【摘 要】
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作为一种新型物理农业处理技术,高压电晕电场具有装置简单、生物效应明显、环境友好等优点越来越受到国内外专家学者的重视。对高压电晕电场的物理本质特征分析可知,高压电晕电场生物效应主要是由两个因素引起的,一是高压非均匀电场,二是放电等离子体活性物质。为探究高压电晕电场中的两主要因素即非均匀电场和放电等离子体的各自作用及贡献,本研究分别利用不同参数的交流高压多针-板电晕电场处理裸燕麦种子和直流高压多针-板
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作为一种新型物理农业处理技术,高压电晕电场具有装置简单、生物效应明显、环境友好等优点越来越受到国内外专家学者的重视。对高压电晕电场的物理本质特征分析可知,高压电晕电场生物效应主要是由两个因素引起的,一是高压非均匀电场,二是放电等离子体活性物质。为探究高压电晕电场中的两主要因素即非均匀电场和放电等离子体的各自作用及贡献,本研究分别利用不同参数的交流高压多针-板电晕电场处理裸燕麦种子和直流高压多针-板电晕电场处理蒙古沙冬青种子,每个处理分为两组,一组直接暴露处理,另一组加培养皿盖遮挡处理,以阻断离子风刻蚀作用,可近似为非均匀电场单因素作用。结果表明:在交流高压电晕电场处理裸燕麦种子实验中,除8 kV处理组,其余各处理组种子吸水率都有不同程度的提高。裸燕麦种皮刻蚀程度及幼苗的鲜重随电压的升高呈现上升趋势,而幼苗的活性氧（ROS）含量有所降低。加培养皿盖遮挡时种子表面离子风速率为零,同时扫描电子显微镜（SEM）结果显示,直接暴露组的刻蚀程度比遮挡组更严重,说明离子风和非均匀电场的综合作用对种皮的微观形貌影响更大。傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果显示,高压电晕电场处理可使种皮中亲水物质含量增加、纤维素降解、蜡质等疏水物质含量减少,增加种子亲水性。研究发现大部分高压电晕电场处理组可在1740 cm-1处形成一个新的吸收峰,该吸收峰与种子的亲水性密切相关。无论是否遮挡,高压电晕电场处理均可提高种子的亲水性,培养皿盖遮挡可以减小种皮的刻蚀程度,但却增加种子亲水性,说明非均匀电场对种子亲水性影响更大。在直流高压电晕电场处理蒙古沙冬青种子实验中,电晕放电处理后的沙冬青种皮表面有风蚀形貌,产生大量小沟壑,种皮表面裂纹严重。傅里叶变换红外光谱检测发现,经电晕放电等离子体处理后的沙冬青种皮在3412 cm-1、1739 cm-1、1628 cm-1、1429 cm-1、1334 cm-1、1160 cm-1、1051 cm-1处振动增强,表明亲水官能团增加,电晕放电能改变蒙古沙冬青种皮的化学组分。蒙古沙冬青种皮表观接触角由处理前的99.82±4.86°显著降低到60.11±8.44°,表明电晕放电能显著提高沙冬青种子的亲水性。高压电晕电场处理后种子的吸水率与对照组相比都有不同程度的提高,所有电晕放电处理组在24 h时均有种子发芽,而对照组发芽为零。说明高压电晕电场处理可以显著影响蒙古沙冬青种皮结构和性质,提高种子亲水性和吸水率,进而促进沙冬青种子的萌发和生长。综合分析表明,在相同电压下,直流电晕电场中种子受到的电场辐照强度比交流电晕电场中更大。交流和直流电晕电场中,直接暴露组的离子风速率均随着电压的升高而升高,并且直流高压电晕电场中的离子风速率大于交流高压电晕电场。无论是离子风还是非均匀电场均能提高裸燕麦和沙冬青种子的亲水性和吸水率,且在亲水性方面,交流电晕电场中非均匀电场对裸燕麦种子亲水性的影响更大,而直流电晕电场中离子风和非均匀电场的综合作用对沙冬青种子亲水性的影响更大。高压电晕电场均能对这两种植物种皮产生刻蚀,且随着电压的升高种皮刻蚀程度加重,直接暴露组比遮挡组刻蚀更为严重,表明离子风和非均匀电场的综合作用对种皮的微观形貌影响更大。培养皿盖遮挡可以有效地降低放电等离子体对种子的物理刻蚀程度,同时降低种子接受的场强,并使种子接受的辐射电场更趋均匀。无论有无遮挡,高压电晕电场均可以改变种皮的化学组分,进而提高种子的亲水性。随着放电电压的增加,处理后种皮的化学组分变化越大,种皮刻蚀增加,种皮中亲水性物质的增加、纤维素降解和表面上裂纹的增加提高了种子的吸水性和透水性。轻中度的电场刺激可以提高酶活性,加速新细胞生成,提高种子活力,促进根芽分化和生长,进而对电场处理后的幼苗苗高和鲜重产生了促进作用。从宏观效应来看,直流电晕放电的效果更好。该研究为高压电晕电场处理种子的表面改性和化学组分的分析提供了实验数据支持,并为揭示高压电晕电场的生物效应机理提供了思路。
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