Rastliny a žiarenie

Experiment sa venuje vplyvu rádioaktivity gama žiarenia a röntgenového žiarenia z röntgenky na rastliny, ich rast a vývoj. Pokus vychádza z kníh Energia atómu (1962) a Žiarenie a život (1959).

      Experiment sa venuje vplyvu rádioaktivity gama žiarenia a röntgenového žiarenia z röntgenky na rastliny, ich rast a vývoj. Pokus vychádza z kníh Energia atómu (1962) a Žiarenie a život (1959).

      Vhodne nízke dávky žiarenia podporujú rast a rozvoj rastlín. Zároveň žiarenie má vplyv na vznik mutácií, ako negatívnych tak aj pozitívnych. V minulosti sa vplyvom gama a RTG žiarenia experimentovalo s výberom práve pozitívnych mutácií rastlín pre rýchlejší rast, väčšie plody, skoršie dozrievanie plodov, odolnosť rastlín atď. Avšak iba veľmi malé percento bolo pozitívnych mutácií, preto sa ožarovali veľmi veľké množstva semien. Ďalším problémom bolo, čo sa zistilo až neskôr, že takéto mutácie neboli trvalé, po niekoľko ďalších generácií rastlín mutácie zanikali a rastlina sa vrátila do „pôvodného“ stavu. Generáciami si tieto genetické zmeny rastlina dokázala zredukovať a odstrániť. Dnes sa robia cielené zásahy v génoch tzv. GMO potraviny.

      Pre urýchlenie rastu a výnosov poľnohospodárskych rastlín sa v minulosti experimentovalo s rádionuklidmi priamo v zemi vo vhodnej vzdialenosti od koreňov rastlín, ktoré si však rastlina zbierala do seba a plodov. Pridávali sa rádionuklidy do hnojív a pod. Používali sa rádioizotopy s krátkymi polčasmi rozpadu. Alebo sa ožarovalo mimo zeminy s 60Co. Dosahovali sa aj veľmi zaujímavé výsledky u výnosov jačmeňa, ovsa, pšenice, zemiakov a iných poľnohospodárskych plodín až o 10 – 30%.

      Príliš veľké dávky žiarenia spôsobujú degeneráciu rastlín, spomaľujú a zastavujú delenie buniek až vyhynutie rastliny alebo ju usmrtí dávka ešte počas, či pred klíčením.

      Aby vplyv žiarenia bol na celú rastlinu a jej následný rast a vývoj, je potrebné ožiariť a poškodiť už semeno v zárodku počas prvotného klíčenia, potom sa poškodenie a zmeny prejavia na ďalšom vývoji a raste celej rastliny. Kyslík a voda len napomáhajú k poškodeniu buniek. Mokré semeno pri prvotnom začatí klíčenia je najviac náchylne na poškodenia a poškodenia sa prejavia na celej rastline.

      Účinkom ionizujúceho žiarenia na vodu dochádza k rádiolýze vody, nastávajú chemické zmeny vody pričom vznikajú agresívne radikály a silné oxidanty: vodík H+, hydroxilový radikál OH-, hydratovaný elektrón e-, radikál vody H2O+ a peroxid vodíka H2O2. Čím prítomnosť vody a následné chemické zmeny len napomáhajú k poškodeniam buniek k samotnému ionizujúcemu žiareniu.

      Semená je možné poškodiť aj za sucha pred klíčením, svoju dávku si „nechajú“ na neskôr na vyklíčenie, no vplyv bude menší resp. bude potrebná vyššia dávka žiarenia. Napríklad niekto takéto semena aj predáva, pravdaže, kde inde, ako USA: unitednuclear.com

Následky ožiarenia na úrovni bunky:
      1. Bunky zostanú nepoškodené
      2. Bunky s oneskoreným delením
      3. Bunky s chybným delením (vznik zmutovanej bunky, rakovina)
      4. Agonálne bunky - poškodené nenávratne
      5. Mŕtve bunky

      Ionizujúce žiarenie má najväčší vplyv na rýchlo sa deliace bunky organizmu a bunky práve v štádiu delenia (rádiosenzitivita). Na konci korienka rastliny bude vplyv žiarenia najväčší, tam kde sa najviac delia bunky, no už pár cm ďalej bude vplyv rádovo menší. V bunke je najviac citlivé jadro na fotón žiarenia, cytoplazma potrebuje mnohonásobne vyššiu dávku pre poškodenie a zničenie.

Jedno zaujímavé video na YouTube z histórie pestovania: Atomic Gardening


      Časť z knihy Energia atómu (1962).



      Výňatok z knihy Žiarenie a život (1959) z časti dvoch kapitol.

      Kapitola "Nástroj užitočných zmien" - pokusy v poľnohospodárstve v bývalom SSSR


      Pre experiment s rastlinami bol použitý rozostavaný pokusný röntgen pre röntgenovanie predmetov a elektroniky. V danom čase šli pred röntgenku aj semena rastlín. Najprv v miske s vatou a vodou sa nechali naklíčiť semena fazule a kapie, tak sa vybralo niekoľko vhodných vzoriek na experiment a tie šli za mokra do vypočítaných vzdialenosti pre určité dávky žiarenia na stanovený čas pred ohnisko v osi röntgenky.

      Hodnota žiarenia od röntgenky bola meraná v dvoch rôznych bodoch v osi od ohniska s ionizačnou komorou s intenzimetrom IT-65. Z daných dvoch hodnôt sa prepočítali hodnoty dávok za daný čas v rôznych miestach od osi ohniska röntgenky. Vzhľadom na použitie meracieho prístroja IT-65 neurčeného a nekalibrovaného pre dané merania, hodnoty berte len orientačne a s rezervou. Od reality sa hodnoty môžu značne líšiť, no lepšie aspoň nejaké hodnoty, ako vôbec žiadne.

      Dva semena fazule boli pokusne ožiarené aj s gama s Am-241 (amerícium-241; 59,5409keV) z požiarnych hlásičov. Pokusne bolo použitých 4ks Am-241 na 2 semena počas prvotného klíčenia a nechali sa semena takto ožarovať trvale na 12h. Následne boli zasadené.

      Všetky rastliny boli pestované v rovnakých nie veľmi vhodných podmienkach v miestnosti za oknom s nedostatkom svetla a občasným neskorým zaliatím vodou. Ich podmienky boli rovnaké, viac informácií jednotlivo ďalej.


Fazuľa

      Celkovo bolo zasadených 20ks semien fazule. Z toho 4ks semien pre kontrolné rastliny, 14ks semien ožiarených RTG v rôznych dávkach a 2ks ožiarených s gama nízkou intenzitou počas 12 hodín Ameríciom-241 z požiarnych hlásičov.

      Fazuľa bola ožiarená s RTG a zasadená na 2x v dvoch skupinách po 7 a 7 ožiarených a k ním kontrolne fazule. Oneskorenie bolo 10 dní. Bolo to z dôvodu, že prvá várka bola nevhodne zasadená a pár rastlín sa poškodilo pri prerážaní vyschnutej hliny, čo by kazilo experiment, preto bola pridaná ďalšia skupina na pozorovanie. Fazule s gama boli zasadené deň po prvej skupine.

Približné hodnoty určené meraním (ionizačná komora s IT-65) a výpočtom, číslo rastliny a dávka v Röntgenoch:
      1 - 7R
      2 - 14,4R
      3 - 28,2R
      4 - 55R
      5 - 90R
      6 - 176R
      7 - 590R

Galéria fotiek počas 83 dní priebehu vývoja rastlín až po záver:

Záver experimentu

      Počas dlhodobého pozorovania až do konca, kedy ostalo doslova len pár preživších kusov rastlín je možné pekne pozorovať vplyv na vývoj a rast rastlín. Na 83. deň ostala iba 1 z 4 kontrolných rastlín, z rastlín ožiarených RTG ostali 2 z 14 kusov aj to už pred koncom života. Rastliny ožiarené s gama počas 12 hodín ostali preživšie najdlhšie aj sa im najlepšie darilo, čo sa týka rýchlosti rastu, bujnosti rastliny a taktiež, ako prvá rastlina mala kvety a plody. Ako druhá rastlina s plodom bola rastlina číslo 4 s asi 55R a posledná tretia rastlina s plodom bola kontrolná rastlina neožiarená. Zvyšné rastliny, ktoré dostali priveľkú alebo nízku dávku postupne vymreli.

      Pozornosť si ešte zaslúži zakrpatená fazuľa číslo 6 z druhej skupiny o ktorej je písane viac nižšie aj s fotkami.

      Veľmi zaujímavo obstála kapia, kde je krásne doslova ukážkovo pozorovateľná postupnosť vo vzraste rastlín podľa získanej dávky ožiarením s RTG. Fotky a popis ďalej v článku.


Fazuľa číslo 6

      Špeciálnu pozornosť si zaslúži fazuľa číslo 6 z druhej skupiny s približnou dávkou 176R. Galéria fotiek jej vývoja počas 52 dní, neskôr nato zahynula. Zaujímavosťou na tejto rastline je tá, že počas rastu ostala zakrpatená v istej výške, ďalej nerástla, len pomaličky stagnovala.


Kapia

      Ďalšou rastlinou na experiment bola použitá kapia. Túto som nepoužil kontrolnú vzorku, spoliehal som sa na druhé kusy kapie v črepníkoch, ale tie boli nakoniec v inej miestnosti a skončili vysadené v záhrade, čo bola chyba. Ale aj napriek tomu krásne vidieť na ožiarených s RTG semenách kapie rozdiely vo vzraste podľa veľkosti dávky.

      Na fotke je ukážkový príklad na 48. deň pokusu. Pekne vidieť postupnosť vo vzraste kapie podľa veľkosti dávky a zároveň pri dávke je uvedená aj vzdialenosť od röntgenky v osi od ohniska. Jediný kus s dávkou asi 28R sa neprerazil cez hlinu, ale myslím, že to bol problém v hline a nie v ožiarení (alebo je to práve náhodne poškodenie rastliny, čo ťažko zistiť). Na záver galérie je posledná fotka v 76. deň, kedy prežila len jediná kapia s najnižšou dávkou 14,4R a ostatné postupne vyhynuli od najvyššej udelenej dávky až po poslednú preživšiu. 

Celkovo bolo vysadených 6ks semien kapie s dávkami približne, ako na fotke dole. Rovnako, ako pri fazuli s vynechaním semena s 7R.