极低频高压脉冲电场对作物种子抗旱性的影响及其机理

Drought is the most important environmental factor affecting human existence and social development, developing water-saving agriculture is the fundamental way to solve the global water crisis and ensure food security. To improve drought resistance of crop seeds and development of various drought technologies are the most important strategic measures in the water-saving agriculture.. Based on the analysis of drought techniques to improve drought tolerance of crop seed, this project proposes a new ideal to use extremely low frequency pulse electric field regulate cell metabolism and activate drought protective enzyme of cell to improve drought resistance of crop seeds.For this purpose, the project will build extremely low frequency high voltage pulse electric field based on electromagnetic characteristics of crops first, study the effect of extremely low frequency pulse electric field treatment on physiological drought indicators during germination of seed under drought stress. Then, through the interpretation and analysis of electromagnetic radiation (the ultra-weak luminescence) of cell emitted from germinating seeds under drought stress to establish evaluation methods of crop drought resistance based on electromagnetic radiation of cell, to reveal the influence mechanism of the extremely low frequency pulsed electric fields on drought resistance of crop seeds in cellular metabolism point of view.. This project will help to solve the scientific problem of evaluating crop drought resistance from the point of view of in vivo cell metabolism. A bio-electromagnetic new technology to effectively increase the seeds of drought resistance based on extremely low frequency pulsed electric field may be developed.

干旱是影响人类生存和社会发展的最主要的环境因素，发展节水农业是解决全球性水危机、保证粮食安全的根本出路，其中，提高作物种子抗旱性和开发各种抗旱减灾技术是节水农业中最重要的战略措施之一。本项目在分析基于提高作物种子抗旱性的各种防御减灾技术研究现状的基础上，提出了通过极低频高压脉冲电场作用调节细胞代谢，激活细胞抗旱保护酶活性，提高种子抗旱性的新思路。为此，本项目首先搭建极低频高压脉冲电场作用系统，研究极低频高压脉冲电场处理对干旱胁迫下萌发种子生理抗旱指标的影响，然后，通过对干旱胁迫下萌发种子发出的电磁辐射信息-超弱发光的解读与分析，建立基于细胞电磁辐射的作物抗旱性评价方法，在细胞整体代谢角度上揭示极低频高压脉冲电场对作物种子抗旱性的影响机理。本项目有助于解决长期存在的、从活体细胞代谢角度评价作物抗旱性的科学难题，并有望开发出基于极低频高压脉冲电场的、能够有效提高种子抗旱性的生物电磁新技术。

干旱是影响人类生存的最主要的环境因素，节水农业是解决全球性水危机、保证粮食安全的根本出路，其中，提高作物种子抗旱性和开发各种抗旱减灾技术是节水农业中最重要的战略措施之一。本项目在分析基于提高作物种子抗旱性的各种抗旱减灾技术研究现状的基础上，提出了基于植物自身电位波动信息，通过极低频高压脉冲电场与植物电位波动耦合共振作用调节细胞代谢，激活细胞抗旱保护酶活性，提高作物种子抗旱性，以及通过对干旱胁迫下种子超弱光子辐射信息的解读与分析，在细胞整体代谢角度揭示极低频高压脉冲电场对作物种子抗旱性影响机理的思路。. 本项目首先根据植物电位波动的频率特征，搭建了极低频高压脉冲电场作用系统，研究了极低频高压脉冲电场对玉米种子萌发影响的频率差异，并通过极低频高压脉冲电场对萌发玉米、绿豆等种子吸水率、细胞膜相对透性、超氧自由基产生速率和ATP含量变化等角度研究了极低频高压脉冲电场对作物种子萌发过程中水分吸收的影响及其机理，同时根据生理生化指标的变化研究了极低频高压脉冲电场对萌发绿豆干旱伤害的缓解作用，阐明了极低频高压脉冲电场对干旱胁迫下萌发种子生理抗旱指标的影响。. 为了从活体细胞代谢角度进一步阐述其机理，本项目设计了生物超弱光子辐射采集系统，研究了应用超弱光子辐射分析技术评价萌发种子抗旱性的方法和基于超弱光子辐射的指标体系，确认了种子萌发过程中自发光子辐射和外界光诱导的延迟光子辐射主要来源于种子萌发过程中的RNA或者DNA合成反应和呼吸代谢，超弱光子辐射的变化灵敏地反映了种子细胞生命活动对水分胁迫的响应、适应和伤害的动态变化过程，可以对种子萌发期抗旱性进行无损和灵敏的诊断。在此基础上，研究了极低频脉冲电场作用后萌发玉米幼苗在干旱胁迫下超弱发光的变化规律，提出了基于超弱光子技术评价极低频脉冲电场对玉米萌发期抗旱性影响的方法。本项目的研究结果表明，极低频脉冲电场处理对干旱胁迫下的萌发作物种子种胚DNA合成反应和呼吸代谢有明显的促进作用，有效提高了萌动作物种子细胞自身的代谢能力和对干旱胁迫的适应能力，可以获得稳定和显著的电场生物学效应。. 本项目研究解决了从活体细胞代谢角度无损伤评价作物抗旱性，及其确定电场生物学效应的难题，确认了外电场与植物电位波动耦合共振可以显著提高作物萌发期的抗旱能力，为开发有效提高种子萌发期抗旱性的生物电磁新技术奠定了基础。