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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。

Treatment	Calathea insignis		Calathea zebrina		Hippeastrum rutilum
Treatment	Voltage (10³V)	NAIC (ion·cm^-3)	Voltage (10³V)	NAIC (ion·cm^-3)	Voltage (10³V)	NAIC (ion·cm^-3)
CK	5.13±0.33 a	1757467±218808 a	5.50±0.14 a	260±33 a	4.32±0.11 a	362000±35957 a
A	1.78±0.10 b	2119±88 b	1.44±0.26 b	152±11 a	0.91±0.06 b	706±29 b
B	0.51±0.03 c	89±6 b	0.66±0.04 c	85±6 a	0.50±0.06 c	77±5 b

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表5 植物体电压与释放负离子浓度的关系(平均值±标准差)

正文中引用本图/表的段落

表5显示, 同一植物体上储存的电压与其释放负离子的能力呈正相关。紫背竹芋、绒叶肖竹芋和朱顶红对照组的负离子浓度均值都高于处理A和B组。除绒叶肖竹芋的负离子浓度在3个处理间无显著差异外(P> 0.05), 紫背竹芋和朱顶红在处理A、B两组的浓度值与对照组相比均差异显著(P<0.05)。

表5

3种植物对照组的电压与输入电压(最佳参数组合的脉冲电压)相比都有不同程度的衰减, 其中以朱顶红的电压衰减量最大, 减少了78.4%, 负离子浓度为362 000 ion·cm-3。绒叶肖竹芋和朱顶红分别减少65.8%和63.3%, 负离子浓度分别为1 757 467和260 ion·cm-3。尽管绒叶肖竹芋植物体上的电压为三者中最高, 但其释放负离子的能力却最小。从处理组A的结果可以看出, 3种植物体上的电压衰减量与CK相比存在显著差异(P<0.05); 紫背竹芋植物体电压与输入电压相比减少了88.1%, 负离子浓度比CK减少了99.9%; 绒叶肖竹芋和朱顶红的植物体电压分别减少了90.4%和95.5%, 负离子浓度分别减少41.5%和99.8%。处理B组中, 3种植物的植物体电压进一步衰减, 释放负离子的能力接近自然状态下的水平(表5)。

对3种植物施加最佳脉冲电场作用的研究结果表明, 植物体上的电压值与释放负离子的能力呈正相关, 即植物体所储存的电压越高, 其释放负离子的能力越强。以紫背竹芋为例, 当植物体电压由5.13×103 V降为0.51×103 V时, 其释放负离子的能力接近自然状态下的水平(89 ion·cm-3)。我们认为储存在植物体上的电压相当于施加给植物体的“能量”, 这个能量需达到激发该植物生物学效应具有的“阈值”或“功率窗”, 即该脉冲电压正是打开植物释放负离子通道所必需的“能量”。

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