等离子体处理对苦荞种子幼苗发育及其产量的影响

陈稳良，史兴海,梁改梅，刘龙龙，李秀莲

(1.山西省农业科学院 作物科学研究所，山西 太原 030031；2.山西省农业科学院 旱地农业研究中心，山西 太原 030031；3.山西省农业科学院 农作物品种资源研究所，山西 太原 030031)

苦荞，学名鞑靼荞麦(Fagopyrumtataricum)，是典型的药食同源植物，拥有独特、全面、丰富的营养成份，生物类黄酮的含量是普通荞麦的13.5倍，是很好的救灾、填闲和蜜源作物，具有降血压、降血脂、降血糖、防治糖尿病和心脑血管疾病、健胃消食、增强机体免疫力、预防癌症等功能[1-5]，得益于太空生物技术的启发，对植物及种子进行适当剂量的辐射处理，在诱变育种和种子当代增产方面都取得了显著的成效[6-7]。已有研究表明，用不同强度等离子体处理番茄[8-9]、燕麦[10]、大豆[11-12]、小麦[13]、油菜[14-15]等多种植物种子，对种子萌发及幼苗生长发育产生了很大影响。但目前有关苦荞种子等离子体处理的研究还未见报道。试验利用不同剂量和不同处理次数处理苦荞种子，通过分析不同处理对苦荞种子发芽率、幼苗生长及产量的影响，旨在探索等离子体处理对苦荞种子当代的影响，提高苦荞幼苗生长、增加产量的简单易行方法，为苦荞种植创造良好的经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验装置

DL-2 型等离子体处理机，大连博事等离子体有限公司生产，使用220 V、50 Hz 普通交流电源，处理机由箱体、交变电磁场发生系统、控制台组成。等离子体发生器产生等离子体，耀室中的等立体发生器发出能量激发种子内部各种物理的活性。耀室中的等立体发生器发出能量击开空气中的氧气分子并重新组合成臭氧。

1.2 试验材料

苦荞种子：晋荞麦2号，山西省农业科学院作物科学研究所国鉴品种。西农9940，由西北农林科技大学提供。晋荞麦2号是通过250Gy钴60诱变地方品种五台苦荞选育而成，生育时间93 d，适于山西大同、太原，内蒙古，陕西，宁夏，甘肃等荞麦适种生态区推广种植。西农9940为西北农林科技大学以地方品种定边黑苦荞系统选育而成，生育期92～94 d。

1.3 试验设计

采用2因子完全随机设计，以等离子体电流强度和处理次数为试验处理对象，4个电流强度处理分别为1.1A、1.3A、1.5A和1.7A；3个处理次数分别为处理1次(1T)，处理2次(2T)和处理3次(3T)，共12个处理。选择籽粒饱满、大小均匀的晋荞麦2号苦荞种子，经等离子体种子处理设备设不同电流强度处理，以不进行等离子处理的晋荞麦2号种子为对照(CK)。各处理设定3次重复，在直径为20 cm的花盆中装4/5的基质，均匀播种处理后的苦荞种子100粒，每隔3 d少量浇水约200 mL，保证水分充足供应。开始发芽后(以子叶顶出沙土表面视为发芽)，每天记录种子发芽情况，萌发结束后(以连续3 d无新种子萌发为萌发结束)计算发芽率：

发芽率(GR)=n/N× 100%

式中，n为发芽数；N为种子总数。在发芽试验开始后第20天测量苗高、根长、每处理的重复测量10 株。测量时以幼苗基部至生长点为植株高度，基部至主根的根尖为根长。

株高、根长的测定从各处理组的3个重复中随机选取10株进行株高、根长测定，取其平均值。确定一定等离子体电流强度下最适合的处理方式。

1.4 大田验证试验

以未经照射的晋荞麦2号和西农9940种子分别作各自对照，以等离子处理种子最优苗期表现处理方式处理种子，以晋荞麦2号、西农9940为试验材料。验证试验于2017年6月上旬在山西省农业科学院东阳试验基地进行，试验土壤为粘性沙土，前茬为玉米。试验采取随机区组设计，3次重复。小区面积10 m2(2 m×5 m)，6行区，人工开沟条播，播种深度3～5 cm，每小区播种子660粒，其他管理同大田，成熟期测产。

2 结果与分析

2.1 等离子体处理苦荞的发芽率

从图1可知，不同等离子体电流强度及次数对晋荞麦2号发芽率的影响不显著，且不同等离子体电流强度及次数处理后的苦荞平均发芽率达97.3% ～ 98.5%，与CK(98%)相比，经等离子处理后平均苦荞发芽率下降0% ～ 1.2%，减幅不明显。

图1不同等离子体电流强度及次数处理苦荞的发芽率
Fig.1 Germination rate ofF.tataricumunder different treatment current and times

2.2 等离子体处理苦荞的株高

方差分析结果显示，等离子体电流强度F=120.19*，处理次数F= 59.43*，等离子体电流强度×处理次数F= 36.83*，F0.05(3,2)=9.55，可知不同等离子体电流强度及处理次数对晋荞麦2号株高的影响在5%水平上差异显著，且等离子体电流强度与处理次数间互作显著。从表1可知，不同等离子体电流强度对晋荞麦2号株高影响不同，等离子体电流强度为1.3A的株高显著优于其他处理。不同的处理次数对晋荞麦2号株高影响也不同，当等离子体电流强度为1.1A和1.7A时，处理1次、2次和3次之间无显著差异；但当等离子体电流强度为1.3A时，处理2次显著优于处理1次和3次，等离子体电流强度为1.5 A时，处理1次显著优于处理2次和3次。等离子体电流强度为1.3A、次数为2次时，晋荞麦2号株高最高，为16.2 cm，与对照CK(11.8 cm)相比，增高4.4 cm，增加37.29%。

表1 不同等离子体电流强度及处理次数苦荞的株高Table 1 Seedling height of F.tataricum under different treatment current intensity and times cm

注：对照株高为11.8 cm，表中同行/同列不同字母表示差异显著(P<0.05)，等离子体电流强度为纵向比较(大写字母)，次数效应为横向比较(小写字母)，下同。
Note:Plant height of the control is 11.8 cm.Difference capital and lowercase letters in the same column and row indicate 5% significant level of Current intensity and times respectively.The same below.

2.3 等离子体处理的苦荞根长

方差分析结果显示，等离子体电流强度F=17.75*，处理次数F=14.15*，等离子体电流强度×处理次数F=4.51，F0.05(3,2)=9.55，可知不同等离子体电流强度及次数处理对晋荞麦2号地下部根长的影响在5%水平上差异显著。由表2可知，当处理次数为1次时，等离子体电流强度为1.1A、1.3A和1.5A之间的苦荞根长差异不显著，但均显著优于1.7A，与1.1A和1.5A相比，等离子体电流强度1.3A下，苦荞根长分别增加4.21%和34.69%；当处理次数为2次时，等离子体电流强度为1.1A、1.3A和1.7A之间的苦荞根长差异不显著，但均显著优于1.5A，与1.1A和1.7A相比，等离子体电流强度1.3A下苦荞根长分别增加16.67%和11.83%；当处理次数为3次时，等离子体电流强度为1.1A和1.3A的苦荞根长差异不显著，但均显著优于1.5A和1.7A，与1.3A相比，等离子体电流强度1.1A下苦荞根长较1.3A增加32.82%。在相同处理等离子体电流强度下，处理次数对根长影响也不同。等离子体电流强度为1.1A时，不同处理次数间的苦荞根长无显著差异；等离子体电流强度1.3A时，处理3次的苦荞根长显著低于处理1次和2次；等离子体电流强度为1.5A时，处理1次的苦荞根长显著高于处理2次和3次；等离子体电流强度为1.7A时，处理2次的苦荞根长显著高于处理1次和3次。总体来说，等离子体电流强度为1.3A，处理次数为1次时，根长表现最好，为3.96 cm，比对照(2.48 cm)增加1.48 cm，增加59.68%；次数为2次时，与 1次无显著差异，根长为3.78 cm，比对照增加1.3 cm，增加52.42%。

表2 不同等离子体电流强度及处理次数苦荞的根长Table 2 Root length of F.tataricum under different current intensity and times cm

注：对照根长2.48 cm。
Note:Root length of the control is 2.48 cm.

2.4 等离子体处理的苦荞产量

结合不同等离子体电流强度不同次数处理对晋荞麦2号发芽率、株高、根长的综合表现，筛选出最优处理为等离子体电流强度1.3A，处理2次。分别对晋荞麦2号、西农9940种子进行相应处理后播种，进行大田验证。从表3可知，与对照CK比较，等离子体处理后，晋荞麦2号产量增加349.8 kg/hm2，增幅为25.0 %，而西农9940产量增加270 kg/hm2，增幅为18.0 %。

表3 等离子体最佳处理苦荞的产量Table 3 Yield of F.tataricum under optimum plasma treatment and times

3 结论与讨论

研究表明，等离子处理使苦荞种子发芽率稍有下降，但影响不显著。不同等离子体电流强度及次数对晋荞麦2号地上部株高及地下部根长在5%水平上均有显著性差异，且等离子体电流强度与次数间对株高存在显著的互作效应。当等离子体电流强度为1.3A，处理2次时，株高最高，达16.2 cm，较对照增加37.29%；此时根长也表现较好，为3.78 cm，较对照CK增加52.42%。随着等离子体电流强度的增加，处理次数的增多，株高、根长均有所下降，因此，增加等离子体电流强度及次数一定程度上会阻碍苦荞种子的生长。魏胜林等[16]的研究表明，对甘草种子进行前处理可提高种子萌发的成活率和幼苗根系的耐旱性；吴跃进等[17]的研究表明等离子注入影响可改变与呼吸有关的重要酶-细胞色素氧化酶的活性进而促进呼吸作用；尹美强等[13]的研究表明，等离子体适当电流强度可不同程度促进京411小麦幼苗分蘖，增加穗长、穗粒数、千粒重，增加产量。CALABRESE[18]研究等离子体对种子在诱变和转基因上的作用，总结了辐射和化学药剂的刺激效应“剂量-反应规律”，刺激效应随剂量增加明显增加，剂量增加到一定程度，刺激效应达到最大；随着剂量继续加大，刺激效应下降甚至消失。本研究与CALABRESE研究结果相似。

试验筛选的最优等离子处理组合为等离子体电流强度1.3A，处理2次。田间验证结果表明，与对照CK相比，该处理使晋荞麦2号、西农9940苦荞均表现为增产，增产幅度为18%～25%。因此，适宜的和处理次数可促进苦荞种子萌发、幼苗生长，进而提高产量。这一研究结果对于苦荞种植意义重大，一方面对于土壤水分较好的适种区可以适时早播增加苦荞后期的生物学产量，另一方面对于干旱少雨地区，遇播期降雨延迟年份，经等离子处理可推迟播种，有利于有机旱作农业的实施。但就等离子体是通过何种途径影响苦荞幼苗及产量的提高还有待进一步深入研究。