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He-Ne激光对小麦增强UV-B辐射损伤的修复效应及机理

韩榕  
【摘要】: 本文采用He-Ne激光(5mW.mm~(-2))辐照方法,对增强UV-B(10.08kJ.m~(-2).d~(-1))辐射下,小麦幼苗在生长、发育、生理、生化等方面的损伤修复效应,从个体、细胞、DNA分子等水平上进行了全面的研究和分析。主要阐明了He-Ne激光促进DNA分子损伤修复的途径、方式和机理。结果表明: (1)经增强UV-B辐射后,小麦明显表现出植株矮化、叶片卷曲、颜色加深,并产生“翘根”(胚根向上弯曲)现象。再以He-Ne激光处理后,小麦株高增加,侧根增多,“翘根”减轻,具明显的促进作用。从研究结果看,He-Ne激光辐照增强了UV-B辐射后小麦在萌发初期的淀粉酶活性、蛋白质和RNA的合成,从而促进了小麦的萌发与生长。 (2)He-Ne激光辐照后,促进了小麦种子的萌发能力。增强UV-B辐射组(B)与激光后处理组(BL)间的差异较显著(P0.05)。激光对UV-B处理后小麦幼苗发芽势、发芽率的促进作用大于生长势,说明这种促进作用在萌发早期表现的较为明显。 (3)对染色体及细胞分裂的研究结果表明,增强UV-B辐射能抑制小麦细胞的有丝分裂率,产生落后染色体、染色体桥、游离染色体、核变形等畸变。其中,落后染色体和游离染色体较普遍,分别占总畸变率的32.8%和26.6%。并在UV-B诱导的小麦根尖细胞中,首次发现染色体在有丝分裂的后期到末期,分成3束、4束和6束等异常分裂新类型。本研究将之称为体细胞染色体的“多束分裂”或“分束分裂”。它们大体分布在两极,但两极上染色体“束”数有可能不同。同一“束”上染色体的数量也不完全相等。“束”之间未见有细胞壁的形成,因而,导致“多束体”的产生。 (4)采用扫描电镜对小麦叶表面结构观察的结果表明,He-Ne激光能使UV-B辐射后小麦叶表面蜡质的分布等级降低。 (5)通过小麦幼苗丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和紫外吸收物含量及活性变化,测定了He-Ne激光在清除增强UV-B辐射导致的自由基方面的能力。He-Ne激光辐照可使UV-B辐射后小麦幼苗MDA的含量明显减少;AsA、GSH含量明显增加;SOD、CAT、POD等酶活性增加。说明He-Ne激光可通过酶促与非酶促抗氧化系统,增加小麦幼苗在生理水平对辐射损伤的修复能力。 (6)采用环丁烷嘧啶二聚体(Cyclobutyl Pyrimidine Dimers,CPDs)的特异性DNA内切酶——T4-Endo V(T4-核酸内切酶V)及琼脂糖凝胶电泳法,测定了He-Ne激光对由增强UV-B辐射引起的小麦细胞DNA中CPD切除的影响。与对照相比,5mW.mm~(-2)的He-Ne激光辐照,能降低由10.08kJ.m~(-2).d~(-1)增强UV-B辐射小麦细胞DNA中形成的ESS(DNA中酶敏感位点——endonuclease sensitivesites)含量,亦即CPDs的数量。T4-Endo V酶切造成SSB数量的减少,即DNA中的酶敏感位点(ESS)含量的降低,说明He-Ne激光辐照促进了小麦细胞对 CPDS的清除。 (7)用’H-TdR同位素标记V。麦DNA,通过种胚非按期DNA合成的变化, 研究了He-Ne激光辐照对小麦DNA修复合成的影响。结果表明,增强UV习辐 射导致DNA受损,从而诱发了细胞中非按期DNA的合成,并能通过DNA的修 复合成,部分修复损伤的DNA。单纯He-Ne激光辐照处理可使小麦种子的S期 提前,但S期的峰值与对照差别不大。He-Ne激光与UV-B复合处理可使非按期 DNA合成期提前,修复合成速率提高。 (8)利用俱化乙锭(EB)只能插人双链 DNA中,并在激发光下显色的荧 光光谱分析法,测定了He-Ne激光和增强UV-B不同处理后细胞中双链DNA (dsDNA)的含量,从而说明单链断裂的水平。在暗修复 sh时,各组 dsDNA 含量差别达到最大。其中SL组降至最低,血**A仅为0.39 p*m卜;其次为B 组①.423 fig·ml-l)和 BR组①.4:j pg·ml”\ R、L组与对照差别不大,其 dsDNA 含量变化也很小。BL组dsDNA含量的降低说明,He-Ne激光辐照明显促进了 UV-B辐射后细胞中由于对DNA损伤链修复造成大量单链DNA 的形成 (SSDNA),而使得细胞中dSDNA的含量急剧减少。 (9)由于He-Ne激光辐照能够促进损伤细胞中CPD的减少,DNA修复合 成及单链断裂数的增加,同时,与对照相比红光处理没有明显效应,因此认为: 5mW·m”‘的HC-NC激光辐照能促进损伤DNA的修复,这种修复是一种暗修复, 主要通过碱基和核苦酸切除修复来进行。 (l)通过与激光波长、功率相同的红光辐照对比研究,红光没有产生明 显的效应。因此,可排除激光的光效应,且激光的热效应和压力效应也很小。那 么,促进损伤修复的因子就是激光的磁场效应。对激光促进修复的机制分析认为: He.Ne激光通过其磁场效应作用于相应的多酶体系,从而表现出不同水平的损伤 修复效应。 激光及UV-B辐射对生物体的效应已在多种植物中得到了广泛研究。但激 光对增强UV-B辐射导致小麦在不同水平损伤的修复效应还未曾见有报道。本课 题的研究为激光在生物体上的应用开辟了一个全新的领域,填补了国内在激光和 UV-B辐射研究领域中的空白,居世界领先水平。它的研究无论在理论上,还是 在实践中都具有重要的意义?


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