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包括同位素辐射和同位素示踪两方面的应用。它们都是利用放射性同位素在原子核衰变时放出射线这一特性，但在利用方式和应用方法上两者截然不同。前者是利用放射性同位素放出的射线能量所造成的生物效应，诸如致死效应、绝育效应和诱变效应等；后者则是把放射性同位素引入动植物体内，再利用核探测仪跟踪机体对它的吸收、转移和积累的情况，以研究动植物的基本生理和生化过程、机体对营养物质的吸收代谢规律以及动植物同环境的关系等。
辐射育种 1927年L.J.施塔德勒在玉米育种工作中首先发现了X射线能对植物诱发突变，开创了人工诱变研究及其在作物育种上的应用工作。此后世界上许多国家利用裂变反应堆提供的强大辐射源，大量开展了辐射育种工作。
中国的辐射育种开始于1958年,至1980年已育成145个作物新品种，作物面积达7000万亩。
射线能引起植物遗传结构的变异，使原有的品种获得一些新特性，如早熟、矮杆、抗病、优质等，经过选择就可育成新品种。辐射育种时要选择适当的材料，用辐射源以一定剂量进行处理。对大多数作物通常是照射风干种子，由照射种子长成的植株叫M1代（突变一代）。因大多数突变属隐性突变,M1代并不表现其突变性状,需经突变基因的纯合，故主要在M2代（突变二代）表现出突变性状,M2代是选择的主要世代。在M2代获得的符合育种目标的突变体，需经品种比较和产量比较试验，与常规育种具有同样的程序，但育种年限较短。（见彩图）
辐射保藏食品 射线对生物具有致死效应，在一定剂量的射线照射下，可杀死微生物、昆虫及高等生物体的细胞。利用射线的这一致死效应，可以保藏食品，主要包括；①鱼肉类，利用射线杀灭其中的微生物，以延长保藏期；②谷物类，利用射线杀死其中的害虫；③马铃薯、洋葱和水果类、射线可抑制它们的发芽或延迟成熟。为使辐射保藏食品商品化,需解决以下几个问题:①建立大规模处理食品的辐射源装置，主要包括强大的辐射源和生产自动流水线；②不致因辐射而使食品品质变劣；③辐照后的食品中不存在对人体有害的成分，符合国家规定的卫生标准。从50年代开展这项研究工作以来，目前国际上已有50多个国家着手这方面的研究，并已有10多个国家正式批准一些经过辐射保藏的食物在市场出售，其中包括马铃薯、洋葱、干鲜果、蔬菜、小麦、鱼、肉以及医院病人食物。
辐射灭虫 射线可导致昆虫不育。正常雌虫同释放的这些不育的雄虫交配后所产的卵不能正常孵化。利用这种方法可降低害虫的虫口密度，最终达到消灭害虫的目的。美国在50年代初利用这种技术防治危害家畜的螺旋蝇，首先获得了成功。利用不育雄虫防治害虫需注意下列几个问题:①照射剂量要适当，即要使害虫不育,又不影响它们的正常活动（如飞翔、吃食等）和交配能力；②要有正确的释放技术，要选择适当的时间和地点，释放的不育雄虫同正常雄虫和正常雌虫之间要有适当比例；③要有虫源，除少数害虫能直接从野外采集外，大部分害虫必须采用人工大量饲养虫作照射用虫源。
同位素示踪 同位素示踪在农业生产和研究中得到了广泛的应用。它主要应用于研究农作物的光合作用，体内物质输运，肥料利用，农药残留以及家畜的营养代谢等，从而正确制定作物栽培管理和合理有效地施用肥料和农药的措施，对家畜的饲养和管理等提供科学依据。
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