研究簡(jiǎn)介:無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)正逐漸向更高的微波頻率遷移，以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的帶寬需求。此外，全球基站數量以及覆蓋單個(gè)地理區域的發(fā)射機數量也有所增加。微波使用的增加引發(fā)了生物學(xué)影響的問(wèn)題，多項研究報告了微波對動(dòng)植物的影響。微波對植物的影響是復雜的，即使在一個(gè)物種內也不一致。因此，需要研究各種物種對微波暴露的反應。微波的生物影響被認為是由于偶極分子（即H2O）和帶電離子（K+、Ca2+、Na+、Cl-）的快速振動(dòng)吸收輻射能量造成的。電磁波電場(chǎng)（介電活動(dòng)）或擾亂細胞外空間之間的離子平衡]。當微波功率強度足夠高以對偶極分子和帶電離子產(chǎn)生強烈影響時(shí)，介電活動(dòng)會(huì )產(chǎn)生熱量（介電加熱）。植物中的電信號傳輸需要帶電離子和分子的通量以及水介質(zhì)中存在的電解質(zhì)，微波介電活動(dòng)很有可能影響植物的電信號傳輸。之前的研究證明了本塞姆氏煙草燒傷引起的傷口信號傳導存在這種可能性，其中VP幅度由于2.45 GHz微波暴露而降低。尚無(wú)研究證據表明電磁輻射暴露對植物電信號的影響。由于微波（微波頻率、入射功率密度）和植物（生長(cháng)階段、物種）的多種因素參與植物對微波暴露的反應，微波對褲子電信號的影響尚不清楚。本研究旨在檢查相同功率密度的不同微波頻率對單一植物物種的EP的影響。

在本研究中，由于電解質(zhì)含量較高且具有用作生物能源的潛力，選擇蘆薈植物作為實(shí)驗植物。此外，蘆薈植物含水量較高，整個(gè)植物含水量為98.5%，葉凝膠介質(zhì)含水量為99.5%澆水良好的植物。由于組織中的水分和電解質(zhì)含量較高，蘆薈植物可能對電磁輻射暴露具有較高的敏感性?；谶@種垂體，我們在受控實(shí)驗室研究中研究了不同頻率微波對蘆薈植物靜息電位和受傷（火焰燃燒）誘導的VP的影響。

Unisense微電極測定系統的應用

使用尖端直徑小于25μm的凝膠穩定玻璃體Ag/AgCl微電極（REF-20，Unisense，奧胡斯，丹麥）記錄電勢。將讀取電極插入葉片內部2毫米，以確保電極到達內部葉髓。使用連接到顯微操作器支架（重型實(shí)驗室顯微操作器支架，Unisense）的三軸顯微操作器（MM33，Unisense）進(jìn)行電極操作。將另一個(gè)尖端直徑小于50μm的凝膠穩定玻璃Ag/AgCl微電極（REF-50，Unisense）插入植物基質(zhì)（植物土壤混合物）作為參比電極。使用帶有集成模數轉換器的mV放大器（Uniamp、pH/mV放大器、Unisense）記錄EP。使用pH/mV放大器專(zhuān)用軟件以1 Hz采樣率記錄EP。插入電極后，在開(kāi)始數據記錄之前將植物保持1.5小時(shí)穩定期。所有研究的葉子都盡可能放置在一個(gè)共同的方向（室內7點(diǎn)鐘和8點(diǎn)鐘位置之間），以避免微波極性效應。

實(shí)驗結果

研究證實(shí)，受傷引起的信號受到功率密度遠低于最大公眾暴露指南的微波的影響。主要觀(guān)察結果是微波暴露下受傷VP信號的附加特征。此外這些特性下的EP傳播速率隨著(zhù)微波頻率的增加而增加。這是第一次觀(guān)察到這樣的反應。本實(shí)驗需要進(jìn)一步研究改變的電信號特性對傷害信息傳遞和觸發(fā)植物遠端傷害反應的影響。此外研究結果證實(shí)了微波對蘆薈植物的非熱效應。射頻電磁輻射的公眾暴露指南僅根據微波的熱效應來(lái)確定；然而在決定射頻電磁輻射發(fā)射準則時(shí)，必須考慮非熱效應。即使在單一微波頻率內，數據的顯著(zhù)變化也可能是由于葉子之間的形態(tài)異質(zhì)性和入射功率密度變化造成的，這在未來(lái)的研究中應予以考慮。

圖1、實(shí)驗裝置的代表性照片和示意圖。左圖表示微電極定位、微電極位置和傳輸(Tx)天線(xiàn)位置。右圖是說(shuō)明微波傳輸系統、功率密度測量系統和電位測量系統的示意圖。Rx天線(xiàn)代表接收天線(xiàn)。

圖2.木立蘆薈葉尖暴露于火焰5秒后的代表性圖像。

圖3、連續記錄3小時(shí)的木立蘆薈葉靜息電位的代表性圖像通過(guò)將起始靜息電位值設為0來(lái)標準化靜息電位。針對a的整個(gè)數據集計算每個(gè)相鄰數據點(diǎn)之間的電勢差。并與時(shí)間密謀。橫軸表示時(shí)間，縱軸表示電位。

圖4、火焰傷害引發(fā)了木立蘆薈葉子的電位。板“a”是沒(méi)有微波暴露的傷口感應電勢的對照實(shí)驗，板b、c和d分別是2.45 GHz、3.5 GHz和5.5 GHz微波暴露下的傷口感應電勢。

圖5、在2.45 GHz、3.5 GHz和5.5 GHz暴露下，木立蘆薈葉片火焰損傷誘導電信號中觀(guān)察到的特征電位反轉峰處的電位極化率。誤差線(xiàn)代表標準誤差。符號Δ和□有顯著(zhù)差異。

結論與展望

本論文研究了射頻電磁輻射對木立蘆薈植物損傷誘發(fā)電位（EP）的影響。在入射功率密度為1.5±0.2 W m?2的2.45 GHz、3.5 GHz和5.5 GHz微波下，觀(guān)察到成熟木立植物燒傷誘發(fā)的電位變化。對蘆薈葉尖進(jìn)行火焰損傷，并通過(guò)在葉漿中插入Ag/AgCl玻璃微電極來(lái)恢復其繁殖EPs。研究了電勢的傳播和電勢波動(dòng)的標準偏差（SDEF）?；鹧鎿p傷產(chǎn)生傳播特征電勢，而微波的暴露通過(guò)在更短的時(shí)間內暫時(shí)反轉電勢來(lái)為信號添加額外的特征。該特征出現在2.45 GHz和3.5 GHz暴露下信號的復極化階段；對于5.5 GHz暴露，六分之三的特征出現在去極化階段。特征的平均極化率隨著(zhù)微波頻率的增加而增加。電勢的附加特性可能是由于微波暴露而觸發(fā)的二次信號造成的，這應該進(jìn)一步研究。傷口信號的復極化和去極化率在對照和微波暴露之間沒(méi)有差異。SDEF也不受微波暴露的影響。