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脉冲电场作用对植物释放负离子与气孔特征的关系

吴仁烨, 孙缘芬, 郑金贵, 邓传远, 叶大鹏, 王晴水

植物学报 2017, 52 (6): 744-755. DOI: 10.11983/CBB16242

摘要（1434）

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植物在自然状态下释放负离子的能力很弱, 施加脉冲电场可激发其释放能力。在密闭的玻璃箱中, 研究紫背竹芋(Stromanthe sanguinea)、绒叶肖竹芋(Calathea zebrina)和朱顶红(Hippeastrum rutilum)在常态、脉冲电场和光照刺激下释放负离子的浓度, 并观察叶片气孔特征, 结果表明: (1) 不同参数脉冲电场对植物释放负离子的能力影响不同, 每种植物均具有高效释放负离子的最佳脉冲电场, 紫背竹芋为A₃B₃C₃(A₃, U=1.5×10⁴V; B₃, T=1.5 s; C₃, τ =65 ms); 绒叶肖竹芋为A₃B₄C₁(A₃, U=1.5×10⁴ V; B₄, T=2.0 s; C₁, τ =5 ms); 朱顶红为A₄B₄C₁(A₄, U=2.0×10⁴ V; B₄, T=2.0 s; C₁, τ =5 ms)。(2) 植物体上所储存的电压越大, 其释放负离子的能力越强。(3) 脉冲电场作用时, 植物释放负离子的能力与光照度呈正相关; 无电场刺激时两者差异不显著(P>0.05)。(4) 植物释放负离子的能力与叶片气孔特征关系密切, 脉冲电场作用下叶片气孔的开合度和气孔密度越大, 其释放能力越强。

Code	24 h mini- mum	24 h maxi- mum	24 h mean	Daytime mean	Nighttime mean	Max/ Min	(Day mean-night mean)/ Night mean	Day mean/Night mean
CK	29	38	32 k	34	31	1.31	0.10	1.1
P0	30	36	33 j	34	32	1.2	0.06	1.06
P1	36	56	46 i	48	44	1.56	0.09	1.09
P2	48	94	63 d	68	57	1.96	0.19	1.19
P3	35	81	58 f	63	53	2.31	0.19	1.19
P4	64	91	76 b	79	74	1.42	0.07	1.07
P5	48	71	57 g	58	57	1.48	0.02	1.02
P6	71	90	81 a	80	83	1.27	-0.04	0.96
P7	56	90	75 c	76	74	1.61	0.03	1.03
P8	39	82	57 g	64	51	2.1	0.25	1.25
P9	44	80	62 e	58	66	1.82	-0.12	0.88
P10	40	58	48 h	48	47	1.45	0.02	1.02

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表3 自然状态下植物24小时释放负离子浓度的分析(ion·cm^-3)

正文中引用本图/表的段落

由图2可知, 自然状态下10种植物在全天各时段释放负离子浓度的均值都很低。空白对照(CK)和盆土(P0)的负离子浓度在全天各时段的变化较为平稳。其中,空白对照全天的负离子浓度最小值为29 ion·cm-3, 最大值为38 ion·cm-3。从全天释放负离子浓度的最大值来看, 百合在14:00释放的负离子浓度值最大, 为94 ion·cm-3, 是空白对照负离子浓度最大值的2.5倍; 剑麻在23:00释放能力最小, 为35 ion·cm-3。以全天释放负离子浓度的均值分析, 绒叶肖竹芋释放负离子的浓度均值最大, 为81 ion·cm-3; 紫背竹芋位居第2, 数值为76 ion·cm-3; 朱顶红为75 ion·cm-3, 位列第3; 合果芋最小, 为46 ion·cm-3。尽管10种植物释放负离子浓度的均值间存在显著差异(P<0.5), 但各植物释放负离子浓度值的绝对差异非常小。从白天均值和夜间均值的分析结果可以看出, 除绒叶肖竹芋和虎耳草外, 其余植物释放负离子的浓度均值白天时段(7:00AM- 7:00PM)均高于夜间时段(7:00PM-7:00AM)(表3), 其中以大鳞巢蕨最为明显, 相对增幅为25%。

表3

不同强度的脉冲电场对盆土释放负离子的作用很小(36-140 ion·cm-3), 处理间均无显著差异(表4)。紫背竹芋在不同强度脉冲电场作用下, 释放负离子的能力存在差异, 浓度均值为452 644-1 730 800 ion·cm-3 (表4)。A₃B₃C₃处理下的负离子浓度均值最高, 是常态下释放能力(未刺激)的22 773.7倍。负离子浓度最低的处理为A₁B₁C₁, 浓度均值为452 644 ion·cm-3, 是其常态下释放能力的5 955.8倍。方差分析表明, 紫背竹芋高效释放负离子的最优处理为A₃B₃C₃。在该强度脉冲电场作用下, 其释放负离子能力的倍增效应最为显著。

绒叶肖竹芋释放负离子的浓度均值为85-262 ion·cm-3 (表4), 以A₃B₄C₁处理下负离子的释放能力最强, 是其常态下释放能力的3.2倍。而以A₂B₃C₁作用下的释放能力最弱, 仅为85 ion·cm-3, 与自然状态下的释放能力(81 ion·cm-3)相近。尽管各处理绒叶肖竹芋释放负离子的能力不同, 但各处理间均无显著差异。方差分析表明, 仅脉冲电压对其释放负离子的能力存在显著影响(P<0.05)。验证性实验表明, A₃B₄C₁为绒叶肖竹芋高效释放负离子最佳脉冲电场的组合参数。

与脉冲电场作用对植物释放负离子的影响相似, 光照在一定程度上也可提高植物释放负离子的能力, 光照度是影响植物群落释放负离子能力的主要因素之一(刘新等, 2011)。Wang和Li (2009)对芦荟等植物进行光照刺激, 发现芦荟对光照的响应最敏感, 随着光照度的增加, 其释放负离子的浓度均值显著升高。本研究中的3种植物在不施加脉冲电场刺激时对光照响应不太敏感, 随着光照度的增强其释放负离子的浓度均值均呈上升趋势, 但绝对增幅很小, 原因在于不同植物在自然状态下释放负离子的浓度存在差异, 且对光照的反应也不同。当施加最佳脉冲电场时, 3种植物在不同光照度下释放负离子的能力均出现激增效应, 原因可能是光照激发了植物叶片表层的光电效应, 使大量自由离子从植物体逃逸而产生负离子。另外, 本研究还发现, 3种植物在最佳脉冲电场作用下, 光照度为3 000和6 000 lx时释放的负离子浓度无显著差异(P>0.05); 而当光照度小于3 000 lx或大于 6 000 lx时, 释放的负离子浓度均值均差异显著(P< 0.05)。我们认为这两个强度的光照所提供给植物体的“能量”可能位于同一级别, 与3 000 lx的光照度相比, 6 000 lx的光照度还未能激活植物体更高一阶的负离子释放能力。

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