等離子體處理苦參種子的生物學效應

謝曉宇，尹美強，溫銀元

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

苦參（Sophora flavescens）為豆科（Legu minosae）槐屬（Sophora）植物，又名苦骨、川參、地槐等，常以根入藥，味苦性寒，其主要藥用成分為苦參堿和氧化苦參堿，具有抗氧化抗過敏，抗炎鎮痛、抗心律失調及保護肝損傷的作用，是我國重要的藥用植物之一[1-2]。

近年來，隨著野生苦參資源的不斷枯竭，以及人們對其的大量需求，對苦參進行人工栽培十分必要。但苦參種子種皮厚、硬度高，存在休眠特性，發芽率低、發芽周期長，出苗不整齊等成為苦參種植過程中的主要障礙[3]。等離子體種子處理技術是近年來發展起來的一項物理方法種子處理技術。等離子體（plasma）是一種高能量的物質聚集態，其中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子、光子和自由基等活性粒子，是不同于物質通常3種形態（固、液、氣）的“物質第四態”[4]。等離子體種子處理技術的原理是模擬太空環境，采用高壓電弧等離子體輻射與交變電磁場作用相結合，激活種子的生命力，提高發芽率，使作物根系發達、苗期提前、長勢旺盛、抗旱抗病能力增強的一種技術[5-6]。

本試驗利用不同劑量的等離子體對藥用植物苦參種子進行處理，研究其對苦參種子萌發及幼苗生長的影響，從而找到最適合苦參種子處理的等離子體劑量，旨在為苦參種植過程中的種子處理和栽培技術提供理論依據和技術措施。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為苦參種子，由山西農業大學植物生理學實驗室提供；等離子體裝置，為大連理工大學自行研制的DW-Ⅰ型磁化弧光等離子體種子處理機，是通過電流強度來控制等離子體的強度，具體參數參見文獻[7]。

1.2 試驗方法

將苦參種子在98%的濃硫酸中浸泡20 min后用自來水沖洗數次，放于濾紙上晾干，然后用不同參數磁化弧光等離子體種子處理機處理，電流強度為 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 A，每個參數下通過 3 次。用75%的酒精對苦參種子消毒30 s，再用蒸餾水沖洗干凈，然后用5%的NaClO溶液消毒12 min，用蒸餾水沖洗數次，用濾紙吸干表面水分。在直徑為9cm的培養皿中鋪2層濾紙，加入5 mL蒸餾水。每個處理選取90粒籽粒飽滿、大小均勻一致的苦參種子分別種于3個培養皿中，每皿30粒（3次重復），在26℃培養箱內進行暗培養，每天定時澆水1.5 mL，每2d換一次濾紙以保持濾紙的濕潤和清潔。第7天統計發芽率，然后置于光照強度為4 000 lx的培養箱內培養，光照時間為16 h/d；第14天取樣用于形態指標和生理指標的測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 發芽勢、發芽率的測定 以種子胚根長度大于等于種子縱長的1/2作為發芽的標準，以第3天的發芽數計算種子的發芽勢，以第7天的發芽數計算發芽率。

發芽勢＝第3天發芽數/接種總數×100% （1）發芽率＝第7天發芽數/接種總數×100% （2）

1.3.2 形態指標測定 培養到第14天，每皿取20株生長均勻一致的苦參幼苗，用濾紙吸干水分，測量株高、根長、側根數及鮮質量，然后在80℃烘箱中烘48 h至恒質量，測量其干質量。

1.3.3 生理指標測定 選取培養14 d的苦參根系進行測定，根系活力測定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法；可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍法；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[8]。

1.4 數據分析

采用Excel和統計分析軟件SPSS 19.0進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同強度等離子體對苦參種子萌發的影響

從表1可以看出，等離子體處理對苦參種子發芽率的影響不顯著。0.5～2.5 A等離子體處理的發芽勢顯著高于對照，以電流強度為2.0 A時苦參種子的發芽勢最高，比對照增加了66.67%。表明磁化等離子體處理可以打破苦參種子休眠，加速種子的萌發，發芽勢增加，有利于形成齊苗壯苗。

表1 不同強度等離子體對苦參種子萌發的影響 %

2.2 不同強度等離子體對苦參幼苗生長的影響

2.2.1 不同強度等離子體對苦參根系長度及株高的影響 圖1表明，不同強度等離子體對苦參幼苗的株高、根長均有顯著的促進作用，且不同強度下的處理效果不同，隨著處理強度的增強，苦參幼苗的株高、根長呈現出近似“雙峰”的趨勢。在處理強度為2.0 A時，對苦參幼苗的株高和根長促進效果最為顯著，分別比對照增加26.40%和43.87%；其次是在處理強度為0.5，1.0 A時，分別對苦參的株高、根長有較為顯著的促進作用；在處理強度為1.5 A時，對苦參幼苗的株高和根長促進效果最弱，且對根長的促進效果沒有達到顯著水平。苦參株高處理強度為2.0 A時與處理強度為1.5，3.0 A有顯著差異；處理強度為 0.5，1.0，2.5 A與 1.5，2.0，3.0 A 間均無顯著差異。對于根系長度，處理強度2.0 A與處理強度為0.5，1.5 A的根系長度間有顯著差異，但與其余處理組間差異不明顯。

2.2.2 不同強度等離子體對苦參側根數量的影響

從圖2可以看出，不同強度的等離子體處理苦參種子后，其幼苗根系的側根數量均顯著高于對照。隨等離子體強度的增加，苦參側根數量呈現出先增加后降低、再增加再降低的波動趨勢。在電流強度為0.5 A時出現第1個峰，其側根數量為7條/株，比對照增加59.09%；電流強度為1.0 A時對苦參幼苗側根數量的促進效應較弱，但仍顯著高于對照；在電流強度為2.0 A時，出現第2個峰，苦參根系的側根數量增加最多，每株幼苗的側根數達8條，較對照增加81.82%；當電流電流強度增加到2.5，3.0A時，側根數量又有所降低。電流強度2.0 A處理的側根數顯著高于1.0 A處理，其余處理間無顯著差異。

2.3 不同強度等離子體處理的苦參種子干鮮質量比較

從表2可以看出，不同強度等離子體對苦參根系的干、鮮質量均有有顯著提高。其中，影響最顯著的為2.5 A處理，其根系干、鮮質量均達到最大，分別為0.127 9，1.654 5 g；其次為2.0 A處理，其根系干、鮮質量均顯著高于對照，比對照分別增加72.30%，61.94%；3.0 A處理對根系鮮質量的促進效應最弱，對根系干質量促進效應最弱的是0.5 A處理，電流強度為0.5，1.0，3.0 A時，根系干質量差異不明顯。

表2 不同參數等離子體對苦參根系干、鮮質量的影響 g

2.4 不同強度等離子體對苦參根系的活力、可溶性糖含量及可溶性蛋白含量的影響

2.4.1 不同強度等離子體對苦參根系活力的影響

從圖3可以看出，不同強度的等離子體處理苦參種子后可提高其根系活力。隨著處理強度的增加，其根系活力呈現出升—降—升—降的趨勢，近似“雙峰”曲線。其中，0.5，1.5 A處理的根系活力最低，與對照差異不顯著；處理強度為1.0，2.0 A時根系活力達到最大，分別較對照增加了60.16%和56.99%，且顯著高于0.5，1.5 A處理的根系活力；當處理強度超過2.0 A時（2.5，3.0 A），苦參根系活力又降低，但仍顯著高于對照。

2.4.2 不同強度等離子體對苦參根系可溶性糖含量的影響 由圖4可知，經過不同強度的等離子體處理后，苦參根系的可溶性糖含量均有顯著提高，其中，1.0，2.0 A處理的可溶性糖含量分別比對照提高 33.59%和 32.56%；0.5，1.5，2.5，3.0 A 處理分別比對照增加 42.97%，60.42%，102.34%和35.94%；2.5 A處理根系可溶性糖含量最高，達到7.77 mg/g，顯著高于其他處理。

2.4.3 不同強度等離子體對苦參根系可溶性蛋白含量的影響 從圖5可以看出，不同強度等離子體處理苦參種子后，可提高苦參幼苗根系中可溶性蛋白的含量。電流強度為0.5，1.0，2.0，2.5 A時根系中可溶性蛋白含量較對照有顯著提高，分別比對照組提高125.90%，91.80%，99.70%和76.67%，且顯著高于1.5，3.0 A處理，處理強度為0.5 A時可溶性蛋白含量最高，顯著高于其他處理；處理強度為1.5，3.0 A時苦參根系中可溶性蛋白的含量增加不顯著。

3 結論與討論

近年來，大量的研究和生產實踐證明，利用物理方法（包括等離子體）處理作物種子以促進種子萌發、幼苗生長及抗性和產量的提高是行之有效的措施。磁場處理黃瓜種子后可以提高其對水分脅迫的適應性[9]；大氣壓輝光放電對燕麥和大麥種子發芽有明顯的促進效應[10]；介質阻擋放電處理促使感病大豆種子發芽率提高70%以上[11]。利用2.5 A的磁化等離子體處理大豆時，其種子活力、發芽率及幼苗生長效果最佳[12]。黃明鏡等[13]研究證明，多種作物種子經等離子體處理后其種子萌發力顯著提高，種子活力增強。本研究中，0.5～2.5A磁化弧光等離子體處理苦參種子后其發芽勢得到明顯提高，說明等離子體能夠激活種子內部生理生化代謝，使處于休眠期的種子快速進入萌動狀態，快速萌發。研究發現，等離子體發出的物理能量可以改變種子生理機理，其內部包含的臭氧、強紫外光、激發態的氧、自由基、磁場等因子在適當強度下能促進種子發芽、幼苗生長，增強抗逆性，減輕病蟲害，從而達到增產目的，同時，等離子體刻蝕作用使得種子表面顆粒狀的突起上產生許多細小的孔洞（掃描電鏡觀察），引起透性增強并促進萌發、出苗及幼苗生長[14-16]。

經不同強度等離子體處理后，苦參幼苗的株高、根長及側根數量都得到顯著提升，且均出現了“雙峰”現象，其中，在電流強度為2.0 A時，3項形態指標均達到峰值，而另一峰則不太穩定，在電流強度為1.0，0.5 A時交替出現。這與尹美強等[17]不同強度等離子體處理小麥種子后，對其產量的影響也呈“雙峰”趨勢相對應。經處理后苦參根系的干、鮮質量也有顯著提高。對于苦參這類以根系為采收對象的藥用植物，干、鮮質量提高即可提高產量，進而提高經濟效益。磁化弧光等離子體處理機中包含有磁效應，朱杰[18]認為，磁場對與生物具有累計效應，會影響到可溶性蛋白含量的變化。有研究認為，各種外界環境對作物的刺激效應都是通過改變作物體內的各種物質代謝和能量代謝過程來實現的，作物的一些生理指標的變化在一定程度上能夠反映外界因素對作物的作用效果[16]。熊建平[19]研究認為，磁場會對生物膜通透性產生影響，即會影響到物質的運輸，從而會導致生理、生化過程的變化。作物的根系是活躍的吸收器官和合成器官，其生長狀況直接影響到地上部的生長情況，根系活力的強弱決定了作物整個生長過程物質的代謝及交換能力。等離子體處理后苦參幼苗的根系活力以及可溶性糖、可溶性蛋白含量有明顯提高，這為苦參整個生長周期提供了有力的保證。

生物體（包括種子）中的帶電荷粒子、含有磁矩的物質及氧化還原反應等過程均會受到磁場的影響[19-20]。梁久麗[21]、沈有柏[22]研究認為，種子在通過等離子體種子處理機時會接受光輻射、電磁輻射、電磁場的刺激以及帶電粒子轟擊，從而激發種子內部各種物質的活性，同時，產生的能量擊開空氣中的氧氣產生臭氧，殺死種子表面的細菌。由于等離子體發出的能量較低，作用時間較短，種子不會發生變異，只是活力得到提高，使種子內部離子交換能力增強，酶的轉化加快，可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，從而使作物從種子萌發到成熟結果整個生命周期具有綜合優勢，增加產量，改善品質。

綜合各項指標得出，2.0 A磁化弧光等離子體對苦參種子萌發、幼苗生長最為適宜。磁化弧光等離子體可用作苦參種子處理技術，以解決其發芽率低、發芽周期長、出苗不整齊等問題。由于本研究只測定了根系中可溶性蛋白及可溶性糖的含量，沒有全面測定根系中其他物質（如生物堿）的含量，因此，有關等離子體處理對苦參根系干、鮮質量的提高以及對生物堿含量影響仍需進一步研究。