電或磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)專利技術(shù)綜述

摘 要：【目的】通過(guò)分析電或磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展概況及專利發(fā)展趨勢(shì)，為該領(lǐng)域深入研究提供參考。【方法】介紹了國(guó)內(nèi)外采用電或磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述了該技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)原理及其應(yīng)用，并對(duì)采用電或磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)的專利情況進(jìn)行分析。【結(jié)果】隨著電、磁處理植物技術(shù)研究的不斷成熟和發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛，近兩年更是處于快速發(fā)展階段。【結(jié)論】能夠初步預(yù)測(cè)，日后該技術(shù)的專利申請(qǐng)量還將處于上升趨勢(shì)，并逐漸步入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。

關(guān)鍵詞：電；磁；植物；生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)：S129" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2023）13-0129-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.13.026

Patent Review of Electrical or Magnetic Treatment PromotingPlant Growth

ZHOU Lanjuan

（Patent examination cooperation Guangdong center of the patent office，CNIPA，Guangdong 510535，China）

Abstract：[Purposes] By elaborating on the development of electrical or magnetic technology promoting plant growth and analyze the patent development trend， this study provides reference for in-depth research in this field.[Methods] this paper first introduces the development of worldwide electrical or magnetic technology promoting plant growth， expounds the key technology principle and application， and then analyzes the patent status of electrical or magnetic technology promoting plant growth.[Findings] With the development of the electrical or magnetic technology， its application in agriculture is becoming more and more extensive， especially rapid in the last two years.[Conclusions] Therefore， we can preliminarily predict that the number of the patent application will increase， and gradually step into the stage of industrial application.

Keywords： electric; magnetic; plant; growth

0 引言

生物技術(shù)是21世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，電場(chǎng)作為對(duì)生物有著重要影響的因素之一，對(duì)它的研究始于18世紀(jì)中期，經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)一段時(shí)間后才開(kāi)始受到科學(xué)工作者的重視，并逐步由宏觀領(lǐng)域拓展到微觀領(lǐng)域，研究的范圍也逐步涉及眾多不同的生物種類，包括植物、動(dòng)物、微生物和人。利用高壓電場(chǎng)處理植物的種子，提高種子活力，是電生物效應(yīng)研究最早、范圍最廣的領(lǐng)域，其研究對(duì)象范圍也不斷拓寬，從經(jīng)濟(jì)作物到大田作物，從藥用植物到蔬菜、水果和樹(shù)木等。隨著電場(chǎng)處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)不斷被人們熟知，磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)也逐漸步入新的研究階段。

1 電處理技術(shù)及其應(yīng)用

1.1 原理

在宏觀上，將植物置于高壓電場(chǎng)中，觀察植物生長(zhǎng)發(fā)育情況，可以發(fā)現(xiàn)高壓電場(chǎng)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育均具有促進(jìn)作用。微觀機(jī)理的研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)電場(chǎng)處理后，植物的基因表達(dá)增強(qiáng)，蛋白質(zhì)合成加速，酶含量增加，酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而加快了各種生化反應(yīng)速度，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

1.2 農(nóng)業(yè)應(yīng)用

1.2.1 脈沖電刺激。采用脈沖電刺激植物的方法，可以有效消除直流電刺激引起的電銀極化現(xiàn)象。脈沖刺激器經(jīng)電阻給每一電極提供刺激電位對(duì)植物進(jìn)行刺激，能夠促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

1.2.2 電場(chǎng)處理。電場(chǎng)處理能提高植物種子，如煙草等的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，同時(shí)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，主要包括空間電場(chǎng)、植物的電定向和電誘導(dǎo)生根等技術(shù)。在快速生長(zhǎng)的組織培養(yǎng)中，由于失去植物其他部分電流的影響，細(xì)胞有可能喪失平行的定向作用，而施加外加電流就會(huì)使細(xì)胞再排列起來(lái)，從而增加形成器官的潛力。

1.2.3 電照明裝置。通過(guò)遠(yuǎn)紅外光處理、夜間斷照明或改變照明用光波可有效調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育。在植物照明裝置中設(shè)置至少一個(gè)LED或所述多個(gè)量子點(diǎn)的尺寸分布被設(shè)置成產(chǎn)生與光合作用有效輻射（PAR）光譜類似的聚集體發(fā)射光譜，除了發(fā)射光譜省去黃綠光（500～600 nm）或提供極低強(qiáng)度的黃綠光（500～600 nm）且包括在遠(yuǎn)紅外光700～800 nm譜帶中的高強(qiáng)度光譜特征，可提高光合作用，改良植物光形態(tài)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。近年來(lái)，隨著其他相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，植物照明裝置還可與二氧化碳處理裝置、冷卻裝置或控制裝置等結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)的智能化控制［1-5］。

2 磁處理技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 原理

磁場(chǎng)引起的生物效應(yīng)比較廣泛，會(huì)對(duì)植物造成多方面的影響，不僅在形態(tài)上，對(duì)植物的生理機(jī)能也會(huì)產(chǎn)生影響。磁處理植物微觀機(jī)理的研究表明，植物經(jīng)磁場(chǎng)處理后，基因表達(dá)增強(qiáng)，酶含量增加，酶活性增強(qiáng)，因而加快了各種生化反應(yīng)速度，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。目前，磁場(chǎng)處理在植物種子中的研究和應(yīng)用較多，種子磁化處理是播前處理的一種有效方法。種子磁化后可在短時(shí)間內(nèi)保持微磁性，具有微磁性的種子可將土壤中的鐵磁性物質(zhì)吸引到種子周邊環(huán)境中，有利于種苗后期的健壯生長(zhǎng)。土壤中的鐵、鋅、鎂、鉬等都是植物生長(zhǎng)必需的微量元素，足夠的微量元素為日后植株的生長(zhǎng)和豐產(chǎn)奠定了富足的物質(zhì)基礎(chǔ)，磁處理技術(shù)因具有生理?yè)p傷小、操作簡(jiǎn)單、快速有效等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2.2 農(nóng)業(yè)應(yīng)用

2.2.1 磁場(chǎng)處理。磁場(chǎng)處理包括靜磁場(chǎng)和梯度磁場(chǎng)等。用靜磁場(chǎng)處理植物種子或球莖，可顯著提高其產(chǎn)量。用0.15 T磁場(chǎng)強(qiáng)度的恒定磁場(chǎng)裝置處理蝴蝶蘭球蓮2周，球莖增殖量增大，且S極比N極效果更為明顯。梯度磁場(chǎng)可由6對(duì)（12塊）磁板組成，南北極相間排列，每塊磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.18×104 A/m，磁場(chǎng)裝置帶有傳動(dòng)帶，處理材料時(shí)，將材料放在傳送帶上，在一定的時(shí)間內(nèi)通過(guò)梯度磁場(chǎng)。梯度磁場(chǎng)除了會(huì)在生物體內(nèi)引起一般的磁效應(yīng)外，還由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)電流引起電效應(yīng)，因此梯度磁場(chǎng)比恒定磁場(chǎng)具有更廣闊的應(yīng)用前景，可促進(jìn)藥用植物，如山藥等的生長(zhǎng)。

2.2.2 磁水灌溉使用取值范圍為3.5～136 mT的磁場(chǎng)裝置處理灌溉用水，將蔬菜，如芹菜、豌豆等用磁處理水灌溉，可有效促進(jìn)蔬菜增產(chǎn)，如經(jīng)過(guò)磁水灌溉的芹菜增產(chǎn)23%，豌豆增產(chǎn)7.8%。

3 專利情況分析

3.1 A01G7/04分類號(hào)簡(jiǎn)析

3.1.1 A01G7/04分類號(hào)釋義。根據(jù)《國(guó)際專利分類定義（2023.01版）》：“A01G 園藝；蔬菜、花卉、稻、果樹(shù)、葡萄、啤酒花或海菜的栽培；林業(yè)；澆水（水果、蔬菜、啤酒花等類植物的采摘入A01D46/00；繁殖單細(xì)胞藻類入C12N1/12）；A01G7/00 一般植物學(xué)；A01G7/04 用電或磁處理植物促進(jìn)其生長(zhǎng)”。

3.1.2 其他體系相關(guān)分類號(hào)。在CPC分類體系中，在A01G7/04分類號(hào)下繼續(xù)細(xì)分為：“A01G7/045 帶電燈的”；在FI分類體系中，則將其繼續(xù)細(xì)分為：“A01G7/04A" 電處理；A01G7/04B" 磁處理；A01G7/04Z" 其他處理”。從這幾大分類體系的分類情況大致可以推斷出A01G7/04分類號(hào)下專利的研究熱點(diǎn)主要在電處理和磁處理兩大方向，以及其他新興電、磁相關(guān)處理技術(shù)，其中電處理中有關(guān)帶電照明處理方式的研究較多。

3.2 全球范圍A01G7/04專利基礎(chǔ)狀況分析

3.2.1 A01G7/04各國(guó)申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)與分析。在VCN中進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，得到A01G7/04分類號(hào)下世界各國(guó)的專利申請(qǐng)量如圖1所示，目前，A01G7/04分類號(hào)下的專利申請(qǐng)量以日本居首，美國(guó)、中國(guó)和歐洲緊隨其后，中國(guó)的申請(qǐng)量躋身世界前三。由此可知，在世界范圍內(nèi)，采用電或磁處理植物促進(jìn)其生長(zhǎng)的技術(shù)仍以日本發(fā)展較為領(lǐng)先，檢索時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注，并注重FI的使用。

3.2.2 A01G7/04世界申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)。在VCN中進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，可知A01G7/04分類號(hào)下專利申請(qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)，其中，A01G7/04的專利申請(qǐng)量在1990年后開(kāi)始滑落，2000年后開(kāi)始回升，且近兩年增長(zhǎng)迅速。由此可知，步入21世紀(jì)，隨著電、磁處理植物技術(shù)研究的不斷成熟和發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也日趨廣泛，尤其是近兩年更是處于快速發(fā)展階段。因而，能夠初步預(yù)測(cè)，日后該技術(shù)的專利申請(qǐng)量還將處于上升趨勢(shì)。

3.2.3 A01G7/04世界范圍主要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)與分析。在VCN中進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，可知A01G7/04分類號(hào)下專利申請(qǐng)量超過(guò)20件的主要申請(qǐng)人及其研發(fā)重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。其中，由于MORI KEI、KEI MORI和MORI K同屬于日本申請(qǐng)人MORI KEI提交的專利申請(qǐng)，因此，在其后的發(fā)展趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)中將上述三者合并為一個(gè)（MORI KEI）。

由主要申請(qǐng)人的研究重點(diǎn)可推知：①國(guó)內(nèi)外在電、磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)中，以電處理技術(shù)研究相對(duì)較多，尤其是電處理下的帶電照明處理技術(shù)研究廣泛，這可能與植物生長(zhǎng)及其光合作用與光照條件關(guān)系密切有關(guān)，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了上節(jié)中有關(guān)分類號(hào)下帶電照明處理方式申請(qǐng)量較多的推論。②隨著其他相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展，電、磁處理技術(shù)已不單純局限于其固有裝置的改進(jìn)，逐漸轉(zhuǎn)向其他影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的裝置，如CO2處理裝置、冷卻裝置和植物生長(zhǎng)控制裝置連接，實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)的智能化控制，并逐步開(kāi)發(fā)電、磁處理技術(shù)的新用途，如防治植物病蟲(chóng)害等［1-13］。

由世界范圍主要申請(qǐng)人發(fā)展趨勢(shì)可知，自1946年4月27日，M. Marius Blang提交了第一份有關(guān)帶電照明處理植物技術(shù)的專利申請(qǐng)以來(lái)，1946—1994年，GTE LABORATORIES INC、MORI TAKASHI、MORI KEI最先投入大量研究，其中MORI TAKASHI、MORI KEI均為日本申請(qǐng)人，且在此期間MORI KEI的專利申請(qǐng)占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，直接反映出日本在電、磁處理促進(jìn)植物技術(shù)生長(zhǎng)領(lǐng)域起步較早；1995—1999年，全球?qū)＠暾?qǐng)量降至低谷，究其原因，一方面可能與此階段該項(xiàng)技術(shù)正處于學(xué)術(shù)研究階段有關(guān)，另一方面可能受全球金融風(fēng)暴影響，各國(guó)在學(xué)術(shù)研究方面資金緊缺，戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)移到經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇方面，一度放緩科技研究的步伐。步入21世紀(jì)后，隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)量不斷上升，近兩年更是發(fā)展迅速，以VALOYA OY、BASF AG等企業(yè)、公司為主的申請(qǐng)人在電、磁處理促進(jìn)植物技術(shù)中看到商機(jī)，推動(dòng)該技術(shù)應(yīng)用研究的又一次迅速發(fā)展，帶動(dòng)該技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，使其關(guān)注度不斷上升，并逐漸步入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段［1-13］。

3.3 A01G7/04我國(guó)專利基礎(chǔ)狀況分析

3.3.1 A01G7/04我國(guó)專利申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)。在VCN中進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，可知A01G7/04分類號(hào)下我國(guó)專利申請(qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)合世界范圍內(nèi)各國(guó)申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)和申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)分析可知，我國(guó)在采用電、磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域較日、歐、美等國(guó)而言，起步較晚，近兩年才處于快速發(fā)展階段。究其原因，可能有以下兩點(diǎn)：①農(nóng)業(yè)是我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè)，20世紀(jì)中后期我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究及其應(yīng)用起步較晚；②早期的研究主要是高校或者部分企業(yè)自主研發(fā)，以論文為主，但近年來(lái)隨著電、磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)研究的不斷深入，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用得以推廣，公眾的知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)有所提升，提高了相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)量。

3.3.2 A01G7/04我國(guó)申請(qǐng)人類型發(fā)展趨勢(shì)。在VCN中進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，可知A01G7/04分類號(hào)下我國(guó)申請(qǐng)人類型發(fā)展趨勢(shì)。其中，在A01G7/04采用電或磁處理植物促進(jìn)其生長(zhǎng)這一技術(shù)領(lǐng)域，1986—2001年主要以個(gè)人申請(qǐng)為主，自2002年以來(lái)，不斷出現(xiàn)高校、科研院所的申請(qǐng)，企業(yè)、公司的申請(qǐng)量也相繼上升且占據(jù)主導(dǎo)地位，這進(jìn)一步說(shuō)明我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)該項(xiàng)技術(shù)需求的增加，同時(shí)也從側(cè)面反映出自21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)自主研發(fā)能力不斷提高，進(jìn)一步帶動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和推廣，推動(dòng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

3.3.3 A01G7/04我國(guó)主要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)與分析。在CNABS中進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，可知A01G7/04分類號(hào)下專利申請(qǐng)量在5件以上的主要申請(qǐng)人及其研發(fā)重點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人及其研發(fā)重點(diǎn)可以看出，主要申請(qǐng)人類型是公司、企業(yè)和高校、科研院所，二者的研究均涉及照明處理裝置，但研發(fā)重點(diǎn)不盡相同。高校、科研院所的研究?jī)A向于LED照明裝置和電、磁處理在植物組織培養(yǎng)、果實(shí)品質(zhì)改良方面的應(yīng)用，而以北京玉佳明三態(tài)離子科學(xué)研究院有限公司主導(dǎo)的公司、企業(yè)類的研發(fā)側(cè)重于電、磁處理裝置的改良及其在農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)中的應(yīng)用，這也體現(xiàn)了電、磁處理植物技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化中的重要作用［10-20］。

4 結(jié)語(yǔ)

A01G7/04分類號(hào)下采用電或磁處理促進(jìn)植物生長(zhǎng)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)40年代，步入21世紀(jì)，隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展和電、磁處理設(shè)備等相關(guān)研究的不斷興起，電、磁處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用開(kāi)始步入產(chǎn)業(yè)化階段，尤其是近兩年全球申請(qǐng)量迅速上升。了解該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展概況和分析該領(lǐng)域?qū)＠l(fā)展趨勢(shì)，關(guān)注國(guó)內(nèi)外主要申請(qǐng)人的研發(fā)重點(diǎn)，有助于快速理解發(fā)明的基本構(gòu)思，準(zhǔn)確獲得技術(shù)方案的關(guān)鍵點(diǎn)，從而有效篩選和定位對(duì)比文件，提高審查效率。

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