静电的生物效应—高压电场在生物产业的应用
大纲
简介高压静电保鲜之原理与实例高压静电场在植物体上的应用高压静电场在人体上的应用高压静电场在其他动物上的应用高压静电场在净化水质上的应用高压静电场在基因工程上的应用高压静电场的其他应用静电的其他应用 (非高压)延伸思考参考资料
简介
地球是一个巨大的静电场,大气电离层相对地面有360 kV的正电位,地面附近的电场强为130V/m. 地球上的各种生物,长期生长在这样的静电场中,慢慢的演化出适应这种环境的各种特性.如果我们试著在这样的电场之外, 再加入一些适宜的电场,将可引发出不同的生物效应.
静电对生物之影响
以静电之临界效应做说明
抑制
促进
无作用
E2
E1
高压静电场生物效应之特点
剂量不定性 剂量=场强x时间.剂量不同,生物效应 也会不同.400kV/m的电场对小白鼠的 体重没有影响.而施以50kV/m电场,体重相较於对照组 成长了18.10%.
高压静电场生物效应之特点
参数多元性 生物体本身不但受自身生理生化,电磁 特性等因素影响,还要受外界不同的 因素影响.所以实验时不但要考虑静电 场的类型,而且还要考虑自身的品种、含水量、周围环境的温度湿度等等.
高压静电场生物效应之特点
多向性 不同的生物对静电的方向性要求不一样.阶段性 一般生物体生长发育具有阶段性,小时候生长的速度比较快,到中后期生长发育缓慢.生长发育的不同时期,电场的作用效应也会有所不同.
实例应用说明高压静电保鲜原理与实例
静电保鲜的原理与实例
目前常用的保鲜方法,包括了低温冷冻保鲜、放射线保鲜、化学保鲜、涂膜或气调保鲜.相较於这几种保鲜方式,静点保鲜具有几项优点:设备简单 成本低廉耗能小 保鲜效果好不会留余毒 不会造成二次污染
静电保鲜的原理与实例
原理 : 静电保鲜是利用高压静电场、高压放电产生的负离子,以及臭氧等作用综合的结果.以下就分别针对三种的效用做原理的介绍和说明.
a.高压电场之保鲜作用
a-1 外加高压静电场延缓生物食品的 新陈代谢以达到保鲜的作用.生物体内水溶液离子受到细胞膜内外两侧的化学梯度(浓度)和电势梯度(膜电势差)两种驱动力的作用,以此决定其运动方向及对细胞膜的穿透力.若外加电场与膜电势正方向一致,膜电势差增大,反之则减少.膜电势差的改变影响膜两边带电粒子的定向转动,进而产生生物电流,带动生化反应.
a.高压电场之保鲜作用
生物体内ATP 合成水准的提高,就是由膜电势差的改变所引起的,进而加快了生物体的代谢过程.若能找到一适宜的电场,降低 ATP 的合成水准,就能延缓新陈代谢,达到保鲜之作用.
a.高压电场之保鲜作用
a-2 外加电场减缓生物食品的呼吸 作用,以达保鲜的作用. 正常情况下,果皮带正电,果芯带负电.在外加的电场作用下,改变生物体本身的生物电场,可控制蔬果呼吸作用酶的活动,导致呼吸强度减缓,以达到保鲜的效用.
a.高压电场之保鲜作用
a-3 外加静电场降低生物食品内酶的添 生,以达到保鲜的效用.水和其他有极性的分子一样,不但分子的排列和转动状态决定了水的结构,而且结构的变化也具有一固定的频率.外加电场作用可以改变生物体内酶蛋白周围的水分结构,进而改变与其酶的结合状态.若能让酶的活性中心不能放出,而失去活性,就达到了延缓新陈代谢的目的,而产生了保鲜的效果.
b.负离子雾之保鲜作用
b-1 负离子直接作用於被保鲜的食品使其呼吸强度降低、酶活性减弱、新陈代谢速率变慢等等.b-2 负离子雾能净化保鲜环境外加负高压静电场中,大量的负离子可使带中性的尘埃带上电荷,进而在静电场的作用之下,达到静电除尘的效果.如此一来,将可大大的减低了传播微生物的载体,抑制了被保鲜物的损坏.
c.臭氧之保鲜作用
利用高静电场(电场强达35kV/cm),可使空气击穿电晕放电,产生大量的臭氧和一些紫外线c-1 臭氧具有强烈的xxxx作用c-2 臭氧可与乙烯发生反应,xx催熟作用c-3 臭氧与负离子作用类似,对於新陈代谢有很 强的抑制效果,还可降低呼吸强度,减缓酶 的活性.
c.臭氧之保鲜作用
某些果品不适合用臭氧保鲜 荔枝果皮含有酚类化合物,使其果皮呈红色. 在臭氧的作用下容易受酚氧化酶作用脱氢化变成醌类,使其变成暗褐色,而影响品质.
保鲜实例
利用高压电晕放电储存柑橘(-50kV~-70kV),以六十天存放期为例,实验组与对照组耗损率下降 29%,且总糖、还原糖、有机酸、Vitamin C均比对照组高.利用负离子浓度106/cm3,臭氧浓度2×10-6~10×10-6,再相对湿度85%左右的环境储存哈密瓜30天.经静电处理过后的哈密瓜糜烂率为2%,未经处理的则为96%.
结论与补充说明
由实验的结果可以发现,在静电保鲜的效果上,无外皮或切开外皮的蔬果不如有外皮的蔬果.而在应用上,对鱼肉等动物性的食品来说,也不如蔬果来的好.目前静电的保鲜使用上,通常以负电居多.也有些实验室以正高压甚至交变高压电场作为保鲜电场,也具有一定的保鲜效果.不过正离子的作用还需要进一步研究.
实例应用说明 高压 静电场在植物体上的应用
静电场和离子雾对植物的影响
静电场对ATP含量的影响静电场对酶活性的影响静电场对於淀粉酶、过氧化氢酶、脱氢酶、果酸酶蛋白酶的活性都会造成影响.不同的静电场对酶的活性影响不同.用静电处里玉米种子,当场强为100kV/m时,分别处理0.5hr和1hr.脱氢酶的活性分别增加20.3%和50%;当用场强为200kV/m时,处理0.5hr,脱氢酶活性增加17.3%.
静电场和离子雾对植物的影响
高压电场对植物根系营养元素吸收的影响实验结果证明了,正高压静电对植物根系生长有一定的促进作用,负高压静电场则有一定的抑制作用.施加不同电场,对不同元素的吸收也会有影响.将小麦种子用 400kV/m的静电处理1hr,成苗后叶片的光密度值提高32.9%.不同场强处理的小麦种子,成苗后的叶绿素含量皆高於对照组.
静电场和离子雾对植物的影响
高压电场对植物的呼吸作用的影响正电场可以提高植物的呼吸强度,呼吸强度有随著电场增强而增强的趋势.负电性则会减弱生物体的呼吸强度.静电场对於呼吸强度的影响,直接影响到生物体内有机物质的分解.将香蕉至於300kV/m-400kV/m的负电场中,每天处理120分钟.实验结果证明,的确降低了香蕉的呼吸强度,抑制了新陈代谢的能力.
静电场和离子雾对植物的影响
高压静电场可用於植物的xx 将种子放在一定强电场(kV级)中停留一段时间,电场中将会产生大量的O3和离子雾.O3的xx能力比Cl2 强,故能有效的杀死种子的病菌,确保提高种子的出苗率和存活率,并减少植物在生长期间的病害.离子雾可使种子的蛋白质的活力增强,提高种子的活力,进而可大量提高种子的发芽率和抗病能力.
静电场和离子雾对植物的影响
静电场诱导染色体畸变静电场能够诱发和提高染色体的畸变.研究结果证明,150kV/m的静电场能引起黑麦根尖细胞染色体畸变机率达0.18%.
静电场和离子雾对植物的影响
以高压静电处理种子时所产生的其他效应种子在高压静电处理的同时,由於电晕放电、空气被击穿,产生 NO、NO2和臭氧.与水反应会产生亚硝酸和硝酸腐蚀种子外壳,可以促进种子的萌发,又有营养作用.同时臭氧又有较强的xx能力.小麦种子经高压静电处理后,鲜少有黑穗头病的发生,xx效果比用氯来的好.
应用实例
对西红柿生长点施加静电电位为18kV之电晕场,离子浓度为14×106个/cm3 .西红柿表现为值朱增高、茎粗、叶片肥大,结果数量增加了1.49倍,产量增加了185%,结果期也提前了五天.对大豆生长点施加正静电电位为25kV的电晕场,离子雾浓度为1.4×106个/cm3.与对照组相较,大豆植株增高了16%,分枝多50%,小区产量增加30%.
应用实例
人蔘施以0.5kV/cm后,根重增加15.80%花卉在一定浓度空气的负离子作用之下,生长加快,且开花期较长.
应用实例
用静电场处理甜菜种子,甜菜含糖平均提高0.06%,每亩产量提高7%大陆地区在东北华北和西北等28个糖厂的合作之下,推广了11万hm2,创造了7000万元人民币的经济效益.
结论
利用高压电场和离子雾作用於植物可使植物ATP含量增加(有利於胚芽吸收和利用)呼吸强度和发芽率提高、抗病能力提高、导电率降低有机物和能量的代谢及矿物质代谢增加加强吸水能力酶的活性增加,进而使得植物生长速度增加通常对於大田作物和蔬菜水果有较大的影响可以诱导膜电位大增
实例应用说明高压静电场和负离子在人体上的应用
负离子对人体的功用
调节xxxx的兴奋和抑制影响新陈代谢刺激造血功能改善肺的换气可降低血液中的5-HT(致血管紧张素)减少气管xx的发作次数使得波的频率降低,振幅升高,大幅提高人的感觉与知觉对苯中毒的人来说,可降低尿中的17-KS、儿茶酚胺.肾上腺素也会下降
负离子对人体的功用
对变态反应性皮肤病荨麻疹、湿疹、接触性皮肤炎、药疹、均有明显疗效对头发中的微量元素Cu、Zn、Fe并无影响,Cu/Zn 比会增大对於甲状腺亢进、过敏性鼻窦炎、心血管、高血压、慢性胃病等等都具有疗效能提高自体细胞免疫和体液免疫,使巨噬细胞吞噬率及指数提高可使抗体和血中的球蛋白增加
其他在医疗保健上的应用
高压静电场可抑制人肝癌细胞级肉瘤生长浙江大学以高压电场对离体培养肿瘤细胞生长,和小鼠S-180肉瘤的影响,而得到了这样的结果.服装上的负电,可治风湿性关节炎.(不过容易导致心血管疾病的增加)静电场可缩短骨折、肩周炎、颈椎炎、关节炎等癒合期1/3~1/2
其他在医疗保健上的应用
电刺激可以降低局部组织氧张力、提高 pH 值,有利於骨骼生成人体长时间受到服装静电的影响,会导致血液中的pH值上升,会导致血液中含钙量降低.容易引起血压升高等疾病.所以须谨慎选择相关的衣著材料用适量负电荷驻极体与损伤部位结合,可加速xx骨折和软组织的损伤
实例应用说明高压静电场在其他动物上的应用
海珍品育苗
将鲍鱼卵以15~40kV的直流或脉冲电压,处理10-30分钟.处理过后的鲍鱼卵,分别放入显微镜,培养皿中观察.
同
幼鲍生长
同
软裂速度
死亡率较高
死亡率较低
剥离后15天低高孵化率
对照组
实验组
表一 处理过后的鲍鱼与对照组比较
海珍品育苗
在海珍品鲍鱼的育苗过程中,孵化率相对并不重要,重要的是著版的情况和剥离后十五天左右幼鲍的死亡情形.而经过处理后的幼鲍,不但孵化率有所提升,剥离后十五天以后的死亡率也有显著的降低. ( 高压脉冲处理过的病态小鲍,死亡率可由原先的 62% 降到 8 %. )
鸭蛋孵化
用静电场刺激北京鸭种蛋,可以提高孵化率14.78%.对鸭的种蛋再孵化第五天用场强150kV/m的静电场处理5min.发现种蛋血液中的蛋白质、维生素B12均有影响.孵化率大为提高,胚胎死亡的情形也大为降低.早期的胚胎是接受外界刺激的敏感期,所以较易受到静电场的影响.
实例应用说明静电场在静化水质上的应用
水质净化
目前对水体的xx,特别是饮用水、生活用水、游泳池水等的xx,主要是用加氯法.加氯法之缺点 需要较大的仪器设备 操作是易有危害性 (操作人员容易导致肝硬化)长期饮用用氯xx的水容易罹患某些疾病
水质净化
除了加氯法外,目前已发现的xx方法还有静电、超声波、紫外线、磁化,都有明显的xx功能.静电xx之优点耗能低 处理水量大结构设计上较简单物理性的xx方式,不会造成环境污染或二次污染
原理
当水流过静电场时,静电场赋予水体一定的电子密度,使水中产生一定量的活性氧,如超氧阴离子自由基O2-、过氧化氢H2O2、烃基自由基OH、单线态氧02等等..活性氧自由基对水中的xx具有极强的破坏力,它破坏了生物细胞的离子通道,改变了xx生存的生存场,使其丧失了生存条件,进而达到xx的作用.(活性氧调控原理)
应用实例
大陆有一种"水体xx灭藻器"利用该设备回圈处理水十五分钟后,xx率达到96.2%. 特别是对於水中的大肠杆菌,更是达到了 99.2%的xx力.
实例应用说明静电场在基因工程上的应用
电激基因转移技术
利用高压脉冲充电场在细胞膜上形成孔洞,在一定的条件下,DNA分子可以通过这一孔洞进入细胞,而导入外源基因的技术.一定强度的静电场可使生物染色体产生畸变,影响有丝分裂
建立电场诱导分化做组织培养
在组织培养当中,要诱导伤愈组织使其生根发芽,或由细胞培养成为成苗的过程,促使其分化.从分子生物学的观点来看,细胞的极化是分化的{dy}步,而细胞极化程度又决定了Ca2+或xx分子的转动方向,也就决定了哪一端应生根或发芽.光和重力都可以诱导植物的生长性,但还是以静电力的形式引起作用.故以静电力诱导的方式最快.
其他
蚕豆以 80kV/20cm 的场强处理8hr,畸变率为4.28%,且延长了有丝分裂的周期.在植物组织和细胞培养中,加上电厂或电流的作用使细胞带负电荷,增强了细胞表面固有的电荷,可以加速细胞的繁殖.
实例应用说明静电场的其他应用
农牧产品之xx
传统的高温xx会对产品的营养造成损害,如Vitamin C 的流失.利用