等离子体处理玉米种子对其生物性状和产量的影响

周筑文, 黄燕芬, 何晓丽

(1.贵州师范学院 物理与电子科学学院，贵州 贵阳 550018； 2.贵州师范学院 生物科学学院，贵州 贵阳 550018； 3.贵州省贵阳白云金满地园艺有限公司，贵州 贵阳 550016)

农作物特别是蔬菜育种常采用传统育种手段，周期长、效率低。目前物理技术应用于农业日益广泛，等离子体处理种子是一项新兴技术，通过其激活种子内源物质，使作物提高抗逆性，从而提高产量。等离子体处理种子技术是物理方法在农业中的应用，其成本低于生物制剂和化学制剂处理种子，且不污染环境。等离子体技术在农业上的应用研究前景广阔。目前，部分蔬菜(番茄、茄子等)采用常温下大气压介质阻挡等离子体放电对种子进行处理[1-8],取得较好的效果。中国科学院物理研究所在辣椒、生菜和黄瓜等农作物种子进行等离子体照射技术应用方面取得较好的研究成果[9-11]。这些技术主要是采用大气压介质阻挡放电等离子体在平行板外施加高压产生，通过调整不同高压达到对植物种子不同等离子体剂量的处理,植物抗逆性和产量表现都较好。近年也有采用高压电弧电离空气氮氧分子产生等离子体照射与交变电感结合的方法，通过调节不同电流处理种子[12-14]，但发现处理分组不多，电流梯度间隔大，容易丢失一些由低电流引起的植物生物性状细微变化。DL-2等离子体种子处理机(太空机)是在农作物播种前对种子进行处理，该技术借鉴航天育种中太空等离子体对种子影响的物理作用，种子以自由落体的形式相继通过机器内的等离子体和交变电感区域，接受短时光照、电感作用和臭氧杀菌消毒，激发种子潜能，增强种子活力，提高种子健壮度。种子经过处理后，作物植株性状好，长势旺盛，抗病能力增强，产量提高。因此，将大气压等离子体作为一种新型的种子处理技术,多因素的综合作用将有利于品种的改良,且该技术是在大气压常温下进行,无需真空设备,操作简便，成本较低，对植物种子细胞无损伤。笔者课题组在原来高压(4 760 V～6 800 V，4 420 V～6 800 V)大气压介质阻挡放电技术处理等离子体处理茄科种子(茄子、番茄等)基础上，利用等离子体不同电流(250～2 000 mA)处理玉米种子(筑糯2号)，将等离子体处理电流细分到250 mA,观测不同处理玉米植株性状、抗病性及产量变化，筛选提高玉米产量的最佳处理电流的等离子体种子处理技术方案，旨在加强物理技术在玉米育种和生产中的应用，同时为提高玉米产量和农业生产效益提供新的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2016年3—7月分别在贵州省贵阳市白云区蓬莱乡金满地园艺科技试验田及贵州师范学院物理与电子科学学院等离子体实验室进行。供试玉米品种为筑糯2号，市购。等离子体处理装置采用大连博事等离子体有限公司DL-2等离子体种子处理机(太空机),功率<1.2 kW ,流量>1 500 kg/h,额定电压220 V ,频率50 Hz ,电流调整范围0～3.5 A,可调精度100 mA。

1.2 方法

1.2.1 等离子体处理种子电流设计 采用不同电流处理玉米种子，共8个电流处理，分别为250 mA、500 mA、750 mA、1 000 mA、1 250 mA、1 500 mA、1 750 mA、2 000 mA，分别计为处理1～处理8。等离子体处理种子从倒入到接收为1次，处理次数为2次。处理时,接通电源后扳动机器下部的空气保护开关到接通(ON)位置，电压指示表指针向右摆动，显示供电电压，向上按动等离子开关，开关明亮，该电路接通，机器内的等离子体照射器启动，等离子指示明亮，此时在机器上部进料口处反射出淡绿色光。如果等离子体照射器没有启动，等离子警示发出鸣叫声，此时点按等离子启动按钮(点按不是按住不放，是按、放、按、放)，直至启动等离子体照射器，警示停止鸣叫为止。启动预热8 min后，向上按动强度开关，通过旋转粗调和微调旋钮，调整出所需要的电流数值。处理种子方式为经过自流式，种子在机器内不停留，种子从上端进料漏斗加入，从出料口流出，出料口必须保持种子畅通流出，稳定种子流动速度，流速变慢会影响种子处理效果。

1.2.2 田间试验设计 种子经等离子体处理后5～12 d为最佳播种期，播种方法与常规播种方法相同。以不同电流处理的玉米种子为对象(8个电流处理，未经任何处理的种子作对照，共9个处理)进行田间完全随机区组设计，3次重复。玉米播种行距80 cm，株距50 cm，每穴播2株，小区面积180 m2。播种后管理同当地大田生产。

1.2.3 指标调查 玉米成熟期果穗苞片变白前每重复对角5点取样10株，用皮尺测量株高、穗位高、穗长，人工计数每株结穗数。并记载产量、抗病性和生育期。

1.3 数据统计

采用Excel进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同电流等离子体处理玉米的植株性状

从表1可见，等离子体处理的玉米植株株高较对照(未处理)高，增幅在15～20 cm。处理6和处理7增高较少，其余处理均比对照增高20 cm左右。等离子体处理后玉米穗位高均比对照高5 cm左右。等离子体处理的玉米每株果穗数均比对照增加1～2个，其中以处理3和处理6果穗数最多，每株有3个果穗。等离子体处理的玉米穗长均较对照有不同程度增加，增幅在1～3 cm，其中以处理5和处理6增加幅度最大。

总体看，不同电流等离子体处理玉米种子后，对玉米的株高、穗位高、每株果穗数、果穗长等植株性状都有不同程度的促进作用，其中以处理3、处理4、处理5和处理6的促进作用较明显，尤其是处理6效果最好。对玉米生育期无影响。

表1 不同电流等离子体处理玉米的植株性状

2.2 不同电流等离子体处理玉米的抗病虫性

调查结果显示，不同电流等离子体处理的玉米植株均未发现蚜虫，未发生粉霉病和青枯病，对照(未处理)玉米有1～2株发生小斑病和粉霉病或有蚜虫存在。总体看，等离子体处理后的玉米抗病性均强于对照，同时发现，等离子体处理玉米对抗小斑病(白色)无效，所有试验玉米(包括CK)均未发生青枯病。

2.3 不同电流等离子体处理玉米的产量和果穗数

从图1看出，不同电流等离子体处理玉米后，其产量与果穗的变化趋势。

2.3.1 产量 等离子体处理的玉米产量高于对照，8个处理组玉米平均每株产量比CK增加0.1～0.5 kg。处理6产量最高，平均每株产量达1 kg；其次是处理5，平均每株产量为0.9 kg，居第2位；两者分别比对照提高50%和44.44%。最低每株产量也增加16.67%。不同电流的等离子体处理可以显著促进玉米后期的生长发育,恰当电流等离子处理的产量效果极显著。等离子体电流1 500 mA和1 250 mA处理对玉米产量指标较好。

2.3.2 产量趋势 每株产量与等离子体电流处理之间关系(回归方程)基本符合高斯分布规律，结果与课题组前期研究预测一致[1，3-6]。适当电流范围(1 000～2 000 mA)的等离子体处理种子后玉米产量有较大提高。高斯分布预测高峰出现在1 500 mA附近，产量趋势预测与实际实验数据基本一致。

2.3.3 果穗趋势 每株果穗数与等离子体电流处理之间关系(回归方程)符合双周期平均移动分布规律，预示玉米每株果穗数有2次高峰出现。第一个高峰在电流750～1 000 mA处理，第二峰在电流1 500～1 750 mA处理。表明等离子体电流750 mA、1 000 mA和1 500 mA的3个处理(处理3、处理4和处理6)玉米每株果穗数最多，每株果穗数趋势预测与实际基本一致。

3 结论与讨论

采用高压电弧电离空气氮氧分子产生等离子体照射与交变电感结合的方法，通过调节不同电流处理植物种子，可改变其生长规律、改善产品品质，提高农作物产量。可见，等离子体种子处理技术为农作物的增产提供了有效途径，也为传统农业育种技术手段的提高及高新技术在农业育种中的应用搭建一个技术平台。因此，等离子体技术应用于农业科学、生物科学等交叉学科的发展具有深远的科学意义。

利用不同电流(250～2 000 mA)等离子体处理机对筑糯2号玉米种子进行处理,研究等离子体处理玉米种子后对其生物性状以及产量的影响。结果表明:不同电流等离子体处理玉米的植株性状、产量和抗病虫能力均比对照(未处理)明显提高，株高提高15～20 cm，穗位高提高5 cm左右，每株果穗数增加1～2个，果穗长增加1～3 cm，每株产量增加0.1～0.5 kg。特别是电流分别为1 000 mA、1 250 mA和1 500 mA的处理对玉米植株性状促进作用效果明显。从产量看，产量处于前2位的分别是等离子体电流1 500 mA和1 250 mA的处理；玉米果穗数较多的分别是等离子体电流1 000 mA和1 500 mA的处理。总体看，以电流1 500 mA等离子体处理后玉米的植株性状、产量及其抗病虫性均有较大幅度的提高。因此，通过电流1 500 mA等离子体处理玉米种子后进行田间播种，可现实田间玉米产量提高及抗病虫性增强。