旋转磁场对小麦种子萌发及幼苗生长的影响

何正婷， 蹇兴亮

( 南京农业大学 工学院， 南京 210031 )



旋转磁场对小麦种子萌发及幼苗生长的影响

何正婷， 蹇兴亮*

( 南京农业大学 工学院， 南京 210031 )

以“淮麦19”小麦种子为研究对象，采用磁场强度为11 mT的旋转磁场进行处理，设定不同的时间梯度(10、20、30、60 min)，以未经磁场处理的为对照，研究了不同处理时间下旋转磁场对小麦种子发芽指标及幼苗生理特性的影响。结果表明：旋转磁场处理对小麦种子萌发具有促进作用，不同处理时间下，种子的发芽势、发芽率、发芽指数均有显著提高，随着时间的增加呈现先上升后下降的趋势，以处理30 min为最高，分别比对照提高了8.24%、7.37%、11.24%。经旋转磁场处理后，小麦根系发达，根长、根数均显著高于对照；幼苗生长加快，株高除处理60 min外，其他处理均显著高于对照，以处理30 min为最大，高出对照11.13%；叶片数除处理10 min外，其他处理均高于对照，以处理30 min为最大，比对照高出38.89%，且差异显著。旋转磁场处理显著增加了小麦幼苗的物质积累，不同处理时间表现出不同的效果，对幼苗生物积累量影响最佳的是处理20 min。这说明旋转磁场处理提高了小麦种子的萌发能力，加快了小麦幼苗的生长速度。

旋转磁场， 小麦种子， 发芽势， 发芽率， 生理特性

20世纪以来，生物磁学得到了国内外关注与研究，广泛应用于农业、食品、医疗和环境保护等领域(毛伟海，1997；郑必胜等，2007；邓光武，2012)。农业应用始于60年代，处理方法由磁化水浸种发展到磁场直接处理种子，研究涉及蔬菜(陈怀军，2008)、粮食(刘录祥等，2002；张小玲等，2006；郑世英和徐建，2010)、果树和食用菌(张宾和马敏，2010)等。磁场处理能提高种子发芽势和发芽率(王计平等，2013)，促进幼苗生长，诱导植株抗逆性(张月学等，2006)，提高作物总产量(Ramalingam & Bollipo，2012)。因此，作为种子预处理的新方法，磁处理技术在农业工程领域具有重要意义。

利用恒定磁场处理植物种子的报道较多，对番茄(弭晓菊等，1999)、绿豆(王红梅，2010)、玉米(Florez et al，2007)、向日葵(Vashisth & Nagarajan，2010)等农作物和花卉种子的研究，都证实了恒定磁场对种子萌发和酶活性有良好的促进作用，对幼苗根系的生长有刺激作用。随着磁场技术的发展，对脉冲磁场、梯度磁场和强磁场处理植物种子也有研究。梁军等(2008)发现脉冲磁场可以提高愈伤组织的鲜质量增加量，促进代谢产物的积累，增强保护性酶的活性。尹美强等(2006)对芝麻种子的研究发现磁场处理促进了种子内部自由基浓度增加，能有效提高种子的发芽势和发芽率，促进根系生长。于凌春和张乃琴(2010)用强磁场处理小白菜种子，通过接种霜霉病试验，证实了强磁场能提高POD、PPO的活性，从而提高植物的抗病性。旋转磁场具有空间上以固定频率旋转变化的独特之处，已在医学领域取得研究成果(潘晓华等，2006)，但在农业上的应用研究尚未见有报道。本研究采用自制的旋转磁场发生装置，对小麦种子进行磁场处理，通过分析不同处理时间对小麦种子萌发与幼苗生长的影响，研究旋转磁场对种子的生物学效应，为旋转磁场在农业上的应用提供科学依据。

1　材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料本研究采用盐城黄海农场提供的淮麦19作为试验材料。

1.1.2 仪器设备有自制旋转磁场发生装置、gzp-250 n型恒温箱、90 mm培养皿、盆钵等。旋转磁场发生装置是由一台型号为YS6312、额定功率180 W的三相异步电动机改制而成(图1)。图1包括抽掉直径为49 mm的转子，在定子线圈内紧密嵌套一个外直径50 mm的PVC管为试验小室。无转子时，定子线圈阻抗急剧降低，不能接380 V交流电。三相交流电经变压器降压得到相电压14 V、线电压24 V加于星形连接的定子线圈。为得到均匀旋转磁场，试验小室内有效空间选为直径40 mm、长度60 mm的范围。用CH-3600高精度三维特斯拉计测定有效试验空间内磁场强度为11 mT，旋转频率为50 Hz。

1.2 方法

1.2.1 旋转磁场处理选取大小均匀一致的小麦种子，在清水中浸泡8～10 h，捞出后用滤纸吸干种子表面的水分备用。将小麦种子分成5组，一组是未经磁场处理的对照组CK，另外4组依次放入旋转磁场中进行处理，处理时间分别为10、20、30、60 min。

1.2.2 种子发芽试验小麦种子经磁场处理后，先用0.4%的高锰酸钾表面消毒5 min，反复冲洗干净，再用蒸馏水冲洗两遍，用滤纸吸干种子表面的水分。参照国家种子检验规程标准GB/T3543.4-1995(国家技术监督局，1995)，选取直径90 mm的培养皿，高温灭菌后，以双层滤纸为发芽床，每皿100粒种子，均匀平铺于滤纸上，每处理4个重复，置于25 ℃恒温培养箱内培养，每天加6 mL蒸馏水保持滤纸湿润。发芽期间每天记录发芽的种子数，正常发芽标准是根达种子长，幼芽达种子长的1/2。发芽第4天统计发芽势，第8天统计发芽率，计算发芽指数。

发芽指数GI=∑(Gt/Dt)

式中，Gt指在t天内的发芽数，Dt为相应的发芽天数。

1.2.3 幼苗生长试验种子经旋转磁场处理后，播撒于装有500 g固体基质的盆钵中，每盆15粒种子，每处理3个重复，以未经磁场处理的为对照组CK。10 d后取样，每盆选取长势一致的10株幼苗，将小麦幼苗全株取出，冲洗干净，用滤纸吸干多余的水分。数出叶片数、根数，用直尺分别测量株高、根长，用电子天平测量地上鲜重、地下鲜重，用烘箱105 ℃杀青20 min，然后烘箱 80 ℃条件下将地上部分和地下部分分别烘干至恒重，用电子天平分别测量地上干重和地下干重，记录数据并计算平均值。

1.2.4 数据处理用Excel 2007软件进行数据统计处理与作图，用IBM SPSS Statistics 20软件进行单因素方差分析，采用Duncan方法进行多重比较，不同处理间的显著性分析均在P<0.05水平下。

2　结果与分析

2.1 旋转磁场处理对小麦种子萌发的影响

由表1可知，旋转磁场处理对种子的发芽势、发芽率、发芽指数均有显著影响(P<0.05)。发芽势均显著高于对照，其中处理30 min时最大，为92.00%，比对照提高了8.24%，4个不同处理之间发芽势无显著差异。发芽率也均显著高于对照，处理30 min的发芽率最高，为94.75%，高于对照7.37%，不同处理之间无显著差异。发芽指数均显著高于对照，最高出现在处理30 min时，为47.39，比对照高出11.24%，4个不同处理之间，只有处理60 min的发芽指数与其他处理的差异显著。结果表明，旋转磁场处理能够促进小麦种子的萌发，而且不同处理时间对种子表现出不同的促进效果。

2.2 旋转磁场处理小麦幼苗的形态学特征表现

旋转磁场处理能促进根的生长发育。出苗后第10天进行幼苗采样时，观察到磁场处理组的根系较发达，色白粗壮，主根长，侧根多，与对照组的对比明显(图2)，图2中每个处理为10株小麦幼苗。

表 1　旋转磁场处理不同时间对小麦种子萌发的影响

注： 不同字母表示0.05水平下差异显著。下同。

Note： Different letters indicate significant differences at 0.05 level. The same below.

磁场处理后小麦幼苗的生长速率表现各异。图3显示，磁场处理20 min和30 min时，幼苗长出第3片叶子，相对于其他处理组和对照组，生长速度较快；而磁场处理10 min和60 min时，以及对照组的幼苗只长出第2片叶子。这表明在合适的处理时间下，旋转磁场能提高小麦幼苗的生长速度。

图 1　试验装置实物图Fig. 1　Experimental device

图 2　不同处理时间对应的根系生长状况Fig. 2　Effects of different treating times on the growth of root

图 3　不同处理时间对应的叶片生长状况Fig. 3　Effects of different treating times on the growth of leaf

2.3 旋转磁场处理对小麦幼苗生长的影响

从表2可知，旋转磁场处理对小麦幼苗的株高、根长、根数、叶片数有显著影响(P<0.05)。4个不同处理中除处理60 min外，其他处理的株高均显著高于对照，其中处理30 min的株高最高，为22.79 cm，比对照提高了11.13%。各磁场处理的根长、根数均显著高于对照，其中处理10 min的根长最长，为20.55 cm，比对照增加了36.83%，且与其他处理间差异显著；处理20 min的根数最大，平均为3.89，比对照增加了45.65%。4个不同处理中处理20 min和30 min的叶片数显著高于对照，其中处理30 min的叶片数最大，平均为2.78，比对照高出38.89%。

从图4可以看出，旋转磁场处理对幼苗的生物积累量有显著影响(P<0.05)。各磁场处理的地上鲜重、地下鲜重、地上干重、地下干重均高于对照，其中最佳处理时间为20 min，地上鲜重最大为0.257 g，比对照提高34.38%；地下鲜重最大为0.149 g，比对照提高148.15%；地上干重最大为0.034 g，比对照提高32.48%；地下干重最大为0.050 g，比对照提高66.67%。随着处理时间的增加，磁场对小麦幼苗生长的促进效果增强；当超过最佳处理时间之后，磁场的促进作用会逐渐减弱。总之，旋转磁场处理能够提高小麦幼苗的高度、根系长度和干物质积累，从而加快了小麦幼苗的生长。

3　讨论与结论

3.1 旋转磁场处理对小麦种子萌发的影响

种子发芽势的高低直接反应了萌发过程中代谢的快慢，发芽率的高低反应了种子的出苗质量，它们都是度量种子萌发活力的重要指标(林仁荣，1999)。国内外大量研究表明，经磁场处理的种子发芽势和发芽率明显提高(Belyavskaya，2002；郑世英和徐建，2010)。本研究结果表明，不同处理时间下，磁场强度为11 mT的旋转磁场对小麦种子萌发起到促进作用，处理后的种子发芽势、发芽率和发芽指数都显著高于对照，这与韩杰和苏润洲(2014)、张萍萍等(2006)对其他类型磁场的研究结果一致。其原因可能是磁场刺激了种子内部自由基、酶及蛋白质的活性，从而增强了种子的呼吸作用，加速新陈代谢的进行，最终促进种子的发芽。

3.2 旋转磁场处理对小麦幼苗生长的影响

磁场处理不仅能够提高种子的萌发能力，也会促进根和幼苗的生长。本研究结果表明，经旋转磁场处理后，幼苗的株高、根数、根长、叶片数、地上鲜重、地下鲜重、地上干重和地下干重有明显提高。不同磁场处理时间对小麦种子表现出的影响幅度不同，总体上的趋势是随着处理时间的增加，磁场对小麦种子的促进作用表现出“低—高—低”的响应趋势(张玲慧等，2013)，这与Souza et al(2014) 和Panagopoulos & Margaritis (2010)提出的生物磁学中的“window”现象相一致。说明只有在适当的时间范围内，旋转磁场处理对小麦种子具有促进作用；时间过短，可能无法引起作物体内的生物效应；但时间过长， 磁场的作用力可能导致细胞壁或细胞膜受到损伤，又会降低小麦种子的活力。

图 4　不同处理时间对小麦幼苗生物量的影响Fig. 4　Effects of different treating times on the biomass of wheat seedlings

旋转磁场能够有效促进小麦种子萌发和幼苗生长，但磁处理技术是综合物理、生物等多学科的复杂技术，其作用机理还有待进一步研究。

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Effects of rotating magnetic field on seed germination and seedling growth of wheat

HE Zheng-Ting, JIAN Xing-Liang*

(CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity, Nanjing 210031, China )

Magnetic field treatment of seed, a new physical agricultural technology and a valuable agricultural production technique， is widely used at home and abroad. In order to study the effects of rotating magnetic field on wheat seed germination and seedling physiological characteristics, wheat seeds (Triticumaestivumcv. Huaimai 19) were treated in the rotating magnetic field with 11 mT for different times (10, 20, 30 and 60 min), and non-treatment was designed as the control CK. The seed germination potential, germination rate, germination index, plant height, root length, root number, leaf number, dry weight and fresh weight were observed in the study. The results indicated that the treatment of rotating magnetic field for different times could significantly improve wheat seed germination potential, germination rate and germination index. With the increase of time, these germination indexes showed initial increase and then subsequent decrease. The best treatment time was 30 min, where the seed germination potential, germination rate, germination index were more than the control by 8.24%, 7.37% and 11.24%. Treatment of rotating magnetic field could stimulate the development of wheat root system. Root length and root number were significantly higher than the control. It also could accelerate the growth of wheat seedling. Among all the treatments, except for the treatment for 60 min, plant height was significantly higher than the control, and the highest appeared in the treatment for 30 min, which was 11.13% more than the control; Except for the treatment for 10 min, the number of leaves was higher than the control, and the highest appeared in the treatment for 30 min, which was significantly higher than the control by 38.89%. By the treatment of rotating magnetic field for different times, wheat seedling aboveground fresh and dry biomass, underground fresh and dry biomass were higher than the control, and biomass of wheat seedlings showed a low-high-low tendency with the increase of time. The highest appeared in the treatment for 20 min, which were significantly higher than the control. In conclusion, appropriate range of rotating magnetic field has positive effects on seed germination and seedling growth of wheat.

rotating magnetic field, wheat seed, germination potential, germination rate, physiological characteristic

10.11931/guihaia.gxzw201503029

2015-05-18

2015-06-22

江苏省自然科学基金(BK2011653)[Supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu(BK2011653)]。

何正婷(1990-)，女，江苏兴化人，硕士，主要从事检测技术研究,(E-mail)hezhengting@yeah.net。

蹇兴亮，硕士，副教授，主要从事无损检测技术研究,(E-mail) jianxingliang@njau.edu.cn。

Q945， S351.1

A

1000-3142(2016)09-1076-06

何正婷， 蹇兴亮. 旋转磁场对小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 广西植物， 2016， 36(9):1076-1081

HE ZT, JIAN XL. Effects of rotating magnetic field on seed germination and seedling growth of wheat[J]. Guihaia， 2016， 36(9):1076-1081