核农学是核技术与农业科学相结合的交叉学科，旨在利用核科学技术原理研究解决农业科学领域中的基础理论问题，是绿色、低碳的高技术。核农学的特点是以核物理和放射化学为研究手段，以生命物质、生命活动及生命环境为研究对象，解决农业科学进步和农业生产发展中的核心关键技术问题。核农学主要研究领域包括植物辐射诱变育种、农产品辐照加工、农业核素示踪、稳定同位素示踪溯源、放射生物学基础及昆虫辐射不育等。

植物辐射诱变育种

基于稳定同位素技术的进口农产品产地溯源

　　昆虫辐射不育技术

　　昆虫不育方法是应用物理的、化学的或生物遗传技术，处理害虫的雄虫，使其失去繁衍后代能力，以防治害虫的技术方法。该法需要人工大量培育释放无生育能力的昆虫个体，并进入自然界有生育能力的害虫群体内，由于雄虫不育而使其后代种群数量减少，连续处理数代后，害虫自然种群则被控制在极低密度，甚至全部歼灭或更替。昆虫不育，包括辐射不育、化学不育和遗传不育等。

　　我国害虫辐射不育研究已经建立了基本理论与方法体系，福建农林大学开展多年的辐射实蝇的不育研究，已完成应用的基础研究。中山大学奚志勇团队在多年研究的基础上，2019年在《自然》杂志发表文章，报道了基于共生菌沃尔巴克氏体的胞质不相容技术(IIT)结合基于辐射的昆虫不育技术(SIT)，可成功压制及清除岛上野生的白纹伊蚊种群，证实了该技术的可行性和未来建立无蚊媒病传播或无蚊骚扰的人类保护区的前景。2020年的国防科工局的核能开发科研项目也把昆虫辐射不育列为资助内容。

　　农产品辐照加工

　　农产品辐照加工主要是利用γ射线、X射线或电子束等电离辐射处理农产品，以达到抑制发芽、延缓成熟、杀虫、灭菌消毒和降解有害物质等保鲜储藏效果，从而保持食品的营养品质及风味，延长货架期，提高农产品的食用安全性。该技术是FAO、IAEA和WHO大力推广的农产品安全保障技术，具有安全高效环保等优点，无须破坏包装，能够解决在保鲜贮藏领域中常规技术解决不了的技术难题，在越来越多的冷冻冷鲜食物杀菌方面大有用武之地。

　　食用农产品辐照贮藏加工产业正呈现快速发展的趋势，正在加快向农产品和食品工业领域转移。全世界已有42个国家批准了538种农产品和食品的辐照应用，辐照保障食品安全方面和辐照作为检疫处理保证植物安全方面，全球的年辐照农产品的总量均在逐年增加。第二大辐照食品应用国美国的年辐照食品量约12.5万吨，其中3万吨为进口的辐照检疫水果，1.25万吨为辐照牛肉饼，约1/3的全国商用调味品。在IAEA的支持下，在线杀菌的低能电子加速器在食品加工业上的应用受到重视。全球用于辐照加工的电子束加速器超过1000台，总功率达55MW;钴源γ辐照装置已达500多座，装源强度已超过3亿居里。美国、中国、日本和俄罗斯辐照加工商业化程度较快，据不完全统计，在美国和日本的GDP中辐射加工产业贡献率为3%～5%，投入与产出比高达1：5至1：10，有望成为当前经济环境下新的增长点。

　　我国农产品及食品辐照加工技术经过50多年的发展取得了辉煌的成就。目前我国辐照加工研究与产业化在国际上已处于领先地位，但在辐照检疫方面还没有规模应用，低能电子加速器的应用开始进入研究阶段。农产品辐照已经成为我国农产品加工中不可缺少的技术，例如泡椒类食品的辐照延长货架期，带动四川重庆食品加工产业的发展。技术应用的推广又推动辐照装置的建立和辐照加工产业的发展，也成为当前经济环境下新的投资和产业转型升级的热点。2020年中广核在广西建立农产品原产地电子束辐照保鲜示范中心，为扶贫助力;中核集团组织有多家单位开展“辐照灭菌用于冷链食品病毒消杀”研究。食品辐照的应用研究继续得到我国各级政府的支持，如2019年“高能电子加速器辐照加工技术研究”得到四川科技厅的“核电与核技术应用重大科技”专项项目支持。

　　同位素示踪的农业应用

　　农业同位素示踪研究方向主要是利用同位素示踪剂，研究被追踪物质在植物或动物体内及其周围环境中的迁移、转化、运输、吸收和代谢规律等。农业核素示踪已向农业生态环境保护、优质特色农产品原产地溯源等领域拓展。化学农药、化学肥料是重要的农业生产资料，在保障粮食安全中发挥着重要作用，但不合理使用不仅造成资源浪费，同时产生大量环境污染物。科学使用农药、化肥，提高有效利用率，减少和控制其残留污染，为农业增产提供新的措施，是一项长期艰巨的研究课题，备受全世界农业科学家的广泛关注。同位素示踪技术具有灵敏度高、可鉴别和可溯源等常规技术难以实现的优势，FAO和IAEA已将利用同位素示踪技术研究农药在当地环境中的降解、残留和归趋列入研究计划。

　　我国在同位素示踪技术的研究和应用近几年来取得大的进展，充分发挥放射性同位素示踪技术所具有的“痕量精准、溯源追踪、直观可视、质量平衡”的独特优势，围绕同位素示踪开展多位置、多核素标记合成研究，构建标记前体和标记农药化合物库，从源头打破国内放射性标记农药及关键中间体长期依赖进口的局面。以我国自主创制农药毒氟磷、香草硫缩病醚、苯醚菌酯、环氧虫啶等为对象，综合运用核素示踪动力学理论与技术，将同位素示踪与高分辨质谱等前沿仪器分析技术有机结合，构建农药在复杂系统中的精准代谢安评技术体系，从质量平衡层面上，溯源追踪有机污染物在五大类农作物(果实类、根茎类、叶类、谷类和饲料作物、种子与油料作物)和畜禽(鸡、羊)中的代谢途径与规律，将同位素示踪技术与现代仪器分析前沿技术深度融合，形成一整套基于核与非核集成技术的农药代谢技术体系，取得了一系列研究成果，发表了多篇国际高质量论文和专利，为企事业单位提供农药登记代谢试验报告20余份，助力于农药产业转型升级，生态环境效益显著，有效解决我国农药创新发展的“卡脖子”问题，为我国农药登记管理新政的落地实施提供强有力技术支撑。为我国农药登记管理新政的落地实施提供强有力技术支撑，为具有自主知识产权的高效-环境友好型农药尽早进入市场提供代谢试验数据和科学依据。综合利用环境放射性核素和单体化合物稳定性同位素以及稳定性水同位素多同位素技术，对流域不同土地利用/具体植被类型的泥沙和水体氮污染物来源贡献进行了定量辨识，建立了在复杂的流域环境中应用多同位素示踪解决农业流域面源污染物来源的新技术，为提升我国农业面源污染来源辨析与防控水平提供科技支撑。

　　稳定同位素溯源

　　在稳定同位素应用方面，国际上从20世纪80年代开始，以C、N、H、O等为主的同位素指纹分析就已经广泛应用于葡萄酒、乳品等特色农产品、食品原料的产地溯源和品牌鉴别与产权保护工作。近年来，受疯牛病、口蹄疫、禽流感等影响，用稳定同位素分析技术判断畜禽肉制品产地的研究日渐增多。自2000年以来我国一直在大宗商品如牛羊肉、小麦、葡萄酒、蜂蜜和地理标志产品如西湖龙井茶等产地鉴别方面开展工作，取得了新技术、示范区、数据库和标准专利等系列成果。近几年，在科技部国际合作项目、国家质量基础的共性技术研究与应用项目和IAEA TC项目的支持下，围绕稳定同位素溯源数据库构建、标准和标准样品制定等方面开展了创新性工作。

　　就大宗农产品产地溯源研究和优势特色农产品真伪识别而言，中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所建立了我国首个牛奶稳定同位素数据库，该数据库涵盖我国4大奶源带、10大主产省区的牛奶稳定同位素数据库以及对应地区的饲料、饮水等稳定同位素数据库，并从喂养方式、季节、泌乳期等角度研究了稳定同位素分馏机制，研制成功多维信息溯源软件及多维数据网络管理平台、微信小程序等;秦皇岛海关技术中心建成我国最大的中国葡萄酒真实性溯源与典型产区同位素分布数据库;中国农业科学院茶叶研究所建立我国龙井茶样品库及稳定同位素数据库。此外还建立了以稳定同位素和矿质元素为身份表征指标的牛奶、葡萄酒和茶叶等产品追溯技术体系，产地溯源判别模型，模型预测准确率大于90%，并已有小规模的应用。

　　我国于2002年建立了首个基于稳定同位素技术的蜂蜜掺糖国家标准，2019年我国颁布了由中国计量科学院牵头制定的同位素组成质谱分析方法通则，为进行农产品稳定同位素分析提供了标准依据。2015年中国食品发酵工业研究院牵头制定了系列轻工业标准，针对橙汁、葡萄酒等食品中稳定同位素分析建立了检测标准。2016年、2019年，内蒙古自治区食品检验检测中心牵头制定了畜产品牛羊肉碳氮稳定同位素分析及锡林郭勒盟羊肉同位素丰度检测方法的地方标准。

　　同位素标准物质校正质谱仪器是避免质量歧视的重要因素，合适的标准物质校正转化、分离及质谱检测过程中的质量歧视效应，才能获得准确的同位素分析结果。同位素标准物质属于附加值较高的产品，我国需求量每年达儿百万元。中国农科院质标所在2019年首次研制成功生物基质的碳氨稳定同位素国家标准样品2项，在获得专家和行业认可的基础上，2020年中国农科院质标所获得稳定同位素国家标准样品立项10项，由畜产品基质逐步扩大到蔬菜、大米、牛乳、红茶等农产品基质，研究成果将填补我国生物基质稳定同位素标准品的空白，更好地服务于今后开展稳定同位素农产品溯源研究。

　　诱变育种

　　植物辐射诱变育种主要利用射线处理植物种子或其他器官(组织)，诱导其自身的遗传物质发生变异，使其性状发生改变，从而选择有益突变、创制新种质、培育新品种。辐射诱变育种具有打破不良基因连锁、创新基因性状、增加变异频率、缩短育种周期和提升育种效果等技术优势。

　　国际上利用诱变技术创制种质资源、培育农作物新品种已有近90年的历史，受到国际范围内作物遗传育种家的重视。1928年，美国科学家Stadler L.J.首次报道了X射线对大麦具有诱变效应，成为现代植物诱发突变研究的奠基者。1934年，Tollener D.利用X射线辐照烟草育成了花色及烟叶品质得到明显改进的第一个农作物突变品种Chlorina F1。1948年，印度科学家利用X射线诱变培育出抗旱的棉花突变品种M.A.9。核辐射诱变技术自此被植物遗传育种学家重视和应用。1964年，联合国粮农组织 (FAO)和国际原子能机构(IAEA)成立核技术粮农应用联合司(Joint FAO/IAEA Division of Nuclear Techniques in Food and Agriculture)，把植物诱变育种技术作为解决粮食安全、丰富遗传多样性和增加农民收入的优先发展领域，组织的数十项植物育种国际协作研究项目，推动了诱变技术与组织培养、离体诱变、DNA分子标记辅助选择和基因功能分析等结合，进行以高产、优质、多抗为目标的遗传改良或对主要和重要的突变基因进行鉴定、分离与克隆等方面的研究，在作物新种质创造与新品种培育中发挥着越来越重要的作用。

　　我国在农作物诱变育种研究方面较国外起步虽晚，但发展较快并具有鲜明特点和优势，即在研究和发展诱变技术的同时，将该技术密切地与作物改良相结合，多年来一直将其列为国家或部门重点科技课题，例如中国农业科学院作物科学研究所牵头主持的“十三五”国家重点研发计划“七大农作物育种”重点专项“主要农作物诱变育种”项目，通过组织全国农、科、教大联合、大协作，形成了一支包括中国农业科学院作物科学研究所、浙江大学、江苏里下河地区农科所、浙江省农科院、黑龙江省农科院、山东省农科院原子能所等40多个单位的国家核辐射诱变技术育种研发队伍，在小麦、水稻、玉米、大豆、棉花、蔬菜等作物上诱变育成和推广了60多个突变新品种，有力地促进了核辐射诱变技术育种的持续发展，使我国的核辐射诱变技术及其育种应用研究一直走在世界前列，长期作为国际原子能机构亚太地区(IAEA/RCA)植物诱变育种项目牵头国、亚洲农作物突变研究协会(AOAPM)依托国。由中国农业科学院作物科学研究所牵头在2019年成立了亚太植物诱变育种协作网(MBN)，以推进亚太地区植物诱发突变新种质创制、突变机制研究和科研人才培养，中国为首任主席国，刘录祥研究员担任第一任主席。

　　近年来，育成的广适、高产、稳产的小麦新品种“鲁原502”，累计推广应用7700万亩，是目前全国第二大小麦推广品种，2019年获国家科学技术进步奖二等奖;强筋高产广适小麦新品种新春37号，解决了新疆春小麦品种优质不高产、高产不优质的问题，累计种植近400万亩，为新疆春小麦年种植面积最大品种;“II优D069”等高产抗病亚种间杂交水稻新品种，累计推广应用1400多万亩;“扬蕙梅”、“扬蕙蝶”、“广陵仙子”、“少女白雪”等20余个通过诱变育种育出的花卉新品种通过了省级鉴定或国际登录;糖尿病专用、赏食兼顾、池塘专用等特色水稻新品种不断开拓。