全 文 ：文章编号 :100028551 (2003) 052383205
蔬菜种子的辐射敏感性与超弱发光动力学分析
马　飞　冯　敏　高　岳　冯绪猛　王泽港　罗时石3 　葛才林
(扬州大学农学院农学系 ,江苏 扬州　225009)
摘 　要 :对几种蔬菜种子的辐射诱导生物化学发光 ( ICL)的动力学参数进行研究与分析 ,结果表
明 :种子的 ICL 与辐射剂量成正相关 ,两者符合 Y= Y0 eKD的关系 ,K值越大 ,种子在电离辐射的
作用下发光就越强 ,不同种子之间 K值达到了显著水平 ; ICL 的动态响应曲线与种子对辐射敏
感性的实际观察值有很好的一致性。
关键词 :蔬菜种子 ;生物超弱发光 ;辐射敏感性 ;动力学分析
VEGETABLE SEED RADIOSENSITIVITY AND KINETIC ANALYSIS OF
SUPER2WEAK BIOLUMINESCENCE
MA Fei 　FENG Min 　GAO Yue 　FENG Xu2meng 　WANG Ze2gang 　LUO Shi2shi 　GE Cai2lin
( Department of Agronomy , Agricultural College , Yangzhou University , Yangzhou ,Jiangsu , 　225009)
Abstract :Bioluminescence of several vegetable seeds induced byγ2rays was studied. The results show that positive
relation exists between seeds bioluminescence and irradiation dose , which fits with equation Y= Y0 eKD . The higher
the K value is , the more intense the bioluminescence induced byγ2rays is. Significant differences among K values
were found with different varieties. The bioluminescence and exterior measurement value of seed radiosensitivity
showed good consistency.
Key words :seed ; super2weak bioluminescence ; radiosensitivity ; kinetic analysis
收稿日期 :2003205210
作者简介 :马飞 (1951～) ,女 ,江苏江阴人 ,讲师 ,从事核技术农业应用与果蔬保鲜等方面的科研和教学工作。3 通讯作者生食蔬菜可能引起病原微生物中毒事件 ,如 1995 年和 1999 年美国和加拿大由于食用紫云英苗引起疾病流行 ;1996 年日本发生食用被大肠杆菌O157 :H7 污染的萝卜苗中毒 ;1998 年美国加州连续发生 3起食用被大肠杆菌 O157 :H7 和沙门氏菌污染的蔬菜苗引起疾病。究其原因都与蔬菜种子污染有关[1 ] 。为除去新鲜蔬菜中的病原微生物 ,不少国家都在寻找合适的途径。电离辐射具有灭菌彻底、无化学物残留和节约能源等特点 ,正日益引起关注。由于不同种类、不同生理状态的种子对射线敏感性差异很大 ,因此在对种子材料进行辐照处理时 ,须先对其辐射敏感性有所了解[2 ] 。生物超弱发光在农业上常常被用来研究作物在不同胁迫下的抗性 ,是一种简便、快捷的评价品种抗性的鉴定方法 ,且敏感度较高 ,具有广泛的应用价值[3 ] 。有关小麦、苜蓿等种子的辐射诱导发光方面的研究已有报道 ,但在蔬菜种子方面 ,特别是对种子的超弱发光进行动力学分析方面却少见报道 ,为了开展蔬菜种子的辐射灭菌工作 ,我们进行了种子的辐射敏感性与超弱发光动力学的相关性研究。
383　核 农 学 报　2003 ,17 (5) :383～387Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料和方法
111 　材料
采用生菜 ( Lactuca sativa Spp L. ,叶用莴苣) 、落葵 ( Basella rubra L. ,木耳菜) 、萝卜 ( Raphanus sativus
L. ,扬州白萝卜)和绿豆 ( Phaseolus radiatus L. ) 4 种蔬菜 ,每品种均选取均匀一致、无病虫害的风干种子
按处理置于牛皮纸袋中。
112 　方法
11211 　辐照处理 　在本院辐照中心进行 ,剂量率 30GyΠmin ,0～4kGy 共 7 种处理剂量 ,每处理设置 3 个
重复。
11212 　生物超弱发光测定 　称取 1g 左右的辐照种子 ,置于玻璃测量杯中进行生物超弱发光测定。测
试采用 SHG2D 型生物化学发光测量仪 (上海市检测技术所生产) ,选用 R 方式 ,室温控制在 25 ±015 ℃,
测量时间 60s ,每样品测量 3 次。为消除由于光照而诱导的低水平发光对测量结果带来的干扰 ,样品放
入测量室后 15min 再进行测量。
11213 　辐射敏感性测定 　将处理后种子用 110 %次氯酸钠溶液消毒 15min ,用自来水和蒸馏水清洗干
净 ,置于两片纱布中 ,然后用泡沫塑料板两面夹好 ,做成支架 ,垂直置于加有蒸馏水的盘中 ,定期观察和
测定各处理种子的幼苗高度 (cm)以及根的生长状况[4 ] 。
2 　结果与分析
211 　辐照对蔬菜种子生物超弱发光的影响
经γ射线辐照后激发增强的发光 ,称为诱发的生物化学发光 ( Induced biochemiluminescence ,ICL) 。各
处理种子 ICL 的测试结果列于表 1。
从表 1 可以看出 ,随着辐照剂量提高 ,种子的发光强度也逐渐上升 ,两者呈正相关 ;对同一种处理 ,
诱导发光强度在停照初期最高 ,随后逐渐降低 ;不同种子和处理的诱导发光以及发光衰减变化都很相
似。王树禹等[6 ]曾报道经不同剂量 (20～40Gy) 处理的黄瓜干种子其发光值均高于对照 ,而且随着剂量
增大而升高 ;前 24h 内 40Gy 处理的黄瓜种子一直显著高于其它处理及对照。随着时间的延长 ,种子的
发光强度呈指数衰减 ,在 48h 后 ,各处理的发光值与对照组的发光值差异不显著。我们的测试数据与王
树禹等的研究结果趋势相同 ,说明种子与辐射诱导发光相联系的反应具有一定的规律性。
有关 ICL 的发光机理前人已进行了较多的研究 ,结果表明 :生物体经γ射线辐照后能产生 H2O2 、氧
自由基等活性基团 ,这些活性分子或基团继续反应能引起各种辐射生物学效应 ;氧自由基等在发生过氧
化反应时有化学发光的伴随 ;另外 ,辐射产生的一些激发态分子、基团或离子在退激或复合过程中也可
以把能量以光子的形式放出[7 ] ;自由基复合反应是超弱发光的主要来源之一 ,断氧再给氧对萌发绿豆超
弱发光的影响实验表明超弱发光的强度与活性氧自由基浓度的正相关 ;DNA 也是发光的另一来源 ,有
实验表明 DNA 构像变化对生物光子的发射也有影响[8 ] 。生物化学发光反应之所以能用于分析测定 ,是
因为化学发光强度与化学反应速度相关联 ,因而 ,一切影响反应速度的因素都可以作为建立测定方法的
依据[9 ] 。
胡天喜等[11 ]曾报道以不同剂量的 180KVX射线照射大鼠 ,在 4～16Gy 剂量时血清发光曲线的峰高
(为对照的 %)随着剂量的增加而升高 ,其规律性符合指数曲线 ,相关性 r = 0199 ,他分析这种现象认为 ,
发光强度的上述变化是由自由基的过氧化所决定的 ,随着剂量的增加 ,自由基产额增高 ,自由基过氧化
的速度也加快 ,相应地抗氧化剂的消耗加剧 ,而与自由基复合相伴生的生物化学发光强度就增大。
我们的研究结果与胡天喜等的结果相一致 ,蔬菜种子的超弱发光强度对剂量的动态响应曲线其动
态接近于指数曲线 ,即 :F = F0 eKD 。式中 ,F0 为对照种子的发光强度 (在表 1 中均设置为 100 %) ,F 为种
子在经一定剂量的γ射线辐照后的 ICL 强度 ,K为发光常数 ,D 为辐照剂量。若对上式的两边取自然对
483 核　农　学　报 17 卷
数 ,则上述指数方程式便改写成直线方程式 :lnF = lnF0 + KD ,式中 ,K代表了直线与 x 轴 (辐照剂量 kGy)
夹角的大小。
表 1 　蔬菜种子的生物超弱发光
Table 1 　Super2weak bioluminescence of vegetable seed
蔬菜品种
variety
测试时间
time (d)
辐照剂量
irradiation dose (kGy)
CK 015 110 115 210 310 410
生菜
Lactuca sativa
Spp
落葵
Basella rubra
萝卜
Raphanus
sativus
绿豆
Phaseolus
radiatus L
1 10010 ±518 16717 ±317 17014 ±310 17018 ±1616 18412 ±310 19118 ±512 19912 ±1319
2 10010 ±1612 12913 ±810 13116 ±217 14115 ±711 15319 ±1313 16518 ±912 19513 ±810
4 10010 ±811 12414 ±512 14611 ±1119 14810 ±619 15017 ±717 16019 ±913 17015 ±415
6 10010 ±812 12214 ±213 14014 ±213 14018 ±213 14212 ±213 14913 ±611 15710 ±1413
9 10010 ±416 11714 ±911 12513 ±213 13116 ±611 12513 ±213 13915 ±213 14111 ±213
1 10010 ±815 17918 ±819 25110 ±516 27517 ±411 27918 ±711 35412 ±412 49912 ±812
2 10010 ±510 13911 ±1017 16214 ±512 22614 ±216 25911 ±317 27612 ±313 37311 ±918
4 10010 ±712 12917 ±712 14410 ±1118 16910 ±1115 23418 ±516 20313 ±1019 24411 ±414
6 10010 ±916 12013 ±416 13116 ±218 15513 ±2113 17015 ±416 17917 ±1811 21210 ±514
9 10010 ±619 11313 ±416 12115 ±1414 13013 ±611 15610 ±2111 16010 ±411 17818 ±616
1 10010 ±1317 14714 ±213 16210 ±610 16514 ±010 18010 ±410 19215 ±1319 19914 ±115
2 10010 ±1111 13617 ±714 13812 ±516 13911 ±2219 15010 ±416 16719 ±516 18015 ±714
4 10010 ±1219 12316 ±818 12013 ±215 11914 ±1219 14417 ±615 15419 ±419 16313 ±615
6 10010 ±912 11015 ±716 11617 ±617 12313 ±617 13916 ±511 15111 ±617 15515 ±617
9 10010 ±317 10612 ±317 10919 ±312 11317 ±212 12313 ±413 13212 ±212 13313 ±317
1 10010 ±812 14515 ±611 18911 ±719 19019 ±1610 19115 ±2412 22811 ±2215 25310 ±410
2 10010 ±1510 13912 ±818 15113 ±1713 16619 ±1611 21512 ±1316 23019 ±3011 24910 ±511
4 10010 ±1111 13212 ±414 13810 ±617 14417 ±2219 17715 ±1012 18811 ±1111 17913 ±511
6 10010 ±1915 14515 ±1214 17317 ±811 15315 ±918 18117 ±1615 19215 ±812 20616 ±417
9 10010 ±716 11611 ±211 12018 ±716 12314 ±211 14414 ±516 14610 ±212 15012 ±317
　　图 1 为供试蔬菜种子在经不同剂量的γ射线处理后 1d 时的 ICL 动态响应拟合曲线。
分析各处理的反应速率常数 ,按 K值的大小排序 ,依次为 K落葵 > K绿豆 > K萝卜 > K生菜 。差异显著性测
验 (表 2)表明 ,K落葵 、K绿豆和 K萝卜 、K生菜达到了显著水平 ,其中落葵与其它几种蔬菜种子的差异达到了极
显著水平 ,说明不同蔬菜的种子在辐照后发光的动态响应曲线有着显著差异。
表 2 　差异显著性测验
Table 2 　Experiment about difference significance
品 种
variety
K值 (平均)
K value (rage)
差异显著性
difference significance
落 葵
Basella rubra
0133 a A
绿 豆
Phaseolus radiatus
0117 b B
萝 卜
Raaphanus sativus
0106 c BC
生 菜
Lactuca Sativa Spp
0105 c C 图 1 　供试蔬菜种子 ICL 动态响应曲线
Fig. 1 　ICL dynamic change of vegetable seeds
212 　种子的辐射生物学效应
不同植物的辐射敏感性差异通常是通过比较其在相同照射条件下所表现出的辐射效应的差异而得
出的。辐照种子的幼苗抑制程度是描述种子辐射生物学效应的常用指标之一[11 ] 。各处理种子的芽高、
583　5 期 蔬菜种子的辐射敏感性与超弱发光动力学分析
根长等测试结果列于表 3。从表 3 可以看出 ,几种蔬菜种子经辐照后幼苗的高度和根长均受到了抑制 ,
并且剂量越大 ,苗高越低、根长越短。如图 3 所示 ,辐照剂量与苗高和根长呈负相关 ,符合下列指数曲线
形式 : G= G0 e - AD 。式中 ,G0 为未经辐照种子 (CK)的苗高或根长 , G为经辐照处理的苗高或根长 ,D 为辐
照剂量。将上述负指数方程进行直线化处理 ,成为直线方程 :lnG = lnG0 - AD ,式中 ,lnG0 为直线在 y 轴
上的截距 ,A 为直线的斜率 ,A 值的大小反映了下降的速率 ,A 值越大 ,则种子受辐照剂量的影响就越
大 ,对电离辐射的敏感性就越强 ,几种蔬菜种子的 A 值存在着差异 ,这种差异反映了不同蔬菜种子对辐
射的敏感性。
表 3 　蔬菜种子的辐射生物学效应(苗高)
Table 3 　Biochemical effects of irradiation on vegetable seeds(seeding height)
蔬菜品种
vegetable type
辐照剂量
irradiation dose (kGy)
CK 015 110 115 210 310 410 相关分析
生菜
Lactuca sativa Spp
10010 ±717 5012 ±911 3616 ±614 4410 ±612 4218 ±111 4312 ±215 3518 ±618 G= G0e - 0116D
r = - 0170
落葵
Basella rubra
10010 ±1012 7414 ±218 6816 ±817 5010 ±719 3 3 3 G= G0e - 0143D
r = - 0198
萝卜
Raphanus sativus .
10010 ±110 8312 ±817 7814 ±715 6415 ±514 6217 ±412 5715 ±419 4316 ±613 G= G0e - 0119D
r = - 0198
绿豆
Phaseolus radiatus
10010 ±617 7913 ±612 4611 ±310 3411 ±411 2810 ±313 2410 ±211 2417 ±212 G= G0e - 0136D
r = - 0189
注 :落葵在 210kGy 时已基本不发芽。
Note :Basella rubra did not germinated with 210kGy treatment .
对 A 值进行排序表明 :A落葵 > A绿豆 > A萝卜 > A绿豆 ,结果与种子的超弱发光结果相一致。
种子的半致矮剂量 D50也是常用的衡量种子辐射敏感性的指标。半致矮剂量 D50是使苗高降低到对
照苗高 50 %时的剂量 ,即 : G= G0Π2 或 GΠG0 = 1Π2。根据 A 值也可从理论上求解半致矮剂量 ,将 GΠG0 = 1Π
2 代入负指数方程式 G= G0 e - AD ,即可得到 D50 = 01693ΠA ,从上式中也可看出 ,A 值越大 ,D50就越小 ,其辐
射敏感性就越强。
图 2 　辐照处理对苗高与根长的影响
Fig. 2 　Irradiation effect on seedling height
and root length
图 3 　供试蔬菜种子苗高动态响应曲线
Fig. 3 　Dynamic change of seedling height with
irradiation
3 　结论与讨论
311 　本研究结果表明 ,4 种供试蔬菜种子经不同辐照剂量处理后均不同程度地提高了生物超弱发光的
强度 ,且剂量越大发光强度就越高 ;4 种蔬菜种子的剂量Π发光强度动态响应趋势相同 ,其动态响应曲线
接近于指数曲线方程 :F = F0 eKD ,与前人的研究结果相似。在相同的处理后 ,各种子 K值的大小有所不
同 : K落葵 > K绿豆 > K萝卜 > K生菜 ,差异显著性测验表明 , K落葵 、K绿豆和 K萝卜 、K生菜之间达到了显著水平 ,其中
落葵与其它 3 种种子的差异达到了极显著的水平。
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辐照种子的幼苗抑制程度是描述种子辐射生物学效应的常用指标之一 ,辐照后各处理种子的芽高、
根长等均受到了不同程度的抑制 ,辐照剂量越高 ,抑制程度就越显著其动态响应曲线符合负指数方程 :
G= G0 e - BD ,B 值越大 ,种苗受抑制的程度就越大 ,对辐射的敏感性就越强。
比较几种蔬菜种子的生物发光强度的动态变化与辐射敏感性的差异 ,两者具有很好的一致性 ,即 :
种子的辐射敏感性越强 ,其经辐射后的生物发光强度幅度的变化就越大。说明了测试种子辐射诱导生
物发光的方法可作为鉴别不同蔬菜种子辐射敏感性的方法 ,而且具有灵敏、快速和能无损检测等方面的
优点。
312 　陈有君等[8 ]曾报道苜蓿、小麦等种子在经 2040Gy 的γ射线处理后 ,一段时间内种子的辐射诱导发
光的动态变化 ,随着时间的延长 ,种子的发光强度及发光强度的衰减速度逐渐降低 ,发光强度的衰减规
律接近二级动力学反应规律 ;每粒种子吸收单位剂量辐射所产生的诱导发光强度与幼苗的相对苗高之
间具有显著的相关关系。与陈有君等的研究相比 ,种子的剂量Π发光强度响应更能动态地反映出种子的
辐射敏感性 ,而且测试周期较短。
313 　本试验仅对 4 种蔬菜种子在不同剂量γ射线处理后种子的生物发光强度的动态变化与辐射敏感
性的差异方面进行了初步的研究 ,有关蔬菜种子的灭菌效果以及最适宜的辐照剂量方面尚有待于进一
步深入研究。
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