生物系统超微弱光子辐射

生物系统的超弱光子辐射最新研究动态学院：医学技术与工程学院专业班级：生物医学工程1203班学号：121417010305 生物系统的超弱光子辐射最新研究动态摘要：生命系统的超弱光子辐射(ultraweakPhotonemissionfromlivingsystems,简称PE)，是自然界普遍存在的现象。大量实验表明,PE是一种极其微弱的准连续的光子辐射，强度为几个到几千个光子/秒·厘米，光谱分布从红外到紫外,而且具有高度的相干性‘(相干时间至少有几分钟的量级)。PE作为生命体的一个控制环,控制着整个细胞的新陈代谢,支配着细胞内和细胞间的信息传递和功能调节。而PE也作为一种极其灵敏的指示器,在医学、药理学、农业、环境科学、地震预报等领域具有广泛的应用前景。本文主要介绍了生物系统超微光子辐射的一些最新研究动态，其中包括：NaN_3对玉米萌发过程中超弱光子辐射的影响、利用生物系统超弱光子辐射研究电场对小麦种子的影响、生物超弱光子辐射在禽蛋新鲜度评价中的应用等研究应用。关键词：超弱光子；辐射；温度；细胞；种子萌发；呼吸抑制剂；细胞代谢；无损检测；电场；引言生物系统超弱光子辐射从1923年苏联科学家做的第一个实验到现在，已将快一个世纪的时间了，下面是之前科学家们的研究成果：1.除了极少数低级生物外例如某些原生物和藻类，所有被测动、植物样品都产生PE,强度从几个到几千个光子/秒·厘米，而且生物等级越高,辐射强度越大。2.PE的光谱范围从红外到紫外呈准连续谱,辐射波长最短为200nm，而且随着生物等级的升高,辐射波长范围发生一定的红移。3.外界因素对PE的强度影响很大。4.细胞在形态分裂前辐射强度变大。5.细胞死亡时(与其死亡原因无关，不管是中毒死，还是研磨死,热死,冻死）辐射强度先是急剧上升,然后按照准指数关系衰减,衰减常数的量级为几分钟至几小时 6.PE是生物体固有的一种功能(如同细胞呼吸,细胞新陈代谢一样)。7.癌细胞与正常细胞的PE相差很大。8.DNA是PE的辐射源之一。由光或代谢过程激发的DNA分子的碱基所形成的激发体具有良好的激光物质的特性。9.PE是一个典型的非线性效应。一个典型的例子是，切割成块的种子比完整的种子的PE大2~3倍。10.对PE进行光子统计测量的结果表明,这种光辐射具有高度相干性。而本文在以上研究的基础上进一步介绍现在生物当今生物系统超微光子辐射的研究。一、NaN3对玉米萌发过程中超弱光子辐射的影响2015年4月，西安理工大学理学院应用物理系做了一个关于NaN3对玉米萌发过程中超弱光子辐射影响的实验。他们为了解读植物种子萌发过程中超弱光子辐射信息的生物学意义，采用呼吸抑制剂NaN3处理萌发玉米种子，跟踪测量和分析了玉米种子萌发过程中超弱光子辐射中自发光子辐射和外界光诱导的延迟光子辐射的变化规律，同时研究了萌发玉米种子鲜质量的变化。结果发现NaN3同步抑制了萌发玉米自发光子辐射和鲜质量的增长，造成萌发玉米延迟光子辐射的初始光子数和延迟光子辐射积分强度大幅度降低，相干时间减小。机理分析表明NaN3对呼吸代谢电子传递链的抑制造成的自由基反应减弱是萌发玉米自发光子辐射减小的原因，自发光子辐射强度可以作为玉米萌发状态的信号，延迟光子辐射动力学参数的大小可以表征萌发玉米呼吸代谢的强弱，相干时间是种子细胞组织序性的量度，通过对萌发种子超弱光子辐射的采集和分析可以实现对萌发种子细胞代谢和功能状态变化的灵敏和无损检测。二、利用生物系统超弱光子辐射研究电场对小麦种子的影响内蒙古大学物理系的研究是关于利用生物系统超弱光子辐射研究电场对小麦种子影响实验。他们实验测试了小麦种子经不同强度的平行板工频交流电场处理后超弱光子辐射值的变化。给出处理小麦种子所用电场强度的参考值E=4500V /cm。然后做了一下实验：选取外形差异较小的小麦种子2160粒,分为12组,每组180粒.分别装入编号为1,2,…,36的36个闪烁杯中,一组(1,2,3),二组(4,5,6)…,12组(34,35,36)。每杯60粒种子(根据闪烁杯容积和种子大小决定)。由于超弱光子辐射受温度及光照的影响很大,因此,样品在温度18±0.5℃下闭光保存.将闪烁杯放入液闪仪30min后测处理前种子的超弱光子辐射值,单位:CPM/(60粒种子+本底)。将种子取出,按杯号保存。用不同强度的平行板工频交流电场分别处理12组种子,处理时间均为10min.将处理后的种子装入原闪烁杯.测处理后种子的超弱光子辐射值。每组三个平行实验均值为一个电场作用前后种子的超弱光子辐射值,实验重复3次取均值。最后得出的实验结果如下：1.小麦种子经不同强度的平行板工频交流电场处理后其超弱光子辐射普遍提高,说明交流电场处理小麦种子有利于促进种子的代谢活动。2.电场强度为E=4.5kV/cm时,处理后小麦种子超弱光子辐射变化最大.扣除本底发光,提高19%.在研究电场处理作物种子对幼苗生长、植株性状及产质量的影响时,其大量的工作集中在确定处理种子的最佳电场强度.根据超弱光子辐射的意义,本实验为确实最佳电场剂量提供了一个参考值。一、生物超弱光子辐射在禽蛋新鲜度评价中的应用2012年3月西安理工大学理学院做了关于生物超弱光子辐射在禽蛋新鲜度评价中应用的实验，他们研究了25℃和40℃储存温度下鸡蛋超弱光子辐射中自发发光和延迟发光的基本规律。结果表明：1.在储存过程中鸡蛋自发发光逐渐增长，高温促进了自发发光的增长，鸡蛋脂质过氧化可能是自发发光增长的原因。2.在储存过程中鸡蛋延迟发光初始光强逐渐下降，高温加剧了延迟发光初始光强的下降，鸡蛋延迟发光的动力学行为符合双曲线弛豫。3.鸡蛋状态取决于鸡蛋自身存贮的能量和耗散出去的能量的比值，由延迟发光积分强度和自发发光强度可以构建表征鸡蛋状态的状态参量。4.在25℃和40℃温度下，鸡蛋状态参量的变化与哈夫单位的变化呈现良好的线性关系，依据鸡蛋状态参量有可能对其新鲜度进行评价和分级。 一、应用超弱光子辐射评价菠菜叶片衰老方法可行性植物叶片衰老是一种程序性细胞死亡过程，它不仅受到内部基因表达的调控，还受到外部环境的影响。对植物叶片衰老机理与评价方法的研究既是植物生命科学研究的核心问题之一，也具有重大的经济效益和社会效益。目前，对植物叶片衰老机理的研究已经深入到基因水平。但是，如何无损检测和评价植物叶片衰老仍是一个没有解决的基本问题。由于叶片衰老最明显的表型是叶色变黄，这种表型反映了叶绿素降解或者叶绿体结构的变化，因而常将叶色或者叶绿素含量的变化作为衰老的评价指标。除此之外，丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、活性氧清除系统活性、激素含量、原生质膜通透性和RuBP羧化酶活性等也被用作衰老的指标。但是，植物叶片衰老是一种由复杂生理过程导致的综合表现，通过叶色判定衰老无法做到早期预警，而生理生化指标的获得需要破坏性测量，不能无损检测。由于叶片衰老并不取决于单一生理生化过程的变化，而是由代谢所决定的细胞整体状态越来越差的过程，因此，要对叶片衰老做出客观和准确评价的关键是找出能够对细胞整体状态做出评价，并能够做到无损检测的方法。近年来，已有基于红外光谱和核磁共振分析的叶片衰老无损评价方法的研究报道，这些研究的基本思路都是基于活细胞的信息采集和分析实现对叶片衰老的无损测量与评价。细胞超弱光子辐射是细胞在生命活动中发出的光辐射，这种光辐射与生理代谢、光合作用、细胞分裂等许多生命过程密切有关，是活细胞发出的一种生命信息，针对这种信息的分析和解读有可能为描述细胞状态，并对其进行无损检测提供一种新方法，从而为植物叶片细胞状态和衰老评价的研究打开一个新的门径。近年来，随着微弱光信息采集技术的进步，细胞超弱光子辐射的采集比起红外光谱和核磁共振等技术的采集要简单和方便的多，其生物学意义和物理意义也更加明确。因此，基于细胞超弱光子辐射研究和评价植物叶片细胞状态与衰老具有明显的优势。然而，有关研究报道很少。由于环境胁迫是植物衰老的主要因，H2O2能够通过跨膜运输的方式在细胞之间迅速扩散和代谢，引发级联反应，其常作为诱发衰老的信号物质，而外源H2O2溶液可以提高植物内源H2O2，影响植物氧化代谢，造成叶片衰老，因此，在植物衰 老研究中，常采用H2O2胁迫的方式诱导叶片衰老。鉴于此，西安理工大学理学院应用物理系做了关于研究植物叶片衰老评价及其无损检测方法，采用外源H2O2诱发菠菜叶片衰老，研究了H2O2胁迫下菠菜叶片细胞超弱光子辐射的变化规律及其与叶片衰老的关系。结果表明，在H2O2胁迫过程中，菠菜叶片自发光子辐射随着胁迫时间的延长而增加，外界光诱导的延迟光子辐射也表现出明显的变化。根据细胞自发光子辐射和延迟光子辐射的生物学意义，采用延迟光子辐射积分强度和自发光子辐射的比值作为描述细胞整体状态的状态参量，结果发现，在H2O2胁迫过程中，基于细胞超弱光子辐射的菠菜叶片细胞状态参量的变化与叶绿素含量的变化呈现良好的正相关，相关系数为0.91437，暗示通过细胞状态参量的变化可以推测菠菜叶片细胞的状态与衰老程度，进而实现对菠菜叶片衰老程度的无损检测，为植物叶片衰老评价提供了一种新方法。参考文献：[1]　顾樵.生物系统的超弱光子辐射[J].量子电子学,1990,5(2):97～108.[2]　王宁会,吴彦主编.静电基础及其应用技术[M].大连:大连理工大学出版社,1996.233～235.[3]　汪沛洪,吕金印.利用生物超弱发光鉴定抗旱性小麦品种初探[J].生物化学与生物物理进展,1990,17(5):399～401.[4]　王淑惠.高压静电场处理小麦种子对幼苗生长和有关化学成份的影响[J].生物化学与生物物理进展,1991,28(6):778～780.