Крупные успехи, достигнутые в области ядерной физики, стимулировали проведение многочисленных исследований по изучению возможности защиты различных пищевых продуктов, в том числе плодов и овощей, от болезней с помощью ионизирующей радиации в виде радиоактивных изотопов (главным образом Со60) и ускоренных электронов.
Характерной особенностью ионизирующих излучений (γ-лучи, Х-лучи) является их способность превращать атомы и молекулы веществ в электрически заряженные частицы — ионы. Поглощение даже сравнительно больших доз ионизирующих излучений практически не вызывает повышение температуры. В этом состоит одна из специфических особенностей ионизирующей радиации, очень важной для использования ее с целью сохранения пищевых продуктов.
Под действием ионизирующей радиации в первую очередь изменениям подвергается вода, являющаяся главной составной частью живых организмов, в частности плодов и овощей. Происходит радиолиз воды — возникновение свободных радикалов. В таком состоянии они могут свободно существовать лишь в течение очень короткого срока времени, измеряемого миллионными долями секунды. Но все свободные радикалы химически весьма активны. Поэтому даже за короткий срок они вступают в самые различные реакции. Свободные радикалы легко реагируют с растворенными в воде веществами, в результате чего усиливаются процессы окисления, распада сложных органических веществ до более простых соединений, образования новых ранее отсутствующих соединений.
Разные организмы, органы, ткани, различные звенья обмена веществ и даже отдельные вещества неодинаково реагируют на действие ионизирующей радиации. Некоторые из них являются очень радиочувствительными, тогда как другие обладают весьма высокой радиоустойчивостью.
Клубни картофеля полностью теряют способность к прорастанию при дозе 10 крад; многие вредители зерна погибают при дозе 30 крад; а некоторые насекомые выдерживают дозу 300 крад. Для уменьшения количества микроорганизмов в 10 раз требуется для одних видов 25 крад, а для других — 400 крад. Сухой чистый крахмал не изменяется при дозе 300 крад, а в клубнях картофеля на пего влияет уже доза 3 крад.
Лица, малознакомые с действием ионизирующей радиации, нередко вообще возражают против облучения пищевых продуктов, так как ошибочно полагают, что радиоактивное облучение может привести к таким же отрицательным последствиям, как радиоактивное заражение. Между тем это совершенно различные явления. Кроме того, облучение продуктов осуществлялось лишь при такой дозе ионизирующей радиации, при которой наличие в них наведенной радиоактивности полностью исключается.
Опасность можно ожидать с другой стороны. Поскольку облучение влечет за собой изменения в химическом составе продуктов, нельзя игнорировать возможность возникновения различного рода токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ. Поэтому этим вопросам уделяется особое внимание. Судя по результатам длительных исследований в СССР, США, Канаде, Англии, Франции и других странах, во всех испытанных продуктах, облученных при рекомендованных дозах, не было обнаружено вредных веществ. На этом основании в ряде стран органы здравоохранения выдали разрешение на использование в пищу некоторых облученных продуктов. В СССР было, например, выдано разрешение на облучение картофеля с целью предупреждения его прорастания при хранении и на облучение зерна с целью уничтожения вредителей (дезинсекцию). Выдано было также разрешение на облучение плодов с целью уничтожения большей части содержащихся на их поверхности фитопатогенных микроорганизмов и защиты тем самым от инфекционных болезней — основного источника потерь при хранении.
После первых же экспериментов уже стали раздаваться голоса, особенно в США, о предстоящей революции в области хранения пищевых продуктов. Однако революции не произошло, во многих лабораториях исследования были свернуты, а их результаты оказались весьма поучительными. Так, было показано, что облучение плодов при дозе 200 крад позволяет сразу нее снизить количество микроорганизмов, содержащихся на их поверхности, в 400 и даже в 1000 раз. Более низкие дозы малоэффективны, а более высокие вызывают ухудшение внешнего вида плодов. Однако уже через 5—10 дней число микроорганизмов на поверхности плодов вновь возрастает почти до исходного уровня, и тем быстрее, чем выше температура хранения. Основная причина этого явления — реактивация, восстановление жизнедеятельности микроорганизмов, не погибших, но лишь «нокаутированных» при облучении. Облученные плоды начинают поражаться даже теми микроорганизмами, которые, хотя и присутствуют на их поверхности, но в обычных условиях не причиняют им вреда. Объясняется это тем, что облучение вызывает серьезные повреждения в иммунной системе растительных тканей, вследствие чего они легче поражаются болезнями. Эти повреждения выражаются в ослаблении способности тканей образовывать раневую перидерму в ответ на механические поранения и синтезировать фитоалексины в ответ на контакт с фитопатогенными микроорганизмами. Облучение вызывает повреждение отдельных структур клетки, в частности ее энергетических центров — митохондрий. В результате происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования, которое состоит в том, что выделяющаяся в процессах окисления энергия рассеивается, а не запасается в особых соединениях (АТФ) для последующего использования на синтетические процессы. Кроме того, значительную часть энергии клетка вынуждена отвлекать от защитных реакций против паразита на репарацию своих собственных повреждений, вызываемых облучением.
Все это показывает, к каким отрицательным последствиям может привести стремление защитить урожай при хранении путем полного уничтожения самих возбудителей болезней. Собственно, такую задачу даже и нельзя ставить. Нельзя забывать, что паразитизм в биологии — явление нормальное. Поэтому если пытаться полностью уничтожить паразитов, поражающих урожай при хранении, то в результате можно лишь создать благоприятные условия для искусственного отбора среди них наиболее агрессивных форм, защитить урожай от которых станет уже во много раз труднее. Именно поэтому современная стратегия борьбы с болезнями растений основывается на интеграции всех доступных методов регулирования численности популяции паразитарных микроорганизмов при максимальном использовании защитных сил самих растений. Еще больше оснований руководствоваться этим принципом для защиты от инфекционных болезней хранящихся картофеля, овощей, плодов, сахарной свеклы. Ведь поскольку они являются органами, отделенными от материнского растения, в которых развиваются процессы старения, они становятся гораздо чувствительнее к антимикробным воздействиям, чем вегетирующее растение. Не случайно ни один фунгицид не нашел сколько-нибудь широкого применения при хранении картофеля, овощей и плодов, тогда как при их выращивании сейчас без фунгицидов обойтись нельзя.
Сказанное вовсе не означает полную бесперспективность поиска средств антимикробного воздействия при хранении клубней, корнеплодов и других запасающих органов растений, в которых активно продолжаются биохимические процессы. Интересными являются исследования по использованию для этих целей пирокатехина — соединения фенольной природы. Обработка свеклы перед закладкой на хранение 0,5%-ным водным раствором пирокатехина способствовала одновременному решению нескольких задач. Во-первых, более интенсивному заживлению механических поранений. Во-вторых, меньшему поражению свеклы болезнями. В-третьих, сокращению потерь свеклой сахаров в акте дыхания. Хотя пирокатехин в такой концентрации обладал некоторым фунгитоксическим действием, но одновременно он выполняет и роль индуктора защитных реакций.
Все это лишний раз убеждает в том, что генеральной линией в защите урожая от болезней является максимальное использование устойчивости к болезням самих растительных тканей при одновременном подавлении жизнедеятельности фитопатогенных микроорганизмов. А это может быть достигнуто лишь на основе детального изучения механизмов устойчивости и разработки эффективных путей управления ими.