生物超弱光子辐射的应用研究

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1、 警专套 圣薅 r 飞 f ， z 磁o P 一争z 砭晶Q - - - z e 6 8 0 Q + 办V 荧光 式中戚。和p ：。分别为处于氧化态与单线激发态的P sI I ；Q 是原初电子受体；z 是反应中 心的第一电子供体。电子重结合理论可用于解释植物叶片中超弱光子辐射的机理，但无法 解释种子萌发等过程中的超弱光子辐射。 针对上述生物超弱光子辐射机理的各种假设，笔者认为生物超弱光子辐射的来源不是 单一的，很有可能各种机理并存，或者在不同阶段有不同的机理。相信随着光电探测技术 的发展，生物超弱光子辐射机理研究会向更深层次发展，人们将能够对生物超弱光子辐射 的来源给出准确和完整的回答。 1

2、4 生物超弱光子辐射的应用 随着生物光子辐射的实验和理论研究的快速发展，在应用上出现了“生物光子分析 技术”( B i o p h o t o na n a l y t i c a lt e c h n o l o g y ，B P A T ) 。与传统的分析方法不同，B P A T 给出被 测样品由内部变化及外界环境影响所引起的生物学效应的整体信息( H o l i s t i c 西安理工大学硕士学位论文 i n f o r m a t i o n ) ，提供了一个关于生物系统基本特性的综合指标 4 4 1 这个指标的生物学含义 关联到被测样品本身的种类、状态以及外界环境的影响等。由于生物

3、光子检测技术能够反 映出生命系统的整体生长水平和内部组织的相瓦作用，具有快速、灵敏、无损及低成本等 优点乜们，因而在农业、医疗、环境监测和食品卫生等许多领域有着广泛的应用。 1 4 1 医学上的应用 超弱光子辐射在医学上最早获得应用。研究发现，血浆中的超弱光子辐射可用来探测 因电离辐射引起的生物体伤害“钉。心脏的天然匀浆中超弱光子辐射强度的变化能够用于 研究新生婴儿的心脏对氧化压力的反应机制4 们，而肿瘤患者体内的抗氧化防御系统遭受 损坏，引起脂质过氧化反应加速，从而导致体内血清的超弱光子辐射强度也越来越高，说 明超弱光子辐射可用于癌症诊断“ 。章汴生等“8 1 研究了不同肿瘤患者体内血清超弱

4、光子 辐射强度的变化状况，发现肿瘤患者比正常人的血清超弱光子辐射强度显著增高，1 0 种 不同类型的肿瘤患者，其体内超弱光子辐射水平增长2 5 - - 5 0 不等。因此，对肿瘤的诊 断可用血清超弱光子辐射强度的变化作为重要指标。 周国华等H 采用生物发光技术测定基因突变，得到了很好的效果。在法医学上超弱 光子分析技术被应用于鉴别死亡时间和推测伤口的损伤时间叫。有意思的是，P o p p 等研 制了一个专门用于人体全身测量的生物光子探测仪，该仪器提供了一个探测人体( 包括手 指、脚趾) 体表发光的新型、高灵敏度和高稳定性的测量系统。有报道指出，青壮年 的发光较强，少年和老年人的发光较弱，说明人

5、体生命活动越强，发光也越强。 在药物分析上，生物发光技术也有应用，其研究涉及药品性能及效力的分析，包括癌 症患者最佳药物的选择。根据患者血液在不同药品作用下，所呈现的生物光子信号可以为 寻找最佳治疗药品( 它使血液的光子辐射趋于正常) 提供一个灵敏可靠的途径1 2 0 。 1 4 2 农业上的应用 在农业研究上，生物超弱光子技术也得到广泛的应用，常用于研究种子活力、各种作 物耐热性、耐盐碱、抗旱性、抗寒性、抗病性以及作物代谢及生长动态等与生物超弱光子 辐射之间的关联。 李韶山等明发现，萌发过程中花生种子生物超弱光子辐射的变化和呼吸作用的急剧 上升在时间上具有同步性，表明超弱光子辐射与种子萌发过

6、程中物质和能量代谢的变化有 关。陈文利等“4 1 对新旧水稻种子吸胀初期的研究，发现两者超弱光子辐射存在明显差异， 此结果有可能作为鉴定种子新旧的方法。对水稻籽粒灌浆过程中不同时期籽粒进行超弱光 子辐射测定，发现其超弱光子辐射强度存在明显差异，检测结果有可能应用于不同品种间 水稻的鉴别、品种灌浆力强弱的筛选“钉。 在作物抗逆性研究方面，研究人员在模拟干旱条件下研究了大豆、小麦、玉米等各种 6 第一章绪论 农作物种子的萌发情况与超弱光子辐射强度的变化关系，结果发现，在蒸馏水中萌发的种 子比在模拟干旱条件下萌发的种子超弱光子辐射强度要高；抗性品种在蒸馏水中与在模拟 干旱条件下萌发时超弱光子辐射强度

7、差异不显著，抗性较弱的品种差异显著 5 6 1 。于拴仓 等5 发现耐低温性强的黄瓜种子在萌发过程中表现出较强的超弱光子辐射，并认为超弱 光子辐射有可能成为黄瓜发芽期耐低温性鉴定、筛选的有力工具。杨起简等“8 1 通过研究 钠盐对豌豆萌发过程中超弱光子辐射的影响，指出在等渗条件下，碳酸钠盐胁迫对豌豆种 子的伤害程度高于其他盐类，且多盐比单盐存在时的毒性小。王华芳等b 蚰研究了生长在 急性和缓慢干旱处理土壤中的侧柏和大叶相思根系，发现其超弱光子辐射强度随土壤干旱 时间延长、土壤含水量和根系含水量下降而减少，得出利用根系超弱光子辐射强度可作为 反映树种抗旱性生理指标的结论。刘大森等们发现低温能够降

8、低超弱光子辐射的强度， 低温下萌动7 8 d 的玉米种子发光强度不及室温下的1 3 ，且同样的低温下，抗寒品种发 光强度显著高于不抗寒品种。 1 4 3 食品和环境检测 生物超弱光子辐射技术在食品和环境检测中也得到较广泛的应用。有研究指出，利 用生物超弱光子辐射技术检测食品酸化过程中的超弱光子辐射变化可以判断食品的变质 程度。张新华等2 1 发现苹果在成熟衰老过程中，超弱光子辐射强度变化显著，并推测 苹果贮藏过程中超弱光子辐射峰值的出现可能与乙烯跃变导致果实代谢能力的增强有关。 赵红霞等 应用超弱发光探测技术研究鸡蛋在贮藏期中的超弱光子辐射的变化情况，认 为超弱光子辐射有可能应用于鸡蛋新鲜度的

9、测定。 在环境检测方面，张月敬等“们指出生物超弱光子辐射对c E + 、C u 2 + 、Z n 2 + 、M n 2 + 、 F e 3 + 等金属离子浓度的变化很敏感，可定量进行离子浓度测定。黄海涛等“5 1 认为重金属 在水体中积累到一定的浓度就会对水体水生植物水生动物系统产生严重危害，并可能通 过食物链直接或间接地影响到人类的身体健康，而利用超弱光子辐射对金属离子浓度变化 的敏感性可以对离子浓度的变化进行监测。王成龙等“6 1 也认为，通过生物超弱光子辐射 强度变化可以监测环境污染的程度，并且效果明显、方法简单，从而为环境监测提供一种 方便、快捷的检测手段。 1 5 目前研究的不足 如

10、前所述，生物超弱光子辐射是生命系统一个重要的信息源，它与生物体的氧化代 谢、D N A 合成反应、细胞分裂和死亡、光合作用、癌变以及生长调控等等许多基本的生 命过程都有着极为密切的联系，并且对生物系统内部的微观变化及外界环境的影响高度敏 感。因此，生物超弱光子辐射在医学、农业、环境等许多领域都具有重要的应用价值。随 7 西安理工大学硕士学位论文 着超弱光子辐射检测技术的进步，生物超弱光子辐射的研究已积累了大量资料，取得了丰 硕的成果。但是，目前的研究还有很多不足，主要体现在： 机理研究f 分薄弱 关于生物超弱光子辐射的机理，许多学者根据不同的实验结果提出了各种假说，尚没 有统一的观点。机理研究

11、的不足严重制约着应用研究的开展，因此，生物超弱光子辐射的 机理研究需要进一步深入。 延迟发光采集和测量技术需要提高 迄今为止，生物超弱光子辐射的研究大多集中在超弱光子辐射中的自发发光的研究 上，而延迟发光的研究较少。由于延迟发光的强度比自发发光要强得多，而且延迟发光的 弛豫特征包含着更多的生命信息，因此，研究延迟发光的机理、基本规律及其应用具有很 重要的意义。延迟发光研究薄弱的原因在于延迟发光的测量涉及到外来激发光的精确控制 和微弱自体发光的实时测量，至今未见成熟的专用仪器。一些研究者采用白发发光的测量 仪器，通过外加激发光源来测量延迟发光“7 6 盯，使用的激发光源有激光、卤钨灯、白炽 灯、

12、荧光灯和L E D 阵列等等6 6 6 9 。7 2 1 。在这类研究中，一方面由于激发光源的不向，造 成了实验结果的混乱；另一方面，由于延迟发光强度随时间快速衰减，当样品被外置光源 辐照后再放入样品室进行测量时，会因为采集时间的误差，造成测量结果的重复性不好， 严重影响测量结果的可靠性。因此，延迟发光采集和测量技术有待于提高。 生物超弱光子辐射信息的整合研究不够 生物超弱光子辐射是生命系统一个重要的信息源，如何解读和分析这一信息所包含的 生物学意义，并由此开发其应用是生物光子学的重要任务。但是，目前的研究大多将自发 发光和延迟发光孤立开来，分别研究它们在各种环境胁迫下的行为，推测其生物学意义

13、， 而将这些信息整合起来的研究至今没有开展，限制了生物超弱光子辐射的应用潜力。因此， 需要开展超弱光子辐射信息的整合研究，以拓宽生物超弱光子辐射的应用领域。 亟待建立生物超弱光子辐射的定量分析方法 目前，关于生物超弱光子辐射的应用研究报道很多，但是，基本上处于对各种环境胁 迫下自发发光和延迟发光现象的归纳、总结和定性描述的水平。由于缺乏生物超弱光子辐 射规律的定量分析方法，制约了生物光子应用技术的发展。特别是生物延迟发光的弛豫特 征包含着许多重要的生命信息，而对于延迟发光的弛豫特征长期以来缺乏定量分析和研究 方法。因此，亟待加强生物超弱光子辐射特别是延迟发光定量分析方法的研究，以使其应 用研究

14、进入定量阶段。 1 6 本文研究内容及意义 1 6 1 研究内容 第一章绪论 一 针对目前生物超弱光子辐射研究的不足之处，本文的研究内容如下： ( 1 ) 超弱光子辐射测量系统的研究 在本项目研究中重点解决生物延迟发光测量中的激发光源光强、通断时间和信号采集 时间的控制问题，同时满足恒温性、光照均匀性、采集同步性、低噪声和可重复性等条件， 为生物延迟发光信号的采集和应用研究创造条件。 ( 2 ) 生物超弱光子辐射信息的整合研究 目前，自发发光和延迟发光的生物学意义已逐渐明确，本文将首先在分析细胞生命本 质的基础上，提出细胞状态理论；然后，通过细胞与激光器的类比，结合自发发光和延迟 发光的物理意

15、义和生物学意义，将延迟发光信息和自发发光信息整合起来，建立细胞状态 的表征和测量方法，为基于超弱光子辐射的细胞状态理论的应用奠定理论基础，也为生命 系统科学的理论探索打开了一个新的门径。 ( 3 ) 延迟发光定量分析方法的研究 如何定量分析生物延迟发光的弛豫过程是一个难点，对于不同的的生命系统其延迟发 光衰减速率是不同的n 。本文在分析生物超弱光子辐射机理的基础上，将生物延迟发光 动力学方程总结归纳，得出较为理想的延迟发光动力学方程，并通过实验证明其可靠性， 同时说明延迟发光动力学参数的生物学意义，为上述基于超弱光子辐射的细胞状态理论的 计算和分析提供方法，为其应用研究开辟道路。 ( 4 )

16、植物叶片衰老过程中超弱光子辐射的应用研究 植物叶片衰老是植物生命科学研究的核心问题之一，对衰老的研究已经深入到了基因 水平。然而，如何表证、描述和评价衰老，长期以来没有统一的方法和评价指标。由于叶 片衰老过程是细胞状态越来越差的过程，也是有序向无序的发展过程，通过对叶片衰老过 程中细胞发射出来的超弱光子辐射信息的分析，有可能找出表征和评价细胞衰老的新方 法。有鉴于此，本文以菠菜叶片为材料，将研究上述基于生物超弱光子辐射的细胞状态理 论在评价植物叶片衰老中的应用，希望能够建立基于生物超弱光子辐射的植物叶片衰老评 价和无损检测的新方法，同时也为细胞状态理论提供实验依据。选取菠菜为实验材料的原 因是菠菜叶片取材方便，是研究植物叶片衰老的理想植物，对其各项生理指标已有很多研 究，积累了大量的背景资料。 ( 5 ) 种子萌发过程中超弱光子辐射的应用研究 与叶片衰老相反，种子