Nükleer teknikler, bitkisel bazdaki tarımsal araştırmalarda çok yaygın ve etkin bir kullanım olanağına sahiptir. Nükleer tarım; tarımsal araştırmalarda nükleer teknikleri bir araç olarak kullanıp verim artışı sağlamak; geleneksel yöntemlerle çözümü mümkün olmayan tarımsal problemlerde nükleer ve ileri tekniklerden faydalanarak çözümler bulmak ve sonuca ulaşmak anlamına gelmektedir. Nükleer tekniklerin tarımsal alandaki başlıca uygulama konuları:

1. Bitki ıslahı ve genetik (mutasyon ıslahı ve moleküler teknikler)
2. Toprak verimliliği ve bitki besleme (izotopik ve nükleer teknikler)
3. Entomoloji (radyoizotoplar ve ışınlama)
4. Fitapatoloji (ışınlama)
5. Pestisit kalıntı araştırmaları (radyoizotop izleme ve  kromatografik teknikler)

Bitki Islahı ve Genetik: Bu amaçla fiziksel veya kimyasal bir mutagenle muamele edilmiş bitki materyalleri (tohum, yumru, çelik, meristem gibi) toprağa veya uygun bir besin ortamına ekilirek yetiştirilir. Genetik olarak genişletilmiş populasyon içerisinden amaca uygun (yüksek verimli, kaliteli, hastalık ve zararlılara dayanıklı, adaptasyonu yüksek vb) bitkiler seçilir.

Dünyada günümüze kadar 170 bitki türünde çalışılarak toplam 2672 adet mutant çeşit geliştirilmiştir. En fazla mutant çeşitin geliştirildiği kıta Asya’dır (1647 mutant). Asya kıtasını Avrupa (707 mutant) ve Kuzey Amerika (165 mutant) izlemektedir (Şekil 1). Mutasyon ıslahı çalışmalarının en fazla yoğunlaştığı bitki grubu tahıllar olup 1206 adet mutant geliştirilmiştir (Şekil 2). Tahıllar içersinde ise 526 adet mutantın geliştirildiği çeltik bitkisi ilk sıradadır.

Şekil 1. Geliştirilen mutantların kıtalara göre dağılımı

Şekil 2. Geliştirilen mutantların bitki türlerine göre dağılımı

Ülkemizde tescil edilen ve kayıtlara giren mutant çeşit sayısı altı olup, bunların 5 tanesi TAEK-SANAEM, Nükleer Tarım Biriminde, diğeri ise Akdeniz Üniversitesi, Ziraat Fakültesi’nde geliştirilmiştir (Tablo 1).

Tablo 1. Gama ışını kullanılarak mutasyon yoluyla Türkiye’de geliştirilen mutant çeşitler

Bitki adı	Mutant adı	Özellik	Tescil yılı	Islahçı adı
Soya	TAEK A-3	Yüksek yağ, protein, verim	1994	Z. Sağel
Soya	TAEK C-10	Yüksek yağ, protein, verim	1994	Z. Sağel
Arpa	Akdeniz M-Q-54	Kurağa tolerans	1998	M.I. Çağırgan
Tütün	TAEK-Tutluer	Mavi küfe dayanıklılık	1999	İ. Tutluer
Tütün	TAEK-Peşkircioğlu	Mavi küfe dayanıklılık	1999	H. Peşkircioğlu
Nohut	TAEK-Sağel	Yüksek verim ve kalite	2006	Z. Sağel

Toprak Verimliliği ve Bitki Besleme: Toprak verimliliği ve bitki besleme araştırmaları topraklarımızın verimliliğini artırmak, birim alandan en fazla ürünü sağlamak amaçları yanında, ürün kalitesini de artırmak amacını taşımaktadır. Bu nedenle bitkisel üretimi artırabilmenin tek yolu birim alandan elde edilen ürün miktarını artırmaktır; bunda da en etkili faktör gübre, su ve organik madde miktarıdır. Gübre ve suyun, en verimli yönde kullanılması ancak  en etkili ve önemli yöntem olan radyoizotop izleme teknikleri ve nötron prob yöntemlerinin araştırmalarda kullanılmasıyla mümkündür.

Bu alanda özellikle toprak-bitki-su-besin maddesi ilişkilerini incelemeye yönelik araştırmalarda nükleer teknikler kullanılarak:

a)  bitkilerin gübreden ve sudan yararlanma etkinlik dereceleri,
b)  gübrelerin çevre ile olan ilişkileri,
c)  topraklardaki mineralizasyon ve immobilizasyon hızları,
d)  gübrelerin toprak içerisindeki hareketleri

doğru bir şekilde tespit edilebilmektedir. Böylece bitkisel üretimi arttırmaya ve çevresel kirlenmeyi azaltmaya yönelik en uygun yöntemlerin tesbit edilerek araştırıcılara ve nihai olarak çiftçilere sunulması mümkün olabilmektedir.

Toprak verimliliği ve bitki beslemede kullanılan nükleer teknikler:

A)    İzleyicilerin (tracers) kullanımı

a)  kararlı izotoplar (¹⁵N ve ¹³C)

b) radyoizotoplar (⁵⁹Fe, ⁵⁴Mn, ⁶⁵Zn, ³²P, ³³P, ¹⁴C)

Kararlı izotoplar ve radyoizotoplar izleyici olarak kullanılarak aşağıdaki konular incelenmektedir:

1)  Gübre toprağa uygulandıktan sonra:

a)  bitkiler tarafından alınan miktar (¹⁵N, ³²P)

b)  farklı topraktan katmanlarından yıkanan miktar (¹⁵N)

c)  gaz olarak havaya karışan miktar (¹⁵N)

2)  Baklagillerdeki azot fiksasyonu (¹⁵N)

3)  Gübrelerin müteakip bitkiye olan kalıntı etkileri (¹⁵N)

4)  Yeşil gübreleme ile organik karbon miktarındaki artış ( ¹³C)

B) Nötron prob kullanımı

Nötron prob kullanılarak aşağıdaki konular incelenmekte ve çözümler bulunmaktadır:

1)  Toprakların rutubet içeriklerinin ölçülmesi

2)  Bitki su kullanımı ve bitkilerin sudan yararlanma etkinlikleri

3)  Bitkilerin sulama zamanlarının belirlenmesi

Entomoloji: Entomoloji alanında radyoizotoplar ve böcek kontrolünde radyasyon kullanılmaktadır. Radyoizotopların kullanıldığı başlıca entomolojik çalışma alanları şunlardır:

a)  Biyo-ekolojik araştırmalar

b)  Biyolojik kontrol

c)  Fizyolojik ve toksikolojik araştırmalar

Radyasyon böcek kontrolünde doğrudan veya dolaylı olarak kullanılabilir. Depolanan tarımsal ürünlerde zararlı böceklerin ışınlama ile kontrol edilmesi doğrudan uygulamalar arasındadır. Ayrıca  insektisitlere karşı zararlılarda oluşan dayanıklılığın mekanizması ve insektisitlerin zararlılar ve faydalılardaki etkileri radyoizotop izleme tekniği ile belirlenebilmektedir. Başlıca dolaylı uygulama konusu ise steril böcek salıverme tekniği (SIT) olup böcekler radyasyonla kısırlaştırılmaktadır (Şekil 3).

    

Şekil 3. SIT tekniği ile zararlı böcek kontrolü

Fitapatoloji: Çeşitli meyve ve sebzelerde hasat sonrası görülen depo çürüklüklüğü oluşturan mikroorganizmaların, özellikle funguslar ve bunların mikotoksinleri radyasyon uygulaması ile engellenebilmektedir.

Tablo 2. Bazı tarımsal ürünlerde fungusları azaltan dozlar

Fungus	Tarımsal ürün	Işınlama dozu (kGy)
Aspergillus spp. Penicillium spp.	yem	5 -10
Fusarium tricinctum F. graminearum	mısır çeltik	9
Aspergillus ochraceus	tavuk yemi	4
Fusarium spp.	buğday, buğday unu, ekmek	4
Aspergillus spp. Penicillium spp. Rhizopus, Alternaria, Fusarium.	kimyon	6
Aspergillus flavus	mısır	3
Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Eurotium, Fusarium, Mucor, Penicillium, Rhizopus	mısır, nohut, yerfıstığı	4
Fusarium moniliforme	mısır	8

Şekil 4. Farklı gama radyasyon dozlarının besi ortamında yetiştirilen Aspergillus niger gelişimine etkisi

Pestisit Kalıntı Araştırmaları: Radyoizotop izleme tekniği (¹⁴C-pestisit) ve kromatografik teknikler kombine edilerek, tarımsal ürünlerde ve bunların işlenmiş ürünlerinde ve çevredeki kalıntılarının araştırılmasında daha güvenilir, daha çabuk olarak sonuçlara ulaşılabilir. ¹⁴C-pestisit kullanılarak, pestisitlerin agro-ekosistemdeki akıbetleri konusundaki bilgilerine ulaşılmak mümkündür. Ayrıca ¹⁴C-pestisit kullanımı Kalite Kontrol ve Kalite Güvence (QA/QC) sistemi kapsamında, analiz sürecinde getirdiği avantajlarıyla bir laboratuvarın performansını ve kapasitesini artırmaktadır.

Şekil 5. Pestisitlerin toprak-bitki-çevre sistemindeki davranışları