全 文 ：　　文章编号:1001- 3806(2004)01- 0042-03
He-Ne激光处理对菘蓝幼苗光合作用的影响
陈怡平1 ,王勋陵1 , 2
(1.西北大学 生命科学学院 ,西安 710069;2.兰州大学 生命科学学院 , 兰州 730070)
摘要:以菘蓝(isatis indigotica)为实验材料 , 研究了 He-Ne激光辐照中药菘蓝种子对幼苗光合色素含量 、净光
合速率 、气孔导度与蒸腾速率 、可溶性糖含量及总生物量的影响。研究结果表明 , 4 种处理均能不同程度提高菘蓝
幼苗光合色素含量 、净光合速率水平 、气孔导度与蒸腾速率 , 可溶性糖含量及总生物量 , 比较而言 , 5min 的 He-Ne
激光处理效果最好。在此基础上讨论了激光的作用机理及影响幼苗光合作用的机理。
关键词:菘蓝;He-Ne激光;光合作用;气孔导度
中图分类号:Q945　　　文献标识码:A
Effects of He-Ne laser treatment seeds of isatis indigotica on
photosynthesis of seedlings
CHEN Y i-ping1 , WANG Xun-ling1 , 2
(1.College of Life Science , Northw est University , Xi an 710069 , China;2.College of Life Science , Lanzhou University ,
Lanzhou 730070 , China)
Abstract:The effects of He-Ne laser pretreatment on the seed of isatis indigotica have been studied in the following
aspects , such as content of photoproducts and chlorophy ll , biomass , net pho tosynthetic rate , stomatal conductance and water
use efficiency.The results indicated four treatments have improved apparently the content o f photoproducts and
chlorophyll , stomatal conductance , water use efficiency , level of net photosynthetic rate and so on.Compared with the
control , 5min trea tment is the best among four treatments.Moreover , the influence mechanism of laser irradiation on
seedling photosynthesis has been discussed on the basis of the above results.
Key words:isatis indigotica;He-Ne laser;pho tosynthesis;stomatal conductance
　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(39970126)
作者简介:陈怡平(1968-), 男 , 博士研究生 , 现主要从
事激光生物学及环境生物学的研究。
E-mail:nw uchyp618@eyou.com
收稿日期:2002-12- 16
引　言
有关激光在植物上的应用已有许多报道[ 1 ,2] ,
适量剂量的激光辐射可以提高种子的萌发率[ 3] ,提
高酶的活性 、叶绿素的含量以及植物的抗逆性[ 4] 。
而菘蓝(isat is indigotica)是我国常用传统中药板蓝
根 、大青叶的主要来源。板蓝根和大青叶中含有靛
蓝及靛玉红等多种生理活性成分 ,都具有清热 、凉血
消斑之功效[ 5] 。虽然曾对 He-Ne 激光预处理菘蓝
种子的生化效应进行了研究[ 6] ,但是有关激光预处
理对菘蓝幼苗光合作用的影响依然未见报道 。作者
采用 He-Ne 激光(5.23mW·mm-2)预处理菘蓝种子 ,
对其幼苗的光合作用进行了研究 ,试图了解激光预
处理菘蓝种子在光合作用方面的作用效果 ,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　种子萌发　实验设对照组(ck), 3min激光
处理组(t), 5min 激光处理组(f),7min激光处理组
(s), 9min激光处理组(n)。选取籽粒饱满 、大小均
匀的菘蓝种子进行激光处理 ,种子表面经 0.05%的
升汞消毒 ,然后播种于花盆内 ,花盆直径 20cm ,高
25cm 。土壤成分比例为腐殖质∶熟土∶沙土 =4∶5∶1 ,每盆
10株 ,每组 3个重复 ,实验于 2002年 6月～ 10月在
西北大学生物园内进行 。
1.2.2　He-Ne 激光辐照预处理　He-Ne 激光器
第 28 卷　第 1 期
2004 年 2 月
激　　光　　技　　术
LASER TECHNOLOGY
Vol.28 , No.1
February , 2004
(MSHN-A-B450MM ,西北大学光电研究所制造)波
长为 632.8nm ,光斑直径为 1.5mm 。菘蓝种子用清
水浸泡 3h后 ,自然晾干 ,然后再用 He-Ne激光分别
辐照种子的胚 3min , 5min , 7min , 9min ,剂量为5.23
mW·mm-2 。方法参照文献[ 7] 。
1.2.3　叶绿素的提取及含量测定　叶绿素的提取 、
测定及计算方法参照文献[ 8] 。
1.2.4　净光合速率 、气孔导度与蒸腾速率的测定　
用CI-301SP 光合蒸腾测定仪(CID公司生产)测定
苗龄为 25d菘蓝幼苗的净光合速率 、气孔导度和蒸
腾速率和水分利用率 。
1.2.5　可溶性糖的提取及测定　可溶性糖的提取
及测定参照文献[ 9] 。
1.2.6　总生物量的测定　苗龄为 25d的菘蓝幼苗
在烘箱(KW-1)中烘干(80℃),然后在电子天平上称
量对照组及各处组的干重 。生物量为每 10株的总
量。文中数据均为 3次实验的平均值。
2　结果与分析
2.1　对菘蓝幼苗光合色素含量的影响
从表 1可以看出 ,不同时间长度 He-Ne 激光预
处理对叶绿素含量有着不同的影响 。3min 预处理
的菘蓝幼苗叶绿素 a 含量高于对照组0.172mg·g-1
(FW)(t =3.0412 , p>0.05 ,差异不显著),叶绿素
b含量高于对照组 0.024mg·g-1(FW)(t=1.830 ,
p>0.05 ,差异不显著),总叶绿素含量高于对照组
0.161mg·g-1(FW)(t=4.025 , p >0.05 ,差异不显
著);5min预处理的菘蓝幼苗叶绿素 a 含量高于对
照组 0.312mg·g-1(FW)(t=4.475 , p<0.05 ,差异
显著),叶绿素 b 的含量高于对照组0.053mg·g-1
(FW)(t=3.533 , p >0.05 ,差异不显著),总叶绿素
含量高于对照组 0.340mg·g-1(FW)(t =8.718 , p
<0.05 ,差异显著);7min预处理的菘蓝幼苗叶绿素
a 含量高于对照组 0.142mg·g -1(FW)(t=3.628 ,
p>0.05 ,差异显著),叶绿素 b 的含量高于对照组
0.014mg·g-1(FW)(t =1.778 , p>0.05 ,差异不显
著),总叶绿素含量高于对照组 0.125mg·g-1(FW)
(t=3.719 , p<0.05 ,差异显著);而 9min预处理的
菘蓝幼苗叶绿素 a 含量与对照组相当(t=0.470 , p
>0.05 ,差异不显著),叶绿素 b的含量仅高于对照
组 0.008mg·g-1(FW)(t=0.666 , p>0.05 ,差异不
显著),总叶绿素含量高于对照组 0.023mg·g-1
(FW)(t=0.1916 , p>0.05 ,差异显著)。
Table 1　Effect of He-Ne laser t reatment seeds of isat is indigot ica on photosynthesis and photoproducts of seedlings
ck t f s n
net photosynthetic rate/(μmolCO 2·m -1·s-1) 11.75±0.667 12.39±1.146 14.43±0.949 12.91±0.646 12.89±1.580
stomatal conductance/(μmolH2O·m-1·s-1) 58.30±2.487 97.90±9.76 130.1±4.05 95.43±13.2 91.86±9.18
w ater use effi ciency/(μmolCO 2/ μmolH2O) 2.650±0.140 3.110±0.796 4.60±0.215 3.23±0.158 3.06±0.311
content of chlorophyll a/(mg·g -1(FW)) 0.698±0.059 0.870±0.061 1.010±0.328 0.840±0.032 0.698±0.030
content of chlorophyll b/(mg·g -1(FW)) 0.230±0.012 0.254±0.016 0.283±0.008 0.244±0.021 0.238±0.007
content of total chlorophyll/(mg·g -1(FW)) 0.953±0.048 1.114±0.032 1.293±0.153 1.078±0.058 0.976±0.067
content of soluble sacch rides/(mg·g -1(DW)) 35.60±6.900 43.80±3.280 44.68±5.04 45.80±6.75 35.30±6.05
biomass/g 0.933±0.591 0.984±0.644 1.096±0.850 1.209±0.573 1.094±0.862
2.2　对菘蓝幼苗光合作用的影响
从表 1可以看出 , 3min预处理菘蓝幼苗的净光合
速率水平高于对照组 0.64μmolCO2·m-1·s-1(t=
0.8816 ,p>0.05 ,差异不显著),气孔导度升高39.6μmol
H2O·m-1·s-1(t=17.010 ,p<0.01 ,差异极显著),水分
利用率下降 0.46μmolCO2/μmolH2O(t =1.009 , p>0.
05 ,差异不显著);5min预处理菘蓝幼苗的净光合速率
水平高于对照组 2.68μmolCO2·m-1·s-1(t=4.466 ,
p<0.05 ,差异显著),气孔导度升高71.8μmolH2O·m-1·
s-1(t=15.309 , p<0.01 ,差异极显著),水分利用率下
降1.95μmolCO2/μmolH2O(t=2.438 , p >0.05 ,差异显
著);7min预处理菘蓝幼苗的净光合速率水平高于对照
组1.23μmolCO2·m-1·s-1(t=2.320 , p>0.05 ,差异显
著),气孔导度升高37.13μmolH2O·m-1·s-1(t=13.555 ,
p<0.01 ,差异极显著),水分利用率下降0.58μmolCO2/
μmolH2O(t=3.222 , p>0.05 ,差异显著);9min预处理
菘蓝幼苗的净光合速率水平高于对照组1.16μmolCO2·
m-1·s-1(t=1.708 , p>0.05 ,差异显著),气孔导度升
高33.6μmolH2O·m-1·s-1(t=9.880 , p<0.05 ,差异显
著),水分利用率下降0.41μmolCO2/μmolH2O(t =0.
5942 , p>0.05 ,差异显著)。
2.3　对菘蓝幼苗可溶性糖的影响
表 1中反映了不同时间长度He-Ne激光预处理对
菘蓝幼苗可溶性糖合成的影响。3min预处理 ,其可溶
43第 28卷　第 1期 陈怡平　He-Ne激光处理对菘蓝幼苗光合作用的影响 　
性糖含量高于对照组 5.4mg·g-1(DW)(t=2.50 , p>
0.05 ,差异不显著), 5min预处理的可溶性糖含量高于
对照组 9.08mg·g-1(DW)(t=2.85 , p>0.05 ,差异不显
著),7min预处理的可溶性糖含量高于对照组10.2mg·
g-1(DW)(t=3.15 , p>0.05 ,差异不显著),9min预处
理的可溶性糖含量高于对照组 3.4mg·g-1(DW)(t=
0.93 , p>0.05 ,差异不显著)。
2.4　对菘蓝幼苗总生物量的影响
从表 1可以看出 ,不同时间长度的 He-Ne 激光
处理对大青叶的生物量也有影响。3min预处理 ,其
生物量高于对照组 0.051g(t=2.550 , p>0.05 ,差
异不显著), 5min 预处理的生物量高于对照组 0.
163g(t=6.112 , p <0.05 ,差异显著),7min 预处理
的生物量高于对照 0.276g(t=13.801 , p <0.05 ,差
异显著), 9min预处理的生物量高于对照组0.161g
(t=4.536 , p <0.05 ,差异显著)。
3　讨　论
3.1　激光处理的作用机理
根据研究报道:激光对生物体的作用主要表现
为光效应 、电磁效应 、热效应和压力效应 。但是低功
率的激光特别是可见光范围内的激光产生的热和压
力很少 ,因此 ,激光对生物体的作用主要是光效应和
电磁效应这两种效应[ 10] 。韩榕等研究证明与激光
相同波长的红光对生物体的作用很小 ,起作用的是
电磁效应[ 11] 。从实验结果来看 ,He-Ne 激光处理菘
蓝种子后 ,其幼苗光合作用的能力 、可溶性糖和总生
物量与对照均有不同的提高。这也许不只是激光电
磁效应起作用的结果 。另据周培疆等对种子萌发生
长的微量热研究结果表明:种子萌发生长热谱图表
现出 3个生理阶段:浸透阶段(大约 0.5h)是干种子
吸水放热过程 ,是一物理化学过程;活化阶段是种子
萌发的准备阶段 ,是吸热过程;生长阶段是生化代谢
的启动阶段[ 12] 。结合作者的实验来看 ,处理的菘蓝
种子是浸泡 3h后的湿种子 ,其浸透阶段已经完成 ,
已进入活化阶段 ,需要热量 ,此时给予激光辐射可能
满足了热量需要。同时 ,湿种子中的水被激光的磁
场力磁化 ,氢键被破坏 ,水的缔合度减小 ,水分子变
小 ,容易透过半透膜 ,从而改善了营养物质的跨膜运
输和利用。当水分子恢复缔合度时 ,放出原来吸收
的能量 ,激发各种酶的活性 。从而加速了生长阶段
生化代谢的启动。因此 ,笔者认为可能是激光的热
效应和电磁效应在预处理过程中起作用。
3.2　影响幼苗光合作用的机理
以前的研究表明 ,激光处理组的α-淀粉酶 、近代
GPT 和 GO T 等酶活性高于对照组[ 6] ,这说明低熵
生物大分子淀粉和蛋白质的降解速度加快 ,机体的
代谢增强 ,熵值增大 ,种子萌发速度加快。而种子萌
发前是处在非平衡的稳定状态 ,种子萌发前激光处
理可能促进了机体非平衡稳定态的打破 ,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 ,但整个反应器处于定态。
机体要维持这一高度有序性 ,是以增大环境的熵值
为代价[ 13] 。因为激光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 ,与对照组相比 ,
激光处理组要从环境吸收较多的能量来维持内熵的
平衡 ,这样激光处理组的生化代谢和光合作用的进
程必然快于对照组 ,微观上表现幼苗的光合色素含
量 、可溶性糖含量 、净光合速率 、气孔导度水平等生
理指标的变化和生物量增加;很可能更为深远地影
响大青叶和板蓝根的产量和品质 。研究证明 ,虽然
不同时间的激光处理对菘蓝种子萌发和苗期生长均
促进作用 , 但结合前面蛋白质的工作而言[ 6] , 以
5min处理效果最好 ,这一结果将作为今后进一步研
究激光对增强 UV-B辐射损伤菘蓝幼苗修复及防护
作用的实验剂量 ,也可以用于中药栽培技术中。参 考 文 献
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44　 激　　光　　技　　术 2004 年 2 月