应用红外和拉曼显微光谱研究离子辐射生物学效应的理化和微观过程

【作者】 黄青； 刘京华； 魏小丽； 柯志刚； 戚泽明； 余增亮；

【机构】 中科院离子束生物工程重点实验室技术生物与农业工程研究所,中科院合肥物质科学研究院； 中国科学技术大学国家同步辐射实验室；

【摘要】 目的离子辐射可以诱导丰富的生物学效应,其中重要的作用来自活性氧（ROS）的反应,但是具体微观过程尚待深入研究。现代光谱显微技术可以对细胞中蛋白质、核酸、多糖等各种成分进行探测,也可以对其中涉及的ROS自由基反应进行定性和定量分析。所以,我们利用红外和拉曼显微光谱技术对离子辐射作用下的细胞和微生物进行观测,以探讨离子辐射作用于生物体的规律。方法生物样品选取微生物（米根霉）、植物（洋葱表皮）和动物细胞等,辐照主要利用²⁴¹Am产生α离子装置。利用国家同步辐射实验室（NSRL）的Bruker Hyperion 3000红外显微镜得到红外显微光谱;利用我们实验室的HORIBA JY-Xplora拉曼显微镜得到拉曼显微光谱。结果红外和拉曼显微光谱对离子辐射引起生物细胞损伤较为敏感,可以探测辐射前后细胞蛋白质、脂类（主要是磷脂）、和糖类（糖蛋白和糖脂）含量和分布的差别。经过离子辐照后,细胞中的蛋白质含量和分布明显改变。例如,对米根霉孢子辐照,发现米根霉生长出现明显的滞后现象,在菌丝生长点的蛋白质和多糖含量随辐射剂量增加而减少,脂质过氧化程度增加,蛋白质变性。对电离辐射后细胞中各种ROS自由基的含量进行测定,发现这些辐射损伤与ROS的变化有相关的。结论离子辐射对生物有直接和间接作用。通过辐解所产生的ROS自由基引起细胞膜磷脂的破坏和脂质过氧化;辐射也引起DNA损伤;另外,辐射使溶酶体膜等细胞器膜破坏释放出水解酶,造成蛋白质量减少;辐射引起的自由基反应还可以改变蛋白质结构和特性。这项工作表明光谱显微谱成像技术可对细胞多组分进行同时快速无损分析,从而可以有效用来对电离辐射引起生物学效应进行深层次的理化分析和微观过程的观测。更多还原