王晟宇，張宏偉，丁志美，田家金，張黎黎

（紅河學(xué)院理學(xué)院，云南蒙自 661100）

He-Ne激光輻照對蒙自栽培優(yōu)質(zhì)稻發(fā)芽指標(biāo)的影響

王晟宇，張宏偉，丁志美，田家金，張黎黎

（紅河學(xué)院理學(xué)院，云南蒙自 661100）

論文主要研究利用不同劑量的He-Ne激光輻照蒙自地方栽培優(yōu)質(zhì)稻種子：如云恢290、會粳17號、明兩優(yōu)527、兩優(yōu)1259，對其發(fā)芽和生長的影響，統(tǒng)計種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根長，根數(shù)，利用spss19.0軟件作相關(guān)統(tǒng)計分析，Duncanα＜0.05水平下有統(tǒng)計學(xué)意義，及對種子萌發(fā)和根的性狀做量子力學(xué)分析，后得到結(jié)論：He-Ne激光輻照在一定程度上可以促進(jìn)稻種的萌發(fā)和幼苗生長。

He-Ne激光；優(yōu)質(zhì)稻；發(fā)芽指標(biāo)

1 引言

本項目結(jié)合蒙自農(nóng)業(yè)發(fā)展的實際，選擇對蒙自優(yōu)質(zhì)稻進(jìn)行激光誘變實驗，利用He-Ne激光分別輻射20粒云恢290、會粳17號、明兩優(yōu)527、兩優(yōu)1259種子，輻照時間分別為0，15，20，25，30，35min。將輻照后的種子進(jìn)行消毒處理后開始發(fā)芽實驗，待種子發(fā)芽后記錄發(fā)芽情況以及根芽的生長情況。最后利用所學(xué)量子力學(xué)以及相關(guān)物理知識解釋實驗規(guī)律。[1]研究激光輻照后引起的生物學(xué)效應(yīng)，為提高其生物活性、產(chǎn)量提供理論基礎(chǔ)，對探索紅河州優(yōu)級質(zhì)稻的激光育種具有積極的先導(dǎo)作用，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有一定理論和現(xiàn)實意義。

2 實驗設(shè)計

實驗所用激光器為氦氖激光器（功率1.2mw，波長632.8nm）。激光在傳輸過程中，由于大氣的干擾使激光能量衰減，從而使能量密度分布發(fā)生變化，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，其能量衰減越厲害。[2-3]本實驗采用在距離出光處100cm（據(jù)擴(kuò)束鏡95cm）處進(jìn)行輻照。對以下參數(shù)進(jìn)行測定：

種子發(fā)芽勢：發(fā)芽勢(Ge )=n/N×100%[4-5]（式中n為第四天累積發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子數(shù)）。本研究中N=60。

種子發(fā)芽率：發(fā)芽率（Gp）=n/ N ×100%（式中n為發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子數(shù)）。以稻種胚芽根的長度與原種子的長度相等，胚芽長度達(dá)到原種子自身長度的一半為標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽率的高低可以直接反映種子的活力，通過比較實驗前后發(fā)芽率的差異可以反映激光是否可以改善種子活力狀況。

種子發(fā)芽指數(shù)：發(fā)芽指數(shù)Gi= ∑Gt/D t[6]（Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt發(fā)芽日數(shù)）。記錄5天內(nèi)每天各處理的發(fā)芽數(shù)。

根長:把幼苗最長的根拉直,用直尺測量其根長。

3 實驗結(jié)果

經(jīng)發(fā)芽實驗，對發(fā)芽情況以及根芽的生長情況統(tǒng)計如下：

各品種發(fā)芽率如表1。

表1 各品種5天的發(fā)芽率

圖1 各品種發(fā)芽率（%）

各品種發(fā)芽勢如表2。

表2 各品種5天的發(fā)芽勢

圖2 各品種發(fā)芽勢（%）

各品種發(fā)芽指數(shù)如表3。

表3 各品種5天的發(fā)芽指數(shù)

圖3 各品種發(fā)芽指數(shù)（%）

發(fā)芽率能反映出種子的發(fā)芽能力，還能一定程度上反映出苗率，發(fā)芽勢可以表明種子活力的高低，反映種子出苗速度的快慢，發(fā)芽勢高則種子活力高，出苗壯而且整齊，發(fā)芽指數(shù)反應(yīng)種子的發(fā)芽速度，發(fā)芽指數(shù)高就說明該種子發(fā)芽所用的時間短,發(fā)芽速度快。[4]發(fā)芽率和發(fā)芽勢能近似地反映種子生活能力的高低。[5]

以下是用spss軟件經(jīng)Duncan分析的結(jié)果，小寫字母a、b、c表示在Duncanα＜0.05水平下的顯著性差異。氦氖激光處理云恢290種子7天根長的差異顯著如表4。

表4 氦氖激光處理云恢290種子7天根長的差異顯著

氦氖激光處理會粳17號種子7天根長的差異顯著如表5。

由表4可知，15min和35min氦氖激光處理表現(xiàn)出抑制作用，不利于水稻長根，20min氦氖激光輻照處理較優(yōu)于其它時間下的處理。說明20min氦氖激光處理更有利于云恢290種子長根。由表5可知，氦氖激光輻照處理對會粳17號種子根長存在明顯的抑制作用，不利于種子根長的生長。隨著輻照劑量的變化，得到的種子數(shù)據(jù)并非單純的線性關(guān)系，而是呈現(xiàn)一定的階段性起伏，并且不同的種子起伏程度不同，總的來說，激光照射對水稻種子有較大的刺激作用，但也有一定的抑制作用，刺激作用明顯高于抑制作用。

4.作用機(jī)理分析

維持DNA鏈系統(tǒng)的穩(wěn)定的作用力很多是非諧振的，改用非諧振模型就較為接近DNA鏈的真實狀態(tài)。將DNA分子的振子所處的勢場，按雙原子分子原子間的作用勢進(jìn)行處理。[7]這樣的非諧振勢可表示為。當(dāng)無激光作用時，哈密頓量為：

在旋波近似下，DNA分子的偶極非諧振子被激光激發(fā)的相互作用勢為：

其中Ω為激光頻率，ωR為Rabi頻率。[8]以此形成的“激光*DNA分子”相互作用系統(tǒng)的哈密頓總量為：

在（4.4）中，N為占有數(shù)的期望值，它反映了振子被激發(fā)的程度。Q1與非諧振子的位移期望值＜x＞有關(guān),P1與非諧振子的動量期望值＜P＞有關(guān)：

當(dāng)Ω=ωr時，（4.3）的共振解為：

由上述公式（4.4）、（4.5）可以得到，當(dāng)DNA分子的非諧振子模型解釋激光與種子相互作用時，其共振頻率不僅與諧振子頻率有關(guān)，還依賴非諧振子頻率。[9]當(dāng)激光頻率Ω與DNA分子共振頻率ωr接近時，N劇烈增加，表示振子激發(fā)劇烈。Q1作高頻振蕩（振動中心），隨著Ω接近ωr而急劇增加，以至于使DNA分子的一些鏈、鍵斷裂，使得DNA分子的結(jié)構(gòu)法神異變，引發(fā)水稻幼株的突變和遺傳變異。也可以導(dǎo)致DNA分子或者其它生物分子損傷過重，最終失去活性。

[1]張燦幫.激光與生物分子部分鏈鍵的局域作用分析及應(yīng)用研究[D].昆明理工大學(xué), 2004:3-8.

[2]段錦,王光騰,景文博.激光遠(yuǎn)場能量密度分布測試系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展.2011(04):56-59.

[3]段錦,吳君,端木繁一,景文博.激光能量密度分布的測量方法[J].長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院,2009(02):159-164.

[4]李成佐,唐淑明,楊雪梅.激光-核輻射誘變小麥莖桿性狀的遺傳變異研究[J].西昌農(nóng)業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2004,18(2):42-44.

[5]張建東,陳怡平,王勛陵.CO2激光處理對大豆種子萌發(fā)及生理的影響[J].西北植物學(xué)報,2004,24(2):221-225.

[6]張燦邦,周凌云,等.激光與電場在滇稻育種中的微觀作用機(jī)制分析比較[J].應(yīng)用激光,2004,24(1):45-47.

[7]D.C.Jacobs.Tips for moving single molecules[J].Nature,2003,423:488.

[8]R.Livi etal. Heat in one dimension[J]. Nature,2003,421:322-320.

[9]張中衛(wèi),陳瑞品.激光生物誘導(dǎo)育種及輻照參數(shù)控制的機(jī)理分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,30(4):512-514.

[責(zé)任編輯劉貴陽]

Abstract:In this paper, the effects of Seed Germination and growth of cultivated rice ,for example ,YunHui290.Hui jing17.Ming Liangyou527andLiangoyu1259,in Mengzi by different doses of He-Ne laser irradiation were studied.Germination rate, germination potential , germination index, root length and root number of the seeds were collected. Date was analyzed by SPSS19.0 statistical software.Difference was statistically significant when the Duncan α value is less than 0.05. The seed germination and root characters were analyzed by Quantum mechanical .The conclusions are∶The germination and seedling growth of rice seeds can be promoted by He-Ne Laser irradiation to some extent.

Key words:He-Ne laser; High-quality rice; Germination index

Effect of He-Ne Laser Irradiation on Germination Indexes of Cultivated High Quality Rice in Mengzi

WANG Sheng-yu, ZHANG Hong-wei, DING Zhi-mei, TIAN Jia-jin, ZHANG Li-li
(Honghe university, Mengzi, Yunnan 661199, China)

Q94

A

1008-9128（2017）05-0112-03

10.13963/j.cnki.hhuxb.2017.05.030

2017-05-18

云南省教育廳科學(xué)研究基金自籌經(jīng)費項目（2013C026）

王晟宇（1978-），男，云南蒙自人，講師，碩士，研究方向：激光生物光學(xué)研究。

張黎黎（1974-），男，云南紅河人，副教授，碩士，研究方向：激光生物光學(xué)研究。