全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
文章编号 :100028551 (2003) 052325203
不断开创我国同位素示踪技术新体系
陈子元
(浙江大学 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :在新时期 ,实现中国同位素示踪技术农业应用研究的创新体系 ,主要从以下 4 个方面着
力 : (1)进一步强化主攻方向 ; (2)进一步转化科研成果 ; (3)进一步深化基础研究 ; (4) 进一步优
化配套技术。
关键词 :开拓新体系 ;同位素示踪技术
THE EXPLORATION OF NEW SYSTEM OF ISOTOPE TRACING TECHNIQUE IN CHINA
CHEN Zi2yuan
( Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang , 　310029)
Abstract : In a new era ,China′s isotope tracing techniques within the agricultural research innovation system should
be realized. The main focus is on four fronts :1. further strengthen priority research directions ; 2. further implement
research results in production ; 3. further deepen basic research ; 4. further integrate the various technologies.
Key words :exploring new system ; isotope tracing technique
收稿日期 :2002212220
作者简介 :陈子元 (1924～) ,男 ,中国科学院院士 ,教授 ,农业部核农学重点开放实验室主任 ,中国原子能农学会名誉理事长。
自从 1923 年匈牙利科学家 G. Hevesy 首先利用天然放射性铅同位素212 Pb 研究了铅在豆科植物中的
分布和转移 ,同时还获得了铅在植物体内以离子形态存在 ,并证明了其能与培养液中的非放射性铅进行
交换的现象 ,开创了同位素示踪技术在农业科学研究中应用的先河以来 ,随着原子核科学技术的不断发
展 ,尤其是人工放射性同位素的发现和制备 ,使同位素示踪技术的应用领域大为扩展。再加上同位素示
踪技术本身具有灵敏、准确和分辨率高以及活体测量等明显优点 ,该技术已成为在农业及生物科学研究
中直接或间接获得信息和依据的重要手段。同位素示踪技术通过核物理仪器、仪表的探测和核化学的
分析所获得的信息和数据 ,来阐明自然界各种复杂体系 (宏观或微观)中物质的运动和变化规律。由此 ,
该技术不仅在农业生物科学中得到广泛的应用 ,并且在某些研究方面显示出其它技术无法替代或无法
比拟的优势。例如 :研究动植物体内各种组成的生物化学机理、中间产物和代谢途径 (代谢方向、合成和
降解速度以及最终产物等) ,是绝对离不开同位素示踪技术应用的。
有人曾经对美国的《生物化学杂志》( J . Biol . Chem) 作过统计 ,在其所发表的文章中 ,应用同位素示
踪技术的所占比例 :1944 年占 5 % ,1956 年占 46 % ,1966 年占 50 %以上 ,1970 年占 60 %以上。也有人对
《农业及食品化学杂志》( J . Agric . Food Chem . )作过统计 ,在 20 世纪 60～80 年代间 ,每期所发表的文章
中 ,应用同位素示踪技术的均达 1Π3～2Π3。其中许多文章的内容是由于以前应用其它技术和方法所取
得的结论是错误的或是不完善的 ,使用同位素示踪技术进行研究使其结论得以更正和补充。著名科学
家 Hemilton 曾对同位素示踪技术作了这样的评价 :“它对生命科学发展中所作的贡献仅次于显微镜发
明”。著名核物理科学家约里奥·居里在谈到光合作用的意义时说 :“尽管掌握了原子能而得到了很多能
量 ,但只有当人类知道了如何合成叶绿素这样的物质时 ,才是真正掌握了能量。”国际原子能机构
( IAEA)在一份公报中曾提到 :“从技术的影响和广度而言 ,可能只有现代电子学和信息技术才能与同位
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素技术相比。”实际上 ,在生命科学的发展中 ,同位素示踪技术为研究生物体由简单物质到复杂的生理
生化过程提供了最灵敏、最直观、最为简便的方法和手段。
在 20 世纪后半期生命科学迅速发展的过程中 ,许多具有里程碑意义的重大发现都与同位素示踪技
术密切相关。例如 1952 年 Hershay 及 Chase 用35 S 及32 P 双标记噬菌体感染大肠杆菌的试验 ,证明了 DNA
是生物遗传信息的载体 ;又如 1957 年 Meselson Stahl 用15N 和14N 标记大肠杆菌的试验 ,证明了 DNA 半保
留复制机制 ;其它如遗传信息从 DNA 到 RNA 的转录机制等 ;以至于现代生物技术研究中 ,用标记的
DNA 或 RNA 作为探针进行了分子杂交 ,从而观察和认识生命过程的本质及其细微变化 ,其研究成果的
90 %也是依赖同位素示踪技术而完成的。
我国同位素示踪技术的农业应用研究工作与西方发达的国家相比虽然起步较晚 ,但是由于国家的
重视和科技人员的奋发图强、团结协作 ,在同位素示踪技术的农业应用研究中依然取得了显著的成绩。
经不完全统计 ,从 1978 年至 1996 年 ,全国核农学科技工作者使用同位素示踪技术在农业生物科学研究
中一共获得了国家级奖励 12 项 ,获得部、省级奖励 110 项 ,并且在各种学术刊物中发表学术论文和科研
报告达 1000 篇以上。
同时 ,我们也应看到 ,我国核农学事业的发展道路并不平坦 ,曾经受到多种因素的干扰 ,减缓了发展
速度 ,从而与我国经济发展的速度和成就来比很不相称。它的潜力和功能还大大地没有发挥出来。我
认为 ,要在新时期中实现我国同位素示踪技术农业应用研究的创新体系 ,可抓住“强化”、“转化”、“深化”
和“优化”这 4 个方面。下面提出一些粗浅的不成熟的看法。
1 　进一步强化主攻方向
在以往的 40 余年中 ,我国同位素示踪技术农业应用的研究工作始终环绕在不断拓宽研究领域和针
对农业生产和农业科学上的一些重点和热点问题进行 ,因此 ,不断地取得了很多科研成果 ,对我国经济
繁荣、科技进步和社会发展起到显著影响。主要表现在以下几方面 : (1)在作物经济合理施肥、作物营养
代谢和生物固氮机理方面 ; (2)在农用化学物质污染对农业生态环境影响及防治方面 ; (3)在核电站周围
环境的放射生态学研究方面 ; (4)在畜牧生产中奶牛早期妊娠诊断、家畜疾病诊断和草原管理方面 ; (5)
在动物饲养及饲料配方的研究方面 ; (6)在植物病虫害防治方面 ; (7)在林、果、蔬菜的栽培方面 ; (8) 在中
药材及其它各方面 ;以上领域应用同位素示踪技术都取得了不同程度的成果。
但是 ,随着目前我国经济、社会的迅速发展 ,农业结构的不断调整 ,社会需求不断提高 ,对生态环境
的保护要求越来越高。因此 ,我国同位素示踪技术农业应用研究的主攻方向也必须相应进行调整 ,把主
攻方向转到如何解决新时期中加速实现农业现代化和提高农产品的质量的热点问题上来。
主攻方向除在上述各方面还需继续深入拓展外 ,还应该把研究主攻方向集中到养殖业 (畜牧、水产、
特种动物等) 、经济作物 (果蔬、花卉、中药材) 、草业、设施农业、有机农业、节水农业、农产品加工和食品
安全性等研究上来 ,特别是利用同位素示踪是化学分子形态的特点 ,充分发挥它在分子水平上开展各项
研究工作的优势。
2 　进一步转化科研成果
理论联系实际 ,科研结合经济 ,这是我们搞应用研究时一贯坚持的原则。的确 ,我们有的单位在开
展同位素示踪技术农业应用研究中取得了很好的经济效益 ,推动了生产的发展。例如 ,中国农业科学院
原子能利用研究所的科学施肥研究成果 ,为芦台农场提供了最佳施肥配方 ,累计推广面积达 667hm2 ,增
产粮食约 2500 万 kg ,并且与化肥厂合作生产化肥 ,使企业由此获得了较大的利润 ;又如 ,湖北省农业科
学院原子能利用研究所应用15 N 示踪技术研究棉田经济施肥 ,推广面积 86000 hm2 ,经济效益达 2752 万
元 ;另外 ,黑龙江、山东、四川、江苏、浙江、山西、广东和湖南等省也分别进行农作物和果树的合理施肥研
究 ,增产效果显著。但是 ,研究单位所获得的主要是社会效益。再如 :在畜牧生产方面 ,黑龙江省引进浙
江农业大学核农学研究所应用放射免疫技术进行奶牛早期妊娠诊断 ,也取得了明显的社会效益和经济
效益。
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类似的例子很多 ,但是大多科研成果由于没有按照市场经济的机制操作或者没有形成产业化规模 ,
固定生产 ,保证供应 ,最终使科研成果不能转化成实际生产力 ,产生应有的效益 ,发展高科技 ,实现产业
化。在开展这类研究时 ,最好从立项开始就能产、学、研结合 ,科学研究紧密联系市场经济和社会生产需
要。科学研究获得的成果 ,立即在企业投入生产 ,形成商品或进入社会。真正把科研成果转化为实际生
产力。当然 ,也可以将目前的研究单位体制实行“一所二制”或其它模式 ,形成技术创新 ,成果推广和产
业化经营一体化的管理模式。
3 　进一步深化基础研究
基础研究不仅是应用研究的奠基石 ,更是技术创新的原动力。所以 ,同位素示踪技术农业应用的基
础研究不仅对提高应用研究的技术和理论水平以及开拓应用研究的领域有密切的联系 ,并且对创立同
位素示踪技术新体系提供了新思路和条件。
我国同位素示踪技术农业应用的基础研究工作 ,虽然起步较晚 ,但也取得了不少成果。例如 :应用
同位素示踪动力学原理研究了农药结合态残留物的形成及归趋 ;应用15 N 研究了固氮生物的氮素转移 ;
应用15N、32 P、86 Rb 等研究了作物对化肥吸收的机理 ;利用放射免疫技术在方法学方面研究了动植物激
素、病毒等 :研究了植物双标记彩色自显影及细微自显影技术的应用 ;还研制了研究农药环境行为所需
的电脑控制的模拟生态装置及其它研究所需的各种农用同位素标记化合物和放射免疫技术所需的药
盒。但是 ,我国这方面的基础研究与先进发达国家相比尚有较大差距。所以 ,我们要进一步深化基础研
究 ,争取在应用基础研究、方法学研究和基础理论研究方面取得突破性成果 ,为创立同位素示踪技术新
体系提供思想和物质基础。
在方法学方面的基础研究应着重于 : (1)新的放射性示踪剂的开发 ,包括标记化合物及标记化技术
(特异的、短寿命的和高分子的标记物开发)及新的测定及解析技术的开发 (数据处理与储存、信息传递
和分析等) ; (2)新的示踪方法的开发 ,包括正电子核素示踪技术及结合其它高新技术 (信息技术、生物技
术等) ; (3)新的示踪核素的开发。另外 ,要拓展和深入同位素示踪动力学的应用 ,运用动力学分析的原
理和方法 ,描述示踪剂在复杂的实验系统 (宏观或微观)中的动态变化 ,得出目标物在系统中的时空变化
规律 ,使其成为药物代谢动力学、生物代谢分析、生态系统分析和化学反应动力分析等科学研究中的最
强有力的工具 ,不断提高同位素示踪技术创新体系对科技的贡献率。
4 　进一步优化配套技术
同位素示踪技术虽然有其独特的优点 ,能解决其它技术所不能解决的难题 ,但同时也要看到 ,在解
决农业生产和农业科学问题时 ,往往不是单一的同位素示踪技术就能解决的 ,而是要有其它的专业知识
和技术配合才能完成 ,尤其是在解决科学技术和农业生产上的一些重大问题时 ,更需要有关的农业科学
专业知识和技术 (包括传统技术和高新技术)相结合。因此 ,在有些问题研究上还要甘当配角。例如 ,在
现代生物遗传基因工程的研究方面 ,虽然同位素示踪技术是一项必不可少的技术 ,但是唱主角的终还是
生物技术。所以 ,在创立同位素示踪技术新体系时要优化与其它技术的配合 ,尤其是利用其它高新技术
的特点 ,互相配合来解决农业科学研究和农业生产中的重大问题和难点。
同位素示踪技术实际上也是一项提供科学数据、采集信息的技术 ,所以能与计算机技术紧密配合 ,
提高工作效率和结果的准确率。不断结合和引入核物理和核化学领域中的高新技术 ,对开拓和发展同
位素示踪创新技术体系有着极其重要的作用。时今 ,质子激发 X 射线分析和各种同位素探针的应用等
都是与其它高新技术优化配合而形成新技术体系的组成和内容。
我国的核农学科技工作者应团结协作 ,与时俱进 ,不断开创同位素示踪技术农业应用体系 ,迎接更
加光明灿烂的明天。
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