高压电场处理作物种子技术及其应用研究
(1.内蒙古工业大学 理学院，内蒙古 呼和浩特 010051；2.内蒙古大学 经济管理学院，内蒙古 呼和浩特 010021；3.内蒙古医学院 公共教育学院，内蒙古 呼和浩特 010059)
摘 要：文章对近年来高压电场对作物的影响研究的主要成果进行了分析和归纳，简要介绍了若干重要问题的研究进展，阐述了高压电场处理作物种子技术在我国现代农业发展中的重要意义和应用前景。
关键词：高压电场；生物效应；作用机理
中图分类号：S335.259 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)05—0107—02
由于环境物理因素对生物生长发育有着不可忽视的影响，因此，吸引着众多学者对其进行研究〔1～4〕。高压电场作为对生物学效应有重要影响的因素之一，对它的研究始于18世纪中叶，但它得到科学工作者的重视，并在高压电场对萌发、活力、生理生化过程、幼苗生长、植株生育性状及产质量的影响方面得到系统研究还是近几十年的事。目前，高压电场对作物的影响研究已经渗透到农业生产的各个领域，并逐步得到越来越多的关注。尽管实验证明在不同时间和场强的条件下，高压电场对某些作物生长的促进作用是明显的〔5〕，但由于生命过程的复杂性，对高压电场如何影响作物生长的机理还一直处于探索之中。相应技术在改造传统农业方面的应用还没有得到广泛运用和快速发展。许多理论与应用问题也还有待于进一步提高。因此，以下首先对近年来高压电场对作物的影响研究的主要成果进行了系统地分析和归纳，阐述了它的若干重要问题的主要研究进展。然后，围绕国民经济和社会发展中的重要科技问题，阐述了高压电场处理作物种子技术在我国现代农业发展中的重要意义和应用前景。
1 高压电场对作物影响的主要研究进展
1.1 基于高压电场对作物影响原理的研究
许多实验表明，高压电场对作物有较显著的影响。一般认为这是由于高压电场使水的浮力发生变化，大的分子团变为小分子团，并有序排列，使水分子容易通过种子皮，增加种子的呼吸作用〔6〕；还有就是高压电场是通过作用于种子内的水分子及一些生物大分子来提高种子内的自由基含量而影响种子的活力〔7〕。
在生命状态中，细胞在它的内部保持一种与细胞外液不相同的电解质成分，它的功能是保护细胞膜。高压电场使细胞两侧出现附加电荷，膜两侧电荷密度的改变引起脂质极性端基的侧向移动，使烃链倾斜弯曲——相变，膜功能得到一定的修复〔8,9〕。电解质外渗率的大小在一定程度上反映了种子细胞膜系统的完整程度。高压电场对膜系统及膜结构等的作用，是通过电解质外渗率具体体现出来。有不少实验证明了这一点〔9～12〕。
另外有许多文献指出：静高压电场可促进种子萌发和根系生长，提高淀粉酶、蛋白酶、脂肪酸、过氧化物酶和酯酶等活性，促进作物新陈代谢。这是因为高压电场作用影响生物体的电特性，高压电场作用在生物膜上，改变了膜上电荷分布，影响了膜电位，使种子吸水后离子扩散与电致泵系统运转活跃，从而驱动合成更多的酶，高压电场影响了膜透性，同时也影响了酶活性。认为高压电场可使蛋白质、氨基酸、维生素及油料作物的含油量增加〔13～18〕。
1.2 基于高压电场对作物影响特点的研究
剂量学是物理因素对生物影响研究的一个重要的先决性的基础问题,剂量这个物理量一般表述为,剂量=场强×作用时间。当然，场强不同、作用时间不同剂量相同时效果仍然是不一样的。剂量不同, 生物效应不同〔19〕。
高压电场处理方法常以干种子置于一定高压电场下进行，其效果有时并不理想。所以对不同的作物采用不同的处理方法，有的对幼苗进行处理，有的对种子进行处理，而且还要考虑生物体自身品种、种类、含水量以及周围环境中的温度、湿度等生物生长的自然条件和自然环境电磁场的大小及生物体处置的方向等等。还有装置也不同，有的用平行板电容器，有的用电晕高压电场。高压电场也各不相同，有的用直流有的用交流电。也就是参数是多元的。
不同的作物对高压电场的方向性要求不一样。在负高压电场和正高压电场下其效果是不一样的。即呈现多方向性。静电场对生物的影响,可归纳为3种形式即:促进、抑制和无变化(可称为中性)。在一定条件(如高压电场剂量)下,三者又可相互转化。从中性到促进的临界场强叫下阈值,从促进到抑制的临界场强叫上阈值。在不同的阈值下,生物效应不同,可以根据需要选择阈值区域〔20〕。
2 高压电场处理作物种子技术在我国现代农业发展中的重要意义和应用前景
2.1 高压电场处理作物种子技术在我国现代农业发展中的重要意义
生物技术是21世纪高技术产业化研究的重点领域，电场作为对生物体有重要影响的因素之一，有关电生物效应的研究已经由宏观现象拓展到了微观领域。目前，许多实验证明电场处理作物种子后可以令其株高增高、茎、叶片生长加快、产量显著的提高。但生理指标对外电场的响应规律是什么，目前研究报道很少。寻求电场影响植物生长发育的规律，对深入开展植物电场影响的研究和开发利用这种效应具有重要意义。
在现实生活中，种子要经历投放市场、销售、购买、贮存等一系列的流通过程，才进入播种阶段。要想大范围推广电场处理种子技术，就必须考虑这样一个问题：即电场处理过的种子，贮存一定的时间后，电场产生的影响是否仍然保持原有状态？这个问题的研究对指导电场处理种子技术的推广应用，具有十分重要的和现实的意义。
2.2 高压电场处理作物种子技术的应用方向
2.2.1 提高农产品产量和品质。实验证明〔19〕:高压静电场对植物的生长发育均有促进作用, 对小麦、玉米、高粱、水稻、大麦、沙棘、花生、槐树等施以一定的静电压,其株高、茎、叶片、颜色都有显著的提高,蕃茄在18kV静电场中,株高增加12%,三蔟花穗增加1.86倍,结果数增加1.49倍,产量增加1.85倍,结果期提前5d,大豆、玉米施以25kV的静电场,大豆植株增高15%,分枝多了5%,小区产量增加了30%,玉米果实效应也较明显,其行多、粒多、粒重;秃兴减少0.97cm,人参施以0.5kV/cm后,根重增加15.80%。用3.90kV/cm的高压静电场处理沙棘,其生根率高于对照组20%,生根总数是对照组的2.1倍,用静电场处理甜菜种子,甜菜含糖平均提高0.60%,亩产提高7%。总之,静电处理种子增产效应十分显著,一般为10%～40%,大多在20%左右,这些成果被应用, 将大大促进农业的发展。
2.2.2 提高作物的抗逆性。高压电场处理种子对抗逆性影响的实验证明〔12、15、16〕：高压电场处理油葵种子具有提高抗旱性的作用，酶活性提高39.8%，发芽率提高18.7%，根系活力提高60.8％，幼苗吸水力提高21.4％，产量提高12％以上，含油率提高3%以上。高压电场处理小麦种子，在15%、1.0%和0.5%的盐份条件下，发芽率分别提高40%、33%和16%。对牧草种子冰草、羊柴的初步研究结果表明，在干旱胁迫下，发芽率分别提高21.7%和11.0%。因此，恰当的高压电场处理作物种子，在各种胁迫条件下，有关抗逆性的指标都有明显提高。
电场处理种子方法具有简单、有效、省时、低耗、无环境污染和广泛适用的特点，因此，电场对种子的生物效应研究不但具有重要的科学意义，而且具有重要的开发应用价值。该技术作为一门新兴的边缘学科，其应用已经渗透到农业的各个领域，并将作为改造传统农业的重要手段和技术，以促进农业现代化的实现，从而达到增产增收，改善农产品品质。
4 展望
综上所述，高压电场对生物的影响已经得到了证实，有关电生物效应研究和开发虽作了大量的工作，并在一定范围内被应用于农业，但研究对象和内容还远远不够.有待于继续深入探讨，比如在细胞、分子水平等生理机制和分子构象上深入研究其作用机理方面还不够深入。电生物效应对生命规律的影响有待我们进一步研究。
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