陳建中　胡建芳　杜慧玲　王玉國

摘要：從高壓靜電場的產(chǎn)生及其生物效應特點出發(fā)，綜述了其在農(nóng)業(yè)領域的應用和研究現(xiàn)狀，概述了靜電場處理應用于番茄（Solanum lycopersicum）的生物學效應研究概況，力求為利用高壓靜電場新技術促進番茄增產(chǎn)增效提供借鑒和指導。

關鍵詞：番茄（Solanum lycopersicum）；高壓靜電場；生物效應

中圖分類號：S641.2；Q689 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0007-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.01.002

番茄（Solanum lycopersicum）又稱西紅柿、洋柿子、番柿等，屬于茄科番茄屬中以成熟多汁漿果為產(chǎn)品的一年生或多年生草本植物。番茄原產(chǎn)于南美洲的秘魯、厄瓜多爾和玻利維亞。16世紀由墨西哥傳入歐洲，在意大利、西班牙、英國、法國等國家最早只是作為觀賞植物。直到17世紀，番茄才在歐洲作為蔬菜栽培。19世紀中后期，番茄生產(chǎn)急劇增加，幾乎涉及到全世界。大約17世紀末至18世紀初，番茄才引入中國。解放以后，番茄生產(chǎn)才在中國迅速發(fā)展，成為最主要的果菜之一。番茄作為食用蔬果現(xiàn)已被全球性廣泛種植[1]。

番茄果實色澤鮮艷，肉質(zhì)纖細，酸甜適口，汁多味鮮，富含可溶性糖、有機酸、蛋白質(zhì)、維生素A、維生素B1、維生素C、胡蘿卜素和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，礦物質(zhì)中所含有的鈣、鐵、磷、硫、鉀、鈉、鎂等礦物鹽類，對血液的新陳代謝起很好的作用。番茄除可生食與熟食外，還可制成原汁、罐頭、番茄醬、番茄粉和番茄干等多種加工制品。番茄味甘、酸、微寒，有消熱解毒、生津止渴、養(yǎng)陰涼血、健胃消食等作用；番茄皮含有很高的膳食纖維，具有改善腸內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，排泄有毒物質(zhì)等功能；番茄紅素可預防及治療癌癥及心血管病、消除香煙和汽車尾氣中的有毒物質(zhì)、提高人體免疫力、抗衰老、降血脂和膽固醇。此外，一些特色番茄品種如櫻桃番茄等兼具觀賞價值，使其越來越受到老百姓的喜愛[2]。

1 高壓靜電場技術在農(nóng)業(yè)中的應用

人類和各種生物賴以生存的地球表面，本身是一個天然的電場，地球電離層相對于地面有360 kV的正電位，其強度為130 V/m，每1 s內(nèi)，大約有1 800 C的正電荷從大氣中流入地下，突出于地面的植物正是這1 800 A大氣電流的重要通道[3]，長期生長于地球表面的植物，其電荷分布、排序以及運動都有一定的規(guī)律性，自然靜電場的存在已經(jīng)成為它們生長、發(fā)育不可缺少的條件，所以生物體周圍電場的變化必然會影響其新陳代謝的過程[4]。高壓靜電場處理技術作為物理農(nóng)業(yè)的一種新技術，雖然發(fā)展和起步較晚，但由于它契合著生態(tài)農(nóng)業(yè)、物理農(nóng)業(yè)的潮流，簡單、有效、省時、低耗、無環(huán)境污染和廣泛適用的處理手段，使其展現(xiàn)出強大的生命力，成為農(nóng)業(yè)領域應用和研究的新熱點，越來越受到農(nóng)業(yè)專家的追捧和農(nóng)業(yè)從業(yè)者的重視。

1.1 高壓靜電場的產(chǎn)生

靜電生物效應就是研究靜電場對生物體（包括動物、植物、微生物和人）所產(chǎn)生的影響。將220 V的電壓升高整流，再通過高壓電纜、保護電阻等加到電暈線或金屬板上，這樣就形成了高壓電場。高壓電場有靜電場和交變電場，靜電場又分為非均勻電場和均勻電場。電暈線電場屬于非均勻電場，通過調(diào)整電暈線與金屬板之間的距離來控制電場強度的大小，并通過高電壓電離空氣產(chǎn)生的空氣離子和臭氧發(fā)揮作用[5]，由兩塊平行金屬板作電極組成的電場是均勻電場，均勻電場可忽略邊緣效應。

1.2 高壓靜電場生物效應特點

相關資料表明：高壓靜電場誘導生物效應的變化具有劑量不定性、參數(shù)多元性、多向性及閾值、階段性及消退效應等特點[6-13]。劑量不定性是指相同的生物，施以不同劑量的電場，產(chǎn)生的效果各異，不同的生物施以相同劑量的電場產(chǎn)生的效果也不同，在進行電場技術應用時，一定要正確選取電場劑量；參數(shù)多元性是指生物所受高壓靜電場的生物效應不僅與場強和作用時間有關，也與生物體自身品種、種類、含水量以及周圍環(huán)境中的溫度、濕度等生物生長的自然條件和自然環(huán)境電磁場的大小及生物體放置的方向等諸多外界因素有關，具有多元性，是生物內(nèi)外因素綜合作用的結果；多向性是指不同的生物對象對電場的方向性要求不一樣，即生物在受到電場作用時，正負電場的作用效果均不一樣；闕值是指電場影響生物分三種形式，即對生物的生長表現(xiàn)為促進、抑制和無變化；階段性是指在生命過程中靜電場的生物效應也隨生物體的生長發(fā)育而變化，即呈現(xiàn)出明顯的階段性；消退效應是指生物體施加電場后的生物效應會隨時間推移逐漸減弱乃至消失。

1.3 高壓靜電場在物理農(nóng)業(yè)中的應用研究

生物體的高壓靜電場處理作為一種物理技術，既是物理的，又是生理生化極其復雜的轉(zhuǎn)化過程。

電場對生物影響的研究始于18世紀中葉，主要研究電場作用于生物體而引起生物體刺激或抑制生物生長發(fā)育或致死效應[6]。利用高壓靜電場處理植物的種子，提高種子活力，是靜電生物效應研究最早、范圍最廣的領域，國外早在20世紀50～60年代就進行了研究，我國在20世紀60年代只進行了一些初步探索，直到20世紀90年代才開始大量的研究[12]。目前，高壓靜電場在農(nóng)業(yè)中的主要應用有：靜電處理種子、靜電噴霧施藥、空間電場防病促生技術、電場保鮮技術、高壓電場干燥技術及高壓靜電場在作物抗逆性中的應用研究等。相關研究表明：第一，利用高壓靜電場預處理種子，既能促進種子萌發(fā)，顯著提高種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根系活力和呼吸強度，同時，能促進？琢淀粉酶、超氧化歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性和可溶性蛋白質(zhì)含量、ATP含量提高，又具有殺菌效果。其次，還可利用種子電學特性差異來分選不同活力與含水量的種子，提高種子純度。再次，靜電場產(chǎn)生電暈放電，可促進植物的光合作用，使植物生長快、開花早、花期長，從而實現(xiàn)高產(chǎn)[14-20]。此外，對植物施以靜電場，可明顯促進植物的生長發(fā)育。第二，利用靜電噴霧技術防治農(nóng)作物病蟲害，作為現(xiàn)代植保施藥的一項新技術，能有效減少藥液損失，降低環(huán)境污染[21-23]。第三，在作物生長空間人為地加上特定強度的高壓靜電場，從而對植物的多種生理活動進行調(diào)控，這種空間電場防病促生技術有較好的促進生長和防病作用[24]。第四，依靠高壓靜電場，使帶有電荷的涂料微粒在電場力的作用下，沉積在果蔬、食品表面以形成均勻涂膜的表面靜電涂敷，有較好的防腐保鮮效果；高壓靜電場處理果蔬，能延緩果蔬成熟衰老，對黃瓜、斑豆、番茄、豌豆莢、蘋果、香蕉、紅薯、谷物、藍莓果等果蔬的保鮮效果顯著，表明高壓靜電場在保鮮方面具有良好的發(fā)展前景[25，26]。第五，高壓靜電場干燥技術具有能耗低，不污染環(huán)境，干燥均勻，物料不升溫，還可殺菌的優(yōu)點，能很好地保存物料的有效成分，使果蔬在脫水的同時，能最大程度地保留其營養(yǎng)成分和感觀質(zhì)量，減少干制過程對果蔬中營養(yǎng)成分的破壞及對色澤等方面的影響，且在能源消耗、設備投資和操作費用方面耗資較少[27]。此外，高壓靜電場處理能提高抗氧化酶活性，增強滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，從而提高植物的抗逆性[28-30]。endprint

1.4 高壓靜電場作用機理研究

近幾十年來，高壓靜電場對生物體的影響已在許多方面得到研究和開發(fā)利用，高壓靜電場生物效應作為在物理農(nóng)業(yè)上的熱門課題越來越受到人們的重視，應用范圍也逐步擴大。但目前，人們還不能夠通過已有理論對高壓靜電場產(chǎn)生的生物學效應進行全面分析和解釋，只能根據(jù)大量的生化檢測與試驗結論相結合來研究其作用和機理。目前，對其作用機理的物理微觀模型研究和解釋主要包括介質(zhì)極化微觀理論、一維自由諧振子能級理論、勢壘貫穿理論、離子響應電流理論、水分子極化理論等[31-35]。

2 番茄電場處理生物效應研究概況

番茄作為一種風靡全球的蔬菜水果，兼具營養(yǎng)和觀賞價值，受到世界各地人們的喜愛。隨著電場技術在近幾十年來的大量研究和發(fā)展，以番茄作為高壓靜電場處理和研究對象的試驗和應用也在大力開展。

2.1 利用電場處理使番茄保鮮和易于貯藏

張全國[36]用高壓靜電場預處理番茄后，研究了對其保鮮效果的影響。結果表明，番茄在電場150 kV/m+45 min下處理后，有效延長了其保鮮時間，在自然條件下其呼吸高峰推遲4 d后出現(xiàn)，且能有效保持較高的表面抗壓強度和較低的失重率。王愈等[37]在200 kV/m+2 h/d負高壓間歇靜電場（簡稱穩(wěn)恒電場）和-200～200 kV/m+2 h頻率40 kHz（簡稱交變電場）兩種不同電場處理條件下，研究綠熟番茄的貯藏品質(zhì)，結果表明，高壓靜電場處理果實腐爛指數(shù)顯著優(yōu)于交變電場處理，但兩種處理均能延緩果實硬度，使可溶性糖、果皮葉綠素含量下降及可滴定酸、紅素含量上升，從而延緩果實衰老，提高果實的貯藏性。王愈等[38]對靜電場處理下貯藏番茄的生理生化及品質(zhì)變化進行研究，結果表明，適宜貯藏的最佳靜電處理條件為-200 kV/m+2 h/d，在此處理條件下，綠熟番茄呼吸躍變推遲6 d，顯著延緩其果實由硬變軟、由綠轉(zhuǎn)紅的時間，且通過對各項指標的分析可得出，果實的細胞膜透性受靜電場處理調(diào)控。

2.2 利用電場技術選種，促進番茄種子發(fā)芽、苗期生長和增產(chǎn)

遲燕平等[39]研究了高壓電場對番茄種子萌發(fā)的生物學效應，結果表明，影響種子萌發(fā)的因素依次是種子干濕情況、場強及作用時間，當電場強度處理條件為8 kV/cm+180 s，作用對象為濕種子時，種子中的CAT、POD、SOD的活性明顯增強。王斌等[40]研究了靜電場處理與茄子種發(fā)芽的關系，結果表明，電場強度大小及處理時間長短與種子發(fā)芽間存在顯著的相關性。蔡興旺等[41]分析了經(jīng)過高壓靜電場選種的茄子種子發(fā)芽指標及幼苗期的形態(tài)指標，得出結論：適宜的高壓靜電場處理（本試驗所確定的最佳處理：600 kV/m+12 min）能顯著提高種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)，但對形態(tài)指標會產(chǎn)生不同影響；并從酶活性和電解質(zhì)外滲率的角度分析了造成種子發(fā)芽和生長變化的原因。蔡興旺等[15]對珍珠番茄進行高壓靜電場選種和處理，并在考慮電場強度和處理時間相關性的基礎上，采用二元二次回歸模型，得出了出苗率、產(chǎn)量、SOD等指標的回歸方程；與對照相比，最佳電場處理的番茄出苗率明顯提高，出苗期縮短，SOD和CAT活性上升，且促進了幼苗生長，提高了蔬菜產(chǎn)量。

2.3 利用電場技術開展殺菌方面的研究

金聲瑯等[42]利用高壓電場對番茄汁進行非熱殺菌試驗，結果表明，在控制條件下，可使番茄汁中接種的大腸桿菌數(shù)量降低6個對數(shù)以上，且通過對可溶性固形物、果膠、還原糖、抗壞血酸、番茄紅素指標分析來看，番茄汁的品質(zhì)不會受到高壓電場殺菌處理的影響。閻立等[43]在用高壓靜電場處理番茄等種子時，發(fā)現(xiàn)電暈電場產(chǎn)生的臭氧起到了對種子殺菌消毒的作用，與此同時，處理后的種子的發(fā)芽勢、出苗率有所提高，且幼苗長勢和抗病能力都表現(xiàn)出增強的效果，最后的果實產(chǎn)量增加了5%～20%。

此外，電場技術還被用作番茄其他方面的研究。金聲瑯[44]采用高壓電場技術輔助提取番茄皮渣中的番茄紅素，提取率高達96.7%，且處理時間短。

3 小結

高壓靜電場對生物的影響已經(jīng)得到了證實，但由于高壓靜電場對生物體的影響效應較為復雜，既受到生物體自身因素的影響，也受到環(huán)境因素的綜合影響，只有從機理和分子結構角度分析，才有可能找到其變化規(guī)律。近年來，高壓靜電場技術在番茄生產(chǎn)和研發(fā)領域得到了一定的開展和應用，也取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。但高壓靜電場規(guī)模處理番茄尚處于試驗階段，不同生長階段如種子萌發(fā)期、苗期、成熟期等處理時機的選擇、最佳處理條件的篩選尚沒有形成統(tǒng)一的結論，高壓靜電場處理后，對番茄體內(nèi)生物效應的觸發(fā)響應機制等，都將是下一階段的研究重點。

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