低温等离子体活化水对菠菜种子萌发及幼苗生长的影响*

王 虹 阎 君 赵志勇 杨宪立，3**

（1. 上海市农业科学院设施园艺研究所，上海市设施园艺技术重点实验室，上海 奉贤 201403；2. 上海市农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所，上海 奉贤 201403；3. 上海科立特农产品检测技术服务有限公司，上海 闵行 201106）

菠菜（Spinacia oleraceaL.）为黎科菠菜属一、二年生植物，富含维生素C、胡萝卜素及多种矿物质，营养价值较高，是人们餐桌上的常见蔬菜。菠菜种子有休眠期，且萌发过程受温度等外界因素影响较大［1］，因此其发芽率较低、出苗整齐度较差。研究表明，采用热处理、药剂浸泡和光照处理［2-3］等措施可在一定程度上打破菠菜种子的休眠，提高种子发芽率。

近年来，低温等离子体在农业上的应用已成为国内外研究热点。经低温等离子体处理的水称为低温等离子体活化水（Plasma-activated water，PAW）。研究发现，当等离子体与水发生作用时，水体中会产生活性氧（ROS）、活性氮（RNS）等多种活性物质，这些活性物质能有效打破种子休眠、杀灭种子表面多种病虫害［4］。PAW 已被证实可促进多种植物种子的萌发［5-6］。为探明PAW 对菠菜种子萌发的促进效果，我们以空气为放电气体、饮用水为等离子体作用水，设计并产生不同放电电压（25 kV、30 kV、35 kV）条件下的等离子体，分别得到3种等离子体活化水，研究其对菠菜种子萌发和幼苗生长的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试菠菜种子为崇明小菠菜（无刺品种），由上海市农业科学院设施园艺研究所提供。

1.2 试验方法

将100 mL 饮用水置于250 mL 烧杯中，把放电电极插入水（距液面2 cm）。分别设置放电电压为25 kV、30 kV、35 kV，以空气为放电气体，控制流速为1 L/min。开启电源开关，等离子体作用时间为10 min，制得不同PAW。

选籽粒饱满、大小均匀的菠菜种子排放在铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿中均匀排放50粒，加入饮用水及不同PAW 各15 mL。试验共设4 个处理，分别为饮用水、电压25 kV 的T1 处理、电压30kV 的T2 处理、电压35 kV 的T3 处理，以饮用水为对照（ck），每个处理3 次重复。每天定时在培养皿中补充相应处理溶液3 mL，并定期更换滤纸。培养条件为光周期12 h、光强100 μmol（/m2·s）、温度25 ℃。

1.3 调查统计方法

处理后8 d内，每天记录各处理种子的发芽数，统计菠菜种子发芽率，计算发芽指数；处理后第12 d，每个处理随机挑选5粒发芽种子测定其株高、茎粗、根长、叶和根的鲜质量，同时取样测定幼苗叶绿素含量。叶和根的鲜质量用电子天平秤测定，茎粗用游标卡尺测量，株高用直尺测量，叶绿素含量采用95%乙醇提取法测定［7］。使用Excel 2007进行数据处理，采用SPSS软件中的新复极差法进行多重比较（P＜0.05）。

发芽率（%）=（8 d内发芽的种子数/供试种子数）×100

发芽指数=∑Gt/Dt

式中：Gt为时间t的发芽数（个），Dt为相应的发芽天数（d）。

2 结果与分析

2.1 不同PAW处理对菠菜种子发芽率、发芽指数的影响

不同PAW 处理菠菜种子8 d 内的发芽率见图1，不同PAW 处理对菠菜种子发芽率、发芽指数的影响见图2。

图1 不同PAW处理菠菜种子8 d内的发芽率

图2 不同PAW处理对菠菜种子发芽率和发芽指数的影响

由图1可知，饮用水（ck）处理菠菜种子的发芽高峰期在第6 d（发芽率为26.67%），T1（25kV）、T2（30kV）、T3（35kV）处理菠菜种子的发芽高峰期在第5 d或第4 d，发芽率分别为28%、30%和26%。

由图2 可以看出，各PAW 处理菠菜种子的发芽率和发芽指数较饮用水（ck）显著提高。T1（25kV）、T2（30kV）和T3（35kV）处理菠菜种子的发芽率分别较饮用水（ck）提高了12.04%、16.67%、19.44%，发芽指数分别较饮用水（ck）提高了18.61%、26.79%、41.47%。

2.2 不同PAW处理对菠菜幼苗生长的影响

不同PAW处理对菠菜幼苗生长的影响见表1。

表1 不同PAW处理对菠菜幼苗生长的影响

由表1可知，各PAW 处理菠菜幼苗的长势较饮用水（ck）明显增强，且随着电压的增加，效果越明显。其中，T3（35kV）处理菠菜的株高、茎粗、根长、叶鲜质量和根鲜质量显著提高，分别较饮用水（ck）提高80.20%、67.78%、38.69%、168.89%、281.82%；T2（30kV）处理次之，菠菜的茎粗和叶鲜质量与T3（35kV）处理差异不显著，但显著高于饮用水（ck）和T1（25kV）处理。

2.3 不同PAW处理对菠菜幼苗色素含量的影响

不同PAW处理对菠菜幼苗色素含量的影响见图3。

由图3 可以看出，各PAW 处理影响菠菜幼苗色素的含量。各PAW 处理菠菜幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及类胡萝卜素含量较饮用水（ck）显著提高。其中，T3（35kV）处理菠菜幼苗的叶绿素含量最高，其叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量分别较饮用水（ck）增加76.42%、78.43%和76.28%；T2（30kV）处理菠菜幼苗的类胡萝卜素含量显著高于其他处理，较饮用水（ck）增加83.28%。

3 结论与讨论

试验结果表明，各PAW 处理菠菜种子的发芽率和发芽指数较饮用水（ck）显著提高，其中T3（35kV）处理菠菜种子的萌发高峰期较饮用水（ck）提前2 d、发芽率和发芽指数分别较饮用水（ck）提高19.44%和41.47%。这与前人研究结果相符，水经低温等离子体处理产生的活性氧（ROS）及活性氮（RONS）等物质，作为正调控信号分子抑制了菠菜种子的休眠并加速了种子萌发［8-10］。各PAW 处理菠菜幼苗的长势较饮用水（ck）明显增强，其中T3（35kV）处理菠菜的株高、茎粗、根长、叶鲜质量和根鲜质量较饮用水（ck）显著提高，分别提高了80.20%、67.78%、38.69%、168.89%、281.82%。各PAW 处理菠菜幼苗叶绿素和类胡萝卜素等植物色素的含量较饮用水（ck）显著提高，这可能是由于PAW 中产生了硝酸盐、亚硝酸盐及一氧化氮等物质，这些物质作为氮源［8］促进了植物生长，同时在一定程度上促进了植物色素的合成。Stoleru 等［11］的研究也表明，PAW 处理可显著增加生菜的色素含量。

总之，在本试验条件下，PAW 处理可显著促进菠菜种子萌发及幼苗生长，其中最优处理为T3（35kV）。建议进一步研究PAW 的理化性质、处理时间，及其对不同菠菜品种的作用效果，为PAW 在菠菜种子萌发中的应用提供理论依据。