高压静电场对黄瓜幼苗叶绿素荧光的影响

高压静电场对黄瓜幼苗叶绿素荧光的影响
朱剑昀;吴沿友;李美清
【摘要】The cucumber seedlings were observed carefully , which were treated with different intensities of high-voltage electrostatic field .The chlorophyll fluorescence parameters of those seedlings were detected .It turned out that low inten-sity applied fields significantly reduced the NPQ and qN increased ETR and qP.Thus appropriate electrostatic field was conducive to the process of changing light energy to chemical energy .This acceleration was most pronounced when the in-tensity of HVEF is 1 .0
kV/cm .On the contrary , excessively high-voltage electrostatic field did harm to PSⅡ, therefore , it was harmful to photosynthesis of cucumber seedlings .%以萌发30天的黄瓜幼苗为实验材料，研究不同强度的高压静电场（ HVEF ）对叶绿素荧光参数的影响。

研究发现，较低强度的外加电场可显著降
低 NPQ 与 qN ，提高 ETR 与 qP ，有利于黄瓜幼苗将光能转化为化学能。

其中，以1．0 kV/cm 强度电场的促进作用最为显著；过强的外加电场则会破坏PSⅡ反应中心，不利于黄瓜幼苗进行光合作用。

【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】4页(P195-198)
【关键词】高压静电场;黄瓜幼苗;叶绿素荧光参数;根表面积;根系活性吸收面积
【作者】朱剑昀;吴沿友;李美清
【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江,212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，江苏镇江 212013; 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳 550002;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】S183
大气电离层相对地面有360kV的正电位，导致地球表面存在一个强度约为
130V/m的自然电场环境。

地球上生物的生命活动都受到该电场环境的影响，并
在长期的进化过程中逐渐适应了自然电场环境，演化出与之对应的生理特征。

当电场环境发生改变，如人为外加高压静电场，必然对其中生物的生命活动产生影响。

这种影响被称为高压静电场的生物效应，该效应引起了科学界的极大关注，并由此发展的高压静电技术已经广泛应用到农业、医学等各个领域。

如高压静电场可明显延长蔬果的储藏时间\［1\］，提前或迟滞植物开花时间\［2\］;促进植物愈伤组
织的生长与分化\［3\］;提高种子发芽率等\［4\］。

然而，关于高压静电场对植
物叶绿素荧光参数的影响的研究较少。

研究高压静电场处理对植物叶绿素荧光参数的影响，不仅对高压静电植物学效应机理研究具有重大意义，而且对于生产实践具有非常重要的指导意义。

叶绿素荧光技术在测定叶片光合作用过程中叶片对光能的吸收、传递、分配、耗散等方面具有独特作用。

相对传统气体交换指标，叶绿素荧光参数可以更好反应植物叶片的内在特征。

因此，叶绿素荧光技术被视为研究植物光合作用与环境关系的内在探针\［5－8\］。

本文以“津优1号”黄瓜为研究对象，研究了高压静电场处
理对黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响，旨在进一步探索高压静电促进植物生长机理，并为其在种植业中的实际应用提供理论依据。

1.1供试材料
供试黄瓜(Cucumis sativus L.)种子选用津优一号。

选取饱满整齐一致的种子，用5%福尔马林浸泡种子0.5h，洗净后置于蒸馏水中浸泡24h(置于28°C恒温光照培养箱内)催芽;将发芽的种子播于装有珍珠岩的穴盘内，温室昼温(28±2)℃，夜温(16±2)℃，自然光照并浇灌Hoagland营养液(pH 6.5) ;待培养至第30天待用。

1.2实验设备
高压静电发生装置如图1所示。

装置主要由电极板、屏蔽罩与一个直流高压发生
器构成(BBG脉宽调制型直流高压发生器，北京机电研究院高电压技术公司)。

1.3试验处理
从黄瓜幼苗中挑选大小相近、长势相似的植株，每10株为一组均匀放置于不同强度高压静电场下处理。

处理组电场强度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、
3.0kV/cm，处理时间120min。

另设一组作为对照(ck)，除不加电场外，其余条
件相同。

整个实验在人工气候室进行，温度(25±1)°C，相对湿度60%～70%，光照强度200 μmol/(m2·s)。

1.4测定方法方法
处理后，使用IMAGE－PAM叶绿素荧光成像系统(德国WALZ公司生产)测定各
株幼苗从植株顶部向下第一完全展开功能叶的叶绿素荧光参数。

将待测材料充分暗适应30min以上，在室温(25±1)°C下测定幼苗的叶片固定荧光(Fo)、光化学淬灭系数(qP)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、表观光电子传递速率(ETR)、非光化学
萃灭系数NPQ与qN。

固定荧光又称初始荧光，指PSII反应中心处于完全开放时的荧光产量\［9－10\］。

如图2所示，当外加高压静电场强度较低时Fo基本与对照组维持同一水平。

场强超过1.0kV/cm时Fo值开始随外加电场增强而增加，并在2.0kV/cm时达到最大，此后保持在高水平。

PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm，反映PSⅡ光化学效率的变化，降低说明其发生光抑制的程度越高\［11\］。

如图2所示，1.5kV/cm以内的高压静电场对黄瓜幼苗光化学效率影响不大，2.0kV/cm及以上强度的外加电场使Fv/Fm显著降低。

ETR即表观光合电子传递速率，反映光化学反应的启动速率\［10－12\］。

如图
3所示，外加电场较弱时ETR与电场强度呈正相关，超过1.5kV/cm的高压静电
场则使ETR值降低，且场强为3.0kV/cm时低于对照组。

光化学淬灭系数qP表示光合活性的高低，其随外加电场强度增加的变化规律与ETR相似，也呈现“先增后减”的趋势，且于1.0kV/cm场强时取得最大值0.56，如图3所示。

NPQ与qN均反映植物细胞的非光化学猝灭状况，即PSⅡ天线色素吸收的多余光能无法用于光化学电子传递，而以热能的形式耗散掉，对光合机构起自我保护作用\［8，13－15\］。

由图4可见，适宜强度的高压静电场处理可降低NPQ与qN 值，提高黄瓜幼苗的光能利用率。

其中，0～1.0kV/cm以内，NPQ与qN随场强增加而降低;反之，电场强度超过1.0kV/cm，NPQ与qN则与场强呈正相关，耗
散的光能增加。

叶绿体间质中悬浮有由膜囊构成的类囊体，类囊体膜上含有光合色素和电子传递链组分，是光能向化学能转化的关键\［16－19\］。

当类囊体电压处于正常状态下(－70～+165mV)时，荧光产额与类囊体电压呈线性正相关。

即，类囊体电压每增加100mV，荧光产额增加9% (±2%)\［20\］。

当外加电场强度超过临界范围，
类囊体电压每增加100mV，原初电荷分离常数与基本电荷复合速率常数分别下降约8%与50%\［21\］。

本研究中，类囊体直径约0.5μm，场强增加每1.0 kV/cm，在类囊体两端产生约
为50mV的电势差，因而在一定范围内，荧光产额增加。

其表现在，随外加电场
增强ETR即表观光合电子传递速率与光化学淬灭系数qP升高，电场提高了PSⅡ
的电子传递活性;同时，反映植物细胞的非光化学猝灭状况的参数NPQ与qN下降，以热能的形式耗散掉的光能降低\［12，16\］。

因而，黄瓜幼苗对光能的利用率
升高，耗散的光能降低，有利于光合作用。

高压静电场强度大于为1.0 kV/cm时，类囊体电压升至正常状态上限(165 mV)，对光能转化的促进作用达到最强。

当外
加电场继续增强，上述促进随外加电场增强逐渐减弱。

超过2.0kV/cm的高压静电场使参数Fo升高，表明PSⅡ反应中心受到破坏或不
可逆失活\［13，20－21，24\］。

此外，NPQ与qN显著上升，ETR与qP下降，说明叶片吸收的光能耗散增多，光能转化效能降低，从侧面反应了光合作用结构遭到破坏\［24－25\］。

本文对不同强度高压静电场对黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响进行了实验研究。

结果表明，较低强度的外加高压静电场可以促进黄瓜幼苗叶片将光能转化为化学能。

其中，在0.5～1.5kV/cm阶段促进作用显著，过高强度的外加电场则不利于光能
的转化。

该研究为利用高压静电场提高植物对光照利用效能提供了理论依据，并为静电除虫等技术提供了安全电压的数据依据。

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