胡尊瑞，李志強，吳曉云，韓振芹，何 笙

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院園藝系，北京 102442)

冷等離子體處理對黃瓜幼苗特性的影響

胡尊瑞，李志強，吳曉云，韓振芹，何 笙

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院園藝系，北京 102442)

運用冷等離子體種子處理技術(shù)對黃瓜種子進行小于 20 s 非電離幅射處理，研究該技術(shù)對黃瓜種子發(fā)芽情況和幼苗特性的影響。結(jié)果表明，經(jīng)不同劑量冷等離子體處理后，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率有明顯變化。當處理功率為80 W 時，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率分別比對照提高 15.5 %和8 %，根毛數(shù)和主根長度，移栽期田間植株干重、鮮重、株高、葉面積、有雌蕊株比例分別比對照提高 24.4 %和 22.6 %，9.8 %，15.2 %，20.65 %，19.76 %，18.8 %。試驗顯示， 80 W是最佳處理功率。

冷等離子體；黃瓜種子；幼苗特性

從20 世紀70 年代開始，國外科研人員就開始研究現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程的單項技術(shù)，低溫等離子種子處理是俄羅斯科學家發(fā)明的一種種子處理新技術(shù)[1]。該技術(shù)在俄羅斯及獨聯(lián)體國家已有一定的應用，中小型工廠化低溫等離子種子處理企業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)[2]。美國、加拿大等國家也有這方面的報道[3]。日本的研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子有助于種子早發(fā)芽，促使作物提早成熟，經(jīng)過低溫等離子處理的種子可增加開花數(shù)量，提高作物產(chǎn)量[4-5]。目前國外研究證明，低溫等離子處理不僅具有電離輻射的能量作用過程，而且還具有質(zhì)量沉積效應和電荷交換作用。通過等離子束對種子的照射，可以激活種子胚內(nèi)生命物質(zhì)，并使種皮相對軟化，加快種子萌發(fā)和出苗的速度，可表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果，同時起到抗旱防病等作用[6-11]。目前，關(guān)于黃瓜種子處理的國內(nèi)研究主要在鹽脅迫、高壓電場、磁場、電微波輻射、臭氧、化學藥劑、殼聚糖包衣等種子處理上[12-15]，尚未見用冷等離子體處理黃瓜種子對于幼苗特性影響的報道。本文利用冷等離子體種子機，在真空密閉、充入氖氣等模擬太空環(huán)境下處理黃瓜種子，通過分析黃瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，以及移栽期田間植株根毛數(shù)和主根長度，植株干重、鮮重、株高、葉面積、有雌蕊株比例的變化，以期為冷等離子體黃瓜種子處理提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置與試驗材料

試驗裝置:利用HL-2N 型冷等離子體種子處理機處理種子。該裝置在模擬真空狀態(tài)下進行密閉操作，適用于對作物種子進行等離子體激活處理，可以連續(xù)操作，連續(xù)加工，種子處理量大。圖1 為冷等離子體裝置簡圖。

1.料室Ⅰ,2.視鏡窗Ⅰ, 3.蝶閥, 4.料室Ⅱ, 5.料室Ⅲ, 6.被動輪, 7.傳送帶, 8.上極板,9.下極板,10.視鏡窗Ⅱ, 11.真空泵Ⅰ,12.視鏡窗Ⅲ, 13.料室Ⅳ, 14.出料蓋,15.熱偶規(guī)管Ⅰ, 16.放氣閥Ⅰ, 17.料室Ⅴ,18.熱偶規(guī)管Ⅱ,19.主動輪,20.氣罐,21.氣體給定閥,22.進氣管,23.放氣閥Ⅱ,24.真空泵Ⅱ,25.真空泵Ⅲ,26.真空泵Ⅳ,27.電磁放氣閥, 28.真空管, 29.放氣閥Ⅲ,30.熱偶規(guī)管Ⅲ,31.進料蓋,32.熱偶規(guī)管圖1 冷等離子體裝置Fig.1 Device of low-temperature plasma

HL-2N 型冷等離子體種子處理機的作用機理:通過氣體放電使氣體電離，氣體放電時，氣體分子和原子吸取外界的能量而被分解和電離，成為帶負電的電子和帶正電的離子，形成等離子體。當種子通過等離子體輝光放電區(qū)時受到光的作用，光與種子表層相互作用時光被吸收和散射，吸收的部分能量迫使電子產(chǎn)生振動而轉(zhuǎn)化為熱能，當物質(zhì)分子吸收了光子，其電子會從較低能態(tài)(基態(tài)) 躍遷到較高能態(tài)(激發(fā)態(tài)) ，使分子吸收能量而引起能級躍遷，即由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)能級，物質(zhì)的能態(tài)躍遷使種子增強生命活力。

試驗材料: 以先正達玉璽一號黃瓜種子為試驗材料。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 種子處理 選擇籽粒飽滿、大小均勻(千粒質(zhì)量45 g 左右)的黃瓜種子，由冷等離子體處理設(shè)備設(shè)置不同參數(shù)進行處理，種子處理時間為20 s。處理功率分別設(shè)置為0、60、80 和100、120 W 的冷等離子體處理種子，每個處理均為 0.5 kg 種子。介質(zhì)氣體為氦氣(He)，真空度150 Pa，處理時間20 s，容抗放電，極間距離2～8 cm。處理時先將種子置于真空工作臺上，抽真空，充入適量氦氣，根據(jù)所需處理功率放電，放氣至常壓，最后取出種子。

1.2.2 發(fā)芽試驗 黃瓜種子經(jīng)冷離子體處理后7 d，按《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程——發(fā)芽試驗》(GB /T 3543.4-1995) 規(guī)程做發(fā)芽試驗。對照和每個處理均設(shè)4個重復，每個重復100粒, 將經(jīng)過處理的種子置于鋪有兩層發(fā)芽紙的發(fā)芽盒(9 cm×9 cm×5 cm)內(nèi)，放置于人工氣候箱內(nèi)(光照14 h·d-1，溫度25 ℃)培養(yǎng)，以胚芽長度超過種子1/2度視為發(fā)芽。第4 天統(tǒng)計發(fā)芽勢，第8 天統(tǒng)計發(fā)芽率，用游標卡尺逐一測定發(fā)芽后種子的根長。計算公式如下。

發(fā)芽勢：GR=n/N× 100 %

式中,N——種子總數(shù)；n——第4天種子正常發(fā)芽數(shù)。

發(fā)芽率：GR1=n1/N× 100 %

式中,n1——第8天種子正常發(fā)芽數(shù)。

1.2.3 大田種植苗期生物性狀調(diào)查試驗設(shè)計 試驗共5個處理，每個處理為10 000粒，按大田正常播種深度播種，種子、土壤不作其他處理。在幼苗移栽期進行田間長勢調(diào)查，每個處理取100株長勢均勻幼苗，測定根毛數(shù)和主根長度，移栽期田間植株干重、鮮重、株高、葉面積、有雌蕊株占比例，比較不同處理功率下各項指標差異。株高是指植株地上部分最大長度，根長是指樣品地下部分最大長度。

有雌蕊株占比例=有雌蕊植株數(shù)/試驗植株總數(shù)×100 %

葉面積：植株上所有葉片的總面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)芽勢和發(fā)芽率

從圖2 可看出，不同處理功率冷等離子處理黃瓜種子，處理后的發(fā)芽勢和發(fā)芽率與對照相比均有明顯改變。發(fā)芽勢比對照高出3 %～15.5 %，發(fā)芽率比對照高出2.75 %～8 %。試驗結(jié)果表明，冷等離子體處理可以顯著提高黃瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，其中以處理功率為 80 W 時效果最好，發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別比對照 CK 高出15.5 % 和8 %。

圖2 冷等離子體處理后黃瓜種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率Fig.2 Germination energy and germination rate of cucumber seedling stimulated by low-temperature plasma

圖3 不同功率處理下黃瓜幼苗的根毛數(shù)與主根長度Fig.3 Quantity of root and main root length of cucumber seedling stimulated by low-temperature plasma

2.2 冷等離子體處理后黃瓜幼苗根毛數(shù)和主根長度

從圖3可以看出，不同處理功率冷等離子處理黃瓜種子，處理后的黃瓜幼苗根毛數(shù)和主根長度與對照CK相比均有明顯改變。根毛數(shù)比對照多出0.5～2 條，主根長度比對照長出0.17～0.69 cm。其中以處理功率為80 W 時效果最好，相對于對照CK，根毛數(shù)和主根長度分別高出 24.4 % 和22.6 %。

2.3 冷等離子體處理后黃瓜幼苗移栽期植株干重與鮮重

從圖4可以看出，不同處理功率冷等離子處理黃瓜種子，處理后移苗期黃瓜幼苗田間植株干、鮮重與對照相比均有明顯改變。試驗結(jié)果表明：使用冷等離子體處理后，黃瓜幼苗鮮重比對照高1.62 ～3.09 g，干重比對照高出0.14～0.186 g。以處理功率為 80 W 時黃瓜幼苗生長最好，鮮量比對照高出3.09 g(約為15.2 %)，干量比對照高0.186 g(約9.8 %)。 促進黃瓜植株根系的生長，試驗組根毛數(shù)量多，主根根系長，有利于植株吸收養(yǎng)分和水分，同時，增強植株抗倒伏能力，預防減產(chǎn)。

圖4 冷等離子體處理后的植株干重、鮮重Fig.4 Green weight and dry weight of cucumber seedlings stimulated by low-temperature plasma

圖5 冷等離子體處理后植株的高度和葉面積Fig.5 Stem length and leaf areas of cucumber seedling stimulated by low-temperature plasma

2.4 冷等離子體處理后黃瓜幼苗移栽期株高和葉面積

從圖5可以看出，改變植株生理性狀，葉面積大，植株高度高，幼苗壯實。不同功率冷等離子處理黃瓜種子，處理后移栽期田間株高、葉面積與對照相比均有明顯改變。試驗結(jié)果表明：使用冷等離子體處理后，處理組株高比 CK 高1.00～5.75 cm，葉面積比 CK 大2.78～14.15 cm2，其中當處理功率為 80 W 時效果最好，株高比對照相對高出20.65 %，葉面積比 CK 相對大19.76 %。

2.5 冷等離子體處理后黃瓜幼苗移栽期雌蕊分化情況

從圖6可以看出，經(jīng)過冷等離子體處理的黃瓜幼苗，有雌蕊株比例都比對照組CK好，對照組有雌蕊株比例為 4.5 %，處理組是 CK 數(shù)值1.04～1.18倍，其中以處理功率為 80 W 效果最好，經(jīng)過處理后，有雌蕊株比例比 CK 高18.8 %。結(jié)果證明冷等離子體處理可以促進黃瓜幼苗雌蕊的分化與形成，促進植株早開花結(jié)實。

圖6 冷等離子體處理后有雌蕊株比例Fig.6 Ratio of plants with pistil treated by low-temperature plasma

3 結(jié) 論

(1)冷等離子體處理黃瓜種子，處理后進行發(fā)芽試驗，發(fā)芽勢和發(fā)芽率與對照CK相比均有明顯差異，冷等離子體處理對黃瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率有顯著影響，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率分別比對照提高 15.5 % 和 8 %。

(2)經(jīng)不同劑量冷等離子體處理后，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率有明顯變化。冷等離子體處理后進行發(fā)芽試驗，當處理功率為 80 W 時，根毛數(shù)和主根長度，移栽期田間植株干重、鮮重、株高、葉面積、有雌蕊株比例分別比對照提高24.4 % 和22.6 %，9.8 %，15.2 %，20.65 %，19.76 %，18.8 %。

(3)冷等離子體處理后進行播種，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、移栽期田間植株根毛數(shù)、主根長度、干重、鮮重、株高、葉面積及雌蕊分化比例的最佳效果的處理功率為80 W。

綜上所述，80 W是利用冷等離子體處理黃瓜種子最佳處理功率，處理后種子易生根發(fā)芽，植株葉面積大，根系長，有利于植株吸收養(yǎng)分及水分，抗倒伏；同時也有利于有機物的積累，植株的干重和鮮重增加大，最重要是植株有雌蕊株比例升高，開花結(jié)實早。

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(責任編輯 陳 虹)

Effects of Low-temperature Plasma on Characteristics of Cucumber Seedling

HU Zun-rui,LI Zhi-qiang,WU Xiao-yun,HAN Zhen-qin,HE Sheng

(Department of Horticulture, Beijing Vocational College of Agriculture, Beijing 102442,China)

The non-ionizing radiation processing with 20 s was used to treat wheat seeds with low temperature plasma (LTP), and the effects of the proposed technology on their seed germination and seedling growth were studied.The results showed that the germination energy and germination rate of wheat seeds had a significant change under different intensities of LTP; With the treatment intensity of 80 W, the germination energy and germination rate were increased by 15.5 % and 8.0 %, respectively, and the quantity of root hair，main root length，green weight，dry weight，stem length，leaf areas and the ratio of plants with pistil were increased by 24.4 %，22.6 %，9.8 %，15.2 %，20.65 %，19.76 % and 18.8 % compared with contrast.It was concluded that 80 W was the best processing power.

Low-temperature plasma；Cucumber seeds；Characteristics of seeds

1001-4829(2016)12-2935-04

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.029

2015-11-07

北京市農(nóng)業(yè)基金科技項目(20140144)；北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院科研項目(XY-DKC-14-06)

胡尊瑞(1985-)，男，山東臨沂人，講師，碩士，從事植物保護方向研究，E-mail:huzunrui001@163.com。

O539; S315.5 1+1

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