全 文 ：第 25卷第 4期
2006年 8月
红 外 与 毫 米 波 学 报
J. InfraredM illim. W aves
Vo.l 25, No. 4
August, 2006
文章编号:1001 - 9014(2006)04 -0275 - 04
收稿日期:2005-06-10,修回日期:2006-02-22　 　　　　　　　　　R ece ived da te:2005-06-10, revised da te:2006-02-22
基金项目:国家基金委重大项目(40599422);国家自然科学基金(30370269)资助项目
作者简介:陈怡平(1968-),男 ,陕西洛南人 ,中国科学院地球环境研究所出站博士后 ,主要从事环境生物学的研究.
微波处理菘蓝种子的子叶发育与生物光子辐射的相关性
陈怡平 1, 2 , 　崔 　瑛 2 , 　任兆玉 3
(1. 中国科学院地球环境研究所 , 陕西　西安　710075;2. 西安工程大学 生物技术系 ,陕西　西安　710048;
3. 西北大学 光子技术研究所 , 　陕西　西安　710069)
摘要:比较研究不同时间长度的微波辐照菘蓝种子对种子萌发率 、淀粉酶活性 、转氨酶活性 、蛋白酶活性 、蛋白质含
量 、游离氨基酸含量 、总 DNA含量 、子叶发育状况及其生物光子辐射强度的影响. 采用微波辐射浸泡 3h的菘蓝
( Isa tis indigotica Fo rt)种子. 与对照相比 ,四种处理均能不同程度提高菘蓝种子萌发率 、淀粉酶活性 、转氨酶活性 、蛋
白酶活性 , 促进蛋白质 、游离氨基酸 、DNA合成 ,促进子叶发育 ,提高了生物光子辐射强度. 低剂量微波辐射能提高
种子生理生化代谢机能 ,促进种子萌发和幼苗生长发育 , 研究发现 8s微波预处理效果最为显著.
关　键　词:菘蓝;微波;生物光子辐射;发育
中图分类号:Q931. 1　　文献标识码:A
CORRELATION BETWEEN GROWTH DEVELOPMENT AND
BIOPHOTON EM ISSION OF ISATIS INDIGOTICA COTYLE-
DON EXPOSED TOM ICROWAVE RADIATION
CHEN Y i-Ping1. 2 , 　CHU IY ing2 , 　REN Zhao-Yu3
(1. Institute o f Earth Env ironm ent, Chinese Academy of Science, X i’ an 710075, Ch ina;
2. Depar tm en t o f B iotechno logy, X i’ an Po ly technic Un ive rsity, Xi’ an 710048, China;
3. Institute of Pho ton ics and Pho to-Technology, Northw est Unive rsity, X i’ an 710069, China)
Abstrac t:The effec ts of diffe rence length m icrow ave radia tion Isatis ind igotica on germ ination ra tio, ac tivity o f amy lase, ac-
tiv ity of ALT, activ ity o fAST, ac tivity of pro teases, concentration of solub le pro tein, free am ino ac id concen tra tion, DNA
concentra tion, co ty ledon area and biopho ton em ission we re studied by using the seeds being irrad ia ted w ith m ic rowave after
soaked for 3h. The re su lts show that m icrow ave radia tion treatm ents w ith differen t tim e can im prove the ge rm ina tion ra tio,
ac tiv ity of am y la se, activ ity of ALT, activ ity of AST, ac tivity o f pro teases, concen tra tion of so luble p ro te in, free am ino acid
concentra tion, DNA concentration, co ty ledon area and biophoton em ission. And them icrow ave rad ia tion of low dose s can
stim ulate the seeds germ ina tion and imp rove the co ty ledon developmen.t The effe ct of 8 s pre trea tm en t o fm icrow ave therein
m en tioned is the best fo r Isatis indigotica fo r.t
K ey words:Isatis ind igotica fo rt;m ic row ave;biophoton em ission;deve lopment
引言
自然界中除了萤火虫 、水母和一些鱼类能辐射
出肉眼可见的超弱光之外 ,尚有一种肉眼不可见的 、
来自于所有生命代谢活动的生物光子 ,它是各种生
命活动 (例如 , 细胞跨膜运输 、生长发育和细胞分
裂 )强度的指示器 [ 1] ,可是生命活动常常受到外界
环境因子的影响.微波就具有相悖的生物学效应 ,长
时间的微波辐射会引起人头疼 、疲乏 、胃痛 、失眠 、易
怒等临床症状 [ 2] ,然而适量剂量和时间的微波辐射
可以提高植物幼苗对增强紫外线辐射的抗性[ 3 ] ,提
高农作物种子的萌发率 [ 4] . 但是 ,微波辐射种子能
否引起代谢指示器的变化  这个问题并不清楚. 为
此 ,本文研究以中国常用传统中药板蓝根 、大青叶的
原植物 —菘蓝 (Isatis indigotica)为实验材料 ,采用
2450MH z的微波炉 (Comb i-G rill M icrow ave Oven
WD700,剂量为 1. 26 mW mm -2)辐射菘蓝种子 ,
研究了微波辐射对菘蓝种子萌发率 、种子萌发相关
红 外 与 毫 米 波 学 报 25卷
生化参数及生物代谢指示器—生物光子辐射强度的
影响 ,试图了解微波辐射菘蓝种子的生物效果 ,为进
一步探讨其作用机理及提高中药产量和改善中药品
质提供理论基础.
1　材料与方法
1. 1　材料
以菘蓝 (Isatis ind igo tica Fort)为实验材料 ,菘蓝
种子为西安交通大学药学院提供.
1. 2　方法
1. 2. 1　微波辐照预处理及种子萌发
实验设 0秒微波处理组 (对照组 , CK), 3s微波
处理组 (3s), 8s微波处理组(8s), 13s处理组 (13s),
18 s微波处理组 (18s).选取籽粒饱满 ,大小均匀的
菘蓝种子用清水浸泡 3h, 自然晾干后用微波炉
(2450MH ,WD700)辐照种子 0 s、3s、8s、13s、18s、剂
量为 1. 26 mW mm - 2 ,播种于培养皿 ,然后在 25C
光照培养箱进行沙培 ,细沙经 0. 1% HgC l2消毒.待
出芽后每平皿浇 10m lMS培养液.
　表 1　微波预处理菘蓝种子对子叶生理生化代谢参数的影响
　Tab le 1　 In fluence ofm icrow ave pretrea tm ent seeds of Isatis ind igotica on physiologica l and b iochem ical param eters of Isa-
tis ind igotica coty ledon
CK 3 s 8s 13 s 18 s
Germ inat ion ratio (%) 36. 6±1. 8d 40. 8±3c 50. 6±4. 2 a 49. 3±2. 5a 45. 6±1. 9b
Activity of amy lase (m g g - 1. m in- 1) 1. 30±0. 11d 1. 68±0. 11c 2. 48±0. 13 a 2. 01±0. 13b 1. 63±0. 14c
Activity of ALT(Ug - 1 FW) 23. 5±1. 40e 28. 80±1. 79db 32. 76±2. 15 a 29. 6±1. 80b 24. 50±0. 93c
Activity of AST(Ug- 1 FW) 15. 80±0. 84ed 21. 00±0. 82b 23. 60±0. 29 a 20. 10±0. 052c 16. 30±0. 48d
Activity of proteases (U. g - 1 FW) 7. 17±0. 25d 7. 57±0. 20cb 8. 50±0. 35 a 8. 26±0. 21a 7. 35±0. 18b
Concen tration of solub le protein (m g g - 1 FW) 14. 80±0. 06e 17. 00±1. 08d 19. 50±0. 84 a 18. 10±0. 37b 15. 70±0. 70c
AA concen tration(μmo l am ino acid /mg. protein. h) 69. 50±4. 99db 87. 30±5. 50 c 120. 00±7. 10a 125. 00±9. 03a 75. 00±5. 68b
Concen tration ofDNA (μg g- 1 FW) 225. 0±25. 1e 245. 0±22. 5dc 353. 0±29. 9 a 278. 0±45. 6b 255. 0±39. 2c
Area of coty ledon (cm. p lan t- 1) 0. 431±0. 01e 0. 501±0. 01dc 0. 63±0. 02 a 0. 57±0. 02b 0. 51±0. 01c
Note:AA— free am ino acid concen tration;ALT— alan ine an inot ransferase;AST— aspartate an inotran sferase
1. 2. 2　生化参数的测定
转氨酶的提取及测定:称 0. 5g出土 6天的子叶
进行转氨酶的提取及转氨酶活力测定 ,提取方法参
考文献方法[ 5] , 标准曲线的制作及测定分别按照
ALT kit(No. 20010819)和 AST k it(N o. 20010820)
(北京北化康泰临床试剂有限公司提供);淀粉酶的
提取及测定:子叶淀粉酶的提取及活性测定参照文
献方法 [ 11] ;可溶性蛋白的提取及测定方法参照文
献 [ 6] ;游离氨基酸的提取及测定:称 0. 5g子叶 ,加
5m l 10%的乙酸 ,冰浴研磨 , 8 000g离心 10m in,然后
用蒸溜水定容至 100m l,采用茚三酮法进行游离氨
基酸的测定 ,方法参照文献 [ 7] ;蛋白酶的提取及测
定:采用 Ch ripeeshs和 Bou lte r方法测定蛋白酶活
性[ 8] ;DNA的提取:DNA的提取按照 EPICENTRE
M aster PureTM P lant Leaf DNA Pu rifica tion K it程序
进行.用紫外分光光度计测定样品的 OD值 ,并换算
出 DNA含量(μg g- 1FW).
1. 2. 3　发芽率及叶面积的测量
待种子萌发结束时统计发芽数 ,以其百分比表
示发芽率.子叶面积的测量采用美国 C ID公司的叶
面积仪(C ID. INC C I-202)扫描.
1. 2. 4　生物光子辐射强度的测定
生物光子辐射强度的测定采用单光子计数器
(APD:SPCM-AQR-15). 种子生物光子辐射强度以
10m in内 50粒种子释放的光子数的平均值表示;子
叶生物光子辐射强度以 10m in内每株幼苗释放的光
子数表示.
1. 2. 5　统计分析
显著性差异采用 Duncan’ s的多重统计分析进
行处理.在表 1中每排数据中带有相同字母表示处
理之间没有显著性差异 ,在图 1与图 2每列数据中
带有相同字母表示处理之间没有显著性差异.
2　结果与分析
2. 1　对菘蓝种子萌发 、生理代谢和子叶发育的影响
表中结果表明 ,不同时间长度微波预处理对菘
蓝种子萌发率 、淀粉酶活性 、转氨酶活性 、蛋白酶活
性 、蛋白质含量 、游离氨基酸含量 、总 DNA含量 、子
叶发育具有明显的促进作用. 与对照相比 , 3S预处
理 ,其种子萌发率提高了 3. 9%(P <0. 05)、淀粉酶
活性提高了 29%(P <0. 05)、ALT酶活性提高了
22. 6%(P <0. 05)、AST酶活性提高了 32. 9%(P <
0. 05)、蛋白酶活性提高了 5. 6%(P <0. 05)、蛋白
质含量提高了 14. 8%(P <0. 05)、游离氨基酸含量
提高了 25. 6%(P <0. 05)、总 DNA含量提高了
276
4期 陈怡平等:微波处理菘蓝种子的子叶发育与生物光子辐射的相关性
8.8%(P <0. 05)、子叶面积增大了 16. 3%(P <
0.05);8s预处理 ,其种子萌发率提高了 14%(P <
0. 05)、淀粉酶活性提高了 90%(P <0. 05)、ALT酶
活性提高了 39%(P <0. 05)、AST酶活性提高了
49%(P <0. 05)、蛋白酶活性提高了 18. 5%(P <
0.05)、蛋白质含量提高了 31. 8%(P <0. 05)、游离
氨基酸含量提高了 72. 6%(P <0. 05)、总 DNA含量
提高了 56%(P <0. 05)、子叶面积增大了 47%(P <
0. 05);13S预处理 ,其种子萌发率提高了 12. 7%(P
<0. 05)、淀粉酶活性提高了 77. 6%(P <0. 05)、
ALT酶活性提高了 25. 9%(P <0. 05)、AST酶活性
提高了 27%(P <0. 05)、蛋白酶活性提高了 15%(P
<0. 05)、蛋白质含量提高了 22. 3%(P <0. 05)、游
离氨基酸含量提高了 79. 8%(P <0. 05)、总 DNA含
量提高了 23. 5%(P <0. 05)、子叶面积增大 32. 2%
(P <0. 05);18S预处理 , 其种子萌发率提高了
9.9%(P <0. 05)、淀粉酶活性提高了 24%(P <
0.05)、ALT酶活性提高了 4. 3%(P <0. 05)、AST酶
活性提高了 3. 2%(P <0. 05)、蛋白酶活性提高了
2. 5%(P <0. 05)、蛋白质含量提高了 6%(P <
0.05)、游离氨基酸含量提高了 7. 9%(P <0. 05)、
总 DNA含量提高了 13. 3%(P <0. 05)、子叶面积增
大了 18. 8%(P <0. 05).
2. 2　对菘蓝光子辐射强度的影响
图 1　微波处理对菘蓝种子生物光子辐射强度的影响
F ig. 1　Effects of m icrow ave radiation on biophoton em ission
in seeds o f Isa tis indigotica
从图 1与图 2中可以看出 ,不同时间长度微波
预处理对菘蓝种子和幼苗生物光子辐射强度具有明
显的影响.在微波辐射后 20h和 45h的菘蓝种子中
(F ig. 1),经 3s微波辐射的菘蓝种子生物光子辐射
强度分别高于对照组 44%(P <0. 05)和 51%(P <
0. 05);经 8 s微波处理菘蓝种子生物光子辐射强度
图 2　微波处理对菘蓝幼苗生物光子辐射强度的影响
F ig. 2　E ffec ts of m icrow ave radiaton on b iopho ton em ission
in seedling s of Isa tis ind igortica
分别高于对照组 137%(P <0. 05)和 99%(P <
0.05);经 13s微波处理菘蓝种子生物光子辐射强度
分别高于对照组 72%(P <0. 05)和 66%(P <
0.05);经 18s微波处理菘蓝种子生物光子辐射强度
分别高于对照组 38%(P <0. 05)和 18%(P >
0.05).在微波辐射后 2天 (2-day-o ld seedling s)和 6
天(6-day-old seedlings)的菘蓝幼苗中(Fig. 2),经 3s
微波处理菘蓝幼苗生物光子辐射强度分别高于对照
组 40%(P <0. 05)和 18%(P >0. 05);经 8 s微波处
理菘蓝幼苗生物光子辐射强度分别高于对照组
65%(P <0. 05)和 44. 5%(P <0. 05);经 13s微波
处理菘蓝幼苗生物光子辐射强度分别高于对照组
54%(P <0. 05)和 38%(P <0. 05);经 18s微波处
理菘蓝幼苗生物光子辐射强度分别高于对照组
25%(P <0. 05)和 13. 8%(P >0. 05).
3　讨论
生物生长发育过程中的生理生化代谢均会受到
外界环境因子的调节.微波对生物的作用主要是热
效应和非热效应 ,非热效应中主要是电磁效应.为了
证明微波辐射菘蓝种子是否对萌发过程生理代谢具
有刺激作用 ,我们测定了种子和子叶中生物光子辐
射强度 ,因为生物各种生命活动 (例如 ,细胞跨膜运
输 、生长发育和细胞分裂 )都可以通过生物光子辐
射强度来反应 ,活动越强其生物光子辐射强度越
大[ 4] . 本研究发现经微波辐射的菘蓝种子和子叶生
物光子辐射强度显著的高于对照组 ,而且生物光子
辐射强度与其淀粉酶活性 、转氨酶活性 、蛋白酶活
性 、蛋白质含量 、游离氨基酸含量 、总 DNA含量 ,种
277
红 外 与 毫 米 波 学 报 25卷
子萌发率 ,子叶发育速率均呈现正相关性 ,这充分证
明低剂量的微波辐射能够刺激菘蓝种子的生理代
谢 ,提高种子萌发率 ,促进幼苗生长发育.
究其原委 ,可能是热效应和电磁效应共同作用
于种子 ,种子内的水分子以及蛋白质 、碳水化合物 、
核酸等生物大分子在微波 (2 450MHz)能量场作用
下快速振荡 、互相碰撞 、摩擦 、挤压 ,从而使动能 (微
波能)转化为热能.而适当热能可以提高酶的活性 ,
加速酶促反应进程[ 9] . 其次 ,微波的非热效应可以
影响蛋白质 、酶及生物大分子的结构 ,酶的半导体性
和酶结构中金属离子的顺磁性 ,也可以提高酶的活
性 ,加速酶促反应进程 [ 10] .在这两种效应的作用下 ,
低熵生物大分子淀粉和蛋白质的降解速度加快 ,机
体的生理生化代谢速率加快 ,熵值增大 ,种子生命活
动的非平衡的稳定状态被打破 ,导致机体从高度有
序向无序的方向发展. 由于生物机体是一高度有序
的开放系统且处于非平衡状态 ,犹如一个流动体系
的反应器 ,物料有进有出 ,反应器中不断地进行着反
应 ,是非平衡的 ,但整个反应器有处于恒定态. 机体
要维持这一高度有序性 ,是以增大环境的熵值为代
价 [ 11] .因为微波处理组机体熵值大于对照组 ,所以 ,
在萌发后的个体发育过程中 ,与对照相比微波处理
组要从环境吸收较多的能量来维持内熵的平衡 ,这
样微波处理组的生化代谢参数 (淀粉酶活性 、转氨
酶活性 、蛋白酶活性 、蛋白质含量 、游离氨基酸含量 、
总 DNA含量 )、种子萌发率 、生物光子辐射强度及
子叶发育速率必然快于对照组 ,最终表现幼苗发育
速率增加.
本文研究证明 ,虽然不同时间的微波处理对菘
蓝种子萌发和苗期生长均有促进作用 ,但综合而言 ,
以 8 s的处理效果最好 ,这一时间剂量可以在中药菘
蓝规范化栽培实践中应用 ,以促进菘蓝生长和发育 ,
提高我国传统中药大青叶和板蓝根产量.
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