植物的超弱发光(1996年)资源-CSDN文库

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第

卷第

期

1996

年

月

量量凿凿凿‘

带综合述评峰

，.串串串嚼事~

北京林业大学掌握

JOURNAL

BEIJING

FORESTRY

UNIVERSITY

植物的超弱发光养

Vol.18.

No.2

Apr. •

1996

王华芳

尹伟伦郑彩霞梁海英

(北京林业大学同位素技术研究室

100083)

北京林业大学森林资源与环境学院

100083)

路永斌

卫蓉

〈林业部人事教育司，北京

100713)

(云南省林业厅.昆明

650000)

摘要该文评选植物超弱发光

(UW

L)的发现、理论基础和生物学意义，预见未来的研究趋势，提出

在正常生理条件下植物

UWL

与生理生化反应整合的证据，以及把

UWL

作为植物改良、植物代谢

和环境监测的灵敏指标的科学依据.

关键词植物超弱发光，生理代谢，能级跃迁，活性氧，环境监测，综合指标

中图分类号

Q945

植物超弱发光

CUltraweak

Luminescence.

UWL)

是指发生在植物体内的与其生命活动捐

联的超微弱光子辐射

[

口，其披长毡围是

180~800nm

，强度为

10~10'h

ν/cm

•

，量子效率为

0-14~1

0-9[2J.

UWL

对植物代谢活动和环境的反应极为敏感

[3 J

因此认为可以把

UWL

作为植物代谢对

环境反应的综合指标，指示温度、水、养分、盐基离子、重金属和大气陌染对植物代谢的影响叭

林学领域的

UWL

研究几乎刚刚起步，本文述评植物

UWL

的发现、理论基础、应用基础

和发展趋势，目的是促进

UWL

林学意义的研究.

植物

UWL

的发现

植物

UWL

的研究是从

Gurwitsch

开始的，

1923

年在著名的"有丝分裂辐射"

Cmitogenetic

radiation)

实验中，他发现

在分裂的洋葱根尖细胞能发出一种蓝白色的光即"有丝分裂辐

射"，它能触发

Ctrigger)

其他细胞的有丝分裂

['J

光电倍增管技术的发展极大地促进了

UWL

的研究

.1955

年

Colli

和

Fachini

等人首次用

光电倍增管技术探测禾谷类实生苗的

UWL

强度和光谱

['l.60

年代，

MaMeTO){OB

调查了

多种

动植物(分类上属于八个类群)的

UWL

，发现除了低等有机体一一蓝绿藻和原生动物之外，其

1995-08-29

收稿

·国家自然科学基金资助项目.林业部重点项目

北京林业大学学报

第

卷

余六个类群都能不同程度的发光，尤其是维管束植物的发光强度要比其他类群强得多，其中，

蚕豆、碗豆、菜豆、大麦为

1.8

103~2.

2 X

如

/cm

•

玉米、小麦、棉花、向日葵、黄瓜、葫芦

和惠为

8 X 1 0

2 X

如此时·的蕃茄、黑麦、芥、羽扇豆、胡萝卡、亚麻、三叶草、云杉和

落叶松等为

0.25

103~0.

3 X

加

/cm'

•

S[!].

发射光谱为

250~700mm

，其中大豆

460~

620

、蚕豆和豌豆

550

、小麦

500~700

、黄瓜

530

、南瓜根

500

、大麦根

250~380

、酵母

250-380

、

Entomo

户

hthora

旷

ulenta

真菌紫外区和

PMN570-575nm[

飞最近的文献报道几乎一切生活有

机体都有

UWL

[

3.5].

人们从

年代开始探索

UWL

机理和

UWL

对环境的反应，试图把

UWL

作为植物改

良、植物生理生他反应和环境监测的灵敏指标

[

，

植物

UWL

机理的探索

植物

UWL

机理是指植物产生

UWL

的生物化学和物理学过程.自从

1923

年

Gurwitsch

发现"有丝分裂辐射"以来，已有不少学者为此付出巨大努力，提出了不少假说，其中有的已被

人们普遍接受，有的正在经受实验的检验.

能级跃迁

在植物体内的生理生化反应过程中，处于基态的原子或原子团获得能量，其电子从基态跃

迁到激发态(这个过程称为激发).处于激发态的原子或原子团不稳定，它将释放多余的能量回

到基态(这个过程称为退激)

.释放能量的形式有热、电子、离子、光子等，其中以光子形式释放

能量的过程叫做低水平化学发光

(LCL)

，即

由此可见，能级跃迁导致

UWL

至少需要两个阶段:①原子或原子团的能量提升到足以使

其电子激发的水平;②激发态的原子或原子团释放能量产生光子

[3]

能量

(E)

和光子

ν)

之间

的关系为:

E=h

=c/)..

其中

为普朗克常数

(6.626

叮.

s=4.135X10-

eV).ν

为光子频率，

为光子波长

为光速

10'm!s).

由于生物体内的能量传递包括

一

系列化学和物理学过程，化学反应引起原子或原子团激

发的效率分别为

10-

和

10-

-10-'

，甚至更低.因此，生物体内的能量传递不完全产生光子辐

射，根据已报道的

UWL

搜长(l

80~800nm)

计算，能级跃迁释放的能量至少为1.

55eV

以上才

能产生一个光子.大豆、小麦、黄瓜、大麦根和毛白杨叶片能级跃迁释放的能量分别是

2.0~

2.7

, 1.

77~

2.48

2.34

27~4.

和

67~2.

62eV.

白蜡、银杏、胡桃、毛白杨等叶片的

UWL

强度为

100~350cpm/cm2[6].

至今尚未见到植物

UWL

强度超过

cpm/cm'

的报道，这

种发光强度只相当于在几英里之外燃烧着的一支蜡烛的光亮[.]

能级跃迁机制可以解释许多生物体内的

UWL

事件，已经被人们普遍接受.其他机理都是

能级跃迁机制的完善和补充.

2.2

洁性氧"机制问

如图

所示，自由基反应[包括不饱和脂肪酸和其他活性化合物

H)]导致产生两类化合

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