韦柳花杨理林张凌云黄荣雄苏敏

(1.广西茶叶科学研究所，广西 桂林 541004；2.桂林源林生态科技有限责任公司，广西 桂林 541004；3.桂林漓江茶厂有限公司，广西 桂林 541001)

农产品生产和加工过程是农业工作的重要环节，如何提高农产品质量和产量是科学研究的重要措施，是促进我国农业产业结构调整、促进地方经济发展的利器，同时也是实现农产品商品化、标准化、现代化的重要手段。在新的形势下，如何搞好农产品生产、加工、提高质量和产量，确保农业生产安全和增产增收，成为我国农业生产加工者的一项新的课题。

随着社会技术的进步，人们催生了现代物理农业技术来规避传统农业技术给人类带来的不足与危害。高压静电场在农业生产中的应用是近年发展起来的一项新的农业技术，其是利用人为的空间电场操控促进植物生长发育和改善生存环境，获得高产、优质、无毒的农业产品，更好地满足人类生存饮食需求。

地球是一个巨大的静电场，地球与天空云层间所产生的电势差叫地球的空间电场，其随着天气的变化而产生不稳定的电场，所有生物都受其影响。植物也正是由于外电场及内电场的存在而表现各种物质的生理活性与代谢的旺盛进行，相关试验表明，用电场屏蔽技术把植物屏蔽起来将会大大影响到光合速率。在自然界中也存在雷区的植物生长好，这些其实都是电场在其中起作用。最早发现电场效应现象的是英国一个园艺学家从常遭雷电击的地区植物长得好受到启发的，从而开始了对电场的研究。高压静电技术在农业生产领域的应用非常广泛，现对国内外静电技术在农业生产中的应用研究进行阐述。

1 对种子萌发及其活力的影响

1.1 促进种子萌发以及活力的表现

静电生物效应研究最早、范围最广的领域是利用高压静电场处理植物的种子，包括水稻、茶叶、小麦以及果蔬等植物的种子。我国学者于20世纪70、80年代开始对经济作物、药用植物、果蔬等各种植物种子采用高压静电场处理，探索高压静电场对种子萌发、活力表现、生理生化变化、植株生长的影响[1]。许多学者研究表明，适宜的静电场强度和处理时间对种子萌发有刺激作用，能增加种皮透性，促进细胞活化，使储藏物质加速分解、转化和再利用，打破休眠状态，提高发芽率，促进根部快速长粗，使幼苗生长旺盛[2-7]。

刘晓娜等[8]采取高压静电场技术将贯叶连翘种子放置在静电场(100kv·m-1)中处理1h，发现静电场技术处理能有效提高贯叶连翘种子发芽率，贯叶连翘种子的发芽势(SP0)和发芽率(sPT)比无静电处理提高2倍以上。孙迎春等[9]和赵根等[10]分别采用静电场技术处理大豆和红叶石楠植物的种子，发现静电技术处理可以促进种子的发芽率、活力提高、提高生根率及根数。

1.2 抑制种子萌发作用

静电技术虽然具有促进种子萌发及活力作用，但在一些情况下却没有效应或起到抑制作用。原因之一是因为过低或过高强度的静电场不利于种子萌发，甚至起到抑制作用，高压静电场生物效应存在电场阈值和电场极限值。王清元等[11]将水稻种子放置在不同时间长度、场强为500kv·m-1的条件下处理，结果静电场处理对水稻种子各项生理指标具有明显的抑制作用，时间越长则抑制作用越明显。

高压静电场对某些种子无明显效应或者抑制种子萌发，降低种子活力。静电场处理植物种子引起的抑制方面的作用，除了因静电场处理强度大小和时间长短不同外，因研究者所用的植物材料种类而引起。如，在相同静电场强度和时间处理条件下，花卉植物翠菊和优良牧草苜蓿、莴苣、胡萝卜、萝卜、柠条、沙蒿、沙打旺、紫花苜蓿的种子对电场不敏感，对这些种植种子的发芽率、发芽势、胚根长度、种子简化活力指数及细胞膜透性与CK相比均无明显变化，甚至表现相反效应[12-15]。

有些植物种子不适宜在盐碱地进行静电场处理。蔡兴旺等[16]将茄子种子经高压静电场处理后，在盐碱环境下播种，其发芽率比对照下降了8.2%，说明茄子种子在盐碱地播种不宜进行电场处理。

1.3 对种子生理生化的影响

酶活性的变化直接影响植物的代谢过程，酶活性的提高对催化中心起活化作用。高压静电场作用有利于脱氢酶、淀粉酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脱氧酶等酶的合成，利于萌发期种子对基本营养物质的分解，使基础代谢加快、呼吸加强、产生大量氧自由基，种子的活力明显提高，促进种子的萌发，产生幼苗生长健壮的效果[17-20]。

昊旭红等[21]利用不同电场强度处理南瓜种子一定时间后，发现可溶性蛋白含量增加、清除自由基酶的活性变强、呼吸强度和电解质外渗率得到不同程度的改善，从而使种子活力增强、提前萌发。另外，在插穗时使用一定强度的高压静电场进行处理，同样可以诱导根的生长。林丽仙等[22]在三角梅插穗生根发育的不定根诱导期使用静电场处理，致吲哚乙酸氧化酶活性明显下降，使IAA生长素增加，促进生根效果。

2 促进光合作用

静电场对植物光合器官和功能的变化有显著影响。在静电场作用下，叶片的光合速率及呼吸速率都明显提高，其中光合速率要比呼吸速率增加的幅度大。静电场下叶片的叶绿素a含量增加，但叶绿素b却有所减少，但叶绿素总量仍比没有电场处理高。这表明静电场促进叶绿素a含量增加比叶绿素b的减少量要大得多。

将作物叶片或幼苗置于静电场下生长，叶片在静电场下积累的元素增多，这些元素又是光合合成中不可缺少的调节及营养元素。其增长对保证叶片色素合成及光合过程有关酶的合成提供了营养条件、叶片厚度、叶片单位面积的栅栏细胞数，每个细胞中的叶绿体数、叶绿体中的基粒数及基粒中的类囊体片层数均提高，从而改善作物的光合性能[23,24]。

3 提高抗逆性

高压静电场处理过的作物在叶片受到低温胁迫后，使植物叶片的可溶性蛋白含量提高，电导率变小，植物叶片的抗寒性变强[25,26]。国内早期研究已经证实，高压静电场处理小麦种子，叶绿素含量增加，游离氨基酸和蛋白水解氨基酸含量有所变化，总N、P：O、Mo、Co、Cu、Zn、Mn和FeO也会显著升高，增强其抗冻害能力[27]。

白粉病是危害葫芦科作物的主要病害，尤其是在设施栽培的情况下，一旦出现此病，病情发展迅速，对西瓜、甜瓜、南瓜、西葫芦、黄瓜和丝瓜产量威胁很大。过去常用的防治方法是药剂法，但现在看来，这类方法存在着许多弊端，目前新出现的空间电场防病促生技术正在成为无公害植物产品设施生产中病害防治的新概念。空间电场防病促生技术系统能够很好地控制白粉病，防效一般在96%以上。

4 静电场在干燥脱水方面的应用

物料干燥方法通常有对流干燥法、传导干燥法、辐射干燥法、介电干燥法。各种干燥法的共性是物料必须升温，有时温升还很高，对热敏性物料不利。静电场干燥技术是一种新型的节能与环保型干燥技术,具有不污染空气、不会使物料升温、干燥均匀、可杀灭细菌、干品质量档次高、能耗相对较低等优点。近年来，静电干燥技术已被越来越多地应用于蔬菜、水果、中药材和生物制品等热敏性物料的干燥领域[28-31]。静电场干燥技术的投入使用引领农产品干燥加工产业升级发挥重要作用。

4.1 对农作物种子的干燥试验研究

优质种子是发展农业现代化的一个重要前提，而节能环保的种子干燥技术是保持优良种子的关键点，因为种子属于热敏性物料，容易受到热破坏其活性，传统干燥方法(自然凉晒或热风干燥)存在受自然条件影响、速度慢、耗能多等缺点。有学者研究表明，利用多针一盘式高压静电场对糙米、小麦种子干燥处理，相比未经过静电处理的样品，干燥速率快，并随着电压增大而加快，不影响谷粒的含量及其发芽率[32,33]。丁昌江等[34]对玉米种子利用高压电场干燥技术进行处理，结果与传统热风干燥相比，干燥时间缩短，干燥速度增加1倍，对种子活性也没有负面的影响。

4.2 对木材干燥试验研究

静电干燥是一种新型的节能与环保型干燥技术，具有能耗低、不污染空气、干燥均匀、可杀灭细菌等优点，为木材的干燥提供了一条全新的有效途径。王妮妮等[35]用自制的高压静电干燥装置对桐木、松木两种木材进行干燥，结果其干燥速率是自然干燥的3～5倍，并随静电场强度的增强而提高。

4.3 对水果和蔬菜干燥试验研究

高压静电场和超高压杀菌、辐射杀菌一样，是近20a发展起来的冷杀菌技术，具有保持食品中功能成分的生理活性，保持食品色、香、味及其营养成分的特性。

Bajgai T R等[36]分别利用多针式高压电场与热风干燥对萝卜进行干燥处理，静电干燥处理的萝卜显示出更少的收缩、更高的吸水率及再水合能力、损失低、保留更好的颜色等优点。梁运章等[37]采用静电场技术干燥胡萝卜和马铃薯，结果显示，胡萝卜静电场干燥在40℃温度环境下静电干燥比75℃温度环境下热力干燥速度提高约80%，马铃薯在40℃温度环境下的静电干燥比79℃的热力干燥速度提高约144%，且静电干燥的胡萝卜和马铃薯的色、香、味明显优于热风干燥。

4.4 高压静电场在中药材干燥的应用

有效成分含量的多少关系到中药材品质的好坏，中药材的有效成分除了受产地、采收季节、时间、加工方法等因素影响，其中干燥工艺是影响中药材品质的重要因素之一。干燥工艺不适，直接导致中药材的有效成分损失，影响中药材的质量。目前使用的热风干燥工艺或多或少对药材的有效成分含量有一定的影响，静电干燥技术适合热敏感性药材的干燥。梁运章[38]采用具有封闭系统，温度可自控，系统内部温度容易均衡的静电干燥技术对热敏性物料西洋参和金霉素两种不同药物进行干燥，试验结果表明，相比热风干燥技术，静电干燥技术可以明显缩短干燥时间，有效成未有损失，色泽与干燥前保持一致。

5 在水果和蔬菜保鲜方面的应用

果蔬产业与国计民生息息相关。在日常生活中果蔬是人民不可或缺的生活必需品，更是食品工业领域重要的加工原料。果蔬采收后仍然保持呼吸作用，但养分逐渐被分解，随着贮存时间的延长，会失水、萎蔫、产生霉斑，最终失去食用价值。高压静电场促使果蔬中的电生物效应失衡和酶活性降低，抑制新陈代谢，延长贮存时间。另外，高压静电场电离空气产生一定量的臭氧、负离子和紫外线[39]。空气负离子对农产品新陈代谢有抑制作用，可降低生物内部酶的活性；臭氧和紫外线杀灭果蔬表皮及贮藏空间的细菌和霉菌，减少农产品的霉烂；臭氧还可以分解果蔬自行产生的催熟剂乙烯，达到延缓果蔬成熟衰老的目的。将静电技术应用于果蔬等保鲜具有良好的效果和应用前景。

有学者用高压静电场处理蓝莓、草莓、芒果等果实，果实的呼吸速率、维生素C损失速度、纤维素酶及多聚半乳糖醛酸酶降低缓慢，可溶性固形物含量和果实硬度显著高于未用静电处理的，不仅抑制了果实腐烂指数，还提高了果实保鲜度[40-43]。吴珏等[44]高压静电场处理对椪柑的采后保鲜和品质维持中具有潜在的应用价值，在保持可溶性糖含量、保持色泽、降低呼吸率等方面具有积极作用，但与防腐保鲜剂相比还存在较大差距，并不能完全控制采后腐烂。有研究指出，在短时间静电场处理对果蔬的呼吸作用没有显著的影响，不适合于蔬菜水果的贮藏[45]。

6 在植物杂交不亲和性及其它方面的应用

有研究采用适宜剂量的高压静电场处理羽衣甘蓝和草原龙胆的花粉，结果表明，花粉的水溶性总蛋白含量、淀粉酶活力、花粉萌发率以及结籽率均不同程度提高[46]。杨杰[47]利用高压静电场处理百合品种“雪皇后”、“元帅”、“西伯利亚”3个品种的花粉1min，结果表明，花粉萌发率、自交与杂交亲和指数及结籽率均有所提高，受精的胚珠和正常发育的胚的数量增加。

除此以外，电场的杀菌效应也是其在农业生产上得以被利用的重要方面，静电场杀菌机理为静电场作用于细菌时，细菌的胞膜瞬间发生变化，破坏其膜的渗透性，从而使静电场起到杀菌的效应。目前静电场技术已用于农业生产过程中各种病菌的预防与防治。孙思[48]用高压静电场处理已经发病的银海枣离体叶片，能显著抑制链格孢菌的萌发，降低菌落产孢量，抑制茵落生长，有效抑制了叶片病斑扩展，防止了植物病情的进一步恶化。并且处理时间越长，抑制效果越好。

茶叶静电分选是随着电流体动力学的发展而出现的一门新技术。该技术在茶叶精选中的应用仍处于完善阶段。茶叶电选的原理是因为茶梗和茶叶的电学特性不同，茶叶和茶梗在静电场中感应和极化所荷电的量和性质存在差异，其在静电场中下落时会产生不同的运动轨迹，在分离板的引导下便可以将茶梗和茶叶分离。茶叶静电分离具有耗电少、分选率高的优点，同时又能满足茶叶清洁化生产的要求，成为茶叶分选行列中的佼佼者[49]。静电拣梗机振动筛是现代茶叶CTC红碎茶生产的关键设备之一，传统的茶叶生产线缺少茶叶拣梗设备，拣梗操作主要是靠飘筛、筛分或者手拣，存在很多缺陷，如，产量质量无法保证、费工又费时、噪声污染大，同时占用厂房面积大等。而静电拣梗机振动筛是CTC红碎茶生产的粗精合一的设备[50]。

7 讨论和展望

综上所述，关于高压静电场处理对生物的影响相关研究人员已做了大量的生物效应研究和开发研究工作，在促进种子萌发及提高活力指数、作物光合速率、脱水干燥、果蔬保鲜等一定范围内被应用于农业领域，但目前利用高压静电场处理的种子多数为干种子，对于吸过水萌动后的种子产生什么生物效应有待探讨；静电场对某些植物种子萌发的生物学效应具有抑制作用，其机理尚待深入研究；静电处理对果蔬保鲜方面具有降低呼吸率、酶活性，提高果实硬度和可溶性固形物含量，但到底处理多长时间最适宜、效果最佳有待进一步研究。

高压静电场在农业生产中的应用是近年发展起来的一项新的农业技术，经电场处理后的作物，即可实现高产优质的目标。因此，静电技术在农业生产中有着广阔的应用前景，应积极地加以研究与应用，从而提高农业生产水平，满足人们生活需要。