无线路由器辐射对植物种子萌发的影响

常孟阳，武超，李国艳，焦瑞锋*，吴大付

(1.安阳师范学院 软件学院，河南 安阳 455000；2.河南科技学院 资源与环境学院，河南 新乡 453003)

根据辐射粒子是否能引起介质的电离，一般将辐射分为电离和非电离辐射，对于快中子辐射[1]、微波辐射[2]、60Co-γ射线辐射[3]、UV-B辐射[4]等电离辐射对生物的影响，一般认为该种类辐射能使生物体内各种分子发生电离和激发，导致 DNA分子结构的变化，造成基因突变和染色体畸变等影响[5]。关于电离辐射对植物影响的研究发现，种子萌发是生长发育过程中较敏感的阶段，大量辐射研究都是在植物种子萌发阶段进行的，但不同植物、不同品种的种子对辐射的敏感性不一样，所产生的效应就有差异[6]，一般来说，随着辐射强度的增加，影响效应也随之增加[7]。电离辐射对植物的影响不仅会发生在种子酶活性、蛋白质、DNA等内在结构中，还会在发芽率、发芽势、根长等发育性状方面体现出来[8-9]。

由于非电离辐射能量较小，与电离辐射相比影响强度要弱的多，表现出辐射的影响也比较难以观察。对于无线路由器这种低能量的非电离辐射，是否会对生物产生显著影响还存在较大争议。随着无线通信工具的日益普及，手机、无线路由器等的使用越来越多，各种非电离辐射的影响日益广泛，非电离辐射暴露的风险越来越大，长时间的接触也可能会产生一定的生物学效应[10-11]。施一公团队[12]最新研究成果表明，非电离辐射也可能会对生物产生显著影响，该研究指出长时间暴露于2.4 GHz电磁辐射，会导致小鼠清醒时间显著增加，表明长期处于无线环境可能潜在地导致睡眠结构的改变。该研究给出了非电离辐射对生物产生显著影响的确切证据，非电离辐射对生物影响的证据可能也会在植物上表现出来。

本研究以无线路由器作为2.4 GHz电磁辐射的辐射源，对29种植物种子进行20 d和40 d的辐射处理，根据植物种子的发芽率、发芽势的变化，分析非电离辐射对植物种子萌发的影响；并从植物分类学和种子百粒重等角度分析非电离辐射与种子萌发的关系。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2014年9月份至11月份在河南科技学院生态学实验室进行，选用29植物种子进行试验,本试验所用植物种子购买于郑州市和新乡市种子市场。

1.2 试验方法

将购买的每种植物种子分成3组，即对照组、辐射20 d组和辐射40 d组。实验开始时，将对照组放于通风干燥处室温下保存，辐射20 d组和辐射40 d组放置距离无线路由器20 cm内分别进行20 d和40 d的辐射处理。辐射源磁场强度为1.93 mA/m，电场强度为729.27 V/m，功率密度为1.48 mW/m2。将辐射处理好的种子以及对照组的种子进行分离，每组4个重复，每个重复100 粒种子。种子发芽试验按照国标《GB/T 3543.4—1995农作物种子检验规程发芽试验》的方法进行[13]，试验前用0.5%的高锰酸钾溶液将种子消毒，清水催芽10 h。试验中所用培养皿用高压灭菌锅消毒，用纸间发芽法，置于人工气候箱中培养，温度为25℃，湿度70%[14]。从实验第1天开始，每天观察记录种子发芽数，计算种子发芽率和发芽势，公式[15]如下：

发芽率=(发芽种子数/供试种子数)×100 %

(1)

发芽势=(发芽高峰期种子数/供试种子数)×100/%

(2)

1.3 数据处理

数据整理和作图用 Excel，统计分析使用 SPSS 18.0 软件。

2 结果与分析

发芽率和发芽势是表示种子活力的重要指标，直接影响种子的萌发能力[16]，因此，本研究主要分析了辐射后这两个指标的变化。

2.1 对发芽率的影响

试验中各种子的发芽率如图1所示。

图1 辐射20 d和40 d出现显著差异植物种子的发芽率

在29种种子中有10种种子的发芽率在辐射处理后产生了显著差异，见图1。玉米、狼尾草、芝麻、绿豆随着辐射天数的增加发芽率呈下降趋势，对照发芽率与辐射20 d无显著差异，在辐射40 d时产生了极显著差异；晋杂红高粱对照发芽率与辐射40 d产生了显著差异；精选紫圆茄对照和40 d辐射处理的发芽率无显著差异,但是都显著小于20 d 辐射处理的发芽率；小茼蒿、特大美葵在辐射处理20 d时发芽率最高，小茼蒿与辐射40 d时出现了显著差异，特大美葵与辐射40 d时出现了极显著差异；南瓜对照发芽率最低，辐射20 d发芽率最高，对照与辐射20 d产生了极显著差异；棉花在辐射20 d时发芽率最高，与对照发芽率相比达到了0.05显著差异水平，与辐射40 d相比达到了0.01极显著水平，辐射20 d与辐射40 d相比达到了0.05显著水平。

2.2 对发芽势的影响

如图2，有9种种子的发芽势经辐射处理后产生了明显变化。玉米、晋杂红高粱、绿豆随着辐射天数的增加发芽势呈下降趋势，对照与辐射20 d都显著大于辐射40 d的发芽势；狼尾草对照发芽势与辐射40 d达到了0.05显著水平，与辐射20 d无显著差异；苏丹草在辐射40 d时发芽势最高，与辐射20 d时出现了显著差异；三红萝卜辐射20 d时发芽势最低，与对照相比出现了显著差异；哼哈草在辐射40d时发芽势最高，都显著大于对照与辐射20 d的发芽势；南瓜在辐射20 d时发芽势最高，与对照相比达到了0.01显著水平；棉花在辐射20 d时发芽势最高，显著大于对照与辐射40 d的发芽势。

图2 辐射20 d和40 d出现显著差异植物种子发芽势

综合图1、图2可知，小茼蒿、特大美葵、芝麻经辐射后在发芽率上出现了差异性，在发芽势上表现为无显著差异；哼哈草、三红萝卜、苏丹草则相反。在发芽率和发芽势上都出现了显著差异的狼尾草、晋杂红高粱和棉花在发芽率和发芽势上出现的差异显著性不同。有16种种子无论是在发芽势或者发芽率上均无显著差异。

2.3 与所在科的关系

本研究在植物分类学科的尺度上，对受试的植物种子进行分析。结合前期相关研究中的24种植物种子的结果[17]，笔者对不同科种子经辐射处理后在发芽率和发芽势产生显著差异的比例做了统计，结果如表1所示。

表1 不同科种子发芽率和发芽势差异比例表

各科发芽率、发芽势、差异总和的比例不同，说明无线路由器辐射影响可能对不同科植物种子的影响趋势是不同的；在同一科植物种子中，发芽率和发芽势的差异也不同，说明经无线路由器辐射后的同一科植物种子其变化趋势可能也是不同的，在发芽率有显著差异时，发芽势不一定有显著差异。

2.4 辐射影响强度与百粒重

植物种子的重量可能会对其受到辐射后的生物学效应产生影响。在本研究中用百粒重作为种子的重量指标，与影响强度做相关性分析。影响强度是衡量处理影响程度的重要指标，对于不同种子受辐射影响程度的研究并没有固定的计算公式，本研究参考生态学中化感作用强度的计算方法[18]，将本文中影响强度定义如下：

发芽率影响强度= abs(1-处理天数发芽率/对照发芽率)

(3)

发芽势影响强度= abs(1-处理天数发芽势/对照发芽势)

(4)

注：式中abs表示求绝对值。

辐射影响强度与百粒重的相关性分析结果如表2。

表2 辐射影响强度与百粒重的相关性

由表2可知，在辐射20 d和40 d处理下种子的发芽率和发芽势的影响强度与百粒重无相关性，可能是由于样本含量少。增大样本后，在20 d和40 d处理下总体发芽率的影响强度与百粒重也无相关性，而在20 d和40 d处理下总体发芽势中其影响强度与百粒重的相关性达到了0.05显著水平，呈正相关，随着百粒重的增加，辐射影响强度可能会越大。这可能是由于经无线路由器辐射后种子生理生化及酶活性发生了一定的变化，而造成发芽势发生改变。对于种子内部的一些生理生化及酶活性的影响变化有待进一步研究。

3 结论与讨论

在29种种子中，有10种在发芽率上出现了显著差异，9种在发芽势上出现了显著差异。不同的植物种子对辐射影响表现不同，小茼蒿、特大美葵、芝麻经辐射后在发芽率上出现了差异性，在发芽势上则无显著差异；而哼哈草、三红萝卜、苏丹草则相反。在发芽率和发芽势上都出现显著差异的狼尾草、晋杂红高粱和棉花在发芽率和发芽势上出现的差异显著性也不同。有16种种子无论是在发芽势或者发芽率上均无显著差异。可以得出，不同植物种子对无线路由器辐射敏感性是不同的。这与郑绍宇等[2]的不同植物种子萌发和幼苗生长对辐射的敏感性不同的结论类似。

通过对不同科植物种子出现显著差异所占比例的统计分析，可知不同科种子对辐射所产生的反应也是不同的，这与张圣君[19]在中子和电子束辐射对作物育种影响的研究中所得出的十字花科植物比禾本科植物耐辐射的结论类似。在分析辐射影响强度与千粒重的相关性时可以发现，辐射20 d和40 d总体发芽势与百粒重的相关性达到了0.05显著水平，呈正相关，说明随着百粒重的增加辐射影响强度可能会越大。这可能是由于种子发生生理生化变化及一些酶活性的改变，对于这些变化需进一步分析。另有16种种子的萌发特征无改变，这有可能是辐射处理时间不足造成的，这种影响可能在短时间内表现并不明显，这与张东旭等[15]在相关研究中的结果类似。

本研究的结果可以表明非电离辐射会对植物萌发阶段产生一定的影响，由于目前非电离辐射对植物影响的正式报道较少，本研究对于进一步深入了解非电离辐射对植物的影响具有参考意义。不同种类植物对非电离辐射影响的应激反应及其机理还需要进一步研究。