应用最普遍的分离装置,它的生产能力 和分离质量直接影响整个清选机械,而筛上谷物的运动又直接影响筛子的生产能力和分离质 量,研究筛上谷物运动规律是研究筛子分离性能的基础。已有大量工作均未涉及对谷层内部 运动进行研究。此次,采用60Coγ射线示踪方法进行大量试验,探讨了各种因素对沉降速度 的影响和谷内各层移动速度的差异,分析了沉降速度对谷物分离率的影响,为筛子的理论研 究和改型设计提供了依据。
    1985年,东北农学院王树禹完成水稻白叶枯病14C示踪方法的实验研究。水稻白叶枯病是 重要的细菌病害,19世纪末发生于日本,20世纪60年代污染全亚洲,在中国原仅出现于南方 稻区,后来传播到北方各省,在大发生年份为害严重。国内外用分离培养、噬菌体法、镜检 观察喷菌法、浓缩接种法和反向间接血凝法进行大量研究。这些方法对种子、稻株、杂草和 稻田水等带菌的检验起很大作用,但对检验病菌浸染来源和植物体内潜伏的微量细菌,存在 一定困难。王树禹历经五年试验,探索出白叶枯细菌14C标记、制样和测量方法。选用的培养 基为放射性比强10微居里/毫升14C标记葡萄糖牛肉汁蛋白胨(加10克蔗糖)。