冷等离子体处理对黄瓜幼苗特性的影响

胡尊瑞，李志强，吴晓云，韩振芹，何 笙

(北京农业职业学院园艺系，北京 102442)

冷等离子体处理对黄瓜幼苗特性的影响

胡尊瑞，李志强，吴晓云，韩振芹，何 笙

(北京农业职业学院园艺系，北京 102442)

运用冷等离子体种子处理技术对黄瓜种子进行小于 20 s 非电离幅射处理，研究该技术对黄瓜种子发芽情况和幼苗特性的影响。结果表明，经不同剂量冷等离子体处理后，种子的发芽势、发芽率有明显变化。当处理功率为80 W 时，种子的发芽势、发芽率分别比对照提高 15.5 %和8 %，根毛数和主根长度，移栽期田间植株干重、鲜重、株高、叶面积、有雌蕊株比例分别比对照提高 24.4 %和 22.6 %，9.8 %，15.2 %，20.65 %，19.76 %，18.8 %。试验显示， 80 W是最佳处理功率。

冷等离子体；黄瓜种子；幼苗特性

从20 世纪70 年代开始，国外科研人员就开始研究现代物理农业工程的单项技术，低温等离子种子处理是俄罗斯科学家发明的一种种子处理新技术[1]。该技术在俄罗斯及独联体国家已有一定的应用，中小型工厂化低温等离子种子处理企业已经出现[2]。美国、加拿大等国家也有这方面的报道[3]。日本的研究发现，低温等离子有助于种子早发芽，促使作物提早成熟，经过低温等离子处理的种子可增加开花数量，提高作物产量[4-5]。目前国外研究证明，低温等离子处理不仅具有电离辐射的能量作用过程，而且还具有质量沉积效应和电荷交换作用。通过等离子束对种子的照射，可以激活种子胚内生命物质，并使种皮相对软化，加快种子萌发和出苗的速度，可表现出一定的增产效果，同时起到抗旱防病等作用[6-11]。目前，关于黄瓜种子处理的国内研究主要在盐胁迫、高压电场、磁场、电微波辐射、臭氧、化学药剂、壳聚糖包衣等种子处理上[12-15]，尚未见用冷等离子体处理黄瓜种子对于幼苗特性影响的报道。本文利用冷等离子体种子机，在真空密闭、充入氖气等模拟太空环境下处理黄瓜种子，通过分析黄瓜种子的发芽势和发芽率，以及移栽期田间植株根毛数和主根长度，植株干重、鲜重、株高、叶面积、有雌蕊株比例的变化，以期为冷等离子体黄瓜种子处理提供技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验装置与试验材料

试验装置:利用HL-2N 型冷等离子体种子处理机处理种子。该装置在模拟真空状态下进行密闭操作，适用于对作物种子进行等离子体激活处理，可以连续操作，连续加工，种子处理量大。图1 为冷等离子体装置简图。

1.料室Ⅰ,2.视镜窗Ⅰ, 3.蝶阀, 4.料室Ⅱ, 5.料室Ⅲ, 6.被动轮, 7.传送带, 8.上极板,9.下极板,10.视镜窗Ⅱ, 11.真空泵Ⅰ,12.视镜窗Ⅲ, 13.料室Ⅳ, 14.出料盖,15.热偶规管Ⅰ, 16.放气阀Ⅰ, 17.料室Ⅴ,18.热偶规管Ⅱ,19.主动轮,20.气罐,21.气体给定阀,22.进气管,23.放气阀Ⅱ,24.真空泵Ⅱ,25.真空泵Ⅲ,26.真空泵Ⅳ,27.电磁放气阀, 28.真空管, 29.放气阀Ⅲ,30.热偶规管Ⅲ,31.进料盖,32.热偶规管图1 冷等离子体装置Fig.1 Device of low-temperature plasma

HL-2N 型冷等离子体种子处理机的作用机理:通过气体放电使气体电离，气体放电时，气体分子和原子吸取外界的能量而被分解和电离，成为带负电的电子和带正电的离子，形成等离子体。当种子通过等离子体辉光放电区时受到光的作用，光与种子表层相互作用时光被吸收和散射，吸收的部分能量迫使电子产生振动而转化为热能，当物质分子吸收了光子，其电子会从较低能态(基态) 跃迁到较高能态(激发态) ，使分子吸收能量而引起能级跃迁，即由基态跃迁到激发态能级，物质的能态跃迁使种子增强生命活力。

试验材料: 以先正达玉玺一号黄瓜种子为试验材料。

1.2 试验设计

1.2.1 种子处理 选择籽粒饱满、大小均匀(千粒质量45 g 左右)的黄瓜种子，由冷等离子体处理设备设置不同参数进行处理，种子处理时间为20 s。处理功率分别设置为0、60、80 和100、120 W 的冷等离子体处理种子，每个处理均为 0.5 kg 种子。介质气体为氦气(He)，真空度150 Pa，处理时间20 s，容抗放电，极间距离2～8 cm。处理时先将种子置于真空工作台上，抽真空，充入适量氦气，根据所需处理功率放电，放气至常压，最后取出种子。

1.2.2 发芽试验 黄瓜种子经冷离子体处理后7 d，按《农作物种子检验规程——发芽试验》(GB /T 3543.4-1995) 规程做发芽试验。对照和每个处理均设4个重复，每个重复100粒, 将经过处理的种子置于铺有两层发芽纸的发芽盒(9 cm×9 cm×5 cm)内，放置于人工气候箱内(光照14 h·d-1，温度25 ℃)培养，以胚芽长度超过种子1/2度视为发芽。第4 天统计发芽势，第8 天统计发芽率，用游标卡尺逐一测定发芽后种子的根长。计算公式如下。

发芽势：GR=n/N× 100 %

式中,N——种子总数；n——第4天种子正常发芽数。

发芽率：GR1=n1/N× 100 %

式中,n1——第8天种子正常发芽数。

1.2.3 大田种植苗期生物性状调查试验设计 试验共5个处理，每个处理为10 000粒，按大田正常播种深度播种，种子、土壤不作其他处理。在幼苗移栽期进行田间长势调查，每个处理取100株长势均匀幼苗，测定根毛数和主根长度，移栽期田间植株干重、鲜重、株高、叶面积、有雌蕊株占比例，比较不同处理功率下各项指标差异。株高是指植株地上部分最大长度，根长是指样品地下部分最大长度。

有雌蕊株占比例=有雌蕊植株数/试验植株总数×100 %

叶面积：植株上所有叶片的总面积。

2 结果与分析

2.1 发芽势和发芽率

从图2 可看出，不同处理功率冷等离子处理黄瓜种子，处理后的发芽势和发芽率与对照相比均有明显改变。发芽势比对照高出3 %～15.5 %，发芽率比对照高出2.75 %～8 %。试验结果表明，冷等离子体处理可以显著提高黄瓜种子的发芽势和发芽率，其中以处理功率为 80 W 时效果最好，发芽势和发芽率分别比对照 CK 高出15.5 % 和8 %。

图2 冷等离子体处理后黄瓜种子发芽势和发芽率Fig.2 Germination energy and germination rate of cucumber seedling stimulated by low-temperature plasma

图3 不同功率处理下黄瓜幼苗的根毛数与主根长度Fig.3 Quantity of root and main root length of cucumber seedling stimulated by low-temperature plasma

2.2 冷等离子体处理后黄瓜幼苗根毛数和主根长度

从图3可以看出，不同处理功率冷等离子处理黄瓜种子，处理后的黄瓜幼苗根毛数和主根长度与对照CK相比均有明显改变。根毛数比对照多出0.5～2 条，主根长度比对照长出0.17～0.69 cm。其中以处理功率为80 W 时效果最好，相对于对照CK，根毛数和主根长度分别高出 24.4 % 和22.6 %。

2.3 冷等离子体处理后黄瓜幼苗移栽期植株干重与鲜重

从图4可以看出，不同处理功率冷等离子处理黄瓜种子，处理后移苗期黄瓜幼苗田间植株干、鲜重与对照相比均有明显改变。试验结果表明：使用冷等离子体处理后，黄瓜幼苗鲜重比对照高1.62 ～3.09 g，干重比对照高出0.14～0.186 g。以处理功率为 80 W 时黄瓜幼苗生长最好，鲜量比对照高出3.09 g(约为15.2 %)，干量比对照高0.186 g(约9.8 %)。 促进黄瓜植株根系的生长，试验组根毛数量多，主根根系长，有利于植株吸收养分和水分，同时，增强植株抗倒伏能力，预防减产。

图4 冷等离子体处理后的植株干重、鲜重Fig.4 Green weight and dry weight of cucumber seedlings stimulated by low-temperature plasma

图5 冷等离子体处理后植株的高度和叶面积Fig.5 Stem length and leaf areas of cucumber seedling stimulated by low-temperature plasma

2.4 冷等离子体处理后黄瓜幼苗移栽期株高和叶面积

从图5可以看出，改变植株生理性状，叶面积大，植株高度高，幼苗壮实。不同功率冷等离子处理黄瓜种子，处理后移栽期田间株高、叶面积与对照相比均有明显改变。试验结果表明：使用冷等离子体处理后，处理组株高比 CK 高1.00～5.75 cm，叶面积比 CK 大2.78～14.15 cm2，其中当处理功率为 80 W 时效果最好，株高比对照相对高出20.65 %，叶面积比 CK 相对大19.76 %。

2.5 冷等离子体处理后黄瓜幼苗移栽期雌蕊分化情况

从图6可以看出，经过冷等离子体处理的黄瓜幼苗，有雌蕊株比例都比对照组CK好，对照组有雌蕊株比例为 4.5 %，处理组是 CK 数值1.04～1.18倍，其中以处理功率为 80 W 效果最好，经过处理后，有雌蕊株比例比 CK 高18.8 %。结果证明冷等离子体处理可以促进黄瓜幼苗雌蕊的分化与形成，促进植株早开花结实。

图6 冷等离子体处理后有雌蕊株比例Fig.6 Ratio of plants with pistil treated by low-temperature plasma

3 结 论

(1)冷等离子体处理黄瓜种子，处理后进行发芽试验，发芽势和发芽率与对照CK相比均有明显差异，冷等离子体处理对黄瓜种子的发芽势和发芽率有显著影响，种子的发芽势、发芽率分别比对照提高 15.5 % 和 8 %。

(2)经不同剂量冷等离子体处理后，种子的发芽势、发芽率有明显变化。冷等离子体处理后进行发芽试验，当处理功率为 80 W 时，根毛数和主根长度，移栽期田间植株干重、鲜重、株高、叶面积、有雌蕊株比例分别比对照提高24.4 % 和22.6 %，9.8 %，15.2 %，20.65 %，19.76 %，18.8 %。

(3)冷等离子体处理后进行播种，发芽势、发芽率、移栽期田间植株根毛数、主根长度、干重、鲜重、株高、叶面积及雌蕊分化比例的最佳效果的处理功率为80 W。

综上所述，80 W是利用冷等离子体处理黄瓜种子最佳处理功率，处理后种子易生根发芽，植株叶面积大，根系长，有利于植株吸收养分及水分，抗倒伏；同时也有利于有机物的积累，植株的干重和鲜重增加大，最重要是植株有雌蕊株比例升高，开花结实早。

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(责任编辑 陈 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

北京市农业基金科技项目(20140144)；北京农业职业学院科研项目(XY-DKC-14-06)

胡尊瑞(1985-)，男，山东临沂人，讲师，硕士，从事植物保护方向研究，E-mail:huzunrui001@163.com。

O539; S315.5 1+1

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