فایل ورد کامل مقاله نقش انرژی هسته‌ای در کشاورزی؛ بررسی علمی کاربردهای فناوری هسته‌ای در بهبود تولید و مدیریت منابع

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله نقش انرژی هسته‌ای در کشاورزی؛ بررسی علمی کاربردهای فناوری هسته‌ای در بهبود تولید و مدیریت منابع دارای ۱۲۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله نقش انرژی هسته‌ای در کشاورزی؛ بررسی علمی کاربردهای فناوری هسته‌ای در بهبود تولید و مدیریت منابع  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله نقش انرژی هسته‌ای در کشاورزی؛ بررسی علمی کاربردهای فناوری هسته‌ای در بهبود تولید و مدیریت منابع،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله نقش انرژی هسته‌ای در کشاورزی؛ بررسی علمی کاربردهای فناوری هسته‌ای در بهبود تولید و مدیریت منابع :

نقش و کاربرد انرژی هسته ای در کشاورزی

تحقیقات کشاورزی
تزاید روزافزون جمعیت و کمبود مواد غذایی در دنیا موجب توجه دانشمندان به ازدیاد محصولات کشاورزی و همچنین بهبود کیفیت آنها گردیده است. در این راستا مواد رادیواکتیو به کمک بررسی‎های کشاورزی شتافت و انقلاب عظیمی در کشاورزی به وجود آورد به طوری که عناصر رادیواکتیو یا نشاندار در اکثر رشته‎های کشاورزی از جمله مدیریت آب و خاک و تغذیه گیاهی، اصلاح نباتات و ژنتیک، دامپروری، کنترل آفات، صنایع غذایی و محیط زیست مورد استفاده قرار گرفته‎اند.
نیل به سوی کشاورزی پایدار بستگی به تعامل بین مواد غذایی خاک و منابع آبی موجود جهت تولید عملکرد مناسب دارد. در این خصوص با استفاده از ایزوتوپ‎ها می‎توان میزان مطلوب کاربرد کودهای شیمیایی، بهترین زمان مصرف آنها،‌ مکان و مقدار آنها در خاک، بررسی فعالیت میکروارگانیسم‎های خاکزی و همچنین نحوه‌ انتقال عناصر غذایی در خاک و گیاه را بررسی نمود.

استفاده از روش ایجاد موتاسیون به منظور تنوع بخشیدن به محتویات ژنتیکی با هدف ارتقاء صفات کمی و کیفی در گیاهان زراعی مورد توجه خاص قرار گرفته است. از طرف دیگر با توجه به اینکه مصرف مواد شیمیایی به منظور حفظ و نگهداری مواد غذایی نه تنها برای مصرف‎کنندگان بلکه برای محیط زیست مضر می‎باشد، استفاده از پرتودهی محصولات کشاورزی به عنوان یک روش بی‎خطر استریلیزه کردن در اکثر کشورهای جهان متداول شده است. در رابطه با کنترل آفات از طریق پرتودهی و عقیم نمودن حشرات نیز گام‎های بسیار مثبتی در نقاط مختلف دنیا برداشته شده است.

مبانی فیزیک هسته‎ای
ایزوتوپ‎ها (ویژگی‎ها و کاربرد)
اتم‎های یک عنصر را که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند، ایزوتوپ‎های آن عنصر می‎نامند (بارهای مثبت که همان تعداد پروتون‎ها می‎باشند را عدد اتمی و مجموع تعداد پروتون‎ها و نوترون‎های هسته یک اتم را عدد جرمی آن می‎گویند).
ایزوتوپ‎های یک عنصر، اتم‎هایی هستند که تعداد بارهای مثبت موجود در هسته و نیز تعداد الکترون‎هایشان یکسان ولی تعداد نوترون‎های موجود در هسته آنها با هم متفاوت است. اغلب عناصر چند ایزوتوپ دارند و چون ساختار الکترونی ایزوتوپ‎ها یکسان است، واکنش‎های شیمیایی آنها نیز مشابه می‎شود (شکل ۴-۱). برای تشخیص هویت یک ایزوتوپ، عدد اتمی آن به صورت شاخص در پایین و سمت چپ نماد شیمیایی آن، و عدد جرمی یا تعداد کل نوکلئون‎های آن به صورت شاخص در بالای نماد شیمیایی آورده می‎شود. برای مثال سه ایزوتوپ اکسین را می‎توان به صورت ، و نشان داد

. اما از آنجا که عدد اتمی مترادف با نماد شیمیایی است معمولاً شاخص پایین حذف می‎گردد. بنابراین به عنوان مثال ایزوتوپ اکسیژن به صورت O16 نمایش داده می‎شود. باید توجه داشت که فراوانی همه ایزوتوپ‎ها با هم برابر نیست به عنوان مثال در مورد اکسیژن، ۹۷۵/۹۹ درصد اتم‎های طبیعی از نوع ‎O16 می‎باشند. در حالی که انواع ‎O17 و ‎O18 به ترتیب ۰۳۷/۰ درصد و ۲۰۴/۰ درصد از اکسیژن طبیعی را تشکیل می‎دهند. در بین عناصر شیمیایی، تعداد محدودی از آنها در مطالعات بیولوژیک مورد استفاده قرار می‎گیرند و هر کدام از آنها حداقل دارای دو ایزوتوپ پایدار هستند.

تابش گاما ‎ )
پرتوهای گاما عبارتند از تابش‎های الکترومغناطیسی تک انرژی که از هسته‎های برانگیخته حاصل از تبدیل پرتوزا گسیل می‎شوند. به عبارت دیگر هرگاه هسته‎ای به هر علت در حالت تهییج قرار گیرد، انرژی تهییج خود را به صورت فوتون گاما ساطع می‎کند. در اغلب واپاشی‎های و ، هسته دختر به حالت تحریک شده قرار می‎گیرد که این انرژی تحریکی هسته به صورت فوتون‎های گاما از هسته تابش می‎شود تا هسته به تراز انرژی پایین‎تر یا پایدار برگردد. نمایش عمومی تولید گاما را می‎توان به صورت ‎ نشان داد. مانند:

اکتیویته ویژه
یکی از مشخصه‎های مهم رادیو ایزوتوپها، اکتیویته ویژه آنها یعنی میزان اکتیویته در هر گرم از عنصر یا ماده است که برحسب واحدهای مختلفی از جمله بکرل بر گرم ‎(Bq/g)، میکروکوری بر گرم ‎ ، واپاشی بر میلی‎گرم در ثانیه ‎(dps/mg) و یا واپاشی بر میلی‎گرم در دقیقه ‎(dpm/mg) بیان می‎شود.

نیمه عمر
مدت زمان لازم برای کاهش هر ایزوتوپ پرتوزا به نصف مقدار اولیه‎اش، معیاری از سرعت تبدیل آن ایزوتوپ پرتوزا به ایزوتوپی دیگر است. این دوره زمانی را نیمه عمر می‎نامند و برای هر ایزوتوپ خاصیتی تغییرناپذیر می‎باشد. نیمه عمر ایزوتوپ‎های پرتوزای مختلف از چند ثانیه تا چند میلیارد سال متغیر است.
بنابراین با توجه به مفهوم نیمه عمر مشخص می‎شود که پس از گذشت ‎n نیمه عمر از یک ایزوتوپ پرتوزا، کسر باقی مانده آن عبارت است از: که در این فرمول ‎0A اکتیویته اولیه و ‎A اکتیویته برجای مانده پس از ‎n نیمه عمر است.

کاربرد رادیو ایزوتوپ‎ها
برای سهولت بیشتر می‎توان کاربرد رادیو ایزوتوپ‎ها را به چند بخش اصلی تقسیم کرد که عبارتند از:
الف) تحت تابش قرار دادن یک ماده هدف به منظور ایجاد تغییراتی در خواص فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی آن که این تغییرات ممکن است خاصیت یا سودمندی ماده هدف را تقویت کنند و یا آن را از بین ببرند.

ب) تزریق مقدار اندک رادیوایزوتوپ به مواد به منظور ردیابی آنها در یک فرایند خاص که به عنوان مثال می‎توان به مطالعات مربوط به فرسایش و ردیابی جریان آب به منظور پیدا کردن منابع آب اشاره نمود.
ج) چشمه‎های ثابت پرتو را به عنوان سنجش‎گر یا وسیله‌ اندازه‎گیری برای بعضی کمیت‎ها مورد استفاده قرار می‎دهند. مثلاً در اندازه‎گیری ضخامت، چگالی و بازرسی پرتونگاری می‎توان از رادیوایزوتوپ‎ها استفاده کرد.
د) چشمه‎های ثابت پرتو را برای تولید قدرت، گرما یا روشنایی نیز مورد استفاده قرار می‎دهند.

عمرسنجی با ‎C14
بمباران زمین به وسیله پرتوهای کیهانی یک منبع ثابت نوترونی در جو تولید می‎کند. این نوترون‎ها با نیتروژن موجود در جو واکنش انجام داده و تولید ‎C14، ‎H3 و احتمالاً مقدار کمی ‎He4 با ‎Be11 می‎نمایند. ‎C14 و ‎H3 پرتوزا هستند و نیمه عمر ‎C14 برابر با ۵۷۲۰ سال است. فرض می‎شود که کربن پرتوزا برای تشکیل ۲CO با اکسیژن ایجاد واکنش می‎کند و این ۲CO14 با دی‎اکسید کربن جو مخلوط می‎شود. بنابراین می‎توان گفت که جذب نوترون‎های حاصل از پرتوهای کیهانی معادل با تولید دی‎اکسید کربن پرتوزای مخلوط با دی‎اکسید کربن جوی است. چون گیاهان از ۲CO تغذیه می‎کنند و حیوانات نیز آنها را مصرف می‎کنند، ‌پس گیاهان و حیوانات هم پرتوزا خواهند بود.
نظریه‎ها و آزمایشهای گوناگون نشان می‎دهند که بین آهنگ واپاشی کربن پرتوزا و آهنگ تولید آن در تمام موجودات زنده تعادل برقرار است. هنگامی که موجود زنده می‎میرد، جذب رادیوایزوتوپ متوقف می‎شود و ‎C14 پرتوزا در بافت‎ها وا می‎پاشد. در نتیجه این عمل شدت اکتیویته ماده رادیواکتیو به تدریج کاهش می‎یابد که این کاهش متناسب با نیمه عمر رادیواکتیو خواهد بود. با استفاده از فرمول زیر می‎توان زمان سپری شده از مرگ مواد آلی را تخمین زد.

در این فرمول،
‎0A = اکتیویته اولیه
A = اکتیویته فعلی
‎ = ضریب تجزیه که بستگی به نیمه عمر ماده رادیواکتیو دارد و عبارت است از:

که در این فرمول، نیمه عمر کربن ۵۷۲۰ سال در نظر گرفته می‎شود (۵۷۲۰ = ‎ ).
‎e = پایه لگاریتم طبیعی (۷۱۸۲۸/۲)
‎t = تعداد سال‎های سپری شده از هنگام مرگ (عمر نمونه)
مثال: اگر از یک تکه چوب که از یک محل قدیمی به دست آمده باشد، حدود ۱۰ شمارش در دقیقه به ازاء هر گرم چوب داشته باشیم، سن این تکه چوب به صورت زیر قابل محاسبه است.
از آنجایی که تعداد ۱۵ واپاشی در دقیقه بر گرم برای ‎C14 به طور ثابت موجود می‎باشد، طبق فرمول فوق‎الذکر خواهیم داشت:

t = سال ۳۳۵۶
اصولاً جداسازی ‎C14 از نمونه‎ها مشکل است چون نمونه‎های مورد نظر هزاران سال پس از مرگشان ممکن است دستخوش تغییرات زیادی شده باشند. به همین دلیل عمرسنجی با ‎C14 به خودی خود چندان قابل اعتماد نیست.

اثرات بیولوژیکی پرتوها
پرتوها را از نظر اثراتی که در برخورد با ماده به جای می‎گذارند به دو دسته می‎توان تقسیم‎بندی نمود که عبارتند از پرتوهای غیر یون‎ساز و پرتوهای یون‎ساز.
پرتوهای غیر یون‎‎ساز عبارتند از نورمرئی، ماوراء بنفش ‎(UV)، مادون قرمز ‎(IR)، ماکروویو، مادون صوت، لیزر و غیره. به دلیل دارا بودن اثرات بیولوژیکی متفاوتی که این پرتوها دارند، در این جا از بحث در مورد آنها خودداری می‎شود.

پرتوهای یون‎ساز در اثر برخورد با سلول‎ها، بافت‎ها و مولکول‎های تشکیل دهنده مواد حیاتی ارگان‎های بدن باعث ایجاد پدیده یونیزاسیون و تحریک می‎شوند که متعاقب آن ضایعات و آسیب‎های ناشی از آن بروز می‎نمایند.
انسان همیشه در معرض پرتوهای ناشی از چشمه‎های طبیعی بوده است و اصولاً پرتوهای تأثیرگذار را می‎توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف)‌ پرتوهای کیهانی که از فضا به زمین می‎رسد.
ب) پرتوهایی که به وسیله مواد رادیواکتیو در اطراف ما تابش می‎شوند.
بنابراین ملاحظه می‎شود محصولات تمدن و پیشرفت فن‎آوری به همراه خود خطراتی را نیز دربردارند. به عبارت دیگر اکثر محصولات یا وسایلی که فایده‎ای می‎رسانند، دارای مضراتی نیز می‎باشند و استفاده از آنها هنگامی توجیه منطقی دارد که سود آن بیش از زیان آن باشد. به عنوان مثال انرژی الکتریسیته با وجود مخاطراتی که دارد به مقدار زیاد و در سطح وسیع مورد استفاده قرار می‎گیرد.
با توجه به مطالب فوق، هدف ارائه این مبحث آشنایی دقیق و علمی با اثرات زیان‎بار پرتوهای یون‎ساز بر انسان، با در نظر گرفتن کلیه‌ محدودیت‎های مطالعات در این زمینه می‎باشد.

سلول زنده و اثرات پرتوها
سلول، واحد ساختمانی و واحد کار حیاتی موجود زنده است و هر سلول از سلول قبلی به وجود می‎آید.

ساختمان سلول بدن انسان از دو قسمت سیتوپلاسم و هسته تشکیل شده است که حدود ۷۰ درصد آنها را آب تشکیل می‎دهد. رشد طبیعی عمل تقسیم و ترمیم جراحات سلولی به وسیله هسته کنترل می‎شود و سیتوپلاسم که اجزایی نظیر میتوکندری (مرکز تولید انرژی)، سانتریول‎ها (اداره تقسیم سلولی)، لیزوزوم‎ها (حاوی مواد آنزیمی درون سلول) و غیره می‎باشند، اعمال جذب و دفع سلول و سایر اعمال حیاتی را انجام می‎دهند.

مهمترین عوامل در حساسیت سلول نسبت به پرتو عبارتند از:
الف) قدرت تکثیر سلول
ب) مدت زمان مراحل تقسیم سلول
ج) مرحله تقسیم سلول هنگام برخورد پرتو.
از طرف دیگر، در رابطه با اثرات غیرمستقیم پرتوها قابل ذکر است که این‎گونه اثرات عمدتاً از نوع رادیوشیمی می‎باشند. این اثر بر روی آب که مهمترین جزء ماده ‌زنده است ظاهر می‎شود به این ترتیب که پرتوهایی نظیر گاما باعث تغییراتی در مولکول‎های آب به شرح زیر می‎شود که در واقع موجب می‎شوند رادیکال‎های آزاد و فعال که از نظر شیمیایی برای سلول‎ها سمی هستند،‌ تولید گردند.

سپس الکترون تولید شده با یک مولکول آب به صورت زیر ترکیب می‎شود:

مولکول منفی آب نیز بلافاصله تجزیه می‎شود:

تشکیل یون‎های ‎H+ و ‎OH- از نظر بیولوژیکی چندان حائز اهمیت نیستند زیرا تمامی مایعات بدن به طور طبیعی حاوی مقادیر زیادی از هر دو یون مذکور هستند. رادیکال‎های آزاد ‎OH با یکدیگر ترکیب شده و ایجاد پراکسید هیدروژن با آب اکسیژنه می‎کنند که یک اکسید کننده قوی به حساب می‎آید.

اصلاح نباتات از طریق ایجاد موتاسیون
اصلاح نباتات هنر بهبود ژنتیکی گیاهان است و هدف کلی آن بهبود خصوصیاتی از گیاهان است که در ارزش اقتصادی آنها نقش دارد. تنوع ژنتیکی به منزله خون زندگی برای فعالیت‎های اصلاح نباتات است و موتاسیون یا جهش این تنوع ژنتیکی را افزایش می‎دهد. موتاسیون، حاصل تغییر ناگهانی در مواد وراثتی سلول می‎باشد و از پدیده‎های مهم طبیعت زنده محسوب می‎شود زیرا منشأ اصلی تنوع در موجودات زنده موتاسیون می‎باشد و در واقع ماده اولیه مورد استفاه در انتخاب طبیعی را فراهم می‎کند و به این طریق در تحول موجودات زنده نقش به سزایی دارد به طوری که بدون آن موجودات زنده قادر به سازش با شرایط اکولوژیکی متفاوت نمی‎شدند و نتیجتاً این همه تنوع زیستی که در حال حاضر در طبیعت وجود دارد، امکان‎پذیر نمی‎گردید.

قدمت موتاسیون را می‎‎توان معادل قدمت علم ژنتیک دانست زیرا نخستین بار Hugode Vries هلندی در سال ۱۹۰۱ ضمن مطالعات مورفولوژیکی بر روی گیاه پامچال ‎(Oenothera lamarkiana) به این پدیده مهم پی برد و ظهور خصوصیات جدید ارثی در این گیاه را موتاسیون نامید. هرچند که پیش از نامبرده داروین دریافته بود که گونه‎ها قابلیت جهش یا دگرگونی ناگهانی دارند و به همین نحو لینه نیز متوجه شده بود که تعدادی از موتاسیون‎ها، سیستم طبقه‎بندی و نامگذاری را دچار پیچیدگی می‎کنند اما در آن زمان ماهیت این

پیده به درستی درک نشده بود. اما به راستی تعریف اصلی جهش یا موتاسیون چیست؟
تغییر در ساختار ژنتیکی (ژنوتیپ) موجودات زنده اعم از این که بروز خارجی (فنوتیپی) پیدا بکند یا نکند، تغییر جهشی یا موتاسیون و محصول چنین جهش و تغییری، جهش یافته یا مونانت خوانده می‎شود. واژه ‎موتاسیون از ‎Mutatio (کلمه لاتین) به معنای یک تغییر عمده و اساسی و ناگهانی مشتق شده است. اما تا قبل از آنکه شیوه‎های جدیدی برای استخراج و جداسازی ژن‎ها به عنوان قطعاتی از ‎DNA به دست آید، تنها راه درک و فهم وجود ژن‎ها و بررسی و تعیین نقش آنها، مطالعه تنوع ژنتیکی و وراثت بود. با بررسی یک تغییر و تفاوت موروثی کاملاً مشخص در فنوتیپ یک موجود زنده منشأ آن را به یک ژن خاص نسبت می‎دادند و آن تغییر را موتاسیون می‎خواندند. اگرچه هنوز

مشاهده تغییرات فنوتیپی مهمترین و ابتدایی‎ترین شیوه عملی تشخیص موتاسیون محسوب می‎گردد، اما امروزه کاملاً روشن است که این تعریف ناقص و نارسا است زیرا بسیاری از موتاسیون‎ها به علل مختلف به تغییرات فنوتیپی منجر نمی‎شوند. گاهی نیز آسیب و تغییر در ماده ژنتیکی ممکن است در ژن‎هایی رخ بدهد که از حیث اطلاعات ژنتیکی غیرفعال باشند. نظیر قطعات صامت در زنجیره ‎DNA که اساساً از آنها رونویسی صورت نمی‎گیرد. یا در ژن‎هایی صورت بگیرد که از آن نوع ژن به تعداد زیاد و

مکرر در ‎DNA وجود دارد. آسیب در این نوع ژن‎ها نیز اثر فنوتیپی ایجاد نمی‎نماید. اما به طور کلی آن تغیراتی در ماده ژنتیکی، موتاسیون محسوب می‎شوند که غیرعادی و دائمی باشند. بنابراین با توجه به موارد فوق‎الذکر و با در نظر گرفتن حداقل شرایط و ویژگی‎های تغییرات موتاسیونی می‎توان گفت که «موتاسیون فرایند یا پویشی است که موجب تغییر مجموعه توارثی سلول و نهایتاً ایجاد یک موجود زنده‎ای با ویژگی‎های جدید ژنتیکی می‎گردد یا به عبارت دیگر موتاسیون، یک تغییر قابل وراثت است که بر کروموزوم اثر دائم می‎گذارد و منجر به ایجاد یک موجود جهش یافته یا موتانت می‎شود».

برخی از تغییرات وتاسیونی دائمی و برخی نیز موقتی هستند که به آنها موتاسیون شرطی هم گفته می‎شود. یعنی تا زمانی که شرایط تغییر موتاسیونی وجود داشته باشد، فنوتیپ موتانت بروز می‎کند و باقی می‎ماند ولی با از بین رفتن شرایط یا علل، فنوتیپ موتانت نیز ناپدید می‎گردد که به عنوان مثال می‎توان به موتانت‎های حساس به درجه حرارت اشاره نمود.
برخی از تغییرات موتاسیونی بر سرنوشت موجود زنده اثر می‎گذارند و موجب مرگ موجود می‎گردند که به آنها موتاسیون مهلک گفته می‎شود. برخی دیگر از تغییرات موتاسیونی سبب مرگ ژنتیکی موجود یعنی توقف تولید مثل یا عقیمی در موجودات بالاتر می‎شوند.
اصولاً زمانی از اصلاح با روش موتاسیون استفاده می‎شود که:
۱- صفت مورد نظر در ژرم پلاسم گیاه مربوطه در بانک ژن موجود نباشد و حتی در طبیعت بین خویشاوندان وحشی نیز مشاهده نگردد.
۲- صفت مورد نظر در گونه‎های خویشاوند موجود باشد اما امکان انتقال آن صفت میسر نبوده و یا با مشکلات و صرف زمان و هزینه‎های سنگین همراه باشد.

۳- ژن صفت مربوطه در گونه‎های خویشاوند موجود بوده و امکان انتقال آن نیز میسر باشد ولی آن صفت با سایر صفات نامطلوب تشکیل یک بلوک ژنی را داده باشند به طور یکه امکان شکستن آن بسیار مشکل باشد.
۴- زمانی که رقم مورد نظر برای اصلاح دارای ژنوتیپ منحصر به فردی است که نباید به وسیله تلاقی شکسته شود.
۵- زمانی که دستیابی به صفتی جدید، مدنظر باشد. مثل تنوع رنگ در گل‎های زینتی و یا حالت خاصی از گیاه.
۶- زمانی که امکانات اجرای یک پروژه اصلاح به روش موتاسیون مهیا باشد.
۷- روش بسیار مفید جهت اهلی کردن گونه‎های وحشی است.
انواع موتاسیون‎ها را می‎توان به دو دسته اصلی تقسیم نمود که عبارتند از:
الف) موتاسیون طبیعی یا خودبه‎خودی: موتاسیون‎های طبیعی اغلبدر اثر پرتوهای کیهانی و با فرکانس کم در طبیعت به وقوع می‎پیوندند. فراوانی این موتاسیون‎ها بسیار کم است به طوری که تشخیص و پیدا کردن تغییرات مطلوب عموماً مشکل می‎باشد و در واقع به صورت یک عامل بازدارنده در برنامه‎های اصلاحی ظاهر می‎شوند.

ب) موتاسیون القایی: عاملی که ایجاد موتاسیون می‎نماید، موتاژن (جهش‎زا) نامیده می‎شود و به وسیله‌ این عامل می‎توان به طور مصنوی موتاسیون القایی را در موجودات ایجاد نمود.
اصولاً موتاژن‎ها به دو دسته‌ اصلی تقسیم می‎شوند که از انواع فیزیکی و شیمیایی می‎باشند. موتاژن‎های فیزیکی شامل حرارت و به ویژه پرتوها یا تشعشعات می‎باشند. مواد شیمیایی زیادی نیز به عنوان موتاژن شناخته شده‎اند که برای مثال می‎توان به اسید نیتروز، اتیل متان سولفونات ‎(EMS)، دی اتیل سولفونات ‎(DES)، هیدرازین هیدرات ‎(HZ)، مالئیک هیدرازین ‎(MH)، هیدروکسیل آمین ‎(HA)، نیتروزومتیل اوره ‎(NMU) و گاز خردل اشاره نمود.

پرتوهای موتاژنیک
سرگروه موتاژن‎های فیزیکی، پرتوها می‎باشند که شامل پرتوهای یونیزان (یون‎ساز) و غیریونیزان (غیر یون‎ساز) می‎باشند. از پرتوهای یونیزان می‎توان به پرتوهای ایکس، آلفا، بتا، گاما، پروتون‎ها و نوترون‎ها اشاره نمود. پرتو ماوراء بنفش از گروه غیریونیزان محسوب می‎شود.

پرتوهای ایکس
پرتوهای ایکس همانند پرتوهای گاما و نور ماوراء بنفش شامل امواج الکترومغناطیس می‎باشند که البته از نظر طول موج با یکدیگر متفاوت هستند به طوری که طول موج پرتوهای ایکس و گاما بین ۰۰۱/۰ تا ۱۰ نانومتر و طول موج نور ماوراء بنفش ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ نانومتر می‎باشد.

در دستگاه‎های مولد پرتوهای ایکس، الکترون‎ها توسط یک شتاب دهنده الکتریکی درون محفظه خلاء با موانعی از جنس تنگستن یا مولیبدن برخورد می‎کنند و در یک لحظه متوقف می‎شوند. اصولاً استفاده از دستگاه‎های مولد پرتوهای ایکس با طول موج بلند چندان رایج نیست و معمولاً از دستگاه‎های تولید پرتو ایکس با طول موج کوتاه استفاده می‎شود زیرا قدرت تولید این پرتوها با طول موج آنها نسبت معکوس دارد. زمانی که از پرتوهای ایکس استفاده می‎شود بایستی اعداد مربوط به ولتاژ دستگاه (براساس میلی‎آمپر)، ضخامت و نوع فیلتر، فاصله تیوپ تا مانع، مقدار و قدرت پرتو یادداشت شود.

پرتوهای گاما
اصولاً پرتوهای گاما که از انواع پرتوهای الکترومغناطیس می‎باشند به دلیل دارا بودن طول موج کوتاه‎تر، دارای انرژی و نفوذپذیری بیشتری نسبت به پرتو ایکس می‎باشند. این پرتو از واکنش‎های هسته‎ای برخی رادیوایزوتوپها یعنی کبالت ‎- ۶۰ و سزیم ‎- ۱۳۷ به دست می‎آید. پرتو مذکور بسیار نافذ و خطرناک می‎باشد به طوری که برای جلوگیری از صدمات آن نیاز به استفاده از حفاظ‎های غیرقابل نفوذ است. منابع این پرتو برای پرتودهی بذور به شکل ‎Gamma Cell و برای پرتودهی گیاهان در شرایط اتاقک‎های کوچک، گلخانه و یا مزرعه به صورت ‎Gamma Room، ‎Gamma Greenhouse و ‎Gamma Field به کار می‎رود.

پرتو ماوراء بنفش
توانایی نفوذ این نوع پرتو در بافت‎ها اصولاً بسیار کم است و استفاده از آن در گیاهان نیز محدود می‎باشد و فقط در برخی موارد جهت پرتودهی دانه‎های گرده و یا اسپورها به کار می‎رود. در تحقیقات مربوط به کشت بافت گیاهی و اصلاح نباتات به خصوص زمانی که ژن‎ها به صورت انفرادی مدنظر هستند مورد استفاده قرار می‎گیرد. جذب اشعه ماوراء بنفش به مقدار زیادی بستگی به ساختمان مولکولی دارد. اثرات بیولوژیکی این نوع پرتوها به مقدار زیادی بستگی به طول موج آنها دارد. طول موج‎های بین ۲۵۰۰ الی ۲۹۰۰ نانومتر از نظر بیولوژیکی بسیار مؤثر هستند زیرا در این محدوده بیشترین میزان جذب نور توسط اسیدهای نوکلئیک صورت می‎پذیرد.

پرتو بتا حاصل از محلول‎های ایزوتوپی
تأثیر ذره‎های بتا (الکترون‎ها) که از عناصری نظیر ‍P32 و ‎S35 تولید می‎شوند بر روی بافت‎ها، شبیه به پرتوهای گاما و ایکس می‎باشد ولی اصولاً میزان نفوذپذیری ذره‎های بتا کمتر از پرتوهای گاما و ایکس می‎باشد.
برای افزایش میزان نفوذپذیری این نوع پرتوها می‎توان رادیوایزوتوپ‎های تولیدکننده بتا را به صورت محلول در اختیار گیاهان قرار داد و به این صورت ‍P32 و ‎S35 می‎توانند به طور مستقیم درون هسته سلول قر ار بگیرند و اثر واقعی خود را بگذارند. در این رابطه گلوبرچ در سال ۱۹۶۵ اشاره نمود که طرز عمل و تأثیرگذاری منبع پرتوهای داخلی با منبع پرتوهای خارجی تفاوت دارد و از طرف دیگر با توجه به اینکه تفاوت زیادی بین یک سلول با سلول دیگر و یا یک بافت با بافت دیگر وجود دارد بنابراین تعیین دقیق دز دریافتی از منبع پرتو داخلی در نمونه‎های گیاهی بسیار مشکل است. در آزمایشی که توسط کاوایی در سال ۱۹۶۳ صورت گرفت بذور برنج در حالت جوانه زده و در حالت خواب درون محلول حاوی ‍P32 به مدت دو هفته قرار داده شدند. بذور در حال جوانه‎زنی و همچنین گیاهچه‎های در حال رشد توانستند در طی این مدت ‍P32 را جذب نمایند و حتی مقداری از ‍P32 در گیاهان نسل ۱M نیز باقی ماند. در این آ‌زمایش میزان دز دریافتی برای هر بذر ۴۰-۵/۲ بوده است و این در حالی است که میزان ۵۰LD برای هر بذر ۱۵-۱۰ بوده است. کاوایی معتقد است که استفاده از ‍P32 و ‎S35 برای ایجاد موتاسیون بسیار مؤثرتر از پرتوهای گاما و یا ایکس است.
با توجه به اینکه نیمه عمر ‍P32 معادل ۳/۱۴ روز و ‎S35 معادل ۸۷ روز می‎باشد، کاوایی در آزمایشات خود در گیاهان برنج نسل ۱M که بذور آنها آغشته به رادیو ایزوتوپ‎ها شده بود، همچنان رادیواکتیویته را مشاهده نمود (در مرحله پنجه‎زنی).
ماتسومورا (۱۹۶۲) تعدادی از بذور گیاهان جنس ‎Triticum را دو روز پیش از کاشت در محلول ‍P32 و ‎I131 قرار داد تا بدین وسیله تأثیر ذرات بتا داخلی را با پرتوهای گاما حاصل از منبع خارجی مقایسه نماید. در این آزمایش تأثیر پرتو بتا به میزان ‎mCi/g2/0-15/0 حاصل از محلول ‍P32 و پرتو بتا به میزان ‎mCi/g8/0 حاصل از محلول ‍I131 مشابه تأثیر پرتو گاما به میزان ۵/۲ کیلوراد بود. استین و اسپارو

(۱۹۶۶) به منظور پرتودهی مریستم انتهایی گیاه ‎Kalanchoe توسط ذرات بتا از ‎Sr90 و ‎Y90 به عنوان منبع پرتو استفاده کردند. حداکثر انرژی بتا حاصل از ‎Sr90 معادل ‎MeV 546/0 و ‎Y90 معادل ‎MeV 27/2 می‎باشد. بنابراین دو عنصر مذکور می‎توانند به عنوان منبع پرتو بتا از نظر افزایش نفوذپذیری به درون بافت‎ها، تأثیرات بیولوژیکی مؤثری داشته باشند.

تأثیر عوامل محیطی و بیولوژیکی در واکنش گیاهان نسبت به پرتوهای یونیزان
اصولاً واکنش گونه‎های مختلف گیاهی به موتاژن‎های فیزیکی (و یا شیمیایی) تحت تأثیر عوامل محیطی و بیولوژیکی بسیار متنوع قرار دارد که البته بین اثرات این عوامل تا حدی هم‎پوشانی نیز وجود دارد. در این مبحث به برخی از مهم‎ترین این عوامل اشاره می‎شود.
عوامل محیطی

عوامل محیطی عبارتند از اکسیژن، رطوبت بذر، درجه حرارت، شرایط قبل و بعد از تیمار، نوع پرتو یونیزه‎کننده و میزان نور.

اکسیژن
اکسیژن بیشتر از عوامل دیگر اهمیت دارد به طوری که اثرات سایر عوامل با آن تداخل دارد. در بررسی‎های مختلف طیف گسترده‎ای از تأثیر اکسیژن در حساسیت گیاه نسبت به پرتو به دست آمده است.

رطوبت
حساسیت گیاه به پرتو با تغییر رطوبت بذر حتی به میزان ۲/۰ تا ۳/۰ درصد تغییر می‎کند و چون برای متخصصین اصلاح نباتات تغییر درصد رطوبت بذر آسان‎تر از تغییر میزان اکسیژن می‎باشد، استفاده از این عامل در مقایسه با اکسیژن، متداول‎تر می‎باشد و با این عمل اثر اکسیژن نیز کاهش می‎یابد.

درجه حرارت
درجه حرارت سلول گیاهی، قبل، طی و بعد از پرتودهی ممکن است بر روی تغییرات ژنتیکی ایجاد شده اثر گذارد. شوک حرارتی حدود ۶۰ درجه سانتی‎گراد بلافاصله پس از پرتودهی می‎تواند آسیب وارده به گیاهچه و ناهنجاری‎های کروموزمی در نسل اول را کاهش دهد، بدون آنکه بر میزان فراوانی موتاسیون القایی اثر گذارد.

شرایط قبل و بعد از تیمار
استفاده از مواد شیمیایی یا تغییر درجه حرارت باعث تغییر حساسیت گیاه به پرتو می‎شود. در صورتی که نخواهیم بذور پرتو داده شده را بلافاصله بکاریم، می‎بایست بذوری که حاوی ۱۴-۱۲ درصد رطوبت هستند را برای مدت ۴ هفته در دمای ۲۰-۱۵ درجه سانتی‎گراد قرار دهیم.

نوع پرتو
انواع پرتوهای یونیزان در اثرات نسبی بیولوژیک، با یکدیگر اختلاف دارند و نوع دز یعنی حاد یا مزمن بودن نیز باعث تغییر واکنش موجود نسبت به پرتو می‎گردد.

عوامل بیولوژیکی
عوامل بیولوژیکی به دو دسته تقسیم می‎شوند. دسته اول شامل عوامل فیزیولوژیکی، مورفولوژی و شیمیایی است همچنین دسته دوم شامل عوامل سیتولوژیکی و ژنتیکی می‎باشند که ذیلاً به شرح آنها پرداخته می‎شود.

عوامل فیزیولوژیکی، مورفولوژی و شیمیایی
اندازه و شکل بذر، پوشش بذر، اندازه جنین، مواد غذایی و شیمیایی داخل بذر، تراکم یون‎های ایجاد شده، سن بذر و خواب بذر، جزء‌ این دسته از عوامل محسوب می‎شوند.

اندازه و شکل بذر
اندازه و شکل بذر می‎تواند عاملی در تغییر حساسیت به پرتو باشد. به طور مثال در جنس عدس ‎(Lentil) ارقام بذر درشت در مقایسه با ارقام بذر ریز حساسیت بیشتری به پرتو نشان می‎دهند ولی در جنس کتان (Lentil) ارقام بذر ریز در مقایسه با ارقام بذر درشت نسبت به پرتو حساس‎تر می‎باشند که احتمالاً این حساسیت به پرتو بیشتر تحت تأثیر اندازه کروموزوم‎ها و کمتر تحت تأثیر اندازه و شکل بذر می‎باشد.

پوشش بذر
در این مورد موتاژن‎های شیمیایی نسبت به موتاژن‎های فیزیکی دارای اهمیت بیشتری می‎باشند زیرا این پوشش باعث تغییراتی در نفوذپذیری مواد شیمیایی به داخل بذر می‎شود.
البته وجود پوشش بذر، حساسیت نسبت به پرتو را نیز تغییر می‎دهد و مشاهده شده است که در بعضی از گیاهان بذور دارای پوشش حساسیت کمتری نسبت به زمانی که پوشش آنها برداشته می‎شود، دارند.

اندازه جنین
اندازه جنین نیز عامل مهمی در حساسیت به پرتو می‎باشد یعنی بذوری که دارای جنین بزرگترین می‎باشند،‌ هدف‎های بهتری در پرتوتابی هستند و احتمال برخورد ذرات پرتو به آنها بیشتر است و برعکس جنین‎های کوچکتر نه تنها احتمال برخورد ذرات پرتو به آنها کمتر است بلکه جنین کوچک دارای مواد غذایی بیشتری می‎باشد و در نتیجه پرتوها باید از مواد غذایی بیشتری عبور کنند تا به جنین برسند که این امر باعث کاهش حساسیت جنین‎های کوچکتر نسبت به پرتوتابی می‎باشد.

مواد غذایی و شیمیایی داخل بذر
مواد غذایی و شیمیایی درون بذر نیز در میزان مقاومت یا حساسیت به پرتو مهم می‎باشند به طوری که پرتوتابی آندوسپرم با دزهای بالای پرتو گاما (۱۰۰۰ کیلوراد) و سپس پیوند زدن جنین سالم بر روی آن، سبب کاهش رویش در اندام هوایی و سیستم ریشه‎ای می‎شود و حتی بر میزان بقاء در مزرعه نیز تأثیر زیادی می‎گذارد و سپس کاهش بسیار شدید آن می‎گردد. از طرفی نوع ترکیب شیمیایی بر نیز بر روی حساسیت به پرتو تأثیر می‎گذارد. به عنوان مثال مقاومت زیاد گیاهان روغنی در مقابل پرتو ایکس، با مقدار چربی داخل سلول در ارتباط می‎باشد. همچنین مشخص گردیده مقدار زیاد اسید اسکوربیک با بالا بودن مقاومت نسبت به پرتو ارتباط دارد. حتی کمبود مواد معدنی مختلف باعث تغییر در حساسیت به پرتو در بعضی گیاهان می‎شود.

تراکم یونهای ایجاد شده
در کولتیوارهایی که تراکم یونی یکسان دارند، انتظار می‎رود که در برابر پرتوتابی آسیب مشابه ببینند. در دو کولتیوار حساس و مقاوم گندم تراکم یون‎های ایجاد شده مورد اندازه‎گیری قرار گرفت و ارتباط ناچیزی بی آسیب بیولوژیک با مقدار یون‎ها به دست آمد. به این ترتیب به نظر می‎رسد که کولیتوار مقاوم باید به طریقی در مقایسه با کولیتوار حساس از خود بهبودی نسبی نشان دهد و این بهبودی ممکن است در اثر پراکندگی یون‎های ایجاد شده در قسمت‎های مختلف ساختمان شیمیایی اندام‎هایی همچون جنین، آندوسپرم و یا پوشش بذر باشد.

سن بذر
سن بذر نیز عاملی در واکنش به پرتو می‎باشد. در بذور مسن‎تر پرتوتابی می‎تواند ناهنجاری‎های کروموزمی بیشتری تولید نماید. حتی تأخیر در برداشت نیز ممکن است باعث تغییر واکنش بذور نسبت به تابش پرتو شود. موضوع سن بذر در رابطه با حساسیت نسبت به پرتو، در مورد موتاژن‎های شیمیایی نیز صادق است.

خواب بذر
هر تأخیری در جوانه زدن یا به عبارت دیگر خواب بذر (مکانیکی یا شیمیایی) باعث افزایش حساسیت به پرتو می‎گردد.

اندام‎ها و اجزاء گیاهی قابل پرتوتابی
اغلب قسمت‎های مختلف گیاه می‎توانند با یکی از روش‎های پرتودهی، تحت تأثیر پرتو قرار گیرند ولی به هر حال همیشه سعی بر این است که آسان‎ترین روش انتخاب شود. اندام‎ها یا اجزایی از گیاهان که معمولاً می‎توانند مورد پرتوتابی قرار گیرند عبارتند از بذور یا گرده، کل گیاه، قلمه حاوی جوانه، غده، پیاز، استولون (ساقه‎های روی زمینی خزنده)، سلول‎ها و بافت‎های گیاهی حاصل از کشت بافت (و یا کالوس).
اندام‎های مختلف گیاهی، حساسیت‎های متفاوتی نسبت به پرتو از خود نشان می‎دهند. عکس‎العمل یک سلول نسبت به پرتو به مقدار زیادی بستگی به شرایط فیزیولوژیکی سلول در هنگام پرتوتابی و همچنین شرایط قبل و پس از پرتودهی دارد.

کل گیاه
گیاهانی که دارای ابعاد بزرگ هستند و یا به تعداد زیاد می‎باشند، به راحتی درون گاما ‎- روم و یا گاما ‎- فیلد قابل پرتوتابی هستند. گیاهان کوچک جثه و یا گیاهانی که در مرحله گیاهچه‎ای هستند با استفاده از دستگاه‎های تولید پرتو ایکس و یا به کار بردن منبع گاما در شرایط گلخانه و یا اتاقک‎های مخصوص که حاوی محافظ هستند، قابل پرتوتابی می‎باشند. امروزه کمتر از گاما ‎- فیلدها استفاده می‎شود زیرا روش‎های بهتر و اقتصادی‎تر از نظر اصلاح نباتات به خصوص برای گیاهانی که با بذر ازدیاد می‎شوند ابداع شده است.

بذور
بذور بهترین مواد برای پرتودهی در آزمایشات ایجاد موتاسیون و اصلاح نباتات می‎باشند. بذور گیاهان را می‎توان در شرایط مختلف فیزیکی محیط مورد پرتودهی قرار داد. به عنوان مثال می‎توان آنها را به صورت خشک شده، یخ زده شده. و یا حتی هنگامی که درون محلول‎های مختلف هستند تحت تأثیر پرتو قرار داد. بذور در حالت خشک از نظر فیزیولوژیکی کمترین فعالیت را دارند بنابراین می‎توان آنها را برای مدت طولانی بدون بروز هرگونه صدمه‎ای در شرایط وجود اکسیژن و حتی بدون وجود اکسیژن نگهداری کرد. بذور خشک که دارای خواب بذر هستند به راحتی امکان انتقال به مسافت‎های بسیار دور را دارند. ولی به هر حال برای ایجاد تغییرات ژنتیکی در بذور به دزهای پرتو بیشتری در مقایسه با سایر اندام‎های گیاهی نیاز است. در صورتی که بذور گیاهان پیش از پرتودهی درون آب فرو برده شوند، به میزان پرتو کمتری احتیاج است ولی به هر حال پس از جذب آب توسط بذور امکان جوانه‎زنی آنها وجود دارد بنابراین کار کردن با این نوع بذور برای مراحل بعدی مشکل‎تر است. در آزمایشی که فروز ‎- گرتزن و همکاران بر روی جو انجام داند، ‌گزارش نمودند که قرار دادن بذور این

گیاه درون آب به مدت ۱۲-۸ ساعت در دمای ۳۰ درجه سانتی‎گراد و یا به مدت ۳۵-۲۰ ساعت در دمای ۲۰ درجه سانتی‎گراد باعث صدمه دیدن بذور گردید. به طور کلی در اغلب موارد توصیه می‎شود برای بذوری که نیاز به خیساندن برای مدت طولانی دارند، دما در محدوده صفر درجه‌سانتی‎گراد نگه داشته شود (ولی لازم به ذکر است که بذر بعضی از گونه‎های گیاهی تحمل چنین درجه حرارتی را ندارند) که در این حالت فراهم کردن اکسیژن به میزان کافی ضروری است.
ریگز گزارش داد مقاومت بذور ذرات قرار داده شده در آب که مجدداً خشک شده‎اند، نسبت به بذور جو بیشتر است. بنابراین عکس‎العمل‎های متفاوت بذور گیاهان نسبت به قرار داده شدن درون آب به مقدار زیادی بستگی به گونه آنها دارد.
استفاده از پرتوهای ماوراء بنفش بر روی بذور گیاهان از نظر ایجاد تغییرات ژنتیکی چندان موفقیت‎آمیز نبوده است.

دانه‌ گرده
یکی از محاسن بزرگ پرتودهی دانه گرده در مقایسه با پرتودهی بذر یا گیاه کامل آن است که در حالت پرتودهی گیاه کامل شیمر تولید می‎شود و گیاهان تولید شده ۱M از جنین پرتو ندیده به وجود می‎آیند ولی پرتودهی دانه گرده از این نظر حائز اهمیت می‎باشد که در صورت ایجاد تغییرات ژنتیکی در ریخته ارثی دانه گرده، این تغییرات توسط آمیخته شدن هسته زایشی گرده با سلول تخم در جنین تثبیت شده و سلول‎های اندام‎هایی که بعد از رشد جنسی به وجود می‎آیند همگی از نظر ریخته ‌ارثی مشابه می‎باشند و رقابتی بین سلول‎ها از نظر تغذیه و رشد مشاهده نمی‎گردد.
از معایب پرتودهی دانه‎های گرده آن است که تعداد موتاسیون حاصله بسیار اندک است و همچنین کوتاه بودن زمان زنده بودن دانه گرده یکی از مشکلات دیگر به شمار می‎آید. بنابراین، این روش برای دانه‌گرده گیاهانی که برای چند ماه می‎توانند زنده بمانند مناسب خواهد بود. از طرف دیگر تحقیقات انجام شده نشان داده‎اند که بهترین قسمت گیاه برای پرتودهی با اشعه ماوراء بنفش، دانه‎های گرده می‎باشد.

مریستم‎ها
آناتومی و قسمت‎های مختلف مریستم‎های جنین، دارای اهمیت زیادی برای ایجاد موتاسیون بذر می‎باشند زیرا مشخص می‎شود که آیا سلول‎های جهش یافته در حین ایجاد تفرقات از بین خواهند رفت یا اینکه می‎توانند تولید سلول‎های کافی برای بافت‎های جوانه‎زنی بنمایند. ساختمان قسمت‎های مختلف مریستم و تشکیل مریستم‎های جدید در طی تقسیمات سلولی به خصوص در پرتودهی گیاهانی که به صورت غیرجنسی تولیدمثل می‎کنند حائز اهمیت است. در این رابطه استفاده از کشت بافت کاربرد بسیار جالبی در اصلاح نباتات از طریق موتاسیون را به وجود آورده است.

تأثیر موتاژن‎ها بر روی بذور در نسل اول
ایجاد خسارت و کشندگی در گیاهان
اصولاً موتاژن‎های فیزیکی و شیمیایی می‎توانند سه نوع تأثیر جالب از ابعاد ژنتیکی یا اصلاح نباتات داشته باشند که عبارتند از:
الف) خسارت فیزیولوژیکی (صدمه اولیه)
ب) موتاسیون‎های عاملی (موتاسیون‎های نقطه‎ای، موتاسیون‎های ژنی)
ج) موتاسیون‎های کروموزومی شکست‎های کروموزومی)‌
موتاسیون‎های کروموزومی و عاملی ممکن است از نسل ۱M به سایر نسل‎ها انتقال یابند ولی اثرات فیزیولوژیکی معمولاً به نسل اول منحصر می‎باشند. موتاسیون‎های عاملی را نمی‎توان در نسل اول به وضوح مشاهده نمود مگر آنکه موتاسیون در گامت‎های هاپلوئید اتفاق افتاده باشد و به طور کلی موتاسیون‎های عاملی و کروموزومی از نظر ایجاد تغییرات در ماده ژنتیکی به خوبی شناخته شده‎اند.
تأثیرات فیزیولوژیکی دارای طبیعت‎های بسیار متفاوتی هستند و می‎توان آنها را از طریق بررسی

سیتولوژیکی و همچنین خسارت‎های وارد شده به اندام‎ها و یا عکس‎العمل موجود زنده مورد بررسی قرار داد که در این خصوص طبق نظر اسپارو (۱۹۶۱) بهترین و مهم‎ترین اثر قابل بررسی، کاهش رشد و یا مرگ موجود زنده تحت تأثیر موتاژن‎ها می‎باشد.