全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (8): 803~810 803
收稿 2011-05-23 修定 2011-07-02
资助 作物生物学国家重点实验室开放课题(2011KF07)和山东
省高等学校科技计划项目(J09LC16)。
* 共同第一作者。
** 通讯作者(E-mail: nianweiqiu@163.com; Tel: 0537-4456415)。
磁化水对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的生物学效应
邱念伟*,**, 谭廷鸿*, 戴华, 沈璇, 韩冉, 林燕, 马宗琪
曲阜师范大学生命科学学院, 生命有机分析重点实验室, 南四湖湿地生态与环境保护重点实验室, 山东曲阜273165
摘要: 为研究磁化水对作物的生物学效应, 本文详细分析了磁化水处理对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的影响。研
究结果显示: 磁化水处理小麦的种子发芽参数与对照相比无显著差异; 磁化水处理对小麦的株高、根长、地上部和根部鲜
重等生长参数也无显著影响; 同样, 磁化水处理在叶片色素含量、可溶性糖、可溶性蛋白质含量、含水量、细胞汁液渗透
势等重要生理特征参数方面也未显示出显著差异。此外, 磁化水并未显著影响小麦叶片的光合作用。综上所述, 磁化水处
理对小麦种子萌发和幼苗生长无明显的生物学效应。
关键词: 磁化水; 小麦; 种子萌发; 幼苗生长; 生理特性
Biological Effects of Magnetized Water on Seed Germination, Seedling Growth
and Physiological Characteristics of Wheat
QIU Nian-Wei*,**, TAN Ting-Hong*, DAI Hua, SHEN Xuan, HAN Ran, LIN Yan, MA Zong-Qi
Key Lab of Wetland Ecology and Environmental Protection of Nansi Lake, Key Lab of Analytical Chemistry for Life Science, Col-
lege of Life Sciences, Qufu Normal University, Qufu, Shandong 273165, China
Abstract: To explore the biological role of magnetized water to crop plants, the effects of magnetized water on
seed germination, seedling growth and substance metabolism of wheat were investigated. The results showed
that the seed germination indexes had no difference between magnetized water treated seeds and control seeds
of wheat. There was no significant changes in growth indexes such as shoot length, root length, shoot fresh
weight, and root fresh weight of wheat seedlings after treated with magnetized water too. Same results were
found in water content, osmotic potential of cell sap, soluble protein content, soluble sugar content and pigment
contents of wheat leaves. Furthermore, magnetized water had no effect on photosynthesis of wheat leaves. In
conclusion, magnetized water had no significant biological effects on seed germination and seedling growth of
wheat.
Key words: magnetized water; wheat; seed germination; seedling growth; physiological characteristics
磁化水被认为是一种被磁场磁化了的水。让
水以一定流速, 沿着与磁力线垂直的方向, 通过一
定强度的磁场, 普通水就会变成磁化水。经磁化
后, 水的物理和化学性质发生一系列变化, 两氢键
键角由105º变成103º, 水由原来的13~18个大分子
团变成5~6个小分子团, 水的物理化学性质如渗透
力、溶解度、表面张力、电导率、透光率、挥发
性、pH等均发生变化(Chang和Weng 2006; Pang和
Deng 2008; Cai等2009)。1945年, 比利时的韦梅朗
(Vermeiren)首先发现磁化水能减少水垢的形成, 并
获得专利, 磁化水开始引起世人关注。我国在上
世纪60年代初也开始了磁化水及磁化器的研究。
磁化水最早仅用于水容器的防垢和冶金领域, 70年
代后期应用对象已涉及建筑材料、化工、矿山及
农业和医学等领域。尤其是近20年来, 磁疗保健
风靡我国, 但磁化水的医学保健作用被过分夸大,
其医疗效果饱受使用者和社会质疑。
相对于医学, 生物磁学及磁化水在农业上的
应用研究较少, 但相关研究持续至今, 我国学术期
刊上相关报道已达上百篇。很多报道认为磁化水
可以疏松土质, 促进种子发芽和幼苗生长(陈胜文
等2008; Nasher 2008; 王建林等2011), 并具有显著
增产效果(聂继云和董雅凤1998)。此外, 磁化水还
能够改良盐碱地, 提高棉花的耐盐碱能力(卜东升
等2010; 谢君2010), 提高玉米对重金属镉的耐受能
植物生理学报804
力(刘璇等2008)。不过磁化水的生物学效应机制
还不清楚, 相关研究成果并未得到广泛的权威认
证, 在农业生产上推广应用有限。国际上关于磁
化水的研究状况与国内类似, 相关研究存在激烈
争论(Colic和Morse 1999), 少数有关磁化水的植物
生物学效应的报道大多为企业宣传, 并未被国际
权威杂志认可, 且质疑声音较多, 维基百科中有专
门的讨论磁化水有效性的网站(Wikipedia 2011), 加
拿大Simon Fraser大学的Stephen博士甚至建立了
磁化水打假专门网站, 直接把磁化水称为伪科学
(pseudoscience)或者江湖骗术(quackery), 认为磁化
水相关研究缺乏严格的数据支持, 实验对照的设计
很不合理, 研究结果不具可重复性(Stephen 2011)。
伏尔更斯坦(1985)也把磁化水列入近代生物物理
学伪科学名单。但国内质疑磁化水生物学效应的
报道仅1篇, 作者主要从物理学角度分析了磁化水
的理论不可行性, 并做了简单的浇花实验和发芽实
验, 均未发现磁化水的生物学效应(李鹤龄1997)。
虽然生物磁学属于边缘学科, 且在磁化水能
否被磁化, 其物理化学性质是否稳定, 是否具有生
物学效应等方面存在较大争论, 但是由于磁化水
生产的投资少, 操作简单, 无毒, 无污染, 很多科技
工作者仍致力于把磁化水的神奇作用变成现实。
支持者认为磁化水分子团变小, 自由度增加, 能提
高水和养分输送能力, 促进新陈代谢, 有利于作物
的生长发育 , 可具有显著的增产效果 (曹宏等
1999)。如: 浇灌磁化水可使麦类作物增产20%~
30% (Hozayn和Qados 2010), 甚至用磁化水浸种即
可使小麦和玉米增产(曹宏和赵国林1998)。但这
类研究报道对磁化水增产的机制研究并不深入,
需要更为严格深入地进行验证和论证。本文利用
小麦为实验材料, 系统检测了磁化水处理小麦种
子萌发、幼苗生长和物质代谢方面的变化, 旨在
探讨磁化水对小麦的生物学效应机制, 却并未发
现磁化水对小麦的生物学效应。
材料与方法
1 材料的培养和处理
材料选用籽粒饱满的小麦(Triticum aestivum
L. ‘山农D040’)。磁水器为沈阳润鼎公司生产(型
号: FCSH-I), 磁体为钕铁硼稀土永磁材料, 蒙乃尔
合金外壳, 磁隙磁感应强度为0.5特斯拉(Tesla, T),
水流经磁场的速度为2 m⋅s-1。蒸馏水磁化后浸泡
小麦种子, 在温室25 ℃条件下萌发, 分析发芽率、
发芽势、发芽指数、活力指数。待种子长出根后,
用磁化水配制Hoagland营养液培养, 人工气候室的
昼夜温度为25 ℃/20 ℃, 光周期16 h/8 h, 光照强度
为100 µmol⋅m-2⋅s-1, 相对湿度60%∼80%, 每天更换
磁化水。小麦培养4周时测定生长参数并进行生
理特性分析。为了避免其他因素对小麦发芽及生
长的影响, 采用植物培养箱(型号: KBWF240, 德国
BINDER)精确控制培养条件, 用溶液培养法精确
控制根系生长条件。
2 测定方法
2.1 种子萌芽试验
实验设磁化水(magnetized water, MW)和对照
(去离子水, CK) 2种处理, 每种处理5个重复, 每个
重复随机选取100粒小麦种子, 置于铺有滤纸的培
养皿, 加水保持湿润, 置于25 ℃的恒温培养箱中催
芽。以胚根长度超过种子长度的1/2为发芽标准,
每天记录发芽数, 计算种子的发芽势、发芽率、
发芽指数和活力指数。
发芽率(%)=发芽7 d全部正常发芽的种子数/
供试种子数×100; 发芽势(%)=发芽3 d正常的发芽
种子数/供试种子数×100; 发芽指数(Gi)=ΣGt/Dt
(Gt: t日内的发芽数; Dt: 对应的发芽日数); 活力指数
(Vi)=Gi×S, 式中S为发芽7 d时小麦平均整株鲜重。
2.2 萌发小麦种子淀粉酶活力的测定
小麦浸种后第3天, 取种子1 g, 用pH 6.4的柠
檬酸缓冲液提取淀粉酶, 采用3,5-二硝基水杨酸比
色法测定淀粉酶活性(张志良和瞿伟菁2004)。每
种处理做5个重复。
2.3 小麦株高、根长、鲜重和叶片含水量的测定
小麦培养第4周时, 测定生长参数。以小麦茎
基部到小麦最上叶尖端的高度作为小麦株高。在
根茎结合部将植株剪开, 分别测地上部鲜重和根
鲜重。称量叶片鲜重后, 迅速将叶片于105 ℃杀青
10 min, 然后烘干至恒重, 称其干重。叶片含水量=
(鲜重-干重)/鲜重。每个处理做10个重复。
2.4 光合色素的提取与含量测定
光合色素的提取与含量测定参照张其德(1985)
的方法, 用80%的丙酮提取叶片色素。叶片生理指
邱念伟等: 磁化水对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的生物学效应 805
标均以第3叶为材料。每个处理做5个重复。
2.5 叶片可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量的测定
用Bradford (1976)的方法测定叶片可溶性蛋
白测定, 以牛血清白蛋白作为标准, 每个处理做5
个重复。可溶性糖用10%三氯乙酸提取, 含量测定参
照赵世杰等(1994)的方法, 每个处理做5个重复。
2.6 叶片渗透势的测定
取叶片500 mg左右, 挤出细胞汁液, 用蒸汽压
渗透压计(Vapor Pressure Osmometer 5520, Hansat-
ech Instrument Ltd., UK)测定细胞汁液浓度, 然后
用范特霍夫公式计算出渗透势。每个处理做10个
重复。
2.7 叶绿素荧光动力学参数的测定
小麦幼苗上午8点移到暗室中进行暗适应, 测
量前叶片至少暗适应30 min。然后用Handy PEA
(Plant Efficiency Analyser; Hansatech Instrument
Ltd., UK)测定叶绿素荧光动力学参数。测定光源
为6个发光二极管提供的波长为650 nm的红光, 光
照强度为3 000 μmol⋅m-2⋅s-1, 光聚集在直径为4 mm2
的实验材料上, 荧光信号的记录时程为2 s。每个
处理做20个重复。
2.8 光合参数的测定
净光合速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度和
蒸腾速率等光合参数采用英国PP System公司的
Ciras-2型光合测定系统测定。测定条件: CO2浓度
360 µmol⋅mol-1、湿度80%, 光照强度1 000 µmol⋅m-2⋅s-1,
温度25 ℃。每个处理测定5个重复。
2.9 统计分析
两个处理实验数据统计分析用成组数据t检
验, 分析过程用Excel中的t-test运算函数。与对照组
数据相比, 处理组数据上标注“*”号表示差异显著,
标注“ns”表示差异不显著。
实验结果
1 磁化水处理对小麦种子萌发的影响
水是种子萌发的第一要素, 只有吸水后, 种子
细胞才能活化, 恢复分裂能力, 快速生根发芽。种
子萌发的快慢与种子的吸水速度及水的物理化学
性质密切相关, 如果水经磁化后物理化学性质发
生改变, 将会影响种子细胞的活性, 在种子发芽力
和种子活力方面呈现出生物学效应。小麦种子发
芽较快, 70%左右的种子在25 ℃条件下24 h内发
芽, 对外界环境的变化也比较敏感。但表1结果显
示, 磁化水处理的小麦种子发芽率、发芽势、发
芽指数、活力指数、淀粉酶活性等反应种子发芽
力和种子生活力的重要参数与对照相比差异均不
显著(P>0.05), 说明磁化水不具有促进小麦种子萌
发和早期生长的生物学效应。李鹤龄(1997)也发
现, 磁化水并不能提高小麦、啤酒大麦和糜子等
种子的发芽率。但是更多的实验认为磁化水具有
提高发芽率和种子生活力的作用。陈胜文等
(2008)的数据显示, 磁化水处理的番茄种子发芽率
比对照提高了8%, 发芽指数提高了6%, 并使番茄
种子淀粉酶活性提高了35%。用磁化水浸泡甜玉
米种子比用普通水浸种的发芽率高23%, 发芽势高
30%, 活力指数高30% (王建林等2011)。
2 磁化水处理对小麦幼苗生长的影响
为观察磁化水对小麦生长的影响, 将小麦从
催芽开始共培养了4周, 整个培养过程中均未发现
磁化水促进小麦幼苗生长的效应。表2结果显示,
表1 磁化水处理对小麦种子萌发参数的影响
Table 1 Effect of magnetized water treatments on the germination index of wheat seeds
处理 发芽率/% 发芽势/% 发芽指数 活力指数 淀粉酶活性/mg·g-1·min-1
对照(CK) 90.6±3.7 89.2±3.5 218.9±11.2 35.9±2.5 1.67±0.09
磁化水(MW) 88.6±2.3ns 87.4±2.8ns 215.6±7.3ns 36.4±2.6ns 1.61±0.05ns
表2 磁化水处理对小麦幼苗生长的影响
Table 2 Effect of magnetized water treatments on the growth of wheat seedlings
处理 苗高/cm 根长/cm 地上部鲜重/g 根鲜重/g
对照(CK) 31.8±3.5 20.7±2.2 0.788±0.100 0.353±0.038
磁化水(MW) 29.5±2.7ns 21.1±3.2ns 0.764±0.094ns 0.347±0.029ns
植物生理学报806
磁化水处理小麦幼苗的苗高 , 根长、地上部鲜
重、根鲜重等生长参数与对照相比均无明显差异
(P>0.05), 说明磁化水不影响小麦幼苗的生长。与
本文的结果相反, Hozayn和Qados (2010)用磁化水
培养小麦55 d后发现, 小麦幼苗高度比对照增加
16.2%, 每个分蘖小麦的鲜重增加了44.1%。陈胜
文等(2008)研究发现磁化水培养的番茄幼苗株高
比对照高12.1%, 植株干重比对照约增加20.9%。
刘璇等(2008)研究结果则显示, 磁化水培养的玉米
鲜重是对照的169.6%。这些报道均认为磁化水可
以非常显著地促进作物幼苗生长。
3 磁化水处理对小麦叶片水分状况的影响
水是作物赖以生存的物质基础, 很多报道认
为磁化水可以促进水和养分输送能力, 因而可能
对植物体内水分含量和细胞吸水能力产生显著影
响。但本文结果显示, 磁化水处理小麦叶片含水
量和细胞汁液渗透势与对照叶片相比并无显著差
异(P>0.05), 说明叶片细胞的水分状况和吸水能力
不受磁化水影响(表3)。Hozayn和Qados (2010)用
磁化水培养小麦55 d后, 也未发现小麦含水量的变
化。渗透势与细胞可溶性成分的总浓度相关, 说
明磁化水处理并没有改变小麦叶片可溶性组分的
总浓度(P>0.05)。
4 磁化水处理对小麦幼苗叶片可溶性蛋白质和可
溶性糖含量的影响
蛋白质和糖是植物体内最重要的两类有机物
质, 代谢活跃的叶片细胞中往往含有更多的蛋白
质, 而光合能力强的叶片中可溶性糖含量往往较
高。表4结果显示: 磁化水处理的小麦叶片可溶性
蛋白质和可溶性糖含量与对照相比均无显著差异
(P>0.05)。但有很多文献报道, 磁化水处理可以显
著提高种子或幼苗体内可溶性蛋白和可溶性糖含
量(曹宏等1999; 陈胜文等2008)。何兴华等(2003)
表3 磁化水处理对小麦叶片水分状况的影响
Table 3 Effect of magnetized water treatments on water
condition of wheat leaves
处理 含水量/%
细胞汁液浓度/ 细胞汁液渗
mmol·L-1 透势/MPa
对照(CK) 76.3±2.5 770.7±34.2 -1.852±0.099
磁化水(MW) 76.9±2.7ns 764.3±40.8ns -1.868±0.083ns
表4 磁化水处理对小麦叶片可溶性蛋白质
和可溶性糖含量的影响
Table 4 Effect of magnetized water treatments on soluble
protein and sugar contents in wheat leaves
处理
可溶性蛋白含量/ 可溶性糖含量/
mg·g-1 (FW) μmol·g-1 (FW)
对照(CK) 5.32±0.27 26.61±1.85
磁化水(MW) 5.50±0.30ns 24.63±2.53ns
的实验结果则发现并不是所有的磁化水都具有这
种效应, 仅当水以1 m·s-1的速度流经0.2 T和0.4 T磁
场时, 磁化水才能提高小麦和玉米幼苗体内的可
溶性糖含量。
5 磁化水处理对小麦幼苗叶片光合功能的影响
5.1 磁化水处理对小麦幼苗叶片光合色素含量的
影响
光合色素含量是反映叶片功能的重要指标,
并对各种环境变化比较敏感。本文结果显示, 磁
化水并不能显著增加小麦叶片叶绿素和类胡萝卜
素含量(图1) (P>0.05)。但有文献报道, 磁化水可以
显著提高小麦和玉米叶片的叶绿素a和叶绿素b含
量(何兴华等2003)。还有报道发现, 磁化水处理可以
显著增加小麦叶片的叶绿素a含量, 而叶绿素b和类
胡萝卜素含量变化不显著(Hozayn和Qados 2010)。
5.2 磁化水处理对小麦幼苗叶片光合参数的影响
作物生长的快慢与叶片的光合功能密切相关,
图1 磁化水处理对小麦叶片光合色素含量的影响
Fig.1 Effect of magnetized water treatments on pigment
contents in wheat leaves
邱念伟等: 磁化水对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的生物学效应 807
表5结果显示, 磁化水处理与对照小麦叶片的光合
速率差异不显著(P>0.05), 这可能是磁化水并不能
促进小麦幼苗生长的重要原因。同时, 叶片的气
孔导度、细胞间隙CO2浓度和蒸腾速率也均无显
著变化(P>0.05)。说明磁化水处理并未改变叶片
的气孔密度和气孔开度, 也未改变叶面水分子的
蒸发速率。王文明等(2010)则发现用磁化水滴灌
枣树后, 枣树的光合速率和蒸腾速率显著下降, 但
提高了枣树在夏季“午休”时的光合速率。
5.3 磁化水处理对小麦幼苗叶片叶绿素荧光参数
的影响
叶绿素荧光技术是探测叶片光合作用的快
速、灵敏、无损伤的探针, 可以灵敏检测激发能
的传递、光系统原初光化学反应、电子传递及光
合碳同化效率等各个光合过程以及光合结构的状
态, 在不同植物学分支科学和农学研究中广泛应
用(Strasser等2000)。其中, 快速叶绿素荧光诱导动
力学曲线主要反映PSII的原初光化学反应及光合
机构电子传递状态等过程的变化。图2结果显示,
磁化水处理的小麦叶片叶绿素荧光诱导曲线与对
照曲线的特征相似。说明磁化水处理并未显著影
响PSII光化学反应过程。
叶绿素荧光动力学曲线中包含非常丰富的光
合信息, 可以解析出50多个叶绿素荧光参数, 这些
图2 磁化水处理对小麦叶片叶绿素荧光动力学曲线的影响
Fig.2 Effect of magnetized water treatments on the chloro-
phyll fluorescence induction curve of wheat leaves
荧光参数可以灵敏反映内外环境对叶片光合功能
的影响。为便于观察处理与对照在荧光参数方面
的差异, 常以对照荧光参数为1, 将处理荧光参数
绘制成雷达图(图3)。雷达图结果显示, 磁化水处
理的小麦Tfm、PIabs/cso/csm、SFI、Sm稍高于对照, 而
dV/dto、dVG/dto稍低于对照。这些参数表示磁化
水处理小麦叶片的PSII光化学活性稍高于对照, 但
统计结果显示, 两个处理差异并不显著(P>0.05)。
虽然叶绿素荧光参数对外界环境比较敏感, 但磁
化水对叶绿素荧光参数的影响还未见报道。
讨 论
磁化水作为一种简易、经济、无污染且能显
著促进作物生长、提高肥效和增加产量的技术,
已经研究了50余年, 但是在生产上几乎没有推广
和应用, 说明磁化水的生物学效应存在着不确定
性。我们通过多次反复实验, 并未发现磁化水对
小麦种子萌发和幼苗生长具有促进作用。
磁化水对小麦种子萌发和幼苗生长无促进作
用的根本原因可能是: 水不能被磁化。这一根本
性的问题一直存在激烈争议。如果水不能被磁化,
磁化水的特性及其生物学效应也就失去了理论基
础。质疑者认为纯水是逆磁体, 磁导率很小; 即使
水在外磁场作用下产生负磁化强度, 但当外磁场
一经撤消, 负磁化强度会以光的速度迅速消失(伏
尔更斯坦1985; 李鹤龄1997), 用最灵敏的高斯计也
表5 磁化水处理对小麦幼苗叶片光合参数的影响
Table 5 Effect of magnetized water treatments on photosynthetic indexes of wheat leaves
处理
净光合速率/ 气孔导度/ 细胞间隙CO2浓度/ 蒸腾速率/
µmol (CO2)·m
-2·s-1 mmol (H2O)·m
-2·s-1 µmol·mol-1 mmol (H2O)·m
-2·s-1
对照(CK) 10.94±0.81 0.788±0.100 287.0±6.6 0.353±0.038
磁化水(MW) 10.26±0.62ns 0.764±0.094ns 271.7±14.5ns 0.347±0.029ns
植物生理学报808
无法测出磁化水的磁感应强度是质疑者最直接的
证据。虽然磁化水的去垢作用得到公认, 但这是
因为水中混有铁磁物质, 这些物质可以被磁化, 彼
此粘结成结晶核, 使水中的饱和碳酸盐、硫酸盐
和硅酸盐等在容器内部结晶, 而不在管壁上结晶,
从而使管壁上的沉淀物相应减少(Alimi等2007),
而纯水是不能被磁化的。
第二个原因是水经磁场处理后的物理化学性
质变化不规律, 性能不稳定。虽然磁化水支持者
认为水流经磁场后, 物理化学性质发生了改变, 但
也承认磁化水并不具有磁性, 关于磁场对水作用
的机理目前尚未解决, 也很难获得均一、稳定的
磁化水(Ibrahim 2006)。物理学文献显示, 不同的
磁化器(主要有磁化杯、磁化器、电磁场等3种)、
磁感应强度、磁化时间、通过磁场的次数、磁化
水的放置时间及不同水质产生的磁化水的物理化
图3 磁化水处理小麦与对照小麦叶片叶绿素荧光参数雷达图
Fig.3 Radar plot of fluorescence data of magnetized water treated and control wheat leaves
Tfm: 暗适应后从照光到达最大荧光所需的时间; Fo: 暗适应后的最小荧光强度; Fm: 暗适应后的最大荧光强度; Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm: PSII
最大光化学效率; F1、F2、F3、F4、F5: 分别表示50 μs、100 μs、300 μs、2 ms、30 ms时的荧光，即O/L/K/J/I相的荧光强度; dV/dto: 300 μs
时光反应中心关闭净速率; dVG/dto: 100 μs时光反应中心关闭净速率; Vj: 在J相时的相对可变荧光强度, 表示电子经过QA时耗散的能量占反
应中心捕获能量的比例; Vi: 在I相时的相对可变荧光强度, 表示电子经过QB时耗散的能量占反应中心捕获能量的比例; PSIo=1-Vj: 即ψo, 表
示电子经过QA时越过QA的能量占反应中心捕获能量的比例; PHI(Po)、PHI(Eo)和PHI(Do): 分别表示PSII最大光化学效率(φPo)、吸收的光能用
于光化学反应的效率(φEo)和用于热耗散的量子比率(φDo); Sm=Area/Fv: 指标准化面积，表示质体醌库大小; N: 从开始照光到到达Fm的时间
段内QA被还原的次数; Sm/Tfm: 质体醌库还原速率; Kn: 非光化学反应的速率常数; Kp: 光化学反应的速率常数; Sum K=Kp+Kn: 总速率常数;
ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC和DIo/RC: 分别表示单位反应中心复合体吸收的光量、被反应中心捕获的光量、用于电子传递的能量和以热能
形式耗散的能量; RC/CSo、ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo和DIo/CSo: 分别表示单位激发态面积反应中心数目、吸收的光量、被反应中心捕
获的光量、用于电子传递的能量和以热能形式耗散的能量; SFI(abs): 结构功能指数(structure and function index of plants); PHIo/(1-PHIo)=TRo/
DIo: 表示捕获的光能与耗散能量的比例; PSIo/(1-PSIo)=(1-Vj)/Vj: 表示电子经过QA时越过QA的能量与耗散能量的比值; PI(ABS)、PI(CSo)和
PI(CSm): 分别表示以吸收光能(ABS)、基础荧光(Fo)和最大荧光(Fm)为基础的性能指数(performance index of plants); DF: 表示光合驱动力
(drive force for photosynthesis)。相关参数的推导、运算及详细生理意义参见李鹏民等(2005)和Strasse等(2000)文献。
邱念伟等: 磁化水对小麦种子萌发、幼苗生长和生理特性的生物学效应 809
学性质均不相同(Chibowski等2003)。相关结果甚
至相互矛盾，如: 对于去垢作用, Polar公司认为水
通过磁处理器的最佳流速为1.5~3.0 m⋅s-1, 相应的
磁感应强度应达到0.6~0.8 T (罗大兵1999), 而有的
文献则认为0.5 m⋅s-1的流速磁化效果最好(韩建伟
和李永明2009)。而对于静态磁场, 水必须切割磁
场才能被磁化, 搅拌磁化效果更好(丁振瑞等2010),
但很多用磁化杯磁化水的相关实验并没有搅拌。
水经磁场处理后的pH有的升高(韩建伟和李永明
2009), 也有的降低(朱元保等1999); pH变化幅度仅
为0.01~0.30, 而大部分作物最适pH大都在6.0~7.0,
且细胞缓冲能力很强, 不一定会产生显著的生物
学效应。其他特性变化幅度也很小, 如电导率变
化不超过10%; 60 g水1 h的挥发量的差别仅为数毫
克; 水的密度变化仅为几个微克(μg⋅cm-3) (朱元保
等1999)。还有文献报道, 水的磁化效果具有一定
的记忆性, 在完全静止的水中, 磁处理效果大约能
保持48 h, 而在剧烈搅拌、鼓泡或湍流作用下则只
能保持8 h (Coey和Cass 2000)。另外, 很多支持磁
化水生物学效应的文献认为 , 水经磁化后渗透
力、疏水性、溶解度均增强, 水的黏度和表面张
力均降低(Pang和Deng 2008; Szczes等2011), 但物
理学数据却显示水经不同磁化条件磁化后, 其物
理化学性质呈现不规律的多极性变化(丁振瑞等
2010), 这种多级性变化对不同植物有利、有害甚
至无效的情况均可能存在。但学术文献中鲜见磁
化水负效应报道, 这种现象不符合实际。如果磁
化水的生物效应确切的话, 未观察到磁化水对小
麦的生物学效应的重要原因可能是: 本文磁化的
是去离子水, 因为有文献报道冷开水、自来水、
去离子水在相同磁化条件下的磁化效果显著不同
(朱元保等1999; Ibrahim 2006; 丁振瑞等2010), 去
离子水的磁化效果最弱。
磁化水对植物的生物学效应同样存在不确定
性。相关文献中磁化水促进种子萌发的报道最多,
如王俊花等(2005)发现用0.2~0.5 T磁感应强度处
理的磁化水均能促进黄瓜种子发芽, 其中0.4 T效
果最好。肖望等(2003)则发现促进西瓜种子萌发
的最佳磁感应强度是0.08 T。但也有很多文献发
现磁化水不能提高多种植物种子的发芽率(李鹤龄
1997; 陈延和赵梁军2000), 本文实验中也未观察到
磁化水对小麦种子萌发的促进作用, 这些实验结
果的差异是否与磁感应强度有关需要进一步验
证。促进生长和代谢的水磁化条件也不一致。大
部分文献选择的是单一磁强, 0.05~0.5 T对幼苗生
长均有促进作用(陈胜文等2008; 刘璇等2008)。而
何兴华等(2003)发现水的流速和磁感应强度均影
响磁化水的生物学效应, 当水以1 m⋅s-1的流速流经
0.2 T的磁场时, 磁化水不影响小麦和玉米种子的
呼吸, 其他流速则促进种子呼吸; 这两种作物及同
种作物的其他生理指标对磁感应强度和流速的敏
感性又各不相同。对静态磁化而言, 水的磁化时
间也影响其生物学效应, 磁化0.5 h的水对大豆、
玉米、水稻的催芽效果最好, 而磁化1 h促进根生
长的效果最好(周先容等2008)。与上述结果不同,
我们用2 m⋅s-1的流速流经0.5 T磁场的水培养小麦
近4周, 并未观察到磁化水对小麦幼苗生长的促进
效果。由于各种文献的磁化条件均不相同, 磁化
水促生长效应的可靠性很难进行比较和判断。
磁化水增产的报道也较多 , 分别可以使萝
卜、黄瓜和油菜增产48%、57%和60%, 大豆、西
红柿、玉米和小麦分别增产48.1%、20%、34%和
18.9% (聂继云和董雅凤1998), 还能增加小麦秸秆
产量约30% (Hozayn和Qados 2010)。不同磁感应
强度及磁化次数条件的磁化水增产效果也有差异
(曹宏和赵国林1998; 陆宝祖2007)。上述文献认
为: 磁化水具有较强的渗透性和对可溶性无机盐
的溶解能力, 能使溶于水中的营养组分较易较快
地运输到植物的根茎叶上, 从而加快植物的光合
作用和干物质的积累 , 达到增产效果 (Ueno和
Shigemitsu 2007)。但这种笼统的解释缺乏科学依
据, 文献仅提供了产量数据且大多不符合统计学
要求, 降低了实验结果的可靠性。作物生长和增
产的物质基础是光合作用, 相关文献均未测定作
物的光合特征, 只有少数文献报道了磁化水可以
增加光合色素含量(何兴华等2003; Hozayn和Qa-
dos 2010)。我们详细分析了磁化水处理小麦的叶
片光合作用光反应和暗反应过程, 均未观察到磁
化水对小麦光合的促进作用。本文测定结果还显
示: 磁化水并不影响小麦叶片的细胞汁液浓度、
叶片细胞的水分状况(表3)以及叶片可溶性糖和蛋
白质含量等重要生理参数(表4)。由于磁化水性质
植物生理学报810
的不确定和不稳定, 磁化水对植物生理特性和产
量的影响也不易判断。
综上所述, 磁化水磁化机制还不清楚, 磁化水
的特性还不确定, 磁化水的性质并不稳定, 相关报
道甚至相互矛盾; 同时, 磁化水生物学效应相关报
道的水磁化条件各异, 实验结果缺乏可比性, 大量
存在着实验内容不系统、数据不可靠、论证不充
分等问题。由此可以看出, 磁化水的生物学效应
并不确定, 要在农业上广泛推广磁化水, 还需要谨
慎的、严格的、全面的论证, 避免得出错误结论。
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