He-Ne激光对小麦增强UV-B辐射损伤的修复效应及机理

【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?