（生物物理学专业论文）磁场处理对黄精组培苗影响的研究.pdf

摘要 近年来，环境因素对生物生长的影响是生物学中的一个研究热点。磁场作为环 境中的一种物理因素，对生物体的影响已成为生物物理学的重要研究内容。但由于 磁场强度、作用时间、受试对象等诸多不确定因素的存在，各国研究者在独立的研 究活动中始终未能得出一致的结论。 本文以黄精为实验材料，通过对培养基( 激素浓度和碳源) 的优化，快速增殖 黄精组培苗的根茎，确保实验材料的充足供应；通过磁场处理方法的优化，确定磁 场处理的最佳方法。以此为平台，通过不同强度和不同时间的磁场处理，观察了黄 精组培苗在磁场处理后的生长变化情况，探讨了磁场处理后黄精组培苗在外部形 态、生理生化特性、保护酶活性的动态，试图揭示磁场处理对植物诱变的机理。获 得如下实验结果： 1 设计四种不同的n a a 浓度，三种不同的碳源及碳源浓度对黄精组培苗进行 培养，发现浓度为o 1n a g l 1 的n a a 利于根茎的扩繁增殖，浓度为n a a 0 5m g l 1 的n a a 利于芽的分化增殖，碳源的浓度对组培苗的生长有一定的影响，高浓度利 于其生长，但是在碳源的种类上，组培苗间的差别不大，可以用经济的白糖代替蔗 糖作碳源。 2 设计三种处理方法对黄精组培苗进行磁场处理，发现只对组培苗进行磁场 处理的结果要优于同时处理组培苗和培养基更优于只对培养基进行处理 3 磁场处理后，在形态指标中，黄精组培茁根茎的鲜重与对照组相比有着明 显的增加，增加的趋势为先缓慢上升，再急速下降。此外磁场处理对组培苗的须根 也表现出一定的促进作用，如须根数量变多、长度变长、直径变粗。 4 磁场处理后，在生理生化指标中，叶绿素含量、可溶性糖的含量、可溶性 蛋白质的含量都有增加的趋势，只是增加的趋势各不相同。当处理时间为1 5 h ，处 理强度分别为1 2 m t 、1 7 m t 、2 7 m t 时，黄精组培苗可溶性糖、叶绿素、可溶性蛋 白质含量增加到峰值。 5 磁场处理后，细胞内相关酶的合成得到了一定的促进。黄精组培苗经磁场 处理后，由p o d 、s o d 、c a t 构成的保护酶系统的活性随处理时间、处理强度的增 加而增强，在处理时间为1 5 h ，处理强度为1 7 r o t 时，三种酶活达到一定的阙值后 又出现不同程度的下降。因为保护酶系统可以消除植物组织中产生的自由基，避免 其对植物细胞内的核酸和染色体产生危害，因此其活性的升高对植物的生长有重要 意义。 关键词：磁场处理黄精形态生理生化保护酶 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ee f f e c to f e n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nt h eg r o w t ho f b i o l o g yi so n eo f t h eh o t s p o t si nb i o l o g i c a la r e a m a g n e t i cf i e l d a sak i n do fp h y s i c a lf a c t o ro f e n v i r o n m e n t ，h a sg r e a te f f e c t0 1 1o r g a n i s m ，w h i c hh a sb e c o m ea l li m p o r t a n tc o n t e n ti n b i o p h y s i c s 1 1 1 er e s e a r c h e ri nd i f f e r e n tc o u n t r i e sh a sn o tm a d ec o n s i s t e n tc o n c l u s i o ni n i n d e p e n d e n tr e s e a r c hb e c a u s eo ft h ee x i s t e n c eo fm a n yu n c e r t a i nf a c t o r ss u c ha s m a g n e t i c a ls t r e n g t h 、a c t i o np e r i o da n dm a t e r i a l i nt h i st h e s i s ，p o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u aw a su s e da se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l ，t h e m e d i u m ( h o r m o n ec o n c e n t r a t i o n 、c a r b o ns o u r c e ) w a so p t i m i z e dt oa c c e l a r a t et h eg r o w t h o fr h i z o m eo fp o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u a ，t h e ni n s u r et h ea b o u n ds u p p l yo f m a t e d a l s ；a f l e rt h ec o n f i r m a t i o no ft h e b e s tt r e a t m e n tm e t h o d t h ep o l y g o n a t u m c y r t o n e m ah u ap l a n t l e t sw e l et r e a t e dw i t hd i f f e r e n tm a g n e t i ci n t e n s i t ya n dt i m e t h e n t h eg r o w t hc o n d i t i o no f p o l y g o n a m mc y r t o n e m ah u aw a so b s e r v e d ，t h ee x t e r i o rs h a p e 、 p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e ra n dt h ea c t i v i t yo fp r o t e c t i v ee n z y m e so f p o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u ap l a n t l e t sw e r ea l s ob e e nd i s c u s s e d t h e nt h em u t a t i o n m e c h a n i s mo f p l a n t st r e a t e dw i mm a g n e t i cf i e l dw a sa c q u i r e d t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h ep o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u ap l a n t l e t sw a sc u l t u r e du n d e rf o u rk i n d so f n a a c o n c e n t r a t i o na n dt h r e ec 诳r b o i ls o u r c e sw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h er h i z o m ar e q u i r e dl o w e rc o n c e n t r a t i o no fn a at h a nb u d 弧e m u l t i p l i c a t i o no fr o o tw a si nf a v o ro fl o w e rc o n c e n t r a t i o no fn a a ，a n dt h e m u l t i p l i c a t i o no f b u dw a si nf a v o ro f l o wc o n c e n t r a t i o no f n a a ；t h ec o n c e n t r a t i o n o fc a r b o ns o u r c e sc o u l da l s oi n f l u e n c et h eg r o w t ho fc u l t u r e ds e e d l i n g s ，h i 曲 c o n c e n t r a t i o ni sb e t t e r , b u tt h e r ew a sn od i f e r e n c ea m o n gt h ec u l t u r e ds e e d l i n g s a b o u tt h ep u r i t yo fs u g a r , s os u c r o s ec o u l db er e p l a c e db yw h i t es u g a r 嬲c a r b o n s o u r c e 2 t h ec u l t u r e dp o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u ap l a n t l e t sw a sd e v e l o p e di nm a g n e t i cf i e l d b yt h r e ew a y s 1 h er e s u l ts h o w st h a tt h eb e s tm e t h o d i so n l yt ot r e a tt h ec u l t u r e d s e e d l i n g 3 a f t e rt r e a t e dw i t hm a g n e t i cf i e l d ，t h ef r e s hw e i g h to fr h i z o m eo fc u l t u r e d p o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u ap l a n t l e t sh a v ei n c r e a s e do b v i o u s l yc o m p a r e dw i t ht h e c o n t r o lg r o u p n et r e n do f i t sd e v e l o p m e n tw a si n c r e a s i n gs l o w l yt h e nd e c r e a s i n g s h a r p l y t h et r e a t m e n tw i t hm a g n e t i cf i e l dw a sp r o p i t i o u st ot h eg r o w t ho ff i b r o u s r o o t s a f t e rt r e a t i n gt h en n m b e r 、l e n g t ha n dd i a m e t e ro f f i b r o u sr o o t sa l li n s e a s e d 4 t h et r e a t m e n to fm a g n e t i cf i e l do nt h ec u l t u r e dp o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u a p l a n t l e t sc o u l di n c r e a s et h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l l 、s o l u b l ep r o t e i na n ds o l u b l e s u g a r a n dt h o s ep a r a m e t e r si n c r e a s e dt ot h eh i g h e s tl e v e l 谢t l la 1 11 5h o u r s 1 2 m t 、 1 7 m t 、2 7 m ti ne a c hg r o u p 5 t h ee f f e c to fm a g n e t i ct r e a t m e n to nt h ec u l t u r e dp o l y g o n a t u me y r t o n e m ah u a p l a n t l e t sc o u l di n c r e a s et h es y n t h e s i so fs o m ec o n c e r n e da n z y m 髓耽ea c t i v i t yo f p r o t e c t i v ea n z y m es y s t e mc o m p r i s e do fp o d 、s o d 、c a ti n c r e a s e dw i t ht h e i m p r o v e m e n to ft i m ea n di n t e n s i t yo ft r e a t m e n t t h ea c t i v i t i e so fp e r o x i d a s e ( p o d ) ， s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) a n dc a t a l a s e ( c a t ) i n c r e a s e dt ot h eh i g h e s tl e v e lw i m a 1 11 5h o u r s 1 7 m t i ne a c hg r o u p t h e nd e c r e a s e dw i t l ld i f f e r e n td e g r e e b e c a u s e t h ep r o t e c t i v ea l l z y m es y s t e mc o u l de l i m i n a t et h ef i 1 e er a d i c a l si np l a n t s ，p r o t e c tt h e n u c l d ea c i da n dc h r o m o s o m e s ot h ei n c r e a s e m e n to fi t s a c t i v i t yh a v eg r e a t s i g n i f i c a n ti nt h eg r o w t ho f p l a n t l e t s k e y w o r d s ：m a g n e t i ct r e a t m e n tp o l y g o n a t u mc y r t o n e m ah u ac o n f i g u r a t i o n p h y s i o l o g i c a a n db i o c h e m i c a lm e c h a n i s mp r o t e c t i v ee t l z y n l e s 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽农业大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：銎 釜 时间： 知。7年g 月动h 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复日j 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意安徽农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：墨笠 时间： z 0 0 7年6 月面日 第一导师签名骢时间：年月日 1 文献综述 1 1 环境与植物生长的关系 1 1 1 环境因子对植物生长的影响 由于环境物理因素对生物生长有着不可忽视的影响，因此，吸引着众多学者对 其进行研耕m 】。植物和环境之间的关系是非常密切统一的。在某一地区特定生态因 素的长期影响下，植物会形成适应于该环境的形态特征、生理生化特性等，由此体 现出植物的高度适应性。 植物的生长环境基本上是开放的，而且植物与动物相比因为不具有自身的能动 性，因此不可避免的要受到自然界中诸多环境因子的影响，如风吹、雨打、触摸、 高温、电磁辐射等【6 1 。人们曾发现由于风力而引起的周期性振动会对植物的形态发 生有明显的影响【7 1 。在环境因子的作用下，植物生长过程中的许多生理生化指标都 会发生变化。夏丽华【8 】通过研究发现，番茄种子在经过磁场处理后，其种子活力明 显提高，并且根据种子活力及苗期长势初步确定出该种子的最佳处理磁场的磁感应 强度为3 0 0 m t ，最佳处理时间为1 0 m i n 。同样，杨体耐9 j 用不同电场强度处理油葵 种子，发现其抗旱能力有了明显的提高。环境因子对植物细胞内形态结构也有重要 的影响。叶绿体是对水分胁迫最为敏感的细胞器之一。陈京【l0 】等人研究发现在水分 胁迫下，叶绿体的形态和结构随着胁迫强度的不同而发生不同的变化，导致光合能 力下降。此外，在环境因子的作用下，植物生长过程中的一些同工酶的活性及表达 会产生一定的变化。习岗【1 1 】等人研究了磁场作用对植物生长的影响，结果发现由 p o d 、s o d 、c a t 构成的保护酶系统的活性增强。许多研究表明，植物在遭受环境 因子的作用后，其细胞结构会发生变化【1 2 。13 1 ，磁场、辐射等物理刺激均能引起细胞 分裂的异常，导致染色体的各种畸变【悼1 6 1 ，而这些染色体畸变对植物的生长发育乃 至遗传特性可能产生重大的影响。 1 1 2 环境应力的作用机理 早期，人们单纯从光照、温度、水分、矿物质养分、有机养分等来研究植物的 应力效应，而随着研究的不断深入，人们发现除这几种因素外，外界的许多自然的 和人为的因素都会对植物造成影响，都是植物的应力源。于是，人们把所有这些应 力源作了一个划分，提出了环境应力的概念。环境应力是指一切自然的或人为施加 于植物的应力，它包括自然和人为两大应力源。 l i c h t e n t h a l 一1 7 1 把应力区分为积极应力和消极应力，他在研究中发现，“适度的 ( 一般是轻微的) 应力可以促进细胞的同化作用，促进植物的生理活动，并且即使 在长时间的作用下也不会产生任何破坏性的影响，这种适度的刺激应力对植物是有 利的”。重庆大学的研究者通过研究发现，植物对应力的响应，可根据应力强度 的大小及作用时间，表现为四个阶段【1 8 】： 报警阶段：在应力作用之前，植物处于一种标准的生理状态。当植物受到应力 作用后，植物的正常生理功能就会下降。如果施加的应力强度适宜，那么植物的应 力处理机制将被激活，这样在报警阶段植物会建立新的生理标准并逐渐得到强化。 如果施加的应力强度过大，超出植物的承受能力，也就是超过植物的应力阈值，将 导致植物的严重破坏甚至死亡。 抵抗阶段：继续施加应力使其超过植物承受能力，植物处于应力抵抗阶段，在 这一阶段，植物一般表现出一种较稳定的生理状态。 疲劳状态：持久施加应力，植物呈疲劳状态，表现为生理功能和生命力进一步 丧失，如果进一步施加应力，可能导致植物细胞的严重破坏或细胞死亡。 再生阶段：当应力源在植物呈现疲劳状态时，被及时消除，植物得到修复，有 可能达到一种更好更高的生理标准，具体表现为植物抗逆能力的进一步强化。 因此，从植物应力响应的四个阶段可以看出，应力对植物的作用有两方面的影 响。如果我们控制好外界应力对植物的作用时间和强度，就可以利用环境应力促进 植物的生长发育。 运用人工创建的植物生态环境，改变作用于植物的环境应力，强化植物的生理 机能，优化植物的种性，可以提高植物的抗逆性，使植物的适应能力更强：可以提 高植物的产量，使植物的经济价值更高；可以提高种苗的繁殖系数，加快种苗的生 长速度；可以克服一些通过传统的植物组织培养技术无法培养成功的植物品种。 1 2 磁场处理技术的概述 近年来随着科技的迅猛发展，电磁生物学这门边缘学科也不断得到扩展和深 化，电磁辐射对生物生长、发育、分化、遗传的影响已经成为人们研究的热点。但 由于磁场强度、作用时间、受试对象等诸多不确定因素的存在，各国研究者在独立 的研究活动中始终未能得出一致的结论。生物磁学是研究物质磁性、磁场与生物特 性和生命活动之间相互联系相互影响的一门新兴边缘学科。将各种磁学方法和技术 应用于生命科学和生物技术中，形成生物磁技术。 1 2 1 磁场处理技术的分类 在应用生物磁学中，所使用的外磁场主要有恒定磁场、脉冲旋转磁场、电磁场、 核磁共振以及磁化水等。磁处理大致可分三类，第一类是应用磁场直接处理生物体， 即把不同的生物直接置于不同强度的磁场中处理一定时间，或是直接检测各项指 标，或是一段时间后再检测；第二类利用水以一定的流速通过磁场切割磁力线，获 得磁场处理水，用磁场处理水提供生物用以生长、代谢，一段时间后再检测生物体 2 各项指标；第三类是用磁化水和磁场复合先后进行处理，或是使用磁性肥料和磁性 粒子处理。磁化处理参数主要有恒定磁场的感应强度大小、作用时间的长短、交变 磁场的变化频率与作用时间、磁化水过程中的磁场强度、水切割磁场次数以及水的 流程等。磁场处理的参数因不同的生物体而异，磁场在很宽的范围内( 1 0 1 0 4 g s ) 均可对生物产生影响，这些影响包括临界磁场效应、磁场累积效应、磁致滞后效应、 磁致发育效应以及磁场影响生物体内的磁水效应等。在本实验中主要是采取第一类 处理方法。 1 2 3 磁场处理技术在国内外的应用 磁场处理促进作物种子萌发与生长是生物磁学效应最基本、最主要的外观表现 之一。国内外许多研究证明，磁场直接处理农作物种子，可提高农作物种子的发芽 率、发芽势，并有利于种子生根等。磁处理技术已成功应用于农业、医药等许多领 域 1 9 - 2 0 j 。上世纪八十年代前苏联科学家曾针对磁场对某些藻类生长的影响进行了一 些研究【2 ”。杨林楠等人用2 5 0 0 高斯( g s ) 恒定磁场处理小麦种子8 r a i n 后，其种子的 发芽率提高2 1 1 ，幼苗叶绿素含量提高2 3 0 0u g g - 1 f w ，可溶性蛋白含量提高6 0 7 m g 9 1 f w ，s o d 活性提高2 3 0 0 u g g - 1 f w l 5 m i n ，c a t 活性提高8 7 4h e 0 2 m g g - i m i n ，对p 3 2 的吸收提高了1 8 2 c p m ，地上地下的鲜重和干重均比对照提高许 多，差异达显著水平【2 2 1 。机械电子工业部第3 3 研究所采用磁场处理技术，以大白 菜、豆角、番茄为主，共试验1 4 个品种，试验示范面积达8 0 0 0 余亩，增产幅度达 1 5 左右【2 3 1 。中国科学院长春物理研究所研制的d 2 c 型多种作物种子磁处理机， 用于农作物上，几年来累计推广面积达1 0 0 万亩，增产粮豆1 0 0 0 多万公斤【2 ，取 得了明显的经济效益和社会效益。 根据几种主要农作物种子的磁生物学效应统计，应用5 0 0 0 g s 磁场处理水稻， 发芽势和发芽率分别增加1 4 8 5 ，小麦为9 2 1 0 。用6 7 0 4 0 0 0 g s 磁场处理，水 稻平均发芽势和平均发芽率提高6 3 2 1 、玉米8 6 8 5 、蚕豆3 0 2 3 、黑麦2 1 1 0 。 目前国内已对水稻、小麦、大豆、玉米、番茄、绿豆、豌豆、花生、紫云英、甜椒、 烟草，向日葵、胡萝卜等种子进行过试验，均证实了磁场对这些农作物种子的生物 学正效应，并在一定范围内进行推广并应用于生产。最近人们在一定的磁场强度 ( 1 0 0 0 4 0 0 0 g s ) 下培养螺旋藻，结果不仅使螺旋藻生长速度加快，干物质积累增多， 含糖量提高，而且培养液中对藻类生长所必需的n - n 0 3 啥量明显增加，对藻类生长 有害的n n h 4 + 含量基本不变【2 5 1 。在食品加工中，常温常压下应用强电磁场进行杀 菌，当电磁场强度达1 07 g sk v m s 时，每小时处理3 5 吨啤酒或其它饮料，杀菌可 达10 0 ，细菌总数、大肠杆菌数、酵母菌均为0 ，即保持产品的原色、原味以及各 种营养成分，卫生指标均达国家规定标准 2 6 1 。厦门大学林沁英等利用酶分离技术将 中华猕猴桃离体蛋白酶( 活性酶) 置于恒定磁场中处理后，立即进行酶活力测定， 结果表明，经低磁场处理过的酶在4 c 放置的过程中比天然酶稳定【2 ”。西北农业大 学薛毓华等用磁场、磁处理水处理番茄、小麦种子，发现磁处理对植物早期幼苗发 育过程中a t p 、d n a 和总核酸含量均有不同程度的提高】。习岗等通过实验表明， 外磁场可使小麦过氧化物酶( p o d ) 酶促反应体系的时间进程加快，反应速度提高 【2 9 1 。 1 2 4 磁场处理技术的作用机理 关于电磁场( 电场、磁场、磁处理水、t d p 等) 在农业中应用产生的生物效应 和对水作用的机理的理论研究( 定性、定量) 还处于探讨阶段【3 0 - 3 2 。尽管目前已提 出了多种理论和假说( 模型) ，但都还不能较全面地解释各种电磁生物效应和电磁 场处理水效应现象。这些均需要进一步深入研究和通过实验证实。 电磁场处理能促进种子萌发与促进作物生长、增产等是一个非常复杂的过程， 对其作用机理，国内外还没有统一定论。我国的研究者们从不同方面( 生物体不同 层次包括个体、细胞及分子水平) 对诱变机制进行了实验探索，研究表明：电磁场 作用可引起种子萌发过程中脱氢酶、过氧化物酶、同工酶等酶系活性的增强，诱导 膜电位增大，a t p 含量增加，电导率、表面张力、粘度及红外吸收光谱等均受到不 同程度的影响。据报道，磁场照射可以刺激植物根和胚轴的生长，增加细胞分裂指 数【3 3 1 ，促进种子发芽，刺激生根和提高根系活力的作用，为植物体内许多重要物质 的生物合成提供更多的中间产物【3 4 1 。用不同强度的磁场处理番茄种子，发现适宜的 磁场强度能提高种子的发芽率，也能提高酶的活性【3 5 1 。目前国内外有关低频磁场的 生物学效应许多是以单细胞作为模型，各实验室所得结果并不一致，重复性差，使 得结果很难令人信服【3 6 】，有待进行系统深入的研究。 外加磁场处理既可以促进生物体的生长，加速新陈代谢，增加核酸的总量，使 酶活性增强，也能使生物的染色体畸变、点突变，使生物生长受抑或造成死亡。磁 场对生物体的影响是非常复杂的过程，主要表现在以下几个方面f 3 7 】： ( 1 ) 磁场对d n a 的影响细胞在磁场下运动时，或静止细胞在脉冲磁场下， 可使细胞内磁通量变化，导致产生感应电流。这个电流的大小、方向、形式是导致 细胞产生各种正、负效应的主要原因。在强磁场或长时间磁场处理，它导致d n a 中的氢键变化，影响h + ( 质子) 的隧道效应，进而导致d n a 或质粒的点突变，严重 时可导致染色体畸变等，从而导致生物体形态和发育的遗传变异，或导致生物体死 亡。当生物体在适当强度的磁场条件下，磁场可激活与膜结合的环苷酸环化酶，导 致基因活化，解除了抑制和封锁状态的基因，促使信使核糖核酸( m r n a ) 合成，并 使各种酶的活性增强，核酸代谢加速，使得生物体核酸总量增加。 4 ( 2 ) 磁场对蛋白质大分子和酶活的影响在强磁场的作用下，细胞内带电粒 子的正常运动轨迹受到破坏，尤其是质量小的电子和离子，常被束缚在拉摩半径之 内，磁场越大，拉摩半径越小，从而导致细胞内的电子和离子不能正常传递，进而 影响了细胞的正常生理功能，对生物是有害的【3 8 】。而在适当强度的磁场条件下，存 在生物体内原有的蛋白质重新大量合成，特别是水解酶和氧化还原酶活性增强，使 得蛋白质含量增加，酶活性增强，生理代谢反应加速。此外一些蛋白质和酶含有过 渡族金属离子，表现为顺磁性，这些离子又处于酶的活动中心。磁场通过离子作用， 影响酶的活性中心，进而提高酶的反应速度，加速机体代谢。 ( 3 ) 磁场对细胞器的影响在适量磁场作用下，细胞内核酸代谢旺盛，若没 有大量能量供应，旺盛代谢是无法进行的。在磁场处理的细胞中，a t p 含量增高， 源子线粒体数目以及线粒体嵴明显增加，导致细胞呼吸作用增强，三羧酸循环中的 氧化反应、电子传递和能量转换加速，从而促进生物体一系列生化反应加速。此外 适量磁场的作用，导致细胞内粗糙内质网，以及植物细胞的高尔基体数量增多，加 速了细胞内蛋白质、酶、脂类物质的合成和运输，为细胞物质代谢提供了充足的物 质基础，加速了细胞的生长和分裂。而强磁场长时间处理，导致细胞内一些亚显微 结构解聚，如微管蛋白，从而影响或阻止了有丝分裂的进行，因而导致细胞生长受 抑制，甚至变形1 3 9 1 。 ( 4 ) 磁场对生物膜透性的影响：细胞膜在磁场的作用下，形成了许多自由基， 高浓度的自由基，使质膜透性增加，n a + 、k + 、c e + 等离子及h 2 0 、0 2 等更容易进 入细胞。这些物质既是细胞兴奋的基础，也是新陈代谢的必要条件，因此影响到生 物的生命活动。 总之，磁场对生物体所产生的生物学效应，绝非是按某一种方式进行的，而是 从多方位、多层次同时作用，共同影响着整个生物体的新陈代谢，表现出综合效应 的特征，其复杂的过程尚需进一步的研究。 1 3 黄精药用研究的现状 黄精的药用研究也取得了很大的进展，主要有以下几个方面： ( 1 ) 抗衰老作用 黄精和黄精多糖具有显著的抗衰老作用【柏1 。对其抗衰老作 用机理研究表明【4 l 】，黄精的抗衰老作用可能与以下几方面有关：促进蛋白质的合成、 减少细胞内代谢废物的含量、对抗自由基的损伤、促进能量生成。这些作用整体协 调起来可降低机体生理衰老从而达到抗衰延年作用【4 2 1 。 ( 2 ) 对免疫系统作用现代药理研究表明：黄精具有免疫激发和免疫促进作 用，能增强免疫功能。黄精粗多糖对正常人外周血淋巴细胞具有中度免疫激发作用； 对免疫功能低下患者的淋巴细胞有高度激发作用。黄精多糖可增强蛋白激酶活性， 5 提高心肌细胞c a m p 的水平，能明显对抗6 0 c o 射线所致小鼠外周白血细胞及血小 板总数的减少 4 2 - 4 3 】。 ( 3 ) 对心血管系统的作用黄精具有降血糖、降血脂的作用】。对心血管系 统有增强心肌收缩力、扩张冠脉、增加冠脉血流量、改善心肌营养的作用。黄精对 肾上腺素引起的家兔、小鼠等实验性高血糖动物的降血糖作用比较确定，其机理研 究表明黄精降糖是通过抑制肝糖元酶解而发挥作用的【4 5 1 。黄精能显著降低血清总胆 固醇( t c ) 、1 3 - 脂蛋白、甘油三酯( t g ) 的含量【删；黄精还具有抗动脉粥样硬化，扩张 冠脉及抗心肌缺血、改善微循环的作用。 ( 4 ) 提高和改善记忆黄芳掣47 】研究表明，黄精多糖能显著改善老龄大鼠学 习记忆及记忆再现能力，降低错误次数。给药组与阳性对照相比，能明显缩短迷宫 测试中大鼠的潜伏时间。孙隆儒等 4 8 】采用跳台法和避暗法对黄精改善学习记忆的作 用进行了研究，结果表明，黄精的乙醇提取物( p s e t o h - e x t ) 1 o w k 9 1 对东莨菪碱所 致小鼠记忆获得障碍有明显改善作用，而0 2 5 9 k 9 1 也可以使小鼠避暗错误次数明 显减少。本实验结果提示，p s e t o h e x t 可能具有改善脑缺血引起的脑代谢活动变化， 以及通过抑制脂酶过氧化m d a 的生成来降低自由基的损伤而保护脑细胞膜结构， 维持大脑的正常功能等药理作用。 ( 5 ) 抗炎、抗病原微生物黄精作为一种中药抗霉菌药物早已应用于中医临 床。实验研究表明，黄精对多种细菌和真菌均具有抑制作用【4 9 】，具有增强免疫、抗 病毒、抗真菌和抑制脂质过氧化等多种功能。对治疗大鼠免疫性关节炎的原发病灶 和继发病变有显著疗效。陈淑清掣5 0 1 用黄精煎剂对实验性结核病的豚鼠作用，无论 在感染结核菌的同时，还是感染后淋巴结肿大时再给药l g k g - ，每天1 次，治疗6 0 ( 1 均有显著的抗结核病的作用。病理检查显示，主要脏器病变较轻，肺部只发现少数结 节。此外，中药黄精价格低廉，无毒副作用、疗效好，对于脏器功能不好，而且无 力支付昂贵医药费的患者尤为适型”j 。 ( 6 ) 其它作用黄精对抗酸杆菌及致病性皮肤真菌有抑制作用，以黄精为主 治疗由皮肤真菌所致之手癣、足癣，甲癣，白癣等多种癣症，疗效显著。另外黄精 多糖具有抗辐射舻2 3 、抗肿瘤【5 3 1 的作用。还有降低主动脉内膜泡沫细胞形成、降低血 清糖化血红蛋白的含量m 】、防止脂肪肝浸润、抑制脂质过氧化等作用，并能提高 肌体免疫力、促进造血功等能 5 5 - 5 7 】。 6 2 前言 黄精( p o l y g o n a t u m s i b i r i c u m ) 始载于明医别录。为百合科( l i l i a c e a e ) 黄精属 ( p o l y g o n a t u m ) 多年生草本植物，有黄精( p o l y g o n a t u ms i b i r i c u mr e d ) ，滇黄精 ( p o l y g o n a t u mk i n g i a n u mc o i l e th e m s l ) 和多花黄精( p o l y g o n a m mc y r t o n e m ah u a ) 等。黄精属植物在全球分布很广，大约有4 0 余种【5 8 1 ，但适应性较差、生境选择性 强，其中我国黄精属植物有3 0 多种。中华人民共和国药典2 0 0 0 ) 一部规定：以百 合科植物黄精、多花黄精、滇黄精的干燥根茎入药，根据形状来分，称“大黄精”、“鸡 头黄精”、姜形黄精”。以块大、肥润、色黄白、断面透明者为优，味苦者不可入药。 李时珍【明日：“黄精为服食要药”。别名为仙人余粮”、“救命草”、“老虎姜”等，体 现其药食两用性。汉朝的神农本草经、明朝的本草纲目和清朝的青阳县 志也均有其作为药膳食补功效的记载。黄精作为一种传统名贵中药，具有宽中益 气、益肾填精、滋阴润肺，生津补脾之功效。主治肺燥干咳、体虚乏力、心悸气短、 久病津亏口干、糖尿病、高血压等病症。对治疗心血管疾病、结核病、慢性肝炎以 及在抗菌、解毒、抗疲劳、抗衰老、降血糖、降血脂、抗肿瘤等方面均有较好作用。 长期以来，由于人工栽培量较小，黄精药材来源主要以野生采集为主，黄精的 栽培技术没有引起更多的关注。随着市场对药材黄精需求量的增加和野生资源的急 剧减少，采集野生黄精不但不能满足市场需求，反而破坏了生态环境和黄精野生资 源。由此人们逐渐开始对黄精的野生变家种栽培技术、高产栽培技术等加以研究。 许多科学工作者先后做了许多开创性的工作 6 0 - 6 7 1 ，但对黄精的高产、高效、优质栽 培技术研究甚少，研究深度也不够，许多研究报告中对黄精的栽培描述多处于简单 的重复描述。黄精的繁殖可采用有性繁殖( 种子繁殖) 和无性繁殖( 根茎繁殖) 两种方 式。目前有一些关于根茎繁殖栽培方面的报道，但是对种子繁殖以及种子育苗移栽 技术未见报道。对于黄精的组织培养、细胞培养、转基因工程等生物技术以及工厂 化的无土栽培技术等更是有待于研究。由于目前对黄精种子繁殖的研究甚少，几乎 还没有成功实践应用的经验，所以栽培的方式主要以根茎无性繁殖居多。但应该引 起注意的是，长期的无性繁殖很容易引起黄精品种退化。因此可以尝试一些方法加 以预防，如采用有性繁殖进行品种复壮或杂交育种培育黄精优良品种；利用茎尖培 养黄精无病毒植株；异地调种或改变栽培季节培育黄精种苗等方法。但方法是否合 理可行，是否具有可操作性，还有待于进一步研究证实。此外，继续研究黄精种子 繁殖技术也是加快黄精优质种苗应用于生产的有效途径。目前黄精的栽培研究还处 于粗浅阶段，还有更多的研究工作要做。同时，黄精栽培和人工栽培其它中药材一 样，也将面临着物种退化和濒临灭绝的问题。在做好黄精品种资源整理和保存的同 时，利用现代生物技术是实现黄精生产的另一有效途径。如利用组织培养繁殖黄精 7 和生产黄精多糖；利用黄精细胞培养系统培养黄精多糖及其它有效成分( 组分) ；利 用基因工程生产黄精特效药物：利用工厂化栽培进行黄精生产，如黄精无土栽培技 术等。 多花黄精在我国南方的一些地区有栽培。其繁殖方式主要靠根茎的无性繁殖， 繁殖系数低，无法大量提供种源，因而扩大面积种植受到抑制。本试验在组织培养 的基础上采用不同磁场强度和不同处理时间对多花黄精组培苗进行磁处理，探索磁 处理对组织培养中的黄精根茎的生理生化过程的影响，为快速繁殖黄精优质种苗并 应用于生产摸索有效途径。同时，研究磁场对植物组培苗生长发育过程的生物学影 响，探索磁处理方法在植物组织培养快速繁殖中的应用，以及对生物体经磁处理产 生的生物学效应和机理做初步探讨。 3 材料与方法 3 1 实验材料 3 1 1 材料 多花黄精( p o l y g o n a m mc y r t o n e m ah u a ) 的根茎，采集于浙江省天台县天台山山 区( 常熟理工学院生物与食品工程系植物组培室培养) 。将幼嫩的黄精植株表面泥 土轻轻刷掉，用洗洁精溶液浸泡1 0 m i n 后洗净，在流水下冲洗o 5 - 2 h ，截取根茎部 位，置于三角瓶中，用7 0 酒精处理1 5 2 5 s ，o 2 氯化汞( 内含0 0 5 的吐温2 0 ) 消毒处理1 0 r a i n ，无菌水清洗5 次，无菌条件下接种于起始培养基i 2 m s ，外植体 培养至无菌状态后转接于m s + 6 b a 4 0 m g l 1 + n a a 0 5m g l 1 + 0 8 琼脂+ 3 蔗糖的 培养基( p n 5 8 ) 中。培养条件为：温度1 8 2 00 c ( 夜) 、2 2 2 4 c ( 昼) ，光照1 2 h d 一， 光强度1 5 0 0 i x 。培养1 0 d 后，根茎分化出丛芽，再用相同培养基进行继代培养，每 瓶接入3 个单芽根茎培养备用。本实验所选材料为继代培养的黄精组培苗。 3 1 2 主要实验仪器 微量式移液器、秒表、高压灭菌锅、分析天平、螺旋测微仪 r e 5 2 3 型旋转蒸发器上海博迅医疗设备厂 s h z - m 型循环水真空泵上海博迅医疗设备厂 常温冰箱美菱 2 0 低温冰箱日本，s a n y o - - 7 0 超低温冰箱日本，s a n y o 低温冷冻离心机美国s i g m a 公司 t d l - 6 0 b 离心机上海安亭科学仪器厂 台式离心机t d l - 5 a 上海安亭科学仪器厂 h h s 型恒温水浴锅上海博讯实业有限公司 a u p 1 1 5 0 g 1 标准型实验室纯化水机艾科浦公司 u v l 8 0 0 紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限公司 d z f 3 型恒温真空干燥箱上海福玛实验设备有限公司 磁场处理装置( 磁场处理装置是一个自制的能产生匀强磁场的马蹄形电磁铁。 在电磁铁的制作中，铁芯采用了电工专用纯铁材料，线圈采用了中1 0 m m 高强度聚 脂漆包线。整个电磁铁的匀强磁场空间能容纳最大直径中为6 0 m m ，最大可调高度 h 为1 0 0 m m 的玻璃罐头瓶。匀强磁场的磁感应强度用特斯拉计进行精确测定，并 通过调节输入电磁铁线圈的直流电流来改变。为了防止电磁铁线圈在大电流输入时 产生热量的影响，在马蹄形电磁铁上下端设置有散热器，从而确保了各个马蹄形电 磁铁的匀强磁场区的温度均控制在室温范围内。将处理对象置于不同磁感应强度的 9 匀强磁场区内处理一定时间即可。) 3 2 2 主要试剂 超氧化物歧化酶( s o d ) 测试盒( 南京建成生物工程研究所第一分所) 、过氧 化物酶( c a t a l a s ec a t ) 测定试剂盒( 南京建成生物工程研究所第一分所) 、9 5 乙 醇、三氯甲烷、正丁醇、无水乙醇、氯化钠、苯酚、葡萄糖、氢氧化钠、碳酸钡、 盐酸、醋酸、浓硫酸、蒽酮等均为国产分析纯。 3 2 实验方法 3 2 1 培养条件优化 ( 1 ) n a a 浓度对黄精组培苗的影响 以m s 为基本培养基，单因素分析后以6 - b a 为4 0 m g l 1 ，分别与n a a 0 1 m g l 1 、0 5m g l 1 、0 8m g l 1 、1 0m g l 1 四个浓度在m s 培养基中进行配比，每瓶 接种一块含有一个芽的l e n a 3 的黄精根茎，接种1 5 瓶，每瓶一块根茎，4 周后观察 不同浓度的n a a 对芽的分化、叶片及根茎鲜重的影响。 ( 2 ) 不同碳源及浓度对黄精组培苗的影响 糖类是构成生物体的重要成分，也是细胞的主要能源物质。作为碳源，除了能 为细胞提供新化合物的碳骨架、为细胞的新陈代谢提供底物与能源外，糖还用以维 持渗透压。不同种类的植物离体培养对糖浓度要求有所不同【6 8 1 。以培养基 m s + 6 b a 4 ，0 m g l + n a a 0 1m g u 1 + o 8 琼脂，分别附加1 、2 、3 浓度的蔗糖、 白糖、葡萄糖进行实验，将含有一个芽、大小约l c m 3 的黄精根茎接入培养基，接 种1 5 瓶，每瓶一块根茎，4 周后观察不同碳源各浓度对芽的分化、叶片及根茎鲜重 的影响。 ( 3 ) 不同磁场处理方法对黄精组培苗的影响 处理方法( f ) 为方法一( 将组培苗接入培养基后，对组培苗和培养基同时进 行磁场处理) ；方法二( 只对培养基进行磁场处理，然后接入组培苗) ；方法三( 只 对组培苗进行磁场处