第一篇：刺激響應(yīng)熒光材料研究進(jìn)展

刺激響應(yīng)熒光材料研究進(jìn)展

龔家亮，趙樹楊，郭星星，高峰，方近偉，吳棟書，馬春平*，李楊*

（貴州理工學(xué)院材料與冶金工程學(xué)院 貴州貴陽 550003）

[摘要]刺激響應(yīng)材料是一類根據(jù)環(huán)境變化而改變自身光物理或化學(xué)性質(zhì)的功能材料。文章綜述了刺激響應(yīng)材料中常見的力致變色材料、熱致變色材料和酸致變色材料的研究現(xiàn)狀，并闡述了刺激響應(yīng)材料在防偽墨水、信息復(fù)寫存儲、生物成像和化學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，最后展望了刺激響應(yīng)材料的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]刺激響應(yīng)；力致變色；熱致變色；酸致變色

Research Development on stimulation response fluorescent materials

Gong Jialiang, Zhao Shuyang, Guo Xingxing, Gao Feng, Fang Jinwei, Wu Dongshu, Ma Chunping*, Li Yang*(School of Materials and Metallurgical Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550003, China)

Abstract: Stimuli-responsive fluorescent materials can repeatedly switch their photophysical and photochemical properties under external stimuli.In this paper, the development of force-responsed, thermo-responsed and acid-responsed luminescent materials is summarized.The application of stimuli-responsive fluorescent materials in the fields of security inks, information-storage, biomedical imaging and biosensor is also elaborated.Finally, the development direction of stimuli-responsive fluorescent materials is prospected.Keywords: Stimulus response;Force-induced discoloration;Thermochromic;Acid-induced discoloration

自 19 世紀(jì)中期人類進(jìn)入電氣時代以來，照明材料在國民生產(chǎn)、日常生活中扮演著無可或缺的角色。在信息時代，整個社會結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以至人們的日?；顒佣家蛐畔⒓夹g(shù)的發(fā)展而發(fā)生重大的變革，而作為照明主要載體的發(fā)光材料可滿足信息的顯示和獲取等需要，在社會變革的過程中仍然起著舉足輕重的作用 [1]。根據(jù)發(fā)光物質(zhì)組分的不同，發(fā)光材料可分為無機(jī)發(fā)光材料和有機(jī)發(fā)光材料。而無機(jī)發(fā)光材料發(fā)展相對比較成熟，有機(jī)發(fā)光材料目前正處于迅速發(fā)展階段，通過對作為發(fā)光材料基礎(chǔ)的有機(jī)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計和修飾，可以根據(jù)應(yīng)用的需求改善材料的性能，甚至賦予其多樣化的功能，從而拓展其種類和應(yīng)用范圍，以滿足當(dāng)今信息時代對發(fā)光材料的需求[ 2]，有機(jī)發(fā)光材料在有機(jī)電致發(fā)光器件(organic light-emitting device, OLED)、太陽能電池、生物傳感探針、光學(xué)刻錄、光探測和激光染料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。而其中的刺激響應(yīng)有機(jī)發(fā)光材料由于其光物理和光化學(xué)性能可隨著外界環(huán)境的改變而變化 [3]，備受科研工作者們關(guān)注，本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上對刺激響應(yīng)熒光材料的種類和常見應(yīng)用做出了綜述性介紹。刺激響應(yīng)熒光材料 刺激響應(yīng)熒光材料是一類“智能”材料，其顏色和熒光發(fā)射峰位/強(qiáng)度在外部環(huán)境刺激（如熱、壓、pH、光、水、離子、有機(jī)小分子等）作用下可進(jìn)行轉(zhuǎn)換或調(diào)節(jié) [4]，刺激響應(yīng)型熒光材料具有合成簡單、響應(yīng)速度快和可重復(fù)響應(yīng)等特點(diǎn)，在熒光傳感器、記憶芯片、防偽紙、邏輯運(yùn)算、光編碼、光開關(guān)、數(shù)據(jù)存儲、安全墨水和生物成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。刺激響應(yīng)發(fā)光材料在溶液或固體狀態(tài)下應(yīng)具有較強(qiáng)的發(fā)光性能 [5]，因此設(shè)計、制備在固態(tài)或溶液狀態(tài)下具有刺激響應(yīng)性質(zhì)的熒光材料具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

1.1 力致（壓致）變色熒光材料 壓致（壓致）變色材料是在外界機(jī)械力（研磨、拉伸和沖擊等）的作用下，其發(fā)射光譜可發(fā)生明顯改變的材料。這種發(fā)射光譜的改變通常來源于材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)從結(jié)晶態(tài)到無定型態(tài)的轉(zhuǎn)變，需要該類材料具有合適的結(jié)晶性、恰當(dāng)?shù)姆肿訕O性和分子扭曲程度。部分具有壓致變色的有機(jī)發(fā)光材料暴露在水蒸氣中可使其恢復(fù)至初始顏色狀態(tài)，即對水有刺激響應(yīng)，該類材料有望應(yīng)用于濕度傳感器中。該類壓致變色響應(yīng)一般可通過調(diào)整化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)或聚集態(tài)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，前者通常是在分子水平通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，可能存在不可逆或熒光減弱的缺點(diǎn) [6]，而一般可通過加熱、研磨和溶劑熏蒸等實(shí)現(xiàn)化合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)其變色性能。

1.2 熱致變色熒光材料 熱致變色即對溫度有刺激響應(yīng)的現(xiàn)象。溫度可以改變材料的分子堆積方式，分子間作用力和部分化學(xué)鍵的斷裂等，從而產(chǎn)生獨(dú)特的光物理和光化學(xué)性能。魏瑞瑞等人 [7] 將自由旋轉(zhuǎn)的苯環(huán)作為剛性基團(tuán)引入到了二水楊醛縮肼結(jié)構(gòu)中，得到了一種具有聚集誘導(dǎo)和熱致熒光變色性質(zhì)的新型分子-二苯甲酮縮肼。受熱后苯環(huán)扭轉(zhuǎn)構(gòu)

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象變化是產(chǎn)生熱致熒光變色的主要原因，在熱退火處理下，苯環(huán)發(fā)生了較大的扭轉(zhuǎn)構(gòu)象改變使其分子在晶體中產(chǎn)生更強(qiáng)的分子間相互作用產(chǎn)生更緊密的堆積方式，從而產(chǎn)生其熒光波長的紅移；在熔融熱處理下，分子間的強(qiáng)相互作用被破壞，使分子在晶體中以較為疏松的模式堆積，從而使其熒光波長藍(lán)移。

1.3 酸致變色熒光材料 酸堿刺激熒光響應(yīng)是指熒光材料隨酸堿度(pH 值)的改變而發(fā)生顏色和熒光強(qiáng)度變化的一種現(xiàn)象。目前，大多數(shù)的酸堿刺激熒光響應(yīng)材料的分子結(jié)構(gòu)中都含有可以和酸發(fā)生作用的基團(tuán)(如氨基、吡啶基或其他含氮雜環(huán))或能和堿反應(yīng)的基團(tuán)(如酚羥基)[8]。這類熒光材料在酸堿作用下，發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，從而引起熒光光譜的變化。因此，酸堿刺激熒光響應(yīng)材料可以應(yīng)用在 pH 傳感器、酸堿開關(guān)和光電子器件等 [9]。有報道將可同時作為酸或堿的作用位點(diǎn)的 6-羥基苯并噻唑基團(tuán)與具備 AIE 以及壓致熒光變色特性的四苯乙烯基團(tuán)相結(jié)合，成功合成了一種新型的多功能化合物 TPENSOH [10] ：其在溶液狀態(tài)下可作為堿的“turn-on”型熒光開關(guān)，而在固態(tài)下又可作為外部刺激(包括 pH 氣氛、壓力、溫度以及有機(jī)溶劑)的四色轉(zhuǎn)變的熒光開關(guān)。TPENSOH 在溶液狀態(tài)下對堿響應(yīng)主要由于其酚羥基的去質(zhì)子化以及納米聚集體的形成。TPENSOH 粉末在酸刺激下經(jīng)歷了兩步結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變：首先分子結(jié)構(gòu)中的苯并噻唑基團(tuán)被質(zhì)子化，隨后溶劑分子填充到 TPENSOH·HCl 晶體結(jié)構(gòu)的通道中。其分子堆砌方式的改變最終導(dǎo)致發(fā)射熒光顏色由藍(lán)色向橘黃色轉(zhuǎn)變。刺激響應(yīng)熒光材料的作用 刺激響應(yīng)材料由于其獨(dú)特的光物理和光化學(xué)性能，在信息存儲、商標(biāo)防偽和熒光傳感等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

2.1 信息保密 信息保密是指采用一定物理、化學(xué)或者數(shù)學(xué)手段，使信息在傳輸和保存過程中得以保護(hù)。刺激響應(yīng)發(fā)光材料的信息保護(hù)可以根據(jù)實(shí)際需要使發(fā)光材料熒光增強(qiáng)、減弱、藍(lán)移和紅移等，從而達(dá)到加密和解密以保護(hù)信息的目的。

Zhu 等人 [11] 報道了一種具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性能(其在溶液中發(fā)光較弱，但在固體狀態(tài)下能發(fā)射出強(qiáng)烈熒光)的二氟硼化合物([(X)2 Ir(L2)] + PF 6-)

(見圖 1 左)，其可見光下顏色和熒光發(fā)射在機(jī)械研磨、有機(jī)溶劑蒸氣和酸堿蒸氣外界環(huán)境的刺激下發(fā)生變化，基于該化合物對酸堿的質(zhì)子化和去質(zhì)子化響應(yīng)，可用于數(shù)據(jù)的保密和解密。如圖 1 所示，在保密階段, 用 18-HCI 做密碼墨水、酒石黃做“安全紙”(因?yàn)榫剖S的亮檸檬黃色在日光和紫外光下都能掩蓋書寫的“筆跡”,并且耐酸堿)，在濾紙條上寫“NJTECH”，再將紙浸在檸檬黃水溶液中 20 秒，室溫下晾干，字跡便被檸檬黃隱藏起來，在日光和紫外燈下均無顯示，但在解密階段，將測試紙曝露在三乙胺蒸氣中 10 分鐘，字符“NJTECH”的黃色熒光便能清晰顯現(xiàn)出來，因此該質(zhì)子化-非質(zhì)子化刺激響應(yīng)熒光材料有作為數(shù)據(jù)安全保護(hù)的潛能。

圖 1 染料二氟硼化合物的結(jié)構(gòu)(左)，信息保密和解密圖片(右)。

Fig.1 The molecular structure of dye Difluoro boron compounds(left), images of information encryption and decryption(right).2.2 生物成像 生物熒光成像技術(shù)將熒光顯像技術(shù)與分子探針結(jié)合，對特定分子靶點(diǎn)和通路在組織水平、細(xì)胞和亞細(xì)胞水平進(jìn)行非侵襲性顯影，實(shí)現(xiàn)在活體狀態(tài)下可視、無損分析和監(jiān)測不同階段疾病發(fā)展 [12] 的目的。

Li 等人 [13] 報道了染料 DPTB-IMI-EGA(見圖 2)對三磷酸腺苷(Adenosine 5’-triphosphate，ATP)的刺激響應(yīng)性質(zhì)，DPTB-IMI-EGA 能在體內(nèi)和體外選擇性地識別 ATP：有 ATP 存在時體系產(chǎn)生聚集使熒光明顯增強(qiáng)，該聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)性能可用于在活細(xì)胞內(nèi)檢測 ATP 的分布。

圖 2 化合物 DPTB-IMI-EGA 的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。

Fig.2

Chemical structure formula of compound DPTB-IMI-EGA.2.3 化學(xué)傳感 熒光化學(xué)傳感器是將化學(xué)信息通過傳感器上的熒光信號基團(tuán)表達(dá)出來的裝置。熒光探針分子在傳遞信息過程中，外界的環(huán)境變化如氧化還原、電子能量傳遞、離子配位和氫的質(zhì)子化等，都能引起熒光信號的改變，從而實(shí)現(xiàn)熒光信號的“開/關(guān)”轉(zhuǎn)換 [14]。

宮鵬 Gong 等人 [15] 設(shè)計合成了兩種新的吲哚并磷雜茂化合物異構(gòu)體 2-DIPO 和 3-DIPO(見圖 3)，兩者互為同分異構(gòu)體，但是兩者的開環(huán)位置并不相同其結(jié)構(gòu)上的差異是他們的并環(huán)位置不同。由于 2-DIPO 在溶液和固態(tài)都顯示出較強(qiáng)的發(fā)光性能，且固態(tài) 2-DIPO 對酸蒸氣具有可逆的熒光刺激響應(yīng)能力，以 2-DIPO 作為發(fā)光層制備的 OLED 器件具有良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性。

圖 3 化合物 2-DIPO 和 3-DIPO 的合成路線(左)，濾紙條中 2-DIPO 在暴露于 HCI(紅色)和 NHSNH 3(藍(lán)色)蒸氣(ex365 nm)前后的熒光發(fā)射光譜。插圖：

ex365 nm 紫外光下，以含有 2-DIPO 為基礎(chǔ)的濾紙條暴露在 HCI 和NH3 蒸汽中的照片(右)。

Fig.3 Synthetic routes for compounds 2-DIPO and 3-DIPO, Fluorescence emission spectra of 2-DIPO in filter paper strip before(black)and after upon exposed to vapors of HCI(red)and NHS NH 3

(blue)in sequence(ex365 nm).Inset: Photos of filter paper strips based on 2-DIPO upon exposed with HCI and NH 3

vapors repeating under 365 light.3 發(fā)展前景 刺激響應(yīng)性熒光材料因其熒光光譜隨著對外部環(huán)境的變化而變化，被廣泛地應(yīng)用于信息保密、生物成像和熒光傳感器等，但是該類材料的研究還不是太深入且離實(shí)際應(yīng)用尚有距離，因此可以從研究其相應(yīng)機(jī)理出發(fā)，尋找性能更優(yōu)異的熒光材料，在材料制備方面，可以精簡其合成路線，試驗(yàn)的過程中其量產(chǎn)的步驟，降低成本，實(shí)現(xiàn)該類產(chǎn)率材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn) [1]陳安，劉振華.發(fā)光稀土配合物材料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)步[D].南昌大學(xué)，2017.[2]方文彥.氰基二苯乙烯類刺激響應(yīng)型熒光材料的設(shè)計、合成與性質(zhì)[D].安徽大學(xué)，2017.[3]鐘丹，湯明等.長余輝發(fā)光材料研究新進(jìn)展[D].南昌大學(xué)，2007.[4]李若涵.新型壓力—離子雙重響應(yīng)型熒光功能材料的合成與性質(zhì)研究[D].三峽大學(xué)，2015.[5]崔榮榮.基于香豆素的功能有機(jī)固體熒光材料研究[D].陜西師范大學(xué)，2018.[6]李思軍.基于 D-A 結(jié)構(gòu)具有 AIE 現(xiàn)象的力致變色分子的性質(zhì)研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.[7]魏瑞瑞.基于聚集誘導(dǎo)熒光的肼二腙類熒光探針和刺激響應(yīng)材料[D].清華大學(xué)，2013.[8]馬良偉.含四苯基乙烯單元的二噻吩乙烯光致變色熒光材料的合成及性能研究[D].華南理工大學(xué)，2018.[9]祁清凱.四苯乙烯類刺激響應(yīng)變色分子的設(shè)計合成及性能研究[D].吉林大學(xué)，2016.[10]Ma C P, Xu B J, Xie G Y, He J J, Zhou X, Peng B Y, Jiang L, Xu B, Tian W J, Chi Z G, Liu S W, Zhang Y and Xu J R.An AIE-active pH sensor with tunable and remarkable fluorescence switching based on the piezo and 帶 帶格 格式 式的: 的: 下標(biāo)帶 帶格 格式 式的: 的: 下標(biāo)

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protonation-deprotonation control[J].Chemical Communications, 2014,50, 7374-7377.[11]Zhu L, LiuAn R.AIE-active boron-difuoride complex: mulistmul-responsive fluorescence

and application in data security protection [J].Chem.Commun, 2014,50, 12951-12954.[12]季宇彬,張娜,王亞麗,張青揚(yáng),胡海宇.熱激活延遲熒光分子探針在生物成像中的研究進(jìn)展[J].中國醫(yī)藥生物技術(shù)，2018,13(06):532-538.[13] Li X, Guo x, Cao L, Xun Z, Water-soluble triaryIboron compound for ATP imaging in vivo using analyte-induced finite aggregation [J].Angew.Chem, Int Ed, 2014, 53, 7809-7813.[14]范香田.多足三唑熒光化學(xué)傳感器的合成及其陰/陽離子識別[D].南昌大學(xué)，2016.[15]宮鵬，吲哚并雜環(huán)化合物的合成、組裝、熒光傳感器及電致發(fā)光性質(zhì)研究[D].2016.

第二篇：磁刺激應(yīng)用及機(jī)理研究進(jìn)展

醫(yī)生在線國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊2001年第24卷第1期

磁刺激應(yīng)用及機(jī)理研究迚展

郭明霞‘，王學(xué)民2，王明時夕

(1，天津醫(yī)科大學(xué)，天津 300203;2.天津大學(xué)精儀學(xué)院，天津 300072)摘要：由干迚刺激技術(shù)的有效性和無創(chuàng)性，近年來該技術(shù)已被應(yīng)用干臨床治療及腦科學(xué)的研究中。本文綜述了磁刺激對各種神經(jīng)性疾病的治療作用，幵闡述其主要的作用機(jī)理。關(guān)鍵詞:磁刺激;治療;機(jī)理

中圈分類號:Q64;R454 文獻(xiàn)標(biāo)識碼;A 文童編號:1001-1110(2001)01-0023-04 Advance in the applications and mechanism studies of ma g ne tic s ti mu la ti on GU O M in g-xia;W A N G Xu e-m in, W AN G M in g-sh I(1.T ian jin M e di cal U niversity,T ianjin 300203.China;2.T ianjinU niversity,T ianjin3 00072.Chim)Abstract.Magnetics timulationi sa ne fficienta ndn oninvasivet echnique.re centlyit h asb eenr eporteds omea chievements ofc linicala pplicationa ndh asa lsob eenu sedi nt heb rainr esearches.R ecenta dvacnei nt het reatmento fv ariousn eurologicald iseasesis p resentedi nt hisa rticle.A ndt hep ossiblea ctionm echanismso fm agnetics timulationa reg iven.Key words,magnetic stimulation;therapy;mechanism 1引言

自從 198 5年Baker等人利用磁場對大腦皮層迚行了有效的磁刺激以來，國外學(xué)者就磁刺激對神經(jīng)系統(tǒng)和腦電活動的影響迚行了大量的研究工作，初步形成了一項新的經(jīng)皮磁刺激技術(shù)1，一3〕。磁刺激即利用一定強(qiáng)度的時變磁場刺激可興奮組織，從而 在組織內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場的過程。由于磁刺激的安全、無創(chuàng)、無副作用等優(yōu)點(diǎn)，因而越來越受人們的重視，目前已逐步用于中樞神經(jīng)傳導(dǎo)、疲勞恢復(fù)、骨愈合神經(jīng)疾病治療及腦功能研究等各個方面，幵取得了較好的效果。研究證明，小場強(qiáng)經(jīng)顱磁刺激(TMS)可通過對神經(jīng)系統(tǒng)Ca“活動、神經(jīng)元興奮性、神經(jīng)遞質(zhì)和肚類物質(zhì)的代謝以及免疫功能等廣泛的調(diào)節(jié)作用治療抑郁癥、老年癡呆、帕金森氏病、偏頭痛、多發(fā)性硬化癥、扁痛等疑難病癥.避免了藥物或手術(shù)治療的副作用。磁刺激的治療作用 2.1 磁刺滋對失眠的治療作用

隨著 社 會 的發(fā)展、生活節(jié)奏的加快，社會壓力日益增加，失眠癥越來越普遍，嚴(yán)重地影響著人們的生活質(zhì)量。失眠及由此引起的神經(jīng)衰弱、焦慮、緊張等導(dǎo)致的藥物濫用已成為一個廣泛的公共衛(wèi)生問題，幵得到了各國研究者的普遍重視。王明時等141研制了用于治療失眠、提高睡眠質(zhì)量的磁療睡眠儀，將模擬正常人人睡過程腦電活動的交變磁場藕合入大腦，使其在腦內(nèi)形成渦流場作用于睡眠中樞，逐漸使患者腦電與之同步。而且，磁場作用還通過影響睡眠中樞的神經(jīng)元細(xì)胞的放電及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放活動來調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的興奮及抑制水平。以達(dá)到治療失眠的目的。

2.2 破刺傲對抑郁癥的治療作用

研究 表 明，重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(rTMS)能改善人的情緒、治療抑郁癥，該研究引起了神經(jīng)精神科學(xué)工作者的極大興趣。Kolbinger等對15例抗藥性、經(jīng)DSM-I-R診斷標(biāo)準(zhǔn)確診的重度抑郁癥患者迚行重復(fù)經(jīng)顱磁刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用低強(qiáng)度、短程刺激有抗 郁作用，且安全無驚厥等副作用。研究還表明，左前額葉為重復(fù)經(jīng)顱磁刺激治療抑郁癥的最佳部位。Cohrs等報道重復(fù)經(jīng)顱磁刺激能明顯延長抑郁癥患者快速眼動睡眠和非REM至REM周期，提示重復(fù)經(jīng)顱磁刺激可能通過影響抑郁癥患者睡眠節(jié)律及生 物周期而有助于抗抑郁;還有人報告經(jīng)顱磁刺激治療抑郁癥孕婦獲得成功。近年研究結(jié)果喜人，為經(jīng)顱磁刺激治療抑郁癥開辟了廣闊的前景。

2.3 磁刺激對外周神經(jīng)的作用

由 于磁 刺激技術(shù)是無創(chuàng)的，它在神經(jīng)肌肉恢復(fù)的臨床作用已越來越受到人們的關(guān)注。Lin” 等用功能磁刺激幫助脊柱損傷者的訓(xùn)練以及四肢麻木者的咳嗽恢復(fù);Craggsr'〕討論了隔神經(jīng)的功能磁刺激對呼吸肌功能的作用;有人已成功地利用外周磁刺激來消除骨骼肌疼痛。Krylov等以1 200mT的脈沖磁場持續(xù)作用切斷的兔坐骨神經(jīng)兩周，發(fā)現(xiàn)磁刺激組兔腳肌肌動圖活動強(qiáng)度為空白組兩倍，后肢運(yùn)動功能也較空白組有意義地改善。Rusovan等用不同頗率的交變磁場作用于鼠坐骨神經(jīng)，均具有顯著的神經(jīng)再生作用。劉鴻宇等181報告，將造模腦損傷的小鼠里于交變磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為9.5 X 1 0-'T，每日接受磁場作用24h,研究表明，交變磁場能促迚DNA的合成，有利于受傷腦組織的修復(fù)。

2.4 徽剎滋對帕金森氏病和翻呆癥的治療作用

Ma lly J 等[，〕對10位帕金森氏病(PD)患者迚行經(jīng)顱磁刺激治療.結(jié)果表明.經(jīng)顱磁刺激技術(shù)是治療帕金森氏病的有效方法，其治療機(jī)理可能是改變7腦內(nèi)單胺遞質(zhì)水平。Shimamoto H等對8位PD患者迚行重復(fù)經(jīng)顱磁刺激，采用圓形線圈，脈沖強(qiáng)度700V, 頗醫(yī)生在線 醫(yī)生在線國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊2001年第24卷第1期

率 0.5H z，左右前傾葉各 30次，治療 3個月，結(jié)果同樣顯示重復(fù)經(jīng)顱磁刺激治療PD的有效性。還有臨床研究證明重復(fù)經(jīng)顱磁刺激能夠改善PD病人身心反應(yīng)遲鈍等癥狀。經(jīng) 顱磁 刺 激對早老性癡呆性(AD)和腦血管性癡呆癥的診斷及治療作用研究也已取得了一定的迚展。Pepin JL等[7u〕用磁場刺激17位AD病人的運(yùn)動皮質(zhì)，與正常人相比，AD病人在經(jīng)顱磁刺激后，動作闊值顯著減小，且刺激激發(fā)的最大響應(yīng)動作幅度顯著增大。磁刺激對AD患者腦運(yùn)動皮質(zhì)作用的研究也有助于解釋這種病人急性發(fā)作和肌陣攣及對該病作出早期診斷。腦血管性癡呆癥是由反復(fù)發(fā)生的多灶性的腦梗塞所致，伴有局限性神經(jīng)缺失現(xiàn)象和明顯記憶障礙。穴位磁刺激療法能通過降低血脂、減低血液粘度、增輻腦血流量、增加腦內(nèi)膽堿脂酶活力、促迚腦電活動來改善患者的精神狀態(tài)，緩解病情。

2.5 斑倒滋對.痛的治療作用

眾 所 周 知，旅痛病是腦神經(jīng)生物電活動異常引起的。人類腦組織生物磁活動與生物電活動密切相關(guān)，當(dāng)腦電圖出現(xiàn)最高振幅的電活動時，腦磁圖也有最高振幅的相應(yīng)變化。有人測出了人腦在突發(fā)放電時神經(jīng)磁場的空間分布。癲痛發(fā)作時，腦細(xì)胞過度放電，病灶區(qū)必然產(chǎn)生一個迅速變化的電場，由楞次定律可知，如果在此部位加一適當(dāng)?shù)拇艌?，它必然對旅痛發(fā)作時的放電電場產(chǎn)生抑制作用。此外，一定強(qiáng)度的磁場對中樞神經(jīng)有調(diào)節(jié)作用。張穎等人〔‘5;給家兔顱內(nèi)注射硫酸亞鐵溶液，造成穩(wěn)定的癲痛反復(fù)發(fā)作模型，頭部放置適當(dāng)強(qiáng)度的磁場，可明顯抑制癲痛發(fā)作。

2.6 磁刺激對腦功能研究的作用

目前，腦 科學(xué)研究已經(jīng)成為歐洲、美國和日本等發(fā)達(dá)國家科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)，腦的認(rèn)知功能是研究任務(wù)之一。經(jīng)顱磁刺激技術(shù)已成為腦記憶與學(xué)習(xí)功能研究的非常有效的工具，使該研究取得了可喜的成績.Kling JW等P}7人發(fā)現(xiàn)小鼠腦磁刺激能阻斷鼠短時記憶。Ferbert Ar“〕通過對人腦運(yùn)動皮質(zhì)的磁刺激研究，也得到經(jīng)顱刺激削弱短時記憶的結(jié)論。日本有人[rn〕用經(jīng)顱磁刺激技術(shù)刺激人腦后頂皮質(zhì)(PPC)，觀察記憶誘導(dǎo)眼掃視運(yùn)動，研究結(jié)果表明:在記憶誘導(dǎo)眼掃視運(yùn)動中，后頂皮質(zhì)控制了記憶目標(biāo)精確位置的判定。Sandyk W”1 研究了弱磁刺激(pT級)對多發(fā)性硬化癥患者感知運(yùn)動功能的影響，結(jié)論是長期弱磁刺激治療能夠改善患者的行走、平衡、感覺和膀朧功能，證明pT數(shù)量級的磁刺激對多發(fā)性硬化癥患者的認(rèn)知缺陷很有療效。此外，人們年研究了經(jīng)顱磁刺激對語言等功能的影響。但 目前 所 用的神經(jīng)磁刺激設(shè)備的康復(fù)性能與可控制程度尚不理想。當(dāng)今的磁刺激設(shè)備一般用通電的回形或8字形刺激線圈組織[r18]，操作時人工移動線圈，停留在要刺激的目標(biāo)組織上方，直到誘發(fā)所期待的反應(yīng)。這種線圈易于制造，方便身體多部位使用，但是這種線圈刺激范圍大，會造成大面積非靶組織受刺激，減小線圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的線圈作用深度線，使用中發(fā)熱問題嚴(yán)重，要解決這一問題在制作工藝上還存在困難，因此在某些方面阻礙了磁刺激應(yīng)用的迚一步增長。有人 [r 17〕設(shè) 想用多信道磁刺激儀，能精確調(diào)節(jié)磁場焦點(diǎn)軌跡、刺激強(qiáng)度、作用磁場面積等參數(shù)，使刺激磁場靈活多樣，如果這種磁刺激儀研制幵能投人使用，可以滿足更多的臨床及研究需要，大大提高磁刺激設(shè)備的可控制程度和康復(fù)性能，使磁刺激技術(shù)得到更加有效和廣泛的應(yīng)用。

醫(yī)生在線

國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊2001年第24卷第1期.25 3 磁刺激的作用機(jī)理 3.1 隴場對松果體的影響

褪 黑 激 素(MT)是松果體(PG)合成的主要激素，對維持機(jī)體神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)正常生理功能，具有極為重要的調(diào)節(jié)作用。實(shí)驗(yàn)證明，磁場暴露能影響MT的合成和分泌，幵且這一作用是磁場對人和許多動物所產(chǎn)生的各種生物效應(yīng)的基礎(chǔ)Reiterl1e」發(fā)現(xiàn)，在磁感應(yīng)強(qiáng)度0.02 一 0.07 mT均勻磁場或頻率為50H:的交變磁場中暴露的大鼠，其血漿MT較空白對照組降低有意義，同時檢側(cè)了這兩組大鼠PG內(nèi)的MT，發(fā)現(xiàn)磁場作用也能明顯降低PG內(nèi)的MT含蛋。目前，一些學(xué)者們認(rèn)為作用機(jī)制是磁場在組織所產(chǎn)生的感應(yīng)電流，直接或間接作用于PG交感神經(jīng)。研究證明，MT對神經(jīng)系統(tǒng)Ca，十活動、活動元興奮性、神經(jīng)遞質(zhì)和膚類物質(zhì)的代謝以及免疫功能均有廣泛的調(diào)節(jié)作用。已證明，PG在帕金森氏病、偏頭痛、多發(fā)性硬化癥的發(fā)病機(jī)制中具有中樞性作用。磁場能作用PG，抑制MT的合成和分泌。因此，1991年美國神經(jīng)病學(xué)家Sandyk等創(chuàng)新地相繼探索出以小場強(qiáng)磁場經(jīng)顱短時刺激治療上述疑難病癥的有效方法。正常 PG 在交感神經(jīng)調(diào)節(jié)下，黑暗期合成分泌MT，光亮期則停止活動.具有明顯的節(jié)律性，而且M丁隨年齡增長而發(fā)生相應(yīng)的變化。隨著衰老，褪黑激素分泌的幅度逐漸降低。病理生理學(xué)證明，MT水平光亮一黑暗周期節(jié)律性波動，對維持機(jī)體神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)正常生理功能，具有極為重要的調(diào)節(jié)作用。大量證據(jù)表明松果體及其褪黑激素在衰老中的作用。許多研究表明褪黑激素可以有效地改善睡眠，幵具有起效快、毒性小等優(yōu)點(diǎn).現(xiàn)已被應(yīng)用于臨床。磁刺激睡眠儀作用機(jī)理之一就是通過磁刺激調(diào)節(jié)褪黑激素的合成與分泌來改善睡眠質(zhì)量。還有 一 些 研究表明，調(diào)節(jié)MT的合成是通過視網(wǎng)膜一上視交叉核(SCN)一下丘腦前部一神經(jīng)傳遞一松果體這一途徑，推論磁場對MT的影響可能是一種類似于可見光的刺激因子醫(yī)生在線 醫(yī)生在線國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊2001年第24卷第1期 的作用。

3.2 神經(jīng)遞質(zhì)及神經(jīng)肚的調(diào)節(jié)作用

神經(jīng) 遞 質(zhì) 為神經(jīng)元間的傳遞物質(zhì)。人和動物大腦處于不同睡眠的狀態(tài)時，腦中神經(jīng)元的放電方式是不同的.細(xì)胞的這兩種放電方式之間的轉(zhuǎn)換可能是由來自腦干的上行五翔色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(NA)、乙酞膽堿(ACh)能系統(tǒng)和來自基底前腦的下行ACh能神經(jīng)纖維、來自下丘腦的組胺(HA)能系統(tǒng)的活動狀態(tài)決定的。研究結(jié)果顯示，通過磁刺激調(diào)節(jié)這些神經(jīng)遞質(zhì)水平，可以達(dá)到睡眠的目的。神經(jīng) 遞 質(zhì) 的作用常與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中某些部位在記憶中的作用相聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，五經(jīng)色胺(5-HT)是感覺神經(jīng)元和運(yùn)動神經(jīng)元間的傳遞物質(zhì)。吳彥卓等探討了電磁脈沖對大鼠學(xué)習(xí)和腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的影響，磁場作用三天后發(fā)現(xiàn)大鼠學(xué)習(xí)能力降低。利用高效液相色譜法檢測腦不同部位的神經(jīng)遞質(zhì)含量，結(jié)果是5-HT、多巴酸(DOPAC)、下丘腦多巴胺(Dopamine),腎上腺素(Adr)含量均有不同程度變化。作者認(rèn)為脈沖磁場通過改變大鼠不同腦區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)的含量來影響其學(xué)習(xí)能力。近年來 研 究證明，在磁場作用后神經(jīng)系統(tǒng)可釋放出具有鎮(zhèn)痛效果的一些物質(zhì)，從而起鎮(zhèn)痛作用。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，無論交變磁場或恒定磁場都顯著地使大鼠體內(nèi)P-內(nèi)啡膚樣免疫活性物質(zhì)(ir-f3-Ep)和精氨酸加壓素樣免疫活性物質(zhì)(ir-AVP)含量升高。卜Ep和AVP是體內(nèi)作用廣泛的兩種神經(jīng)膚。目前認(rèn)為兩者都參與了體內(nèi)的鎮(zhèn)痛過程。無論是外周，還是中樞給予這兩種神經(jīng)肚都能使基礎(chǔ)痛悶升高.出現(xiàn)鎮(zhèn)痛效應(yīng)。兩者也都參與心血管功能的調(diào)節(jié)。

3.3 磁側(cè)滋的免盛學(xué)效應(yīng)

實(shí)驗(yàn) 證 明，磁場具有激活免疫機(jī)制、抗炎和抑制腫瘤生長的作用。細(xì)胞因子是由淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞及其它細(xì)胞產(chǎn)生的包括白細(xì)胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、集落刺激因子及多種細(xì)胞生長因子在內(nèi)的近百種免疫功能調(diào)節(jié)物質(zhì)。目前，越來越多的研究表明，各種細(xì)胞因子在抗炎癥、抗病毒及抗腫瘤反應(yīng)中起著重要作用。磁場促迚或抑制體內(nèi)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞活性，從而發(fā)揮作用。高美華等通過磁場對荷瘤小鼠IL_IL6,IL。作用的研究發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場促迚IL_IL。產(chǎn)生，抑制IL。及瘤細(xì)胞增殖的作用非常顯著。提示IL_IL。具有增強(qiáng)T,B,K,NK,LAK細(xì)胞活性的作用，由此使抗腫瘤免疫細(xì)胞活化，殺傷腫瘤細(xì)胞，從而起到抗腫瘤作用。

3.4 磁場的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)

大 量 的 研究表明，電磁場可使細(xì)胞形態(tài)、DNA,RNA、蛋白質(zhì)合成，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、酶活性以及生物遺傳等產(chǎn)生顯著變化。一些 蛋 白和酶含有過渡族的金屬離子，這些離子所在部位又常常是酶的活動中心。電磁場通過對這些離子的作用影響酶活性，迚而影響這些酶參與的新陳代謝反應(yīng)。生物膜對Na+,K

十、Caz+離子的主動和被動輸運(yùn)不僅是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，也是迚行一些重要新陳代謝和能量轉(zhuǎn)換過程的條件。電磁場對生物膜的離子轉(zhuǎn)運(yùn)能力的影響會導(dǎo)致一些生化和生理過程的變化，從而影響與生物電活動相關(guān)的各種過程。電磁場促迚組織修復(fù)的病理學(xué)基礎(chǔ)是刺激細(xì)胞增殖。目前，細(xì)胞膜是低頻電磁場作用的靶體已被越來越多的實(shí)驗(yàn)研究所證實(shí)。多數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，低頻電磁場會促迚細(xì)胞增殖。其機(jī)制可能是，電磁場作用于胞膜受體，引起胞內(nèi)CAMP水平改變，繼而觸發(fā)一系列磷酸化生物信號放大反應(yīng)，而調(diào)控細(xì)胞增殖。另 外，經(jīng) 絡(luò)是運(yùn)行氣血、聯(lián)絡(luò)臟腑肢節(jié)、溝通上下內(nèi)外通路。經(jīng)絡(luò)又是電磁傳導(dǎo)的通道，利用電磁刺激人體電磁場的敏感點(diǎn)— 穴位，可以引起穴位局部的能量變化和電子活動，疏通經(jīng)絡(luò)、調(diào)整機(jī)能。如電磁穴位療法可通過經(jīng)絡(luò)穴位調(diào)整神經(jīng)機(jī)能，使神經(jīng)感覺沖動傳感抑制，痛闊升高，交感神經(jīng)興奮性降低.從而達(dá)到良好的解疼和鎮(zhèn)痛作用。以上 滋 場 效應(yīng)在各種疾病治療中起到直接或間接治療作用。磁刺激療法取得一定的效果可能是這些效果或更多效應(yīng)的綜合作用結(jié)果，這些不同層次的諸多效應(yīng)是相互聯(lián)系、相輔相成的，很少是其中一種效應(yīng)單獨(dú)作用的結(jié)果。因此，在采用磁刺激療法時，要考慮到多種因家影響，選擇合適的物理參數(shù)，取得最好的療效。醫(yī)生在線.26.國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊2001年第24卷第1期

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第三篇：植物對干旱脅迫的響應(yīng)及其研究進(jìn)展

植物對干旱脅迫的響應(yīng)及其研究進(jìn)展

學(xué)院：班級：

姓名：學(xué)號：

摘要：植物在經(jīng)受干旱脅迫時，通過細(xì)胞對干旱信號的感知和傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，產(chǎn)生新蛋白質(zhì)，從而引起大量形態(tài)、生理和生化上的變化．干旱脅迫對植物在細(xì)胞、器官、個體、群體等水平的形態(tài)指標(biāo)有顯著影響，也會影響其光合作用、滲透調(diào)節(jié)、抗氧化系統(tǒng)等生理生化指標(biāo)．植物對干旱脅迫分子響應(yīng)較復(fù)雜，包括合成一些新的基因如NCED、Dehydrin基因和CBF、DREB等轉(zhuǎn)錄因子．另外，干旱脅迫還能造成蛋白質(zhì)組學(xué)的變化．

關(guān)鍵詞干旱脅迫；生態(tài)響應(yīng) ；生理機(jī)制 ；研究進(jìn)展

干旱作為影響作物生長發(fā)育、基因表達(dá)、分布以及產(chǎn)量品質(zhì)的重要因素之一，嚴(yán)重限制了作物的大面積擴(kuò)展。植物對干旱的適應(yīng)能力不僅與干旱強(qiáng)度、速度有關(guān)，而且更受其自身基因的調(diào)控。在一定干旱閥值（drought threshold）脅迫范圍內(nèi)，很多植物能夠進(jìn)行相關(guān)抗旱基因的表達(dá)，隨之產(chǎn)生一系列生理、生化及形態(tài)結(jié)構(gòu)等方面的變化，從而顯現(xiàn)出抗旱性的綜合性狀。因此，從植物本身出發(fā)，深入研究植物的抗旱機(jī)理，揭示其抗旱特性，提高植物品種的抗旱耐旱能力，以降低作物栽培的用水量，同時最大程度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，科學(xué)選育適宜廣大干旱、半干旱地區(qū)種植的優(yōu)良作物品種，已成為國內(nèi)外專家學(xué)者們所特別關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問題，對于水資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的改善均有著重要的意義。

目前，生存資源、環(huán)境與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾日益突出，這就要求人們更應(yīng)高度重視農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)過程中作物逆境生物學(xué)的基礎(chǔ)研究。

一、植物抗旱基因工程研究新進(jìn)展

（一）與干旱脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子研究

通過轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)基因來提高植物脫水脅迫的耐性是一條十分誘人的途徑．由于在逆境條件下，這些逆境相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，能與順式作用重復(fù)元件結(jié)合，從而調(diào)節(jié)這些功能基因的表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，它們在轉(zhuǎn)基因植物中的過量表達(dá)會激活許多抗逆功能基因的同時表達(dá)．脅迫誘導(dǎo)基因能增強(qiáng)脅迫反應(yīng)的耐力，不同的轉(zhuǎn)錄因子參與脅迫誘導(dǎo)基因的調(diào)控．遺傳研究已經(jīng)鑒

定了很多轉(zhuǎn)錄因子操縱脅迫反應(yīng)的調(diào)控．最近的研究進(jìn)展是在干旱脅迫下基因表達(dá)的復(fù)合調(diào)控 ．植物轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子的AP2／ERF家族至少包含一個拷貝的DNA結(jié)合域，叫AP2域．AP2域是植物特定的、在不同的植物中都有同源性 ．

（二）與脫落酸(ABA)生物合成相關(guān)酶的基因——（NCED）研究

作為一種植物激素，ABA在植物生命周期的很多階段都發(fā)揮重要作用，包括種子的形成和萌芽以及植物對各種環(huán)境脅迫的反應(yīng)，因?yàn)檫@些生理過程和內(nèi)源ABA水平相關(guān)，ABA的生物合成使得這些生理過程得以說明．脫落酸在干旱脅迫下調(diào)控基因表達(dá)，一旦ABA水平升高，信號傳導(dǎo)機(jī)制被激活，刺激基因表達(dá)．ABA在植物適應(yīng)水分脅迫中具有重要作用 ．

（三）與干旱脅迫直接相關(guān)的誘導(dǎo)基因研究

在干旱脅迫條件下，植物會特異地表達(dá)一些基因，通過研究這些被干旱脅迫所誘導(dǎo)的基因可能找到植物對干旱脅迫的適應(yīng)及抵御機(jī)理，并為植物抗旱基因工程提供理論支持，避免抗性分子育種的盲目性．例如：在擬南芥中的兩個基因rd29A和rd29B能被干旱、低溫和高鹽或外源ABA誘導(dǎo)．rd29A在脫水和高鹽條件下能作m快速反應(yīng)，但對ABA反應(yīng)沒有響應(yīng)．rd29A在脫水、高鹽、和低溫下能延遲rd29B的誘導(dǎo) ．

（四）與干旱脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)組學(xué)研究

植物適應(yīng)逆境脅迫的一個重要策略是即時大量合成許多脅迫誘導(dǎo)蛋白．干旱誘導(dǎo)蛋白是指植物在受到干旱脅迫時新合成或合成增多的一類蛋白．逆境誘導(dǎo)蛋白對植物的逆境適應(yīng)起保護(hù)作用，它們的誘導(dǎo)是植物對環(huán)境的一種適應(yīng)，可以提高植物的耐脅迫能力．胚胎發(fā)生后期，富集蛋白(LEA)在逆境脅迫下能被誘導(dǎo)并迅速大量合成，參與植物的防御代射．LEA蛋白可以解決在嚴(yán)重脫水的情況下，植物因失水導(dǎo)致的細(xì)胞組分的晶體化，破壞細(xì)胞的有序結(jié)構(gòu)的問題．LEA蛋白被構(gòu)建成伸展?fàn)顟B(tài)而不是折疊成球狀，使它具有高的親水性，LEA蛋白的這些由柬水作用組成的優(yōu)點(diǎn)加上它們高的細(xì)胞內(nèi)濃度和它們的表達(dá)方式，可以維持特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者通過少量的水分需求而適應(yīng)干旱脅迫的影響．

二、干旱脅迫對植物的生理傷害

（一）干旱脅迫對植物生長指標(biāo)的影響

1、干旱脅迫對根系活力的影響

植物根系的活力是體現(xiàn)植物根系吸收功能、合成能力、氧化還原能力以及生長發(fā)育情況的綜合指標(biāo)，能夠從本質(zhì)上反應(yīng)植物根系生長與土壤水分及其環(huán)境之間的動態(tài)變化關(guān)系，因此，保證一個深層、分散、具有活力的根系是植物耐旱避旱的重要因素之一。

2、干旱脅迫對葉片相對含水量的影響

水是植物的血液，其含量一般占組織鮮重的65% ～ 90%。葉片的相對含水量（RWC）表征植物在遭受干旱脅迫后的整體水分虧缺狀況，反映了植株葉片細(xì)胞的水分生理狀態(tài)。因此，RWC 常常是被用來衡量植物抗旱性的生理指標(biāo)。RWC 比單純的含水量更能較為敏感地反映植物水分狀況的改變，在一定程度上反映了植物組織水分虧缺程度。在干旱脅迫條件下，土壤中的可利用水減少，導(dǎo)致根系吸水困難，相對含水率降低。

（二）干旱脅迫對植物光合作用的影響

綠色植物的光合作用是自然界中規(guī)模最大的碳素同化作用，是植物物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量形成的重要生理過程，同時也是受干旱脅迫影響最為顯著的生理過程之一。沒有水，光合作用就無法進(jìn)行。

1、干旱脅迫對光合速率的影響

干旱脅迫下，光合速率的下降是氣孔限制和非氣孔限制雙重作用的結(jié)果，輕度干旱脅迫下氣孔限制是光合速率下降的主要原因，而嚴(yán)重干旱脅迫下非氣孔因素是光合速率下降的主要原因。

2.干旱脅迫對葉綠素含量的影響

葉綠體是綠色植物葉片進(jìn)行光合作用的場所，主要利用葉綠素進(jìn)行光能吸收、傳遞與轉(zhuǎn)換，葉綠素在植物體內(nèi)是不斷進(jìn)行代謝的，與作物光合作用及產(chǎn)量形成的關(guān)系密切。葉綠素是光合作用中最重要和最有效的色素，其含量在一定程度上能反映植物同化物質(zhì)的能力，從而影響植物的生長。植物缺少水分會抑制葉綠素的生物合成，而且與蛋白質(zhì)合成受阻有關(guān)，嚴(yán)重缺水還會加速原有葉綠素的分解，因此植物在遭受干旱時，葉片呈黃褐色。

（三）干旱脅迫對植物生長過程中氮代謝的影響、干旱脅迫對硝酸還原酶（NR）的影響

硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）可催化植物體內(nèi)的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，是硝酸鹽同化中第一個酶，也是限速酶。作為植物氮代謝的關(guān)鍵酶，其活性大小反映了作物對氮素的利用速度，水分脅迫下NR 活性和作物生長發(fā)育有密切關(guān)系。對農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。在正常情況下，植物物體內(nèi)一般不會發(fā)生硝酸鹽積累。但在干旱條件下，由于水分脅迫減弱了酶的合成速度導(dǎo)致植株中硝酸鹽積累過多，從而發(fā)生毒害作用。研究表明：干旱脅迫會使NR 活性急劇降低，抗旱品種的NR 活性高于不抗旱品種。、干旱脅迫對蛋白質(zhì)組分的影響

在干旱條件下，植物體內(nèi)代謝產(chǎn)生變化與調(diào)整，引起活性氧的積累，進(jìn)而導(dǎo)致脂過氧化和蛋白質(zhì)（酶）、核酸等分子的破壞，植物自身為了避免脅迫造成的傷害，會誘導(dǎo)產(chǎn)生某些

抗逆性蛋白質(zhì)

（四）干旱脅迫對植物生長過程中氧代謝的影響

在長期的進(jìn)化過程中，植物形成了受遺傳性制約的逆境適應(yīng)機(jī)制。氧代謝在這些適應(yīng)性機(jī)制中占據(jù)重要位置，是植物對逆境脅迫的最基本的反應(yīng)。干旱誘導(dǎo)脂過氧化是造成植物細(xì)胞膜受到損傷的關(guān)鍵因素，而膜損傷又是導(dǎo)致植物組織傷害和衰老的重要誘導(dǎo)因素，但植物在遭受水分脅迫時可以啟動保護(hù)酶系統(tǒng)來有效地防御和清除自由基保護(hù)細(xì)胞免受氧化傷害。

1、干旱脅迫對氧自由基的影響

正常情況下，植物體細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生的清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)。但是當(dāng)植物處于干旱條件下及衰老時，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生和清除代謝的平衡受到破壞，使活性氧自由基的產(chǎn)生占據(jù)主導(dǎo)地位從而導(dǎo)致自由基含量過多積累且超過閾值，進(jìn)而引發(fā)或加劇了細(xì)胞的膜脂過氧化，給植物體造成傷害、干旱脅迫對保護(hù)酶及丙二醛（MDA）影響

MDA 是植物細(xì)胞膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，并且是最終分解產(chǎn)物，在干旱脅迫時，植物體內(nèi)活性氧自由基大量產(chǎn)生，進(jìn)而引發(fā)加劇了膜過氧化產(chǎn)生丙二醛，造成植物細(xì)胞膜系統(tǒng)受到破壞。

三、植物對干旱脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)

植物受到干旱脅迫時能做出多種抗逆性反應(yīng)，包括氣孔調(diào)節(jié)、pH調(diào)節(jié)、滲透調(diào)節(jié)、脫水保護(hù)以及活性氧清除等 ．植物在經(jīng)受干旱脅迫時，通過細(xì)胞對干旱信號的感知和轉(zhuǎn)導(dǎo)、調(diào)節(jié)基因表達(dá)、產(chǎn)生新蛋白質(zhì)從而引起大量的生理和代謝上的變化 ．比較常見的是：光合速率降低，代謝途徑發(fā)生改變，可溶性物質(zhì)累積，脯氨酸、甜菜堿 通過各種途徑被合成，一些體內(nèi)原來存在的蛋白質(zhì)消失、分解，同時產(chǎn)生包括參與各種代謝調(diào)節(jié)相關(guān)的酶．干旱脅迫容易引起光能過剩，過剩的光能會對光合器官產(chǎn)生潛在的危害．依賴于葉黃素循環(huán)的熱耗散是光保護(hù)的主要途徑，同時酶促及非酶促系統(tǒng)也是防止光合器官破壞的重要途徑 ．

四、干旱傷害植物的機(jī)理

干旱對植物的影響通常易于觀察，如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的實(shí)質(zhì)是因?yàn)槿彼畬?dǎo)致植株內(nèi)部組織、細(xì)胞等結(jié)構(gòu)發(fā)生了物理或化學(xué)變化，如膜的結(jié)構(gòu)和透性改變。由于結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致代謝過程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用減慢，蛋白質(zhì)分解，脯氨酸積累，核酸代謝受阻，激素代謝途徑改變等。植物體內(nèi)水分分配出現(xiàn)異常，抑制植物生長，更為嚴(yán)重的是引起植株機(jī)械性損傷，導(dǎo)致植株死亡。

五、啟示與展望

干旱脅迫常常影響植物的生長發(fā)育，造成作物嚴(yán)重減產(chǎn)，對農(nóng)作物造成損失在所有的非生物脅迫中占首位，僅次于病蟲害造成的損失。隨著淡水資源的日益匱乏，干旱已經(jīng)成為全球各國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上面臨的嚴(yán)峻問題。因此，深入了解干旱脅迫對植物的傷害機(jī)理及植物細(xì)胞對干旱脅迫的應(yīng)答反應(yīng)愈來愈成為國內(nèi)外植物生理學(xué)專家學(xué)者關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。從目前對干旱脅迫下作物生長的研究進(jìn)展看來，作物對缺水環(huán)境會產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)和抗旱機(jī)制。隨著分子和基因組時代的到來，近年來對植物抗旱性的研究也已經(jīng)深入到了分子水平，在植物抗旱生理方面的研究也已經(jīng)取得了較大的成就。許多與脅迫相關(guān)的基因及其調(diào)控因子已通過現(xiàn)代基因分離技術(shù)得到鑒定，并且利用各種現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)成功克隆一批能有效地提高植物的滲透調(diào)節(jié)能力、增強(qiáng)植物的抗逆性的基因。例如各種經(jīng)脅迫誘導(dǎo)表達(dá)的大量調(diào)控性基因和功能性基因。日益增加的研究結(jié)果表明植物中存在一個脅迫反應(yīng)體系，對不同環(huán)境脅迫的交叉響應(yīng)可能是由共同的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)的。例如有研究表明：在一定的干旱脅迫強(qiáng)度之下有些植物能夠通過信號傳導(dǎo)作用，調(diào)控與抗旱有關(guān)的基因表達(dá)，隨之產(chǎn)生一系列的形態(tài)、生理生化及生物物理等方面的變化以達(dá)到抵抗逆境的目的，顯示出抗旱力，但研究成果之間彼此較獨(dú)立。因此，應(yīng)該把重點(diǎn)放在以下幾個方面：

（一）、研究如何實(shí)際應(yīng)用且有利于控制土壤水分狀況的田間操作，以及如何把基因工程手段與傳統(tǒng)的栽培技術(shù)結(jié)合起來等方面。

（二）、在穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的前提下，以培育抗旱性較強(qiáng)的作物品種為重點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)作物耐旱、抗旱機(jī)理及其應(yīng)用的發(fā)掘和創(chuàng)新，抗旱遺傳基因的研究。如將組織培養(yǎng)和植物再生技術(shù)、種質(zhì)資源保存技術(shù)等應(yīng)用在作物品種資源的保存上；深入研究作物的基因克隆與表達(dá)分析；通過花藥培養(yǎng)與單倍體培育、RFLP 標(biāo)記、SSR 標(biāo)記、AFLP 標(biāo)記等分子標(biāo)記核技術(shù)進(jìn)行作物育種。

（三）、利用現(xiàn)代的生物基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同物種之間抗旱基因的轉(zhuǎn)移，應(yīng)用基因技術(shù)改良作物品質(zhì)以及進(jìn)行轉(zhuǎn)基因抗性育種的研究，協(xié)調(diào)干旱脅迫與其它植物生長條件的關(guān)系，建立抗旱節(jié)水栽培新技術(shù)體系以及探索植物究竟在何種程度的水分狀況下各項生理生化指標(biāo)和水分利用效率達(dá)到最優(yōu)應(yīng)是今后研究的目標(biāo)。特別是分子生物學(xué)、植物逆境生理學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及生物信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，全面的解釋了植物的抗逆機(jī)制，有效地從種質(zhì)資源中發(fā)掘抗性基因，從而培育出優(yōu)質(zhì)的抗旱品種。

第四篇：熒光愛自然

熒光愛自然

深夜中，星星布滿天幕，月亮與星星講述著自然的故事，一顆流星劃過天際，微乎的熒光照耀林云。。。

螢火蟲是大自然最特別的女兒，逍遙于叢林中，給大自然傳遞愛的信息。

螢火蟲總是位神秘的“夜行者”。它有薄薄的翅膀，黑夜遮住了它的面目，只有淺淺的黃光、綠光為它美襯。陽光使它睜不開眼睛，惟有夜晚的深邃讓它著迷，也唯有夜晚的冰涼來降降它腹中的“燈火”的獨(dú)特。螢火蟲在夜晚低唱，它想用它的絕唱來贊美它偉大的母親——大自然。它不喜歡青蛙、蟬的“噪音交響曲”，它喜歡與風(fēng)兒與星星的“幽靜交響樂”。它行于夜間，掛著斗篷，只為那一份僅屬于自然萬物的寧靜。

螢火蟲也是位低調(diào)的“美容師”。它與伙伴用身上的熒光照耀草叢邊上，像一顆顆冷綠的露珠點(diǎn)綴；飛過小溪，像一盞盞燈火溶于水，不見蹤影；飛在大樹上，像一個個發(fā)光的果實(shí)熟得可摘。

流螢成群地在夜空中飛舞，像星的河流，燈的長陣；流螢閃爍在林梢，忽出忽沒，像樹林里藏著晶晶瑩瑩的藍(lán)寶石，把夜色點(diǎn)綴得分外瑰麗神奇。

螢火蟲還是位無私的“短命者”。人家說：“曇花一現(xiàn)?！睍一ㄔ谔柍跎诘仄骄€，就閉了花瓣，落了青葉，但至少讓人們欣賞到了它獨(dú)特的美和誘人的芬芳。而螢火蟲直至它光輝的消逝而逝去了僅一夜的生命，那斑點(diǎn)的光兒并不持久，被夜給融化了?？晌灮鹣x死在夜里，又有誰尋覓到它在夜晚時給予的光的奉獻(xiàn)？但是它雖然短命，卻很欣然——因?yàn)槲灮鹣x為自然而生，為快樂而去。在夜晚與白天的交接，它滿足了，也釋然了。

螢火蟲的光芒悄悄地流于水中，不留半點(diǎn)痕跡，“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢，”萬般柔情溶于水中，只求星星粲然一笑——這是螢火蟲不變的信條。

初二:劉哲

第五篇：游戲也刺激

游戲也刺激

“我先坐上！”“不是！”“呀！”……在學(xué)校里，在操場中，在草地上，愉快的音樂聲和同學(xué)們的喊叫聲彼此起伏。這是怎么回事呢？

只見五把椅子圍成一圈，同學(xué)們則在椅子周圍轉(zhuǎn)圈。椅子旁邊放著一個音箱，里面放著優(yōu)美的音樂。音樂一停，總有一個“倒霉蛋”因?yàn)闆]有椅子坐而被淘汰，這正是“搶椅子”游戲。

第一局開始了，一首優(yōu)美的交響樂，從音箱中傳出來?！巴郏∵@音樂可真好聽！”同學(xué)們叫道。而此時的我，眉頭緊鎖，眼睛瞪得像銅鈴那樣，死死盯著那幾把椅子，心臟都要快跳到嗓子眼兒了！

再看看其他同學(xué)，有的若無其事地走著，有的在竊竊私語，還有的像孫悟空一樣耍戲……看著他們那么“心不在焉”的樣子，我也慢慢放下心來。

突然間，音樂停了！這令我措手不及，草地上原來歡樂的氛圍也變得緊張起來。等我反應(yīng)過來，椅子上早已坐滿了人。哎！大意失荊州??！

第二局開始了，前面都還正常，我的椅子也搶到了?？删驮谀莻€“倒霉蛋”同學(xué)用無助的眼神環(huán)視四周時，我故意從椅子上站起來，想戲耍他一番。不出我所料，他像哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸似的，開心地飛奔而來，而我卻故意在提前一秒坐下，得意地望著他。那個“倒霉蛋”同學(xué)呢，他的眼睛瞪著我，似乎冒起了火花；眉頭擰著，像一個“八”字；嘴巴張著，似乎下一秒我就要成為他的晚餐……忽然，他用盡全身力氣，搶走了“我”的寶座。

我呆呆的站在原地，氣得說不出話來，雙手握成拳頭，眼里冒著火花，有股想揍他的沖動。可轉(zhuǎn)念一想，是我戲弄他在先，只怪我作繭自縛，到頭來自己成了那個“倒霉蛋”。