等離子體處理對苦蕎種子幼苗發育及其產量的影響

陳穩良，史興海,梁改梅，劉龍龍，李秀蓮

(1.山西省農業科學院 作物科學研究所，山西 太原 030031；2.山西省農業科學院 旱地農業研究中心，山西 太原 030031；3.山西省農業科學院 農作物品種資源研究所，山西 太原 030031)

苦蕎，學名韃靼蕎麥(Fagopyrumtataricum)，是典型的藥食同源植物，擁有獨特、全面、豐富的營養成份，生物類黃酮的含量是普通蕎麥的13.5倍，是很好的救災、填閑和蜜源作物，具有降血壓、降血脂、降血糖、防治糖尿病和心腦血管疾病、健胃消食、增強機體免疫力、預防癌癥等功能[1-5]，得益于太空生物技術的啟發，對植物及種子進行適當劑量的輻射處理，在誘變育種和種子當代增產方面都取得了顯著的成效[6-7]。已有研究表明，用不同強度等離子體處理番茄[8-9]、燕麥[10]、大豆[11-12]、小麥[13]、油菜[14-15]等多種植物種子，對種子萌發及幼苗生長發育產生了很大影響。但目前有關苦蕎種子等離子體處理的研究還未見報道。試驗利用不同劑量和不同處理次數處理苦蕎種子，通過分析不同處理對苦蕎種子發芽率、幼苗生長及產量的影響，旨在探索等離子體處理對苦蕎種子當代的影響，提高苦蕎幼苗生長、增加產量的簡單易行方法，為苦蕎種植創造良好的經濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

DL-2 型等離子體處理機，大連博事等離子體有限公司生產，使用220 V、50 Hz 普通交流電源，處理機由箱體、交變電磁場發生系統、控制臺組成。等離子體發生器產生等離子體，耀室中的等立體發生器發出能量激發種子內部各種物理的活性。耀室中的等立體發生器發出能量擊開空氣中的氧氣分子并重新組合成臭氧。

1.2 試驗材料

苦蕎種子：晉蕎麥2號，山西省農業科學院作物科學研究所國鑒品種。西農9940，由西北農林科技大學提供。晉蕎麥2號是通過250Gy鈷60誘變地方品種五臺苦蕎選育而成，生育時間93 d，適于山西大同、太原，內蒙古，陜西，寧夏，甘肅等蕎麥適種生態區推廣種植。西農9940為西北農林科技大學以地方品種定邊黑苦蕎系統選育而成，生育期92～94 d。

1.3 試驗設計

采用2因子完全隨機設計，以等離子體電流強度和處理次數為試驗處理對象，4個電流強度處理分別為1.1A、1.3A、1.5A和1.7A；3個處理次數分別為處理1次(1T)，處理2次(2T)和處理3次(3T)，共12個處理。選擇籽粒飽滿、大小均勻的晉蕎麥2號苦蕎種子，經等離子體種子處理設備設不同電流強度處理，以不進行等離子處理的晉蕎麥2號種子為對照(CK)。各處理設定3次重復，在直徑為20 cm的花盆中裝4/5的基質，均勻播種處理后的苦蕎種子100粒，每隔3 d少量澆水約200 mL，保證水分充足供應。開始發芽后(以子葉頂出沙土表面視為發芽)，每天記錄種子發芽情況，萌發結束后(以連續3 d無新種子萌發為萌發結束)計算發芽率：

發芽率(GR)=n/N× 100%

式中，n為發芽數；N為種子總數。在發芽試驗開始后第20天測量苗高、根長、每處理的重復測量10 株。測量時以幼苗基部至生長點為植株高度，基部至主根的根尖為根長。

株高、根長的測定從各處理組的3個重復中隨機選取10株進行株高、根長測定，取其平均值。確定一定等離子體電流強度下最適合的處理方式。

1.4 大田驗證試驗

以未經照射的晉蕎麥2號和西農9940種子分別作各自對照，以等離子處理種子最優苗期表現處理方式處理種子，以晉蕎麥2號、西農9940為試驗材料。驗證試驗于2017年6月上旬在山西省農業科學院東陽試驗基地進行，試驗土壤為粘性沙土，前茬為玉米。試驗采取隨機區組設計，3次重復。小區面積10 m2(2 m×5 m)，6行區，人工開溝條播，播種深度3～5 cm，每小區播種子660粒，其他管理同大田，成熟期測產。

2 結果與分析

2.1 等離子體處理苦蕎的發芽率

從圖1可知，不同等離子體電流強度及次數對晉蕎麥2號發芽率的影響不顯著，且不同等離子體電流強度及次數處理后的苦蕎平均發芽率達97.3% ～ 98.5%，與CK(98%)相比，經等離子處理后平均苦蕎發芽率下降0% ～ 1.2%，減幅不明顯。

圖1不同等離子體電流強度及次數處理苦蕎的發芽率
Fig.1 Germination rate ofF.tataricumunder different treatment current and times

2.2 等離子體處理苦蕎的株高

方差分析結果顯示，等離子體電流強度F=120.19*，處理次數F= 59.43*，等離子體電流強度×處理次數F= 36.83*，F0.05(3,2)=9.55，可知不同等離子體電流強度及處理次數對晉蕎麥2號株高的影響在5%水平上差異顯著，且等離子體電流強度與處理次數間互作顯著。從表1可知，不同等離子體電流強度對晉蕎麥2號株高影響不同，等離子體電流強度為1.3A的株高顯著優于其他處理。不同的處理次數對晉蕎麥2號株高影響也不同，當等離子體電流強度為1.1A和1.7A時，處理1次、2次和3次之間無顯著差異；但當等離子體電流強度為1.3A時，處理2次顯著優于處理1次和3次，等離子體電流強度為1.5 A時，處理1次顯著優于處理2次和3次。等離子體電流強度為1.3A、次數為2次時，晉蕎麥2號株高最高，為16.2 cm，與對照CK(11.8 cm)相比，增高4.4 cm，增加37.29%。

表1 不同等離子體電流強度及處理次數苦蕎的株高Table 1 Seedling height of F.tataricum under different treatment current intensity and times cm

注：對照株高為11.8 cm，表中同行/同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，等離子體電流強度為縱向比較(大寫字母)，次數效應為橫向比較(小寫字母)，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 等離子體處理的苦蕎根長

方差分析結果顯示，等離子體電流強度F=17.75*，處理次數F=14.15*，等離子體電流強度×處理次數F=4.51，F0.05(3,2)=9.55，可知不同等離子體電流強度及次數處理對晉蕎麥2號地下部根長的影響在5%水平上差異顯著。由表2可知，當處理次數為1次時，等離子體電流強度為1.1A、1.3A和1.5A之間的苦蕎根長差異不顯著，但均顯著優于1.7A，與1.1A和1.5A相比，等離子體電流強度1.3A下，苦蕎根長分別增加4.21%和34.69%；當處理次數為2次時，等離子體電流強度為1.1A、1.3A和1.7A之間的苦蕎根長差異不顯著，但均顯著優于1.5A，與1.1A和1.7A相比，等離子體電流強度1.3A下苦蕎根長分別增加16.67%和11.83%；當處理次數為3次時，等離子體電流強度為1.1A和1.3A的苦蕎根長差異不顯著，但均顯著優于1.5A和1.7A，與1.3A相比，等離子體電流強度1.1A下苦蕎根長較1.3A增加32.82%。在相同處理等離子體電流強度下，處理次數對根長影響也不同。等離子體電流強度為1.1A時，不同處理次數間的苦蕎根長無顯著差異；等離子體電流強度1.3A時，處理3次的苦蕎根長顯著低于處理1次和2次；等離子體電流強度為1.5A時，處理1次的苦蕎根長顯著高于處理2次和3次；等離子體電流強度為1.7A時，處理2次的苦蕎根長顯著高于處理1次和3次。總體來說，等離子體電流強度為1.3A，處理次數為1次時，根長表現最好，為3.96 cm，比對照(2.48 cm)增加1.48 cm，增加59.68%；次數為2次時，與 1次無顯著差異，根長為3.78 cm，比對照增加1.3 cm，增加52.42%。

表2 不同等離子體電流強度及處理次數苦蕎的根長Table 2 Root length of F.tataricum under different current intensity and times cm

注：對照根長2.48 cm。
Note:Root length of the control is 2.48 cm.

2.4 等離子體處理的苦蕎產量

結合不同等離子體電流強度不同次數處理對晉蕎麥2號發芽率、株高、根長的綜合表現，篩選出最優處理為等離子體電流強度1.3A，處理2次。分別對晉蕎麥2號、西農9940種子進行相應處理后播種，進行大田驗證。從表3可知，與對照CK比較，等離子體處理后，晉蕎麥2號產量增加349.8 kg/hm2，增幅為25.0 %，而西農9940產量增加270 kg/hm2，增幅為18.0 %。

表3 等離子體最佳處理苦蕎的產量Table 3 Yield of F.tataricum under optimum plasma treatment and times

3 結論與討論

研究表明，等離子處理使苦蕎種子發芽率稍有下降，但影響不顯著。不同等離子體電流強度及次數對晉蕎麥2號地上部株高及地下部根長在5%水平上均有顯著性差異，且等離子體電流強度與次數間對株高存在顯著的互作效應。當等離子體電流強度為1.3A，處理2次時，株高最高，達16.2 cm，較對照增加37.29%；此時根長也表現較好，為3.78 cm，較對照CK增加52.42%。隨著等離子體電流強度的增加，處理次數的增多，株高、根長均有所下降，因此，增加等離子體電流強度及次數一定程度上會阻礙苦蕎種子的生長。魏勝林等[16]的研究表明，對甘草種子進行前處理可提高種子萌發的成活率和幼苗根系的耐旱性；吳躍進等[17]的研究表明等離子注入影響可改變與呼吸有關的重要酶-細胞色素氧化酶的活性進而促進呼吸作用；尹美強等[13]的研究表明，等離子體適當電流強度可不同程度促進京411小麥幼苗分蘗，增加穗長、穗粒數、千粒重，增加產量。CALABRESE[18]研究等離子體對種子在誘變和轉基因上的作用，總結了輻射和化學藥劑的刺激效應“劑量-反應規律”，刺激效應隨劑量增加明顯增加，劑量增加到一定程度，刺激效應達到最大；隨著劑量繼續加大，刺激效應下降甚至消失。本研究與CALABRESE研究結果相似。

試驗篩選的最優等離子處理組合為等離子體電流強度1.3A，處理2次。田間驗證結果表明，與對照CK相比，該處理使晉蕎麥2號、西農9940苦蕎均表現為增產，增產幅度為18%～25%。因此，適宜的和處理次數可促進苦蕎種子萌發、幼苗生長，進而提高產量。這一研究結果對于苦蕎種植意義重大，一方面對于土壤水分較好的適種區可以適時早播增加苦蕎后期的生物學產量，另一方面對于干旱少雨地區，遇播期降雨延遲年份，經等離子處理可推遲播種，有利于有機旱作農業的實施。但就等離子體是通過何種途徑影響苦蕎幼苗及產量的提高還有待進一步深入研究。