生物超弱发光及其应用研究概述

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1、生物超弱发光及其应用研究概述关键词：生物超弱发光机理应用研究　　摘要生物超弱发光是生物物理中光生物学的重要内容之一，自1923年以来，人们已进行了大量研究。本文评述了生物超弱发光的机理、测量和理化影响因素，总结了生物超弱发光在我国农业和医学中的应用研究，并对初步展望了生物超弱发光的未来研究方向。SuperinescenceanditsAppliedResearch　　AbstractSuperinescenceistheimportantcontentofoptic-biologyinbiophysics.Scince1923,alotofresearchhasbeencarried

2、out,Thispapergeneralizedthemechansim,measurement,factorsofphysicalandchemicalinfluence,andtheappliedresearchinagricultureandmedicalscienceinchina,Moreover,theinitialprospectofthefutureorientationofsuperinescenceresearchhasalsobeenpresented.　　KeyinescenceMechanismappliedresearch　　生物超弱发光(Ultraine

3、scence)，简称超弱发光，又叫超弱光子辐射（Ultraission）、自发光（SpontaneousLuminescence）、超弱化学发光（Ultrailuminescence）[1]。超弱发光是一种低水平的化学发光，发光强度极其微弱，仅为100-103hv/(s.cm2)，量子效率也很低，约为10-14-10-9，波长范围为200-800nm[2-6]。实际上超弱发光早已为人所知，早在1923年，前苏联科学家G.Guredov[9]对90余种生物的测定发现，除蓝藻和原生动物外，所有生物都有不同程度的发光，证明了超弱发光的普遍性。Slairov曾提出过酶反应机制学说，认为它来源

4、于代谢产生的过氧化物的酶解；但现在一般认为代谢发光是不饱和脂肪酸氧化产生的过氧化自由基复合后形成的三重态过氧化物退激所致[4]n2+、Hg2+和EDTA同样也抑制超弱发光[53]，证明脂肪酸氧化是超弱发光的主要来源之一。核酸DNA和RNA的合成反应是超弱发光的另一个来源，它在绿豆种胚超弱发光中约占24%[44]。关于核酸的超弱发光，Popp等提出过DNA光子贮存假说和分化的物理模型[54，55]。Rattemeyer等根据溴化忆锭对超弱发光的影响，也初步证明了DNA是一个超弱发光源[56]。马文建等还对DNA发光特异性进行了研究[57]，结果表明在所有碱基中只有鸟嘌呤能够发光，且发光

5、强度与浓度（亦即DNA浓度）成正相线性关系。该研究还发现，鸟嘌呤衍生物发光强度因取代基不同而不同，鸟嘌呤＜鸟嘌呤核苷＜脱氧鸟嘌呤核苷＜一磷酸鸟苷＜三磷酸鸟苷＜脱氧一磷酸鸟苷＜脱氧三磷酸鸟苷；甲基化对发光有抑制作用，O6甲基化和N7甲基化鸟嘌呤核苷酸的发光强度仅为正常核苷酸的15%，毛大璋等研究了核酸代谢抑制剂对萌发绿豆超弱发光的影响[44]。他们发现，虽然蛋白合成抑制剂环已亚胺通过抑制蛋白质合成中的移位酶迅速阻断了细胞质中的全部蛋白质合成反应，但并没有对超弱发光产生影响。因此，蛋白质合成过程对超弱发光没贡献。并由此推断出，核酸代谢抑制剂放线菌素D之所以抑制超弱发光是因为它抑制了DNA

6、发光和/RDA合成。因此，DNA和/RNA合成是超弱发光的一个来源。关于物理因素引起的超弱发光，Sapezhinskii等认为，是这些环境因素作用下生物体内产生的各种自由基（尤其是过氧自由基）经过一系列反应后生成的单线态氧和激发态羟基退激发光[58]。　　2我国农业中的超弱发光应用研究　　2.1作物的超弱发光特征　　作物幼苗不同器官间超弱发光强度有差异，根（或胚根）发光最强[28，33，38，39]，因为种子萌发后细胞分裂活动主要集中在胚根的分生区[24]。于这一点，国外有类似报道，对小麦、菜豆、扁豆和玉米的研究显示，根的发光强度是茎的的10多倍[8]。但也有例外，在玉米根、芽、胚、

7、种中，芽的发光强度最大[31]。对大豆的研究显示，子叶的发光强度高于真叶[61]，究其原因，子叶是苗期养分的主要来源，而真叶才刚开始生长。作物萌发过程中，超弱发光的动脉变化呈现单峰曲线[31，32，35，58]，中期发光强度萌发比前期和后期高出2-3倍[32]，发光量在总发光量中占绝大部分[35]。但有的研究也显示萌发过程中发光强度呈双峰曲线；并认为第一峰主要与营养物质的分解代谢（主要是不饱和脂肪酸的氧化）有关，第二峰主要与有丝分裂有关，两者同行并存；但峰