淺談X射線對植物的損傷

摘 要：通過對身邊地鐵安檢機的細心觀察，出于安全的考慮想到人從安檢機旁邊經過，安檢機有可能把部分X射線泄露出來，如此高能量的電磁波，一旦泄露或者經過它的照射，會不會對生命物質產生影響或損傷呢？于是作者做了三次經過X光照射與不經照射的綠豆對比實驗，從而得出X射線能夠對植物的生長產生抑制作用的結論。

關鍵詞：生命安全；安檢；X光照射；射線泄露；抑制生長

光是具有能量的。例如甲烷和氯氣如果要發生化學反應，就需要進行光照。植物葉綠體，如果沒有光的話就不能將二氧化碳變成氧氣進行光合作用。再比如在有陽光的地方，用放大鏡將光集中起來對準紙片可使其燃燒……所以光是一種在日常生活中非常重要的物質。

經過各國科學家多年的反復實踐和研究，揭示了X射線的本質，證實它是一種波長極短，能量很大的電磁波。（X射線就是一種光，只不過它的波長比正常光的波長要短很多，它具有很大的能量，是一種人眼看不見、但能穿透物體的射線，人眼可見的波長范圍是390～780nm。）它的波長比可見光的波長更短（約在0.001～100nm，醫學上應用的X射線波長約在0.001～0.1nm之間）。人們利用它對不同密度物質穿透能力不同的特點，在醫學上用來照射人體形成影像輔助診斷。

日常生活中見到的機場或地鐵的安檢機就是利用X射線具有很高的能量并能穿透日常生活用品的原理制成的，但是這種穿透不是完全穿透，它會有一部分損失，根據這些損失，可以判斷出包裹里是不是有一些易燃易爆或金屬材質的危險物品，以此來保障廣大乘客的出行安全。

圖1為地鐵安檢機在檢驗乘客包裹時的情景。包裹都是一個連一個地從安檢機里出來，這時，遮擋X射線的簾子都是被查驗完的包裹掀起來的，乘客從安檢機旁邊經過，那么掀起的簾子很有可能就把部分X射線泄露出來，照到人的身上。所以，作者不免有些擔憂：如此高能量的電磁波，一旦泄露或者經過它的照射，會不會對生命物質產生影響或損傷呢？

于是作者做了以下實驗。

第一次實驗，取20粒綠豆分為兩組，一組為實驗組，一組為對照組，各10粒。把它們分別放入兩個相同的瓶子里，并且加入等量的水，水的深度4毫米，大約能沒過綠豆。把實驗組的綠豆瓶放在書包里，每天過兩次安檢，連續過十天。對照組綠豆瓶放在家里。圖2、圖3是十天之后綠豆的發芽狀態和長勢，作者對兩組發芽綠豆的下胚軸（芽長）長度分別做測量，并在Excel表格中進行了統計。其結果如下表1、表2。

觀察上述數據可以看到對照組的平均長度為18.3毫米，而實驗組的平均長度為13.7毫米，兩者的平均長度相差將近5毫米。由此看來，是否可以猜想：X射線對植物的生長有一定的抑制作用。經過進一步的總結分析，發現這個實驗中存在一些變量可能對實驗結果造成影響。首先，實驗組的綠豆每天放在書包里，有可能在運動的過程中對它們的生長造成影響。其次，在外出的過程中溫度可能會和在家里的有所差異。為減少變量對實驗的影響，作者又設計了第二次實驗。

第二次實驗取42粒綠豆分為兩組，一組為實驗組21粒，一組為對照組21粒。把它們分別放入兩個相同的自封袋中，不加水。這次選取的是種子狀態下的綠豆，因為種子處于一種休眠的狀態，植物在這一階段代謝極為緩慢且相對穩定，所以，帶著種子過安檢，其在空間上的移動或溫度的變化對種子的影響是可以忽略不計的。實驗組的綠豆還是放在書包里天天帶著上學，經過了一學期的地鐵安檢X光照射；而對照組的21粒綠豆就靜置在家中。一學期后，分別把這兩組綠豆放在兩個相同的容器中，加入適量的水讓它們發芽。于是我發現，對照組綠豆普遍發芽多且長，而實驗組發芽率低且芽短。

數據顯示：對照組的豆芽平均長度為6.76毫米，而實驗組的豆芽平均長度為4.10毫米，且得出泊松相關系數為0.48157558，屬于中等程度相關范圍，說明X射線對植物的影響是比較明顯的。（下文有泊松相關系數介紹）

為了進一步驗證作者的假設——X-射線對植物發展有抑制作用，作者又進行了第三次實驗。第三次實驗同樣是先把綠豆分成兩組，每組20粒綠豆，然后實驗組過安檢接受X-射線照射，對照組放在家中。經過了半學期的X-射線照射后，將這兩組綠豆放入相同的容器中，加入適量水。然后每日換一次水，等待綠豆發芽并生根。

七天之后，取出“綠豆”，分別測量其莖和根的長度，再次進行泊松相關系數計算。結果如表5、表6。

這里簡單介紹一下泊松相關系數，它是用來衡量兩個數據集合是否在一條線上或者衡量定距變量間的線性關系。相關系數的絕對值越大，相關性越強，相關系數越接近于1或-1，相關度越強，相關系數越接近于0，相關度越弱。并且通常情況下通過以下取值范圍判斷變量的相關強度：相關系數0.8-1.0極強相關；0.6-0.8強相關；0.4-0.6中等程度相關；0.2-0.4弱相關；0.0-0.2極弱相關或無相關。

由此我們發現三次實驗數據都達到了中等相關及毫不相關的程度，這與正常植物的生長相違背（兩組同類正常植物的泊松相關系數應該為極強或者強相關，系數絕對值應接近于1）。所以，我們可以得出結論：X-射線對綠豆的生長有抑制作用，尤其對其下胚軸伸長（根的生長）有抑制作用。

為此作者也查閱了很多相關的文獻資料，例如下面是一篇探究X射線對DNA造成損傷的論文，它是看細胞照射X射線的時間，隨著時間的增長對DNA產生的影響。實驗取的是小麥根尖細胞的原生質體，把它進行分離，然后用酶把細胞壁水解掉，再把細胞破碎提取出DNA，放在電泳儀中進行電泳。電泳儀通電后，一端帶負電，另一端帶正電。因為DNA是帶有負電的，所以在電泳時把DNA放在負極的一端，然后在電泳槽中加入瓊脂糖。通電后，帶有負電的DNA在電場中將向正極方向移動。電泳后，如果DNA如果沒有受到損傷會很完整。

此實驗采用單細胞凝膠電泳方法定量檢測了不同輻照劑量的同步輻射軟X射線對小麥根尖細胞造成的DNA單鏈損傷。通過測定核DNA的遷移效應表明，在劑量為0-288J·cm-2范圍內的軟X射線輻照下，有20%-92%的小麥根尖細胞產生了DNA單鏈的損傷效應，同時DNA的損傷程度也與輻照劑量呈顯著正相關。

綜上所述，實驗結論為“經X射線照射可導致植物體受到損傷”與上面參考論文中的實驗結論可謂殊途同歸、結果一致，且毋庸置疑。

參考文獻

[1]顧月華，高恒景，王琦，等.單細胞凝膠電泳法檢測研究同步輻射軟X射線輻照引起的DNA損傷[J].核技術，2006，7.

作者簡介：閆偉鑫，現就讀于北京市第四十四中學高三年級，擅于觀察并進行實驗分析研究遇到的問題，在今年參加2015年全國中學生生物聯賽并獲得省級二等獎。