等離子體對小麥種子萌發(fā)過程中某些生理變化的影響

黃明鏡

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030006）

采用各種物理因子刺激農(nóng)作物及其種子，可提高種子活力，促進(jìn)種子萌發(fā)，并能提高種子抗逆能力以及農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。等離子體作為一種刺激因素，在農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域，對作物的影響及其增產(chǎn)效應(yīng)正在進(jìn)行廣泛探索[2]。

采用不同類型等離子體種子處理生物激活技術(shù)，在多種作物和蔬菜上，不僅可以促進(jìn)作物萌發(fā)與生長，而且能夠有效地改善作物的抗逆性和提高產(chǎn)量。黃明鏡等[3]研究表明，用等離子體處理小麥、玉米、南瓜和蘿卜等種子，發(fā)現(xiàn)其活力及抗旱性明顯提高。尹美強(qiáng)等[4]研究表明，用等離子體處理番茄種子能增強(qiáng)番茄抗旱性，使根系活力和ATP含量增加，植物抗逆性提高。郝學(xué)金等[5]進(jìn)行了用低溫等離子體處理黃瓜、番茄、辣椒、甘藍(lán)和蘿卜等蔬菜種子的增產(chǎn)技術(shù)研究。王敏等[1]研究了大氣壓等離子體處理對黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。方向前等[6-7]研究表明，等離子體處理玉米、大豆種子能明顯提高化肥利用率，增產(chǎn)效果顯著。李學(xué)慧等[8]在蔬菜上的研究表明，等離子體處理有一定的增產(chǎn)效應(yīng)，從而顯示出了等離子體農(nóng)業(yè)新技術(shù)的廣闊前景。

迄今為止，關(guān)于等離子體對種子萌發(fā)及增產(chǎn)效應(yīng)的影響研究報(bào)道較多，但對等離子體處理對種子萌發(fā)過程中的生理變化還不太清楚。

本試驗(yàn)對種子萌發(fā)起重要作用的α-淀粉酶活性、可溶性蛋白含量的變化、過氧化物酶活性等的變化情況進(jìn)行了研究，以期揭示等離子體的作用機(jī)理。

1 材料和方法

1.1 材料處理和培養(yǎng)

選用抗旱性差異顯著的小麥品種晉麥66號和晉麥47號為試驗(yàn)材料。將經(jīng)挑選的籽粒飽滿、大小均一的干種子用適宜的弧光等離子體處理，置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，加入適量自來水，在20℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.2 α-淀粉酶的提取和測定

α-淀粉酶活性測定用3，5－二硝基水楊酸比色法[9]。稱取1 g萌發(fā)的小麥種子，置于研缽中，磨成勻漿倒入量筒，用水稀釋至50 mL，混勻后在室溫下放置20 min。每隔數(shù)分鐘振蕩1次，然后以4 000 r/min冷凍離心10 min，取上清液備用。在520 nm的波長下比色，用麥芽糖含量表示α-淀粉酶的活性。

1.3 可溶性蛋白質(zhì)的測定

采用考馬斯亮藍(lán)G－250比色法[9]。取發(fā)芽的小麥種子1 g，用50倍的0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH＝7）在冰浴下研磨提取，在4℃條件下以3 000 r/min離心10 min。提取液中加入考馬斯亮藍(lán)在595 nm處比色。

1.4 等離子體小麥種子萌發(fā)和幼苗生長過程中POD活性的變化

過氧化物酶活性測定用愈創(chuàng)木酚法[9]，樣品中過氧化物酶用硝酸鈣溶液在冰浴中準(zhǔn)確提取3 min，用愈創(chuàng)木酚與H2O2在20℃下反應(yīng)15 min，用分光光度計(jì)在波長475 nm下測定其OD值。

2 結(jié)果與分析

2.1 等離子體處理對小麥萌發(fā)過程中α－淀粉酶活性的影響

種子的萌發(fā)是逐漸消耗貯藏物質(zhì)的過程。小麥種子內(nèi)淀粉含量多，而淀粉是在淀粉酶的作用下進(jìn)行分解，因此，通過測定淀粉酶活性，能夠反映種子萌發(fā)的快慢。小麥種子中α－淀粉酶活性隨著萌發(fā)時(shí)間的變化如圖1所示。

從圖1可以看出，等離子體處理的小麥種子在萌發(fā)過程中，α－淀粉酶的活性顯著高于對照，盡管品種特性不同，但是等離子體對其α－淀粉酶的促進(jìn)效果較為一致，在種子萌發(fā)的第2天和第3天，晉麥66號的α－淀粉酶活性分別比對照高143.1%和115.5%，晉麥47號分別比對照高122.3%和60.6%，且達(dá)到了極顯著水平。不同品種對等離子體的反映有所差別，晉麥66號對等離子體的響應(yīng)表現(xiàn)出較高的敏感性，等離子體處理萌發(fā)24 h的α－淀粉酶活性就高出對照40.9%，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，α－淀粉酶活性提高的幅度始終高于晉麥47號。

淀粉酶活性可反映種子萌發(fā)活力，等離子體處理后淀粉酶活性的提高，從機(jī)理上說明了其對種子萌發(fā)的促進(jìn)效應(yīng)。

2.2 等離子體處理對小麥萌發(fā)過程中可溶性蛋白含量的影響

種子的萌發(fā)不但是貯藏物質(zhì)的降解過程，同時(shí)也是各種酶即蛋白質(zhì)逐漸合成的過程，因此，用可溶性蛋白含量的變化，可以反映萌發(fā)種子生化過程的快慢。小麥萌發(fā)過程中可溶性蛋白含量的變化如圖2所示。

由圖2可知，品種間可溶性蛋白含量隨萌發(fā)時(shí)間的變化，曲線有很大差異，但是隨萌發(fā)時(shí)間的延長，等離子體處理的可溶性蛋白含量始終比對照高。晉麥47號等離子體處理萌發(fā)24，36，48，60，72 h 分別比對照提高 -5.03%，5.78%，1.36%，18.56%和17.24%；晉麥66號等離子體處理萌發(fā) 24，36，48，60，72 h 分別 比 對照 提 高20.99%，17.28%，5.69%，1.74%和2.30%。

2.3 等離子體處理對作物種子萌發(fā)和幼苗生長過程中過氧化物酶活性的影響

種子萌發(fā)過程中過氧化物酶的行為是種子萌發(fā)與生長進(jìn)程的決定因子之一，是生物生長與分化的靈敏指標(biāo)，等離子體誘導(dǎo)小麥種子在萌發(fā)過程中POD活性的提高，表明等離子體對小麥的萌發(fā)和生長有一定的促進(jìn)效應(yīng)。本研究分別對等離子體處理的小麥種子及幼苗的POD活性進(jìn)行了測定，結(jié)果表明：在種子萌發(fā)初期，等離子體對POD活性的促進(jìn)效應(yīng)不明顯，隨萌發(fā)過程的推進(jìn)，等離子體提高POD活性的效應(yīng)逐漸加強(qiáng)。種子萌發(fā)第3天等離子體的促進(jìn)效應(yīng)達(dá)最高峰，晉麥66號種子的POD活性比對照提高10.5%，晉麥47號種子的POD活性比對照提高18.5%。隨著種子萌發(fā)時(shí)間的延續(xù)，貯藏物質(zhì)消耗殆盡，轉(zhuǎn)為幼苗的生長階段。品種之間種子萌發(fā)72 h之內(nèi)差異不明顯，72～96 h之間等離子體處理比對照的POD活性提高幅度最大，晉麥66號處理比對照提高8.3%～8.8%；晉麥47號處理較對照提高了6.6%～18.9%，此階段晉麥47號的POD活性隨萌發(fā)時(shí)間的延長有所下降，并且等離子體處理下降幅度較大，說明等離子體對不同作物種子萌發(fā)過程中POD活性的影響不一致（圖3）。

在萌發(fā)過程中對晉麥66號幼苗葉片和根系的POD活性進(jìn)行測定，結(jié)果顯示，等離子體處理后，小麥葉片的POD活性在其生長過程中始終高于對照，根系POD活性在96 h后雖然有所降低，但是等離子體處理POD活性仍高于對照。隨著萌發(fā)時(shí)間的延長，等離子體處理小麥根系的POD活性比對照提高了4.8%～15.3%，處理后的葉片POD活性比對照提高了9.7%～27.9%（圖 4）。

3 結(jié)論與討論

種子是植物遺傳信息的載體之一，其質(zhì)量的好壞直接影響植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量。等離子體處理對生物具有光激活效應(yīng)，經(jīng)等離子體處理后，種子細(xì)胞內(nèi)的電子、離子、分子等帶電離子與光的相互作用而使種子細(xì)胞吸收輻射能量[10]，造成物體變熱、電離、發(fā)生電性變化、生物學(xué)反應(yīng)等，促使種子活化，提高種子活力和萌發(fā)能力，激活種子中各種酶的活性[11]和種子萌發(fā)期的代謝水平[12]，促進(jìn)作物的增產(chǎn)。種子萌發(fā)過程中，在各種酶的作用下，物質(zhì)在不斷的合成與降解，提供作物生長所需的物質(zhì)和能量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，等離子體處理提高了α－淀粉酶活性、過氧化物酶活性和可溶性蛋白含量，加強(qiáng)了種子的代謝水平，促進(jìn)了作物的生長。但不同作物品種對等離子體的敏感性不同，其生理反應(yīng)亦不同。

［1］ 王敏，楊思澤，陳青云，等.大氣壓等離子體處理對黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（2）：195-200.

［2］ 馬步洲，黃明鏡.等離子體在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)，2003（1）：26.

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［4］ 尹美強(qiáng).弧光等離子體與梯度磁場結(jié)合處理番茄種子的生物效應(yīng)[J].核聚變與等離子體物理，2006，26（1）：75-80.

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［12］ 曹學(xué)成，程炳嵩，鄒琦，等.脈沖磁場對小麥生理效應(yīng)的初步研究 [J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998，29（3）：345-350.