He-Ne激光辐照对蒙自栽培优质稻发芽指标的影响

王晟宇，张宏伟，丁志美，田家金，张黎黎

（红河学院理学院，云南蒙自 661100）

He-Ne激光辐照对蒙自栽培优质稻发芽指标的影响

王晟宇，张宏伟，丁志美，田家金，张黎黎

（红河学院理学院，云南蒙自 661100）

论文主要研究利用不同剂量的He-Ne激光辐照蒙自地方栽培优质稻种子：如云恢290、会粳17号、明两优527、两优1259，对其发芽和生长的影响，统计种子的发芽率、发芽势、发芽指数、根长，根数，利用spss19.0软件作相关统计分析，Duncanα＜0.05水平下有统计学意义，及对种子萌发和根的性状做量子力学分析，后得到结论：He-Ne激光辐照在一定程度上可以促进稻种的萌发和幼苗生长。

He-Ne激光；优质稻；发芽指标

1 引言

本项目结合蒙自农业发展的实际，选择对蒙自优质稻进行激光诱变实验，利用He-Ne激光分别辐射20粒云恢290、会粳17号、明两优527、两优1259种子，辐照时间分别为0，15，20，25，30，35min。将辐照后的种子进行消毒处理后开始发芽实验，待种子发芽后记录发芽情况以及根芽的生长情况。最后利用所学量子力学以及相关物理知识解释实验规律。[1]研究激光辐照后引起的生物学效应，为提高其生物活性、产量提供理论基础，对探索红河州优级质稻的激光育种具有积极的先导作用，对促进农业生产具有一定理论和现实意义。

2 实验设计

实验所用激光器为氦氖激光器（功率1.2mw，波长632.8nm）。激光在传输过程中，由于大气的干扰使激光能量衰减，从而使能量密度分布发生变化，传输的距离越远，其能量衰减越厉害。[2-3]本实验采用在距离出光处100cm（据扩束镜95cm）处进行辐照。对以下参数进行测定：

种子发芽势：发芽势(Ge )=n/N×100%[4-5]（式中n为第四天累积发芽种子数，N为供试种子数）。本研究中N=60。

种子发芽率：发芽率（Gp）=n/ N ×100%（式中n为发芽种子数，N为供试种子数）。以稻种胚芽根的长度与原种子的长度相等，胚芽长度达到原种子自身长度的一半为标准。发芽率的高低可以直接反映种子的活力，通过比较实验前后发芽率的差异可以反映激光是否可以改善种子活力状况。

种子发芽指数：发芽指数Gi= ∑Gt/D t[6]（Gt为第t天的发芽数，Dt发芽日数）。记录5天内每天各处理的发芽数。

根长:把幼苗最长的根拉直,用直尺测量其根长。

3 实验结果

经发芽实验，对发芽情况以及根芽的生长情况统计如下：

各品种发芽率如表1。

表1 各品种5天的发芽率

图1 各品种发芽率（%）

各品种发芽势如表2。

表2 各品种5天的发芽势

图2 各品种发芽势（%）

各品种发芽指数如表3。

表3 各品种5天的发芽指数

图3 各品种发芽指数（%）

发芽率能反映出种子的发芽能力，还能一定程度上反映出苗率，发芽势可以表明种子活力的高低，反映种子出苗速度的快慢，发芽势高则种子活力高，出苗壮而且整齐，发芽指数反应种子的发芽速度，发芽指数高就说明该种子发芽所用的时间短,发芽速度快。[4]发芽率和发芽势能近似地反映种子生活能力的高低。[5]

以下是用spss软件经Duncan分析的结果，小写字母a、b、c表示在Duncanα＜0.05水平下的显著性差异。氦氖激光处理云恢290种子7天根长的差异显著如表4。

表4 氦氖激光处理云恢290种子7天根长的差异显著

氦氖激光处理会粳17号种子7天根长的差异显著如表5。

由表4可知，15min和35min氦氖激光处理表现出抑制作用，不利于水稻长根，20min氦氖激光辐照处理较优于其它时间下的处理。说明20min氦氖激光处理更有利于云恢290种子长根。由表5可知，氦氖激光辐照处理对会粳17号种子根长存在明显的抑制作用，不利于种子根长的生长。随着辐照剂量的变化，得到的种子数据并非单纯的线性关系，而是呈现一定的阶段性起伏，并且不同的种子起伏程度不同，总的来说，激光照射对水稻种子有较大的刺激作用，但也有一定的抑制作用，刺激作用明显高于抑制作用。

4.作用机理分析

维持DNA链系统的稳定的作用力很多是非谐振的，改用非谐振模型就较为接近DNA链的真实状态。将DNA分子的振子所处的势场，按双原子分子原子间的作用势进行处理。[7]这样的非谐振势可表示为。当无激光作用时，哈密顿量为：

在旋波近似下，DNA分子的偶极非谐振子被激光激发的相互作用势为：

其中Ω为激光频率，ωR为Rabi频率。[8]以此形成的“激光*DNA分子”相互作用系统的哈密顿总量为：

在（4.4）中，N为占有数的期望值，它反映了振子被激发的程度。Q1与非谐振子的位移期望值＜x＞有关,P1与非谐振子的动量期望值＜P＞有关：

当Ω=ωr时，（4.3）的共振解为：

由上述公式（4.4）、（4.5）可以得到，当DNA分子的非谐振子模型解释激光与种子相互作用时，其共振频率不仅与谐振子频率有关，还依赖非谐振子频率。[9]当激光频率Ω与DNA分子共振频率ωr接近时，N剧烈增加，表示振子激发剧烈。Q1作高频振荡（振动中心），随着Ω接近ωr而急剧增加，以至于使DNA分子的一些链、键断裂，使得DNA分子的结构法神异变，引发水稻幼株的突变和遗传变异。也可以导致DNA分子或者其它生物分子损伤过重，最终失去活性。

[1]张灿帮.激光与生物分子部分链键的局域作用分析及应用研究[D].昆明理工大学, 2004:3-8.

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[6]张灿邦,周凌云,等.激光与电场在滇稻育种中的微观作用机制分析比较[J].应用激光,2004,24(1):45-47.

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

[9]张中卫,陈瑞品.激光生物诱导育种及辐照参数控制的机理分析[J].合肥工业大学学报,2007,30(4):512-514.

[责任编辑刘贵阳]

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

云南省教育厅科学研究基金自筹经费项目（2013C026）

王晟宇（1978-），男，云南蒙自人，讲师，硕士，研究方向：激光生物光学研究。

张黎黎（1974-），男，云南红河人，副教授，硕士，研究方向：激光生物光学研究。