| 单词 | 磁场处理农作物种子的生物学效应及其机制 |
| 释义 | 【磁场处理农作物种子的生物学效应及其机制】 生物磁学，是研究和应用物磁性和磁场与生物特性之间相互联系和相互影响的一门新兴边缘学科，已在农业、医学、环保及生物工程等领域得到广泛应用。在农业科学领域内，磁场和磁场处理水(过去称“磁化水”)处理农作物种子及其产生的磁生物学效应已逐渐为人们所注意，丰富了生物磁学研究的新内容。但磁场的生物学效应是相当广泛的，其磁生物学机理是一个尚待解决的问题。进一步开展磁场处理农作物种子产生的磁效应及其机制研究，在理论和实际应用上都有广泛的意义。 磁场处理农作物种子的生物学效应磁场处理与种子的发芽 磁生物学的研究早有报道，但以人体和动物方面居多。在农业上应用较早的领域之一，是磁场处理作物种子。国内外的研究证明，磁场直接处理农作物种子，可表现出促进种子发芽、发芽率提高、发芽势增强等磁生物学效应。赖光新等(1986)用0．067～0．4T的电磁场处理后种子的发芽率、发芽势和根长均比对照提高，差异达极显著水平。我国已对水稻、小麦、大豆、玉米、番茄、绿豆、豌豆、花生、紫云英、甜椒、烟草、向日葵、胡萝卜等农作物种子进行过试验，均证实了磁场对农作物种子的生物学效应。国外报道，恒定磁场(约0．12T)对几种作物种子的发芽有加速效应。应用磁场处理水，水的一系列物理性质和化学性质都有改变，比如水分子结构的变化(水中自由水分子增多和水分子极性的增强)，介电常数增大，溶解氧增加，水的渗透力、生物膜穿透力的增强等。利用磁场处理水浸泡水稻、小麦、油菜、大豆、玉米和番茄等农作物种子，都获得了与磁场直接处理相似的磁生物学效应。表现为：(1)磁场直接处理和磁场处理水浸种大大促进种子萌发，提高种子发芽势。(2)种子发芽率提高。(3)有利于种子生根。(4)磁场作用下种子发芽提前，促进作物早熟。(5)促进作物增产。也有关于磁场和磁场处理水对农作物种子有抑制作用或没有明显作用的报导。Reinke等(1985)观察到磁场对多种农作种子的发芽没有作用，一些植物(如葱属、水仙属和锦紫苏属的植物)的细胞、组织和器官发生早衰现象，其原因可能与磁场处理对作物种子的萌发作用与磁处理参数密切相关。磁场处理与种子的呼吸作用 磁场处理可提高种子萌发时的呼吸强度。何铭章等(1983)用0．05T、0．1T、0．15T和0．2T的恒定磁场和脉动磁场处理小麦种子15min，经磁场处理的种子呼吸强度均比对照高，其中又以脉动磁场最为显著；各级剂量内以0．1T最高，为对照的4～5倍。前苏联Пеэенеч等(1975，1977)用恒定磁场处理冬小麦、大豆、向日葵等种子4～6昼夜后，观察到呼吸强度比对照提高1．5～2倍。赵树仁等(1980)应用0．09T切割1次和2次的磁场处理水浸泡小麦种子，种子的呼吸强度也增强77%～135%，应用磁场处理水稻、番茄、菜豆、大豆、棉花等作物种子均观察到呼吸强度有不同程度的增强。作物种子的呼吸作用，是一系列的氧化还原过程。氧化还原过程有电子的得失，而磁场正是通过影响电子的运动对呼吸作用产生影响。磁场处理与种子的生理活性物质 磁场处理农作物种子，许多生理活性物质如可溶性蛋白质、淀粉、核酸等的含量会发生变化。磁场处理种子后，可溶性蛋白质和核酸含量的提高，可能是刺激种子的蛋白质合成，从而导致种子萌发速度加快的一个重要原因。磁场处理与种子的酶活性 印度Bhatnagar(1987)用磁场处理小麦种子，观察到α－淀粉酶与叶子的硝酸还原酶活性增强。前苏联文献报道，经磁场处理后，种子的过氧化物酶、多酚氧化酶、脂酶等多种酶的活性均有提高。应用0．09T的磁场处理水浸种，水稻、小麦、玉米种子的淀粉酶活性均有提高，但大豆经处理后淀粉酶活性明显降低，然而过氧化氢酶活性则有所提高。番茄用0．1～0．14T磁场处理水浸种，硝酸还原酶活性提高。该酶活性的提高可以促进植物对NO3－的吸收和利用，从而促进作物的氮代谢。赵树仁(1980)曾用溶液增养法(磁场处理水作溶剂)研究番茄幼苗吸收硝酸盐中氮的速率，对照组(以自来水作溶剂)以每日10．9%的速率从Knop溶液中吸收NO3－－N，而处理组在同一时间内吸收速率分别为16．78%(一次切割磁场处理水)和14．2%(二次切割)，进一步证实了磁场对氮代谢的效应。过氧化物酶同工酶，是磁处理与种子的酶活性关系中研究较多的酶。同工酶普遍存在于植物体中，从同工酶谱的分析可以识别基因的存在和表达，反映代谢调控的改变及生理功能的差异，是研究生理生化变化的灵敏指标。经磁场处理后分析小麦种子萌发时的过氧化物酶同工酶谱，其同工酶谱的带数和宽度都有不同变化。经0．1T处理的酶谱增加2个带，0．05T、0．15T、0．2T处理增加一个带，酶谱的染色深度均比对照深。说明经磁场处理后小麦种子的过氧化酶同工酶的活性有所增强。薛毓华(1983，1989)应用磁场和磁场处理水处理番茄，观察到过氧化物酶同工酶和超氧化物岐化酶同工酶活性均有提高。可以认为，种子中酶活性的增高是提高种子萌发率和加速幼苗生长的生理、生化基础。磁场处理农作物种子的技术及其参数国内外农作物种子的磁场处理大致可分3类。第1类是应用磁场直接处理种子。处理用磁场可用铁、钴、镍等合金制成的永久磁块，根据要求调节磁场的距离以获得不同强度的磁场。同时，可根据电磁场原理制成磁场处理机，通过调节电流强度以获得各种强度的磁场。第2类是利用水以一定的流速通过磁场切割磁力线以获得磁场处理水，再用磁场处理水浸种。第3类是用磁场处理水浸种的同时再配以一定的磁场处理。此外，前苏联还开展了应用磁场处理土壤，使植物在超过土地磁场的磁场中生长的试验研究。磁场处理农作物种子的参数主要有磁场强度、作用时间等。生物磁学的广泛研究资料表明，磁场在很宽的范围内(0．001～1T)均可对植物的生长产生影响。前苏联学者曾在屏蔽地磁场的条件下，用2×10－8～1T高斯的磁场处理小麦，表明在不同磁场下其作用差异较大，而且不同作物种子对磁场强度大小的敏感极限是不同的。一般认为粮食作物以0．1～0．2T磁场处理有利于促进发芽，提高发芽势和发芽率，作物增产明显；对蔬菜类则以0．2～0．4T较佳。上述磁场处理方法均以干种子置于一定的磁场下处理，效果常不稳定。90年代以来，已有磁场+γ射线、磁场+KNO3、磁场+高水分种子以及磁场+湿处理等复合处理的报导，其效果远远超过常规的干种子处理。影响磁场处理水效的参数有磁场强度、水切割磁场次数以及水的流程等。磁场作为对种子的一种外界刺激，磁场直接处理对促进种子萌发的直接效应较磁场处理水明显，而随着发育进程则磁场处理水逐步显示出生物积累效应，且效应比较稳定。但总体看来，无论磁场或磁场处理水，其生物效应基本相似。磁场处理农作物种子的磁生物学机制机制是一个非常复杂的过程，国内外尚无统一的定论。研究者从不同的角度对这一问题提出各种机理，初步认为其磁生物学机制与下列过程有关：1．磁场作为一种外界物理刺激作用于农作物种子，而种子接受了磁场的信息，这种信息可能是某种控制因素，可以诱导或启动生物体中携带的某种信息，促使一定的反应发生。美国曾报导，磁场处理水具有一种能量，可刺激或激活细胞内的酶。2．磁场增强种子的酶活性。作物种子的萌发和生长，是一系列酶促反应的表现和过程，而这种酶促反应的快慢又直接取决于反应时酶活性的大小。因此，磁场促进种子萌发的重要方面就是体现于磁场增强多种呼吸氧化酶的活性，加速种子内贮藏的淀粉、脂肪和蛋白质的转化。此外，磁场处理可影响含有Mn、Cu、Zn、Fe等重要金属的酶和蛋白质中这些顺磁性原(离)子，从而必定会改变这些酶和蛋白质的活性、结构和功能，进一步影响到这些酶和蛋白质所参与的一系列生理生化反应，使植物表现出磁效应。3．磁场可加快种子的吸水过程。吸水是种子萌发的第一步，只有种子吸收足够的水分后，其他生理作用才能开始。磁场处理可以改变细胞中与大分子不同程度结合的水和自由水的量，以及细胞质中蛋白质凝聚体水合作用的程度，从而表现出细胞质运动速度加快，聚集状态、粘度和细胞保持水分的能力改变等。同时，磁场作用于水分后可增强对生物膜穿透性。4．磁场促使种子呼吸作用增强。磁场处理水中含氧量提高，使种子吸水过程加快，加速种皮膨胀软化，从而大大增加水分及氧气的渗入量，加上磁场作用下呼吸氧化酶活性的增强，即可使胚的呼吸作用加强。5．磁场加速营养物质的吸收作用。水经磁场处理后能量增加，使水溶液中钙、镁、碳酸盐和其他无机物的溶解度、电离度增大，电离出的带电离子较多，提供了较多的离子型速效养分供细胞吸收利用。磁场处理后酶活性的提高，则促进了体内的代谢过程，从而保证了有充足的养料和较高的利用率，为旺盛的生理活动奠定了足够的物质基础和能量来源。总之，磁场处理种子的磁生物学机制是一个非常复杂的过程，尚需进一步研究。(浙江农业大学卢升高、俞劲炎撰) |
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