电磁场与电磁波研究性学习
--自选命题之《静电场的生物学效应》邢昊12211016 徐海平12211017 赵佃臻12211020
目录
一、前言
二、当前成果
三、定性分析
四、定量分析
五、理论依据（分条）
六、计算过程和结果
七、引入实验
八、收获体会
九、建议和存在的问题
十、参考文献
一、前言
地球是一个巨大的静电场，所有生物都受其影响在隔绝大地电场即静电屏蔽的状态下植物的光合作用受阻，生长缓慢，植物体不能完成正常的代谢过程。但自然电场的作用对植物生长并不是最适宜的条件，这已被许多外加电场的实验所证实。在自然界有些植物可以受环境的诱导而改变其代谢方式，从而使其生物学特性发生变化，即生活环境的变化。可以引起基因表达的改变。高压静电场的生物学作用便证明了这一点。
随着分子生物学、核细胞遗传学研究的深入发展，生物细胞的电磁效应逐渐明确，环境物理因素特别是外界电磁场对生物体的影响越来越受到关注。生物的各种生命活动都伴有电现象，而电现象是一切生命活动的信号，适当地控制和改变生物体的电活动，将有可能影响和刺激有机体的生长发育。
目前，电场处理植物种子的生物效应研究是电场生物效应研究领域中倍受关注的一个课题。我国从90年代开始对生物学与静电这一交叉领域做了大量的研究。
二、当前成果
静电场生物学效应的发现是在18 世纪中叶，但它得到科学工作者的重视，并进行系统而深入研究，还是近几十年的事。20世纪60年代，Murr和Sidaway曾分别研究了电场对植物细胞伤害和植物呼吸强度的影响。20世纪80年代，Kaizmierz用静电场精选燕麦种子时，发现提高了种子的发芽势，缩短了发芽时间。1994年，Tsong等报道了生物膜ATP酶能够从规则的交变电场中吸收自由能并做功。国内从事电生物效应研究起步较早的是北京大学，早在1958年，他们就开始用电场、磁场作为刺激源处理农业生物活体。进入20世纪80年代，我国的研究工作者在研究电场对植物的影响方面做了大量的工作，引起了国外同行的重视。国内的科学工作者对20多个不同品种的种子用电场处理，研究了电场对萌发、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。电场处理种子提高产质量的研究成果，已应用到生产实践中，由此可见，只要有外加电场的作用，生物体就会作出某种响应，即电场将导致某种生物学效应，这种效应在宏观上表现为某种或某些生物化学指标的统计学变化。但是，人们对于电场生物效应的具体物理、化学过程，目前还了解得很不充分。因此，在对于电场生物学效应的研究中目前还不能通过理论分析，正确预言某种电场作用于某种生物系统必将导致某种生物学效应，而是首先通过实验，即用一定的电场作用于一定的生物系统，通过生物化学检测，发现其产生的生物学效应，在大量实验的基础上进一步研究其产生的机理。
三、定性分析
许多实验表明，静电场对作物发芽势、发芽率、根长、芽长、叶片自然鲜重及种子简化活力等均有较显著的影响。一般认为这是由于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；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。对微生物的类似研究同样证明了上述结果。另外有许多文献指出：静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。这是因为电场作用影响生物体的电特性，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，电场影响了膜透性，同时也影响了酶活性，认为电场可使蛋白质、氨基酸、维生素及油料作物的含油量增加。
此外，电场对植物代谢及对矿质营养的吸收产生影响。马福荣等分别于1993年和1995 年，通过测定静电场下放射性同位素P和其他8种无机离子在植物体与生长环境中的分布，证明了静电场能促进植物对离子的吸收。他们对此作了进一步研究和解释：静电场使植物根呼吸速率增大，根部放出CO2增多，CO2和H20 结合而产生H+和HCO3-。由于H+浓度的增加，使H+与土壤中阴离子交换的速度增大，因此植物吸收离子量增大，静电场使土壤表面部分的阳离子浓度增加。
四、定量分析
通过观察和测量种子发芽数，平均发芽速度和幼苗百株重等，研究作用种子的电场生物学效应与电场强度的关系，发现生物响应与外电场作用呈振荡关系，电场剂量一般为0.5-6kV/cm x 5min。利用生物系统超弱光子辐射研究最佳电场剂量，得出大麦种子的最佳电场剂量为4.5kV/cm x 40min，小麦种子为4.5kV/cm x 10min；通过生物指标的检测总结出最佳电场剂量的数据范围是，白菜、油菜、萝卜等小颗粒种子为30kV/cm x 5min，豌豆、黄豆、花生等大颗粒种子为100kV/cm x 20min. 对其他各类种子，一般情况下，最佳电场剂量为100-200kV/cm x 5-12min，此时种子活力增加40%.对不同的种子，场强和处理时间不同。
电场处理方法常以干种子置于一定电场下进行，其效果有时并不理想，为此能否采用不同的场强处理同一批种子，进一步提高作用效果，目前这方面的研究还很少。只是在电场细胞融合技术中分别采用了400V/cm，700V/cm，7kV/cm 脉冲电场将两细胞融合。
因此，多次处理的效果及最佳作用剂量的研究有待于进一步开展。
五、理论依据（分条）~重点是对酶的影响重点啊啊~ 交给你了= 3=
六、计算过程和结果
七、引入实验
随机抽取足量的已通过休眠的夏玉米干种子，随机分成4份，每份100粒，其中一份用作对照组(不加电场处理)．电场处理时，种子平铺在极板中央部位，使其能均匀地经受静电场的处理。实验分三批进行，第一批用2.5kv/cm电场分别处理5min，10min，20min，第二批用3.5kv/cm电场分别处理5min，10min，20min，第三批用4.5kv/cm电场分别处理5min，10min，20min．处理过的种子，置于铺有二层吸足水分湿滤纸的培养皿上，在恒温培养箱中暗发芽，置沙床后7天统计发芽率。同时将全部幼苗用水淋洗，进行根长和苗长测量，然后剥离幼茁、烘干、称量，计算储藏物质转化率。所有测均取五次平均值。
实验数据见表1．表中变量E，t，S，L，D分别表示电场强度、电场作用时间、发芽率、苗长、简化活力指数和储藏物质转化率。
通过实验分析，电场对种子发芽率、苗长、简化活力指数、储藏物质转化率等生物学特性均有一定的影响，而且影响规律基本相同，有隐性作用、促进作用和抑制作用三种情况；作用的效果不但与场强的大小有关，而且与作用时间有关。电场对种子生物特性的正面影响，存在着上下阈值，场强小于下阈值可认为不起作用，场强大于上阈值则对种子带来损伤。在临界场强范围内，作用效果与作用剂量有关，我们把场强大小与作用时间的乘积称为作用剂量。并非作用时间越长越好，静电场对种子生物特性的影响存在最佳值，合适的剂量可以提高种子生物特性的各个指标，而不合适的剂量则结果相反。选择一个合适的处理剂量可以促进种子的生长发育，改善种子的生物学特性。
比如，本实验中，处理剂量为2.5kv/cm*20min时发芽率、幼苗生长及简化活力指数的增长幅度最大，而对于储藏物质转化率，则处理剂量为3.5kv/cm*5min时，增长幅度最大。综合考虑各项生物指标，可选2.5kv/cm*20min为最佳组合。电场对种子生物特性产生影响的内在原因，可解释为在适宜的场强和时间作用下，可溶性蛋白和保护酶活性升高，有利于种子萌发器对储藏物质的分解利用，为细胞的分裂和新建组织的建成做好了物质准备。高压静电场处理种子可以避免药剂拌种带来的药害残留，是一种行之有效的种子处理方法．静电场兼有粒子束及电场辐射的作用，作用剂量不同，效果也不同。由于静电场的作用剂量对提高种子生物特性指标存在一个阈值，低于该阈值，作用不明显，高于该阈值，则对种子不利，在上下阈值之间寻找一个最佳剂量，将有助于促进种子的生长发育，达到苗齐、苗壮的效果。
八、收获体会
九、建议和存在的问题
十、参考文献
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[2]胡玉才,汪静.静电生物效应的特性分析[C].//现代静电科学技术研究.1999:214-216.
[3]白希尧,阎立,李晓玲等.静电场对植物种子的生物效应[C].//静电学术报告会论文
集.1987:295-302页.
[4]张俐,申勋业,杨方等.高压静电场对生物效应影响的研究进展[J].东北农业大学学报,2000,31(3):307-312.DOI:10.3969/j.issn.1005-9369.2000.03.020.
[5]蔡兴旺,林昌华.高压静电场处理对黄瓜种子发芽的影响[J].种子,2002,(6):16-17.DOI:10.3969/j.issn.1001-4705.2002.06.007.
[6]吴旭红,孙为民,张红燕等.静电场对植物的生物学效应[J].黑龙江农业科学,2005,(2):44-46.DOI:10.3969/j.issn.1002-2767.2005.02.015.
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