常孟陽，武超，李國艷，焦瑞鋒*，吳大付

(1.安陽師范學(xué)院 軟件學(xué)院，河南 安陽 455000；2.河南科技學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

根據(jù)輻射粒子是否能引起介質(zhì)的電離，一般將輻射分為電離和非電離輻射，對于快中子輻射[1]、微波輻射[2]、60Co-γ射線輻射[3]、UV-B輻射[4]等電離輻射對生物的影響，一般認(rèn)為該種類輻射能使生物體內(nèi)各種分子發(fā)生電離和激發(fā)，導(dǎo)致 DNA分子結(jié)構(gòu)的變化，造成基因突變和染色體畸變等影響[5]。關(guān)于電離輻射對植物影響的研究發(fā)現(xiàn)，種子萌發(fā)是生長發(fā)育過程中較敏感的階段，大量輻射研究都是在植物種子萌發(fā)階段進(jìn)行的，但不同植物、不同品種的種子對輻射的敏感性不一樣，所產(chǎn)生的效應(yīng)就有差異[6]，一般來說，隨著輻射強(qiáng)度的增加，影響效應(yīng)也隨之增加[7]。電離輻射對植物的影響不僅會發(fā)生在種子酶活性、蛋白質(zhì)、DNA等內(nèi)在結(jié)構(gòu)中，還會在發(fā)芽率、發(fā)芽勢、根長等發(fā)育性狀方面體現(xiàn)出來[8-9]。

由于非電離輻射能量較小，與電離輻射相比影響強(qiáng)度要弱的多，表現(xiàn)出輻射的影響也比較難以觀察。對于無線路由器這種低能量的非電離輻射，是否會對生物產(chǎn)生顯著影響還存在較大爭議。隨著無線通信工具的日益普及，手機(jī)、無線路由器等的使用越來越多，各種非電離輻射的影響日益廣泛，非電離輻射暴露的風(fēng)險越來越大，長時間的接觸也可能會產(chǎn)生一定的生物學(xué)效應(yīng)[10-11]。施一公團(tuán)隊(duì)[12]最新研究成果表明，非電離輻射也可能會對生物產(chǎn)生顯著影響，該研究指出長時間暴露于2.4 GHz電磁輻射，會導(dǎo)致小鼠清醒時間顯著增加，表明長期處于無線環(huán)境可能潛在地導(dǎo)致睡眠結(jié)構(gòu)的改變。該研究給出了非電離輻射對生物產(chǎn)生顯著影響的確切證據(jù)，非電離輻射對生物影響的證據(jù)可能也會在植物上表現(xiàn)出來。

本研究以無線路由器作為2.4 GHz電磁輻射的輻射源，對29種植物種子進(jìn)行20 d和40 d的輻射處理，根據(jù)植物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢的變化，分析非電離輻射對植物種子萌發(fā)的影響；并從植物分類學(xué)和種子百粒重等角度分析非電離輻射與種子萌發(fā)的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年9月份至11月份在河南科技學(xué)院生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，選用29植物種子進(jìn)行試驗(yàn),本試驗(yàn)所用植物種子購買于鄭州市和新鄉(xiāng)市種子市場。

1.2 試驗(yàn)方法

將購買的每種植物種子分成3組，即對照組、輻射20 d組和輻射40 d組。實(shí)驗(yàn)開始時，將對照組放于通風(fēng)干燥處室溫下保存，輻射20 d組和輻射40 d組放置距離無線路由器20 cm內(nèi)分別進(jìn)行20 d和40 d的輻射處理。輻射源磁場強(qiáng)度為1.93 mA/m，電場強(qiáng)度為729.27 V/m，功率密度為1.48 mW/m2。將輻射處理好的種子以及對照組的種子進(jìn)行分離，每組4個重復(fù)，每個重復(fù)100 粒種子。種子發(fā)芽試驗(yàn)按照國標(biāo)《GB/T 3543.4—1995農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)芽試驗(yàn)》的方法進(jìn)行[13]，試驗(yàn)前用0.5%的高錳酸鉀溶液將種子消毒，清水催芽10 h。試驗(yàn)中所用培養(yǎng)皿用高壓滅菌鍋消毒，用紙間發(fā)芽法，置于人工氣候箱中培養(yǎng)，溫度為25℃，濕度70%[14]。從實(shí)驗(yàn)第1天開始，每天觀察記錄種子發(fā)芽數(shù)，計算種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，公式[15]如下：

發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100 %

(1)

發(fā)芽勢=(發(fā)芽高峰期種子數(shù)/供試種子數(shù))×100/%

(2)

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理和作圖用 Excel，統(tǒng)計分析使用 SPSS 18.0 軟件。

2 結(jié)果與分析

發(fā)芽率和發(fā)芽勢是表示種子活力的重要指標(biāo)，直接影響種子的萌發(fā)能力[16]，因此，本研究主要分析了輻射后這兩個指標(biāo)的變化。

2.1 對發(fā)芽率的影響

試驗(yàn)中各種子的發(fā)芽率如圖1所示。

圖1 輻射20 d和40 d出現(xiàn)顯著差異植物種子的發(fā)芽率

在29種種子中有10種種子的發(fā)芽率在輻射處理后產(chǎn)生了顯著差異，見圖1。玉米、狼尾草、芝麻、綠豆隨著輻射天數(shù)的增加發(fā)芽率呈下降趨勢，對照發(fā)芽率與輻射20 d無顯著差異，在輻射40 d時產(chǎn)生了極顯著差異；晉雜紅高粱對照發(fā)芽率與輻射40 d產(chǎn)生了顯著差異；精選紫圓茄對照和40 d輻射處理的發(fā)芽率無顯著差異,但是都顯著小于20 d 輻射處理的發(fā)芽率；小茼蒿、特大美葵在輻射處理20 d時發(fā)芽率最高，小茼蒿與輻射40 d時出現(xiàn)了顯著差異，特大美葵與輻射40 d時出現(xiàn)了極顯著差異；南瓜對照發(fā)芽率最低，輻射20 d發(fā)芽率最高，對照與輻射20 d產(chǎn)生了極顯著差異；棉花在輻射20 d時發(fā)芽率最高，與對照發(fā)芽率相比達(dá)到了0.05顯著差異水平，與輻射40 d相比達(dá)到了0.01極顯著水平，輻射20 d與輻射40 d相比達(dá)到了0.05顯著水平。

2.2 對發(fā)芽勢的影響

如圖2，有9種種子的發(fā)芽勢經(jīng)輻射處理后產(chǎn)生了明顯變化。玉米、晉雜紅高粱、綠豆隨著輻射天數(shù)的增加發(fā)芽勢呈下降趨勢，對照與輻射20 d都顯著大于輻射40 d的發(fā)芽勢；狼尾草對照發(fā)芽勢與輻射40 d達(dá)到了0.05顯著水平，與輻射20 d無顯著差異；蘇丹草在輻射40 d時發(fā)芽勢最高，與輻射20 d時出現(xiàn)了顯著差異；三紅蘿卜輻射20 d時發(fā)芽勢最低，與對照相比出現(xiàn)了顯著差異；哼哈草在輻射40d時發(fā)芽勢最高，都顯著大于對照與輻射20 d的發(fā)芽勢；南瓜在輻射20 d時發(fā)芽勢最高，與對照相比達(dá)到了0.01顯著水平；棉花在輻射20 d時發(fā)芽勢最高，顯著大于對照與輻射40 d的發(fā)芽勢。

圖2 輻射20 d和40 d出現(xiàn)顯著差異植物種子發(fā)芽勢

綜合圖1、圖2可知，小茼蒿、特大美葵、芝麻經(jīng)輻射后在發(fā)芽率上出現(xiàn)了差異性，在發(fā)芽勢上表現(xiàn)為無顯著差異；哼哈草、三紅蘿卜、蘇丹草則相反。在發(fā)芽率和發(fā)芽勢上都出現(xiàn)了顯著差異的狼尾草、晉雜紅高粱和棉花在發(fā)芽率和發(fā)芽勢上出現(xiàn)的差異顯著性不同。有16種種子無論是在發(fā)芽勢或者發(fā)芽率上均無顯著差異。

2.3 與所在科的關(guān)系

本研究在植物分類學(xué)科的尺度上，對受試的植物種子進(jìn)行分析。結(jié)合前期相關(guān)研究中的24種植物種子的結(jié)果[17]，筆者對不同科種子經(jīng)輻射處理后在發(fā)芽率和發(fā)芽勢產(chǎn)生顯著差異的比例做了統(tǒng)計，結(jié)果如表1所示。

表1 不同科種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢差異比例表

各科發(fā)芽率、發(fā)芽勢、差異總和的比例不同，說明無線路由器輻射影響可能對不同科植物種子的影響趨勢是不同的；在同一科植物種子中，發(fā)芽率和發(fā)芽勢的差異也不同，說明經(jīng)無線路由器輻射后的同一科植物種子其變化趨勢可能也是不同的，在發(fā)芽率有顯著差異時，發(fā)芽勢不一定有顯著差異。

2.4 輻射影響強(qiáng)度與百粒重

植物種子的重量可能會對其受到輻射后的生物學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生影響。在本研究中用百粒重作為種子的重量指標(biāo)，與影響強(qiáng)度做相關(guān)性分析。影響強(qiáng)度是衡量處理影響程度的重要指標(biāo)，對于不同種子受輻射影響程度的研究并沒有固定的計算公式，本研究參考生態(tài)學(xué)中化感作用強(qiáng)度的計算方法[18]，將本文中影響強(qiáng)度定義如下：

發(fā)芽率影響強(qiáng)度= abs(1-處理天數(shù)發(fā)芽率/對照發(fā)芽率)

(3)

發(fā)芽勢影響強(qiáng)度= abs(1-處理天數(shù)發(fā)芽勢/對照發(fā)芽勢)

(4)

注：式中abs表示求絕對值。

輻射影響強(qiáng)度與百粒重的相關(guān)性分析結(jié)果如表2。

表2 輻射影響強(qiáng)度與百粒重的相關(guān)性

由表2可知，在輻射20 d和40 d處理下種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響強(qiáng)度與百粒重?zé)o相關(guān)性，可能是由于樣本含量少。增大樣本后，在20 d和40 d處理下總體發(fā)芽率的影響強(qiáng)度與百粒重也無相關(guān)性，而在20 d和40 d處理下總體發(fā)芽勢中其影響強(qiáng)度與百粒重的相關(guān)性達(dá)到了0.05顯著水平，呈正相關(guān)，隨著百粒重的增加，輻射影響強(qiáng)度可能會越大。這可能是由于經(jīng)無線路由器輻射后種子生理生化及酶活性發(fā)生了一定的變化，而造成發(fā)芽勢發(fā)生改變。對于種子內(nèi)部的一些生理生化及酶活性的影響變化有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與討論

在29種種子中，有10種在發(fā)芽率上出現(xiàn)了顯著差異，9種在發(fā)芽勢上出現(xiàn)了顯著差異。不同的植物種子對輻射影響表現(xiàn)不同，小茼蒿、特大美葵、芝麻經(jīng)輻射后在發(fā)芽率上出現(xiàn)了差異性，在發(fā)芽勢上則無顯著差異；而哼哈草、三紅蘿卜、蘇丹草則相反。在發(fā)芽率和發(fā)芽勢上都出現(xiàn)顯著差異的狼尾草、晉雜紅高粱和棉花在發(fā)芽率和發(fā)芽勢上出現(xiàn)的差異顯著性也不同。有16種種子無論是在發(fā)芽勢或者發(fā)芽率上均無顯著差異?？梢缘贸觯煌参锓N子對無線路由器輻射敏感性是不同的。這與鄭紹宇等[2]的不同植物種子萌發(fā)和幼苗生長對輻射的敏感性不同的結(jié)論類似。

通過對不同科植物種子出現(xiàn)顯著差異所占比例的統(tǒng)計分析，可知不同科種子對輻射所產(chǎn)生的反應(yīng)也是不同的，這與張圣君[19]在中子和電子束輻射對作物育種影響的研究中所得出的十字花科植物比禾本科植物耐輻射的結(jié)論類似。在分析輻射影響強(qiáng)度與千粒重的相關(guān)性時可以發(fā)現(xiàn)，輻射20 d和40 d總體發(fā)芽勢與百粒重的相關(guān)性達(dá)到了0.05顯著水平，呈正相關(guān)，說明隨著百粒重的增加輻射影響強(qiáng)度可能會越大。這可能是由于種子發(fā)生生理生化變化及一些酶活性的改變，對于這些變化需進(jìn)一步分析。另有16種種子的萌發(fā)特征無改變，這有可能是輻射處理時間不足造成的，這種影響可能在短時間內(nèi)表現(xiàn)并不明顯，這與張東旭等[15]在相關(guān)研究中的結(jié)果類似。

本研究的結(jié)果可以表明非電離輻射會對植物萌發(fā)階段產(chǎn)生一定的影響，由于目前非電離輻射對植物影響的正式報道較少，本研究對于進(jìn)一步深入了解非電離輻射對植物的影響具有參考意義。不同種類植物對非電離輻射影響的應(yīng)激反應(yīng)及其機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。