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研究成果
“核辐射”常识及其在生物学中的应用
发布时间:2014-10-29 00:00:00  发布人:章青

 “核辐射”常识及其在生物学中的应用
章  青(江苏省苏州实验中学215011)

摘  要:本文先容了核辐射的有关常识及其在生物学中的应用,目的在于普及核辐射的常识,使人们了解核辐射对人类的影响及预防措施,同时使学生了解核辐射在生物学中应用实例。
关键词:核辐射  碘  应用

2011年3月11日日本发生里氏9级地震,福岛第一核电站在3月12日发生爆炸,核泄漏辐射引起人们的关注。我国的一些地区的居民由于缺少有关防辐射的常识,听从一些人的谣言,一度出现抢购碘盐的现象,这说明大家对于辐射常识的先容尤为重要。下面就核辐射的有关问题作一分析,可以作为生物试题的背景材料,由于涉及多学科常识,也是理科综合或大综合的背景材料,同时还是对学生进行核常识教育的资料。
1  有关核辐射方面的常识
1.1  什么是放射性
某些元素的原子通过核衰变自发地放出α或β射线(有时还放出γ射线)的性质,称为放射性。按原子核是否稳定,可把核素分为稳定性核素和放射性核素两类。一种元素的原子核自发地放出某种射线而转变成别种元素的原子核的现象,称作放射性衰变。能发生放射性衰变的核素,称为放射性核素(或称放射性同位素)。在大剂量的照射下,放射性对人体和动物存在着某种损害作用。
1.2  人们一般受到哪些辐射
来自天然辐射的个人年有效剂量全球平均约为2.4mSv,其中,来自宇宙射线的为0.4mSv,来自地面γ射线的为0.5mSv,吸入(主要是室内氡)产生的为1.2mSv,食入为0.3mSv。可以看出氡是最主要的照射来源。人类的很多活动都离不开放射性。例如,人们摄入的空气、食物、水中的辐射照射剂量约为0.25mSv/年。戴夜光表每年有0.02mSv;乘飞机旅行2000公里约0.01mSv;每天抽20支烟,每年有0.5-1mSv;一次X光检查0.1mSv等等。当人体接受剂量大于4000mSv才能死亡,小于100mSv对人体无害。
2  碘片与防核辐射的常识
2.1  核辐射与碘有什么关系
 铀235被一个中子轰击发生裂变,放出2个中子并分解成铯和碘(当然都是同位素,会继续裂变的)。福岛核电站向空气中释放的放射性物质,主要是铯137和碘131。铯137是一种气溶胶,随大气飘散、沉降;而碘131是气态,混合进入大气。碘131通过各种途径被人体摄入后,可富集在甲状腺中,也能在甲状腺球蛋白的酪氨酸残基上发生碘化,参与甲状腺激素的合成,其过程和稳定性碘完全一样。然后贮存在甲状腺滤泡中,在人体长期存在,导致细胞的DNA 断裂,随后产生细胞表达异常、细胞变性、坏死、或长时间细胞异化,导致甲状腺癌。
2.2  碘片(KI)是如何防辐射的
生理学上,人体碘的主要来源是甲状腺的吸取,甲状腺需要利用碘来合成甲状腺激素。KI是稳定性碘,它可以使甲状腺内的碘饱和从而阻止放射性碘的摄入。人在可能受到辐射暴露危险时,为防辐射提前服用碘剂,碘剂中的稳定性碘(如碘片)就可以提前被甲状腺吸取,使酪氨酸残基的碘化作用饱和,从而阻断或减少甲状腺对碘131的吸取。如果在吸入放射性碘的同时服用稳定性碘,就能阻断90%放射性碘在甲状腺内的沉积。在吸入放射性碘数小时内服用稳定性碘,仍可使甲状腺吸取放射性碘的量降低一半左右。对成年人推荐的服用量为100毫克碘,对孕妇和3~12岁的儿童,服用量为50毫克,3岁以下儿童服用量为25毫克。
碘片不能保护来自于体外的放射性和被身体吸取的除碘以外的放射性物质。这就是为什么碘甲状腺阻断在多数场合将与其它防护措施(如隐蔽待于室内、关闭门窗等)综合使用。
2.3  食盐中的碘能起预防作用吗
碘盐中碘的存在形式是碘酸钾(KIO3),在人体胃肠道和血液中转换成碘离子被甲状腺吸取利用,因此,从理论上讲可以起作用,这也是一些市民抢购碘盐的原因。但我国规定碘盐的碘含量为30毫克/千克。按人均每天食用10克碘盐计算,可获得0.3毫克碘。而用来预防放射性碘摄入的碘片,碘存在形式是碘化钾(KI),碘含量为每片100毫克。一个碘片的碘含量是100毫克,成人需服用一片,儿童需服用50毫克,新生儿需服用25毫克。卫生部规定,每公斤食用盐中碘含量仅为20-30毫克。也就是说,成人预防放射性碘一次要吃3千克盐,这是不可能的事。因此靠吃盐来预防核辐射的效果是微乎其微的。对于一些市民购买海产品以及防辐射服、碘盐的做法,这基本起不到预防作用,海产品中的碘含量也有限。
如果摄入过量的碘,会扰乱甲状腺正常功能,既可以导致甲状腺功能亢进,也可以导致甲状腺功能减退。另外,急性碘中毒会导致腹部绞痛、腹泻并便血、胃十二指肠溃疡、脸部和颈部水肿、溶血性贫血、代谢性酸中毒、肝脂肪变性和肾衰竭等。
3  辐射在生物学中的应用
3.1  辐射与癌变
    致癌因子有物理、化学和病毒致癌因子三类,其中物理致癌因子中就用各种射线辐射的致癌作用。人体长期处一定强度的辐射范围内,可能会导致基因突变,可能导致原癌基因或抑癌基因突变,从而使正常细胞转变成无限增殖的癌细胞。如果生殖细胞发生突变,突变性状还能通过生殖细胞遗传给后代。
3.2  辐射与育种
    由于基因突变的频率低,又是不定向的,获得优良变异类型的概率很低。而诱变育种的原理就是利用各种射线的辐射作用来引起生物体的基因发生突变,从而增加基因突变的频率,从中选择大家所需要的新类型。目前常用的太空育种就是利用宇宙射线来诱发基因突变,也可以在对萌发的种子利用有关射线照射,或者在单倍体育种时,对单倍体幼苗在利用秋水仙素处理的同时进行辐射,综合应用效果更好。
3.3  辐射与食品储存
辐射保藏食品与灭菌、消毒,就是核工业应用于人们生活中的一种新技术。是用一定量γ射线、x射线或电子来照射食品。采用辐射的方法可消灭食品中的细菌和寄生虫,以达到防腐保鲜的目的。放射性Co-60产生的γ射线的杀菌机理,分为直接作用和间接作用。直接作用指γ射线直接破坏微生物的核糖核酸、蛋白质和酶等与生命有关的物质,使微生物死亡。间接作用指γ射线在微生物体内先作用于生命重要分子周围物质(主要是水分子)产生自由基,自由基再作用于核酸、蛋白质和酶等使微生物死亡。辐射处理食品后,射线处理不会留下任何残留物,这和农药熏蒸法比较起来有极大的优点;辐射食品操作的安全性极好,效率也较高。
这里要区别核污染食品与辐射处理食品,核污染食品是食物中残留有放射性元素,机时辐射处理食品是利用射线照射,而射线是不会残留的。
3.4  辐射与放疗
放疗就是放射治疗,指用射线消除病灶。放射治疗作为治疗恶性肿瘤的一个重要手段,对于许多癌症可以产生较好效果。放射疗法是用X线,γ线、电子线等放射线照射在癌组织,由于放射线的生物学作用,能最大量的杀伤癌组织,破坏癌组织,使其缩小。这种疗法,是利用放射线对癌细胞的致死效果的疗法,由于足够的放射剂量仅是对被照射部位有治疗效果,所以,是和外科手术疗法相同为局部疗法。
3.5  放射性同位素的应用
同位素标记的放射性标记化合物,与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质,不同的只是它们带有放射性,可以利用放射性探测技术来追踪。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、18O、32P、35S等。检测组织中放射线的方法,通常是放射自显影技术,这是一种利用组织内含有的放射性同位素发出的辐射,感光后显影成像的技术,可凭肉眼观察黑影的形状,或通过显微镜观察黑色颗粒的分布和径迹,从而确定放射性物质在细胞或组织中的分布。如噬菌体侵染细菌的实验、半保留复制实验、分泌蛋白产生的标记实验、光合作用过程中的标记实验等都应用了同位素标记法。
总之,核辐射与大家的关系非常密切,它有不利的一面,同时人们可以利用其为人类服务,因此,大家要了解核辐射常识,正确对待核辐射。
本文发表《生物学教学》2012年第1期上

 



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