高压静电场处理种子研究现状与发展对策

高压静电场处理种子研究现状与发展对策

摘要对目前国内外高压静电场处理作物种子的概念、分类、应用等研究状况进行了概述，对于静电种子处理目前存在的问题给出了发展策略。种子处理从源头上改善了种子的品质，有利于食品安全。适当的静电处理能显著提高种子的发芽率、发芽势、苗高、根长、鲜重等各项指标。通过测定种子自由基含量和超弱发光强度，分析了高压静电场对作物种子生物效应的作用机理。高压静电场的合理利用可对种子的萌发，幼苗生长，农作物产量及品质保鲜等方面产生积极影响。

关键词：高压静电场，种子处理，发芽率

Research Status and Development Countermeasure of seed treatment with High voltage electrostatic field Abstract:The recent research progress in the high voltage electrostatic field in seed treatment of concepts,classification and application is reviewed in present paper.Giving development strategy for the present problems of the electrostatic seed treatment.Seed treatment improved the quality of seeds from the source,it is advantageous to the food safety.Proper electrostatic treatment can significantly improve seed germination rate,germination,seedling height,root length,fresh weight and so on.By measuring the seed content of free radicals and ultra weak luminescence intensity,it is analyzed for the high voltage electrostatic field to the mechanism of the biological effects on crop seeds.It produces positive influence on seed germination,seedling growth,crop yields and the quality of preservation with the rational use of high voltage electrostatic field.

Key words:high voltage electrostatic field,seed treatment,germination rate

0引言

随着现代农业的不断发展，如何提高种子质量，改善产品品质，增加作物产量，已成为人们争相研究的课题。优质种子是农作物丰收的前提条件，目前，越来越多的科学方法被用于种子处理中。种子处理大多采用播前处理，传统的物理筛选，化学灭菌等方法能够在一定程度上提高种子活力，增强作物抗病性，改善农产品品质。但是某些化学药品的介入必将对水质和土壤造成污染[1]。

高压静电技术是近年来兴起的一种重要的种子处理方法。高压静电场能够对作物种子内部水分子、酶等物质进行作用，优化其原有性质，以达到种子发芽生长所需要的良好条件。静电处理

）和氮氧化物，氮氧化物在种子时，会产生强烈的电晕放电，进而产生离子雾，高浓度臭氧（O

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种子表面与水化合形成硝酸和亚硝酸，它们能够刺激种子休眠状态的胚胎。臭氧是一种强烈的杀菌剂，杀菌效果比氧快15～30倍。因此，静电处理后的种子，其植物发病率会大大降低[2]。近些年的实验研究表明：静电处理对小麦、玉米、水稻、番茄、黄瓜等众多农作物的生长发育均有显著影响。高压静电技术具有设备简单，可重复使用，成本较低，短时间内效果显著等特点，因

此受到国内外众多科技工作者的高度重视，也取得了丰硕成果[3]。

我国是农业大国，农业的发展关系着国计民生，传统落后的农业发展方式应逐渐进行改变，更多引入现代农业技术，树立农业科学发展理念。

1国内外研究现状

1.1国外研究现状

1.1.1静电分选

静电分选可以将作物种子系统分级，挑选出优质种子。羽扇豆种子是植物蛋白质的优质来源。早期用湿析出法从羽扇豆种子中提取蛋白质，但提取率较低。Jue Wang等[4]人用研磨和静电分离相结合的干分馏法替代湿析出法提取蛋白质，取得较好效果。相对仅进行粗糙研磨，与静电分选相结合能减少粒子的集聚，提供充分分离的蛋白体。一次简单的静电分离后获得的干粉末蛋白质含量达到57.3%。连续三次静电分离后干粉末蛋白质含量进一步提高到65%。通过额外的加工和循环利用具有一定蛋白质含量的粉末，最后得到的干粉末蛋白质含量达到65.1%。基于这些研究结果，采用研磨和静电分离相结合的方法从羽扇豆种子提炼蛋白质是更优的方法。

1.1.2高压静电场对种子作物的发芽及相关指标的影响

国外对电场处理种子发芽做了许多研究，Seiichiro Isobe等[5]对干燥的牵牛花种子进行电场处理和发芽实验，通过氢核磁共振谱光谱和核磁共振微成像技术来检测萌发种子的含水状态。研究认为，细胞膜在吸涨过程中受到电场极化的作用导致水分子集聚异常，破坏了细胞膜组织，牵牛花种子在50kV/m静电场强度下处理60min发现，其发芽率比未处理种子发芽率低50%，这说明牵牛花种子对电场过于敏感。Rukui Huang等[6]将黄瓜种子分别作吸胀处理和电场处理，然后进行发芽和膜通透性实验，结果表明，这两种处理方法都能够提高黄瓜种子的发芽率。Daniela Ichim等[7]人认为在植物个体发育初期，静电应力能使基因产生变异，从而对植物个体产生影响。

1.1.3高压静电场对种子作物的品质保鲜方面的影响

高压静电场在作物保鲜及品质方面也有许多研究。VTirtha Raj Bajgai等[8]用430kV/m的交流高压电场对余甘子处理2h，将处理后的余甘子分别置于4,20和35℃的环境中，通过研究余甘子腐败，色泽，维生素C等指标证明了高压电场能够延长余甘子的贮藏时间。Chang-Wei Hsieh等[9]将胡萝卜汁进行高压静电场处理，与对照组相比，处理后的胡萝卜汁贮藏时间得到延长，在低温状态下，高压静电场还起到保鲜和提高营养价值的作用。V.Palanimuthu等[10]对蔓越橘分别施加2，5，8kV/cm的电场强度进行处理，处理时间分别为30,60，120min，通过分析蔓越橘的呼吸率发现，在2～3周内，经高压电场处理的蔓越橘与对照组相比呼吸率显著降低，这说明高压电场能够增加蔓越橘贮藏寿命。

1.2国内研究现状

1.2.1种子静电分选

种子静电分选是基于种子之间电导率和介电常数的不同来进行的。根据这些差异，充分利用静电力、重力、离心力等因素来对种子进行分离、提纯和分级。实验研究表明，不能发芽种子胚胎周围水分比能发芽种子少2%，因此活种子的介电常数高于死种子。使用DXJ--1型静电选种机分选牧草种子能使种子发芽率提高10%～26%，充分提高了种子的利用率[3]。

山东农业大学徐江等[11]利用介电分选机在不同电压下对水稻种子进行介电分选，设置滚筒转速为25r/min，结果发现，分选机对水稻种子有较好的分选效果，并且当分选电压为4000V（DC）时，分选获得的Ⅰ级水稻种子的活力最高。

江西农业大学于爱真等[12]将水稻种子从30cm高度自由下落，种子下落过程中经过高压静电场，由于静电力的作用而产生位移，根据分离距离对种子进行分选。研究表明，经过高压静电场分选出的优质水稻种子，其α淀粉酶活性、脂肪酶活性、蛋白酶活性以及电导率都有明显改善。

水稻种子发芽率和发芽势的改善程度与分离距离有明显的相关关系，分选出的优质水稻种子比未分选水稻种子的发芽率和发芽势提高了5%～8%[13]。

1.2.2静电场对种子活力的影响

静电作用对种子的活力也会产生影响，目前国内有许多相关研究。韶关学院蔡兴旺等[14]将黄瓜种子置于静电场中，通过设置不同的电场强度和处理时间来对种子进行处理，并借助回归方程对结果进行回归分析。结果表明，当处理时间3min，电场强度200kV/m时，黄瓜种子的发芽率、发芽势、苗高、根长、鲜重分别为96%、92%、15.88mm、7.78mm、0.32g，活力指标显著提高。山东农业大学李法德等[15]利用芒刺电极对包衣棉种进行电场处理，以研究静电场对棉种发芽率和幼苗质量的影响，当芒刺电极在-16kV（DC）下对棉种处理40s后，其发芽率和幼苗质量分别提高29.33%和13.27%。为了提高处理水稻种子的效率，徐江利用芒刺电极对三层水稻种子同时进行处理，结果发现：电晕场处理多层种子时电磁波产生穿透效应，适宜的电场强度可以使多层水稻种子活力都显著提高[16]。

聊城大学王宣高等[17]研究了高压静电场对陈年棉花半毛籽活力的影响。实验中将棉花种子放于3200kV/m的高压静电场中分别处理不同的时间。研究表明，陈年棉种活力随着处理时间的增加而提高，棉种发芽率、发芽势显著提高，当处理时间为60s时达到最佳效果。郭守志也从电场处理玉米种子的实验中证明：处理剂量较小时，电场对玉米种子活力影响不大，处理剂量过大时，电场对玉米种子萌发产生抑制作用，所以只有在适当范围的电场剂量才能提高种子的活力[18]。

1.2.3静电场对种子生物学效应的影响

我国从上世纪七八十年代开始就有学者对静电生物学效应进行了研究。大连水产学院白亚乡等[19～20]选用甜菜种子进行电场处理，借助顺磁共振波普技术和液闪仪单光子监测装置，分别测定种子自由基含量和超弱发光强度，以此来分析高压静电场对甜菜种子生物效应的作用机理。研究表明，静电场能够对种子体内的水分子进行作用来提高自由基含量，进而提高种子生物膜的透性和种子的超弱发光强度，从而影响种子的生命活动。实验证明：适当强度的静电场能够提高种子的呼吸强度、发芽率、自由基含量和超弱发光强度。

茂名学院邓红梅等[21]对黄瓜种子的生物学效应进行了分析，实验中用高压静电场对干、湿两种状态的种子分别进行处理，设置电场强度为20kV/cm，处理时间为20s，结果黄瓜种子的各项生理指标都比对照组有明显提高，而且吸胀种子相比干种子的处理效果更好。

1.2.4静电场对作物品质及保鲜的影响

高压静电场在作物品质和保鲜方面也有一定作用。山西农业大学王愈等[22]对番茄进行静电处理，结果发现：适当强度的静电场处理能够减缓番茄果实可溶性糖含量及硬度的下降，有一定的保鲜作用。内蒙古农业大学李高等[23]用四种强度的电场对甜高粱种子进行处理，发现当电场强度为2.0kV/cm，时间为5min时，甜高粱生物产量及干物质积累量增加最明显，同时将秸秆内更多的蔗糖转化为果糖和葡萄糖。河北农业大学王颉等[24]对采后红元帅苹果进行高压静电场处理，结果表明，贮藏一段时间后，经静电场处理过的苹果的新鲜程度、甜度等各项指标均比对照组好，这说明：适当强度的静电处理能有效提高贮藏苹果的品质。

1.2.5静电场在其他方面的作用

随着在高压静电场领域研究的不断深入，榆林学院陈花等人[25]发现静电场还能够减轻水分胁迫对荞麦幼苗造成的伤害，提高幼苗的抗旱性。我国很多地区都会遭遇春旱，例如新疆和黑龙江，如果幼苗在初期具有一定的抗旱性，这对农作物保苗具有关键的作用[26]。余登苑等对番茄和小青菜用电压为10kV的静电场处理，与对照组相比，产量分别增加91.9%和18.3%，增产效果显著[27]。

2存在问题与发展对策

2.1存在问题

1）高压静电场影响种子各项生理指标的机理十分复杂，作物种类繁多，不同作物的物理化学特性差异很大，对于不同作物没有统一标准的最优电场剂量。

2）作物含水量、环境温度、湿度对处理效果有很大影响。

2.2发展对策

1）针对每种作物自身的特性，电场剂量采用大范围筛选，借助回归方程建立活力指数回归模型确定最佳电场剂量。

2）作物含水量、环境温度、湿度等是影响电场处理效果的重要因素，实验过程中应充分考虑这些要素，设置对照实验。

3小结

综上所述，高压静电场经过合理利用可以提高种子的活力，促进种子发育，同时对农作物还起到保鲜和提高品质的作用，在农业领域将会有广阔的前景。高压电场处理种子，使作物生长的根源得到优化，从源头上改善了种子的品质，减少后期补苗，施肥，喷药等操作次数，为后期提高作物的产量和品质奠定基础。经高压静电场处理过的作物污染少，有毒成分少，品质好，有利于人体健康。所以，为了食品安全及人类健康，在现有研究基础上应投入更多精力，更加深入探索种子处理的良法。

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