章 緒論 001
1.1 等離子體簡介 001
1.1.1 等離子體概念 001
1.1.2 等離子體分類 003
1.2 大氣壓放電等離子體 006
1.2.1 大氣壓放電等離子體簡介 006
1.2.2 電暈放電 008
1.2.3 介質阻擋放電 009
1.3 大氣壓放電等離子體生物效應研究進展 015
參考文獻 020

第二章 電暈放電等離子體對種子的生物效應 024
2.1 概述 024
2.2 電暈放電等離子體生物效應機制 027
2.2.1 高壓非均勻電場生物效應 027
2.2.2 放電等離子體生物效應 028
2.3 電暈放電等離子體處理種子研究進展及特點 031
2.3.1 種子處理方法研究進展 031
2.3.2 電暈放電分類及特點 032
2.3.3 電暈放電等離子體的生物學效應 033
2.4 交流電暈放電等離子體處理裸燕麥的生物效應 035
2.4.1 裸燕麥簡介 035
2.4.2 實驗條件 036
2.4.3 交流電暈放電等離子體中離子風速率變化 036
2.4.4 裸燕麥種子漂浮率、吸水率和浸出液電導率 037
2.4.5 裸燕麥種子發芽試驗 040
2.4.6 交流電暈放電等離子體對裸燕麥幼苗生長的影響 042
2.4.7 交流電暈放電等離子體對裸燕麥種皮微觀形貌的影響 043
2.4.8 交流電暈放電等離子體處理對種皮紅外光譜的影響 044
2.4.9 幼苗ROS 含量測定 046
2.4.10 小結 047
2.5 直流電暈放電等離子體處理蒙古沙鼕青的生物效應 048
2.5.1 蒙古沙鼕青簡介 048
2.5.2 實驗條件 049
2.5.3 直流電暈放電等離子體中離子風速率變化 049
2.5.4 直流電暈放電等離子體對種子親水性的影響 050
2.5.5 直流電暈放電等離子體對種子吸水率的影響 051
2.5.6 直流電暈放電等離子體對種子萌發的影響 052
2.5.7 直流電暈放電等離子體對沙鼕青幼苗苗高的影響 054
2.5.8 直流電暈放電等離子體處理對沙鼕青種子表面微觀形貌的影響 055
2.5.9 直流電暈放電等離子體處理對種皮結構的影響 056
2.5.10 小結 056
2.6 電暈放電等離子體處理紫花苜蓿的生物效應 057
2.6.1 紫花苜蓿簡介 057
2.6.2 實驗條件 057
2.6.3 電暈放電等離子體對紫花苜蓿種子親水性的影響 058
2.6.4 電暈放電等離子體對紫花苜蓿種子微觀形貌的影響 060
2.6.5 紫花苜蓿種皮的傅裡葉變換紅外光譜的變化 0612.6.6 種皮紅外指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標序列 065
2.6.7 電暈放電等離子體對紫花苜蓿種子漂浮率和吸水率的影響 068
2.6.8 電暈放電等離子體對紫花苜蓿萌發的影響 070
2.6.9 電暈放電等離子體對紫花苜蓿種子苗高和鮮重的影響 072
2.6.10 電暈放電等離子體對紫花苜蓿種子浸出液電導率的影響 074
2.6.11 電暈放電等離子體對紫花苜蓿幼苗ROS 含量的影響 075
2.6.12 電暈放電等離子體對紫花苜蓿生物效應分析 076
2.6.13 小結 078
參考文獻 078

第三章 等離子體及其活化水對種子基因表達的影響 090
3.1 概述 090
3.2 介質阻擋放電等離子體診斷 091
3.2.1 介質阻擋放電裝置 091
3.2.2 等離子體放電現像 092
3.2.3 離子風變化 093
3.2.4 等離子體發射光譜診斷 094
3.3 等離子體活化水 096
3.3.1 實驗條件 096
3.3.2 蒸發速率 096
3.3.3 PAW 的pH、電導率 097
3.3.4 PAW 紫外/可見光譜 098
3.3.5 PAW 總吸光度 102
3.3.6 PAW 中長壽命粒子檢測 104
3.4 等離子體及其活化水對沙打旺基因表達的影響 107
3.4.1 沙打旺簡介 107
3.4.2 實驗條件 108
3.4.3 沙打旺種子存活率 109
3.4.4 沙打旺ROS 含量變化 110
3.4.5 RNA-Seq 分析 111
3.4.6 差異基因功能分析 133
3.4.7 小結 134
3.5 等離子體及其活化水對蒺藜苜蓿基因表達的影響 135
3.5.1 蒺藜苜蓿簡介 135
3.5.2 實驗條件 135
3.5.3 蒺藜苜蓿種子存活率 136
3.5.4 差異基因分析 137
3.5.5 基因功能注釋 137
3.5.6 差異基因分析 141
3.5.7 qRT-PCR 驗證 146
3.5.8 蒺藜苜蓿幼苗長勢 146
3.5.9 小結 147
參考文獻 148

第四章 放電等離子體對微生物誘變研究 152
4.1 概述 152
4.2 放電等離子體對大腸杆菌的誘變研究 153
4.2.1 引言 153
4.2.2 實驗條件 154
4.2.3 高壓電場處理大腸杆菌的影響 155
4.2.4 電暈放電等離子體處理對大腸杆菌的影響 157
4.2.5 電暈放電等離子體誘發大腸杆菌lacI 基因突變測序結果及分析 158
4.2.6 電暈放電等離子體處理誘發的lacI 基因突變分子機制 162
4.3 小結 166
參考文獻 166

低溫等離子體可以在常溫大氣壓下通過高電壓氣體放電產生，由於大氣壓放電等離子體包括各種自由基、帶電粒子、激發態粒子、紫外線、電場等多種活性成分，被廣泛應用於植物、微生物生物效應研究和食品果蔬干燥及解凍研究。近年來，本課題組針對放電等離子體在植物誘變育種領域存在的關鍵科學問題，如活性粒子穿透深度低、對種子存活率無顯著影響等，自行設計組裝，並逐步完善形成一套“針陣列-板介質阻擋放電等離子體生物技術裝置”，在完善的過程中利用繫列不同時期的高壓放電等離子體裝置進行了植物、微生物生物效應及食品干燥解凍研究，特別是近年來課題組利用放電等離子體及等離子體活化水協同處理方法提高活性粒子在種子中的穿透深度，增加基因表達差異，進而提高種子致死率，研究成果為等離子體植物誘變育種研究提供了實驗和理論基礎。
21 世紀初，編者兩人有幸先後跟隨梁運章教授、羅遼復教授攻讀碩士和博士學位，進入生物物理領域，開始了高電壓技術、低能離子束技術、放電等離子體技術在食品、生物學、農業領域的應用研究，20 年來取得了較多成果。本書的研究成果得到了國家自然科學基金項目“高壓電暈電場對蒺藜苜蓿的誘變機制研究（51767020）”、國家自然科學基金項目“放電等離子體及其活化水聯合作用對蒙古冰草的誘變機制研究（12265021）”、內蒙古自治區科技計劃項目“不同氣源電暈放電等離子體輻射誘變技術裝備研發及黑曲霉菌種選育（2020GG0280）”、內蒙古自治區自然科學基金項目“高壓電場作用下大腸杆菌基因組突變研究（2015BS0311）”、內蒙古自治區自然科學基金項目“針-板高壓電場處理沙打旺的生物效應及機制研究（2019MS06025）”等項目的支持，還得到了內蒙古工業大學研究生核心課程建設項目“等離子體物理基礎（YHX202117）”的支持。我們依托內蒙古工業大學放電等離子體與功能材料應用實驗室，將具有“裝置簡單易制、生物效應明顯、環境友好”等優點的高電壓放電等離子體技術應用於內蒙古自治區特色農產品處理、工業微生物、牧草種質誘變選育等科研領域，在放電等離子體生物效應、干燥、解凍領域取得了繫列研究成果，形成了研究特色與優勢，在Plasma Science and Technology、IEEE Transactions on Plasma Sciences、Free Radical Biology and Medicine、Innovative Food Science & Emerging Technologies、Foods 等國內外高水平期刊上發表相關科研論文60 多篇。
本書主要內容包括四個部分：緒論、電暈放電等離子體對種子的生物效應、等離子體及其活化水對種子基因表達影響、放電等離子體對微生物誘變研究。本書由宋智青、丁昌江著。在撰寫過程中，綜合了碩士研究生李一冰、徐文倩、欒欣昱等的實驗結果，研究生張濤在文字編輯等方面給予了幫助。在此，對於所有參與、支持、資助本書出版的單位和個人表示衷心的感謝。由於編者水平有限，書中難免有不妥之處，懇請各位讀者或專家給予批評指正。

2023 年3 月