簡介
生物發光是光生物中唯一與其它由光產生的生物效應相反的過程，即由代謝反應而引起的發光。生物的發光現象可分為三種：①由生物體內專門的體系發出的光稱為“功能化學發光”。如螢火蟲、發光細菌等生物的發光，屬於特異發光酶系催化的結果，量子效率極高，發光強度可達1010hv/(s.cm２)，光譜範圍窄；②受輻射誘導的光誘導發光，又稱為螢光，是光照射生物後，生物體向外輻射發光，這類發光強度衰減變化快，且輻射光的波長比照射光的波長要長，如葉綠體的光照射發光；③與生物體內代謝或破壞過程相聯繫的超微弱發光，簡稱超弱發光(Ultraweak or Superweak Bioluminescence UBL)，這種光是一種極其微弱的低水平化學發光，發光強度僅為100－10３hv/(s.cm２)，波長範圍為180～800nm。光雖很弱，但許多實驗表明這種發光現象與生物系統內的氧化代謝、細胞分裂、能量轉移、光合作用、代謝活性等過程有著內在聯繫。
實際早在1923年，前蘇聯科學家G.Gurwitsh藉助生物檢波器觀察到植物活細胞和組織的弱紫外射線，這種射線對細胞分裂過程有刺激作用，當時稱其為“分生射線”。1954年義大利人Colli等對UBL作了進一步的研究，首次證明生物體確實具有光子輻射的功能。60年代以後人們對UBL進行了全面的研究，發現從細菌到人幾乎所有的活體都有此低水平的發光。80年代以來UBL的研究更加廣泛和深入，已到細胞、亞細胞甚至分子的水平，並作為一個極其靈敏的生物指標套用於醫學、藥理學、農業科學、環境科學等領域。本文僅就UBL機理、影響因素、在植物上的套用等方面的研究加以概括和總結，以便對過去的工作有一個總的了解和回顧，並為今後進一步研究提供有益的參考。
機理
人們對生物UBL的認識已近1個世紀，但對其發光機理尚未揭示清楚，目前人們主要試圖從生物物理和生物化學兩個方面進行探討。
生物化學的觀點認為，生物系統中的活性氧與UBL有密切關係。生活細胞在生化過程中，特別是不飽和脂肪酸氧化產生的活性氧之間相互作用，形成各種可輻射的活化狀態是UBL的主要來源。
“活性氧”機制把自由基作為UBL源，它包括了活性氧生成與控制兩個方面，能較好地解釋自由基引起UBL的可能性。一些自由基化合物反應釋放的能量高達480Kj/mol，足以產生大約230nm的紫外光子（該波長近似有絲分裂輻射的波長）。同時，由於活體內的氧化反應速率受抑制劑的控制，如生育酚、維生素A，C和K，它們清除活性自由基R·，因此，植物在代謝過程中產生的大量自由基不可能使UBL大大增強。但是當生物體內的天然阻氧化劑和氧化脂類之間的平衡被打破後，將導致發光強度瞬時劇增（即“閃光現象”）。
“活性氧”機制不能完全解釋植物的UBL，如細胞有絲分裂時產生的UBL波長在190～230nm的紫外波段，與氧化代謝發光的光譜範圍不同。所以，植物體內的UBL可能有多種來源和機制。Rattemeyer等人從生物物理角度出發認為DNA可能是植物體的另一個非常重要的光子輻射來源。當用不同濃度的溴化乙錠（EB）誘導DNA從超螺旋向解螺旋反向螺旋轉變時，生物的UBL強度會隨DNA構象的改變從低到高。毛大璋等曾發現核酸合成抑制劑放線菌素D對DNA合成的抑制與對UBL的抑制是相關的，而且用蛋白質合成抑制劑環己亞胺所做的實驗，排除了與DNA、RNA合成有關的酶合成過程產生UBL的可能性。由此說明，DNA和RNA分子的合成反應也可能是一個產生UBL的源，不過在體外的DNA分子中，並沒有觀察到這種效應。
譚石慈等認為能量轉換也可導致發光，當停止對植物葉片照光後，光氧化裂解水釋放電子的途徑受阻，正在傳遞的電子從Pheo-倒流回到P+680，高能產物ATP使葉綠素分子處於激發態，將貯存在ATP中的部分能量以光子的形式由葉綠素分子釋放出來。
因素
UBL與植物的代謝及生長活性有關，影響植物生長與代謝的各種因素（如物理的、化學的、生物的等）大多影響UBL的強度及其變化規律，現僅從以下幾個方面加以介紹。
2.1物理因素
物理因素有許多，但對植物UBL影響比較大的主要是與體內氧化還原過程有關的一些因素，如氧、溫度、創傷等。氧氣或活性氧是UBL的關鍵成分。Abeles.F.B在文章中指出當植物在N2中培養時會使其UBL值消失或降低［15］。在3%的O2中觀察到的UBL只為最大值的一半［16］。有實驗證明當O2的濃度從0%上升到20%時，大麥根部的UBL成直線增加［17］。在密環菌發光條件研究的實驗中也證明了只有有氧存在時，才能使某些生物體發光［18］。植物在感染疾病、電或機械損傷等導致的傷害時，都會導致UBL值的升高［15］。Salin和Bridges［19］推測，細胞紊亂以後升高的過氧化活性導致了發光值的升高。溫度控制著氧氣或活性氧與脂類和其它不飽和底物的反應速率，也控制著氧氣在氧化酶和其它酶作用下形成活性氧的速率，且極端高溫和低溫會對細胞產生致死影響等，而UBL對溫度的依賴性呈一平滑的對數曲線關係［15］。
2.2化學因素
化學因素也很多，如氧化劑、代謝抑制劑、金屬離子以及甲醛或放線菌素D等化學物質，它們都可強烈的影響體內的氧化還原以及其它代謝反應，所以對UBL也有不同程度的影響。周禾等［20］做的實驗表明，將萌發後6h和72h的小麥放在石英杯內，分別加入等量1%KMnO４溶液，前者UBL值為在蒸餾水中正常萌發6h後平均發光值的8倍，後者為2.5倍，可見氧化劑可使植物萌發時的發光有不同程度的增強。呼吸代謝抑制劑NaN３對萌發綠豆的UBL高達72%的抑制，而甲醛或放線菌素D等化學物質處理植物時，會導致植物細胞紊亂使UBL升高［9］。此外，不同的金屬離子對植物UBL也有不同程度的影響，如Cu+過量時會使植物的UBL下降，而Hg２+可使UBL增加0.2M的Co（NO３）２溶液會使植物的呼吸和UBL都降低等［15］。
2.3其它因素
除以上因素以外，影響植物體UBL的因素還很多，如磁場、pH、輻射、光質、激素以及環境脅迫等。研究發現低磁場使UBL增加40%，高磁場使UBL降低［15］。大麥根系在pH=9.2的環境中培養時，比在pH=7.3的環境中生長時UBL要高，而較低的pH值可使黑麥根系晶狀態的勻漿的UBL達到最大［21］。用特定電磁輻射處理大豆種子可使發光值增高［22］。不同的光質對UBL也有影響，花生和水稻幼苗的UBL在白光下最強，其次是紅光，藍光最弱［23］。植物發光值會受逆境條件的影響，例如，種子在萌發期間分別放入1%NaCl和20%PEG中（相當於-5.96bar）時，發光強度逐步下降［20］。IAA可減少大豆根系的UBL，然而在受傷情況下，用IAA處理根系或IAA與H２O２一塊用於草莓的花托上時，其UBL都會升高等［19］。這些變化可能與植物的生長活性的改變有關。
