等離子體處理對苦蕎種子幼苗發(fā)育及其產(chǎn)量的影響

陳穩(wěn)良，史興海,梁改梅，劉龍龍，李秀蓮

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物科學(xué)研究所，山西 太原 030031；2.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 030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)作物品種資源研究所，山西 太原 030031)

苦蕎，學(xué)名韃靼蕎麥(Fagopyrumtataricum)，是典型的藥食同源植物，擁有獨特、全面、豐富的營養(yǎng)成份，生物類黃酮的含量是普通蕎麥的13.5倍，是很好的救災(zāi)、填閑和蜜源作物，具有降血壓、降血脂、降血糖、防治糖尿病和心腦血管疾病、健胃消食、增強機體免疫力、預(yù)防癌癥等功能[1-5]，得益于太空生物技術(shù)的啟發(fā)，對植物及種子進(jìn)行適當(dāng)劑量的輻射處理，在誘變育種和種子當(dāng)代增產(chǎn)方面都取得了顯著的成效[6-7]。已有研究表明，用不同強度等離子體處理番茄[8-9]、燕麥[10]、大豆[11-12]、小麥[13]、油菜[14-15]等多種植物種子，對種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育產(chǎn)生了很大影響。但目前有關(guān)苦蕎種子等離子體處理的研究還未見報道。試驗利用不同劑量和不同處理次數(shù)處理苦蕎種子，通過分析不同處理對苦蕎種子發(fā)芽率、幼苗生長及產(chǎn)量的影響，旨在探索等離子體處理對苦蕎種子當(dāng)代的影響，提高苦蕎幼苗生長、增加產(chǎn)量的簡單易行方法，為苦蕎種植創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

DL-2 型等離子體處理機，大連博事等離子體有限公司生產(chǎn)，使用220 V、50 Hz 普通交流電源，處理機由箱體、交變電磁場發(fā)生系統(tǒng)、控制臺組成。等離子體發(fā)生器產(chǎn)生等離子體，耀室中的等立體發(fā)生器發(fā)出能量激發(fā)種子內(nèi)部各種物理的活性。耀室中的等立體發(fā)生器發(fā)出能量擊開空氣中的氧氣分子并重新組合成臭氧。

1.2 試驗材料

苦蕎種子：晉蕎麥2號，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所國鑒品種。西農(nóng)9940，由西北農(nóng)林科技大學(xué)提供。晉蕎麥2號是通過250Gy鈷60誘變地方品種五臺苦蕎選育而成，生育時間93 d，適于山西大同、太原，內(nèi)蒙古，陜西，寧夏，甘肅等蕎麥適種生態(tài)區(qū)推廣種植。西農(nóng)9940為西北農(nóng)林科技大學(xué)以地方品種定邊黑苦蕎系統(tǒng)選育而成，生育期92～94 d。

1.3 試驗設(shè)計

采用2因子完全隨機設(shè)計，以等離子體電流強度和處理次數(shù)為試驗處理對象，4個電流強度處理分別為1.1A、1.3A、1.5A和1.7A；3個處理次數(shù)分別為處理1次(1T)，處理2次(2T)和處理3次(3T)，共12個處理。選擇籽粒飽滿、大小均勻的晉蕎麥2號苦蕎種子，經(jīng)等離子體種子處理設(shè)備設(shè)不同電流強度處理，以不進(jìn)行等離子處理的晉蕎麥2號種子為對照(CK)。各處理設(shè)定3次重復(fù)，在直徑為20 cm的花盆中裝4/5的基質(zhì)，均勻播種處理后的苦蕎種子100粒，每隔3 d少量澆水約200 mL，保證水分充足供應(yīng)。開始發(fā)芽后(以子葉頂出沙土表面視為發(fā)芽)，每天記錄種子發(fā)芽情況，萌發(fā)結(jié)束后(以連續(xù)3 d無新種子萌發(fā)為萌發(fā)結(jié)束)計算發(fā)芽率：

發(fā)芽率(GR)=n/N× 100%

式中，n為發(fā)芽數(shù)；N為種子總數(shù)。在發(fā)芽試驗開始后第20天測量苗高、根長、每處理的重復(fù)測量10 株。測量時以幼苗基部至生長點為植株高度，基部至主根的根尖為根長。

株高、根長的測定從各處理組的3個重復(fù)中隨機選取10株進(jìn)行株高、根長測定，取其平均值。確定一定等離子體電流強度下最適合的處理方式。

1.4 大田驗證試驗

以未經(jīng)照射的晉蕎麥2號和西農(nóng)9940種子分別作各自對照，以等離子處理種子最優(yōu)苗期表現(xiàn)處理方式處理種子，以晉蕎麥2號、西農(nóng)9940為試驗材料。驗證試驗于2017年6月上旬在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗基地進(jìn)行，試驗土壤為粘性沙土，前茬為玉米。試驗采取隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。小區(qū)面積10 m2(2 m×5 m)，6行區(qū)，人工開溝條播，播種深度3～5 cm，每小區(qū)播種子660粒，其他管理同大田，成熟期測產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 等離子體處理苦蕎的發(fā)芽率

從圖1可知，不同等離子體電流強度及次數(shù)對晉蕎麥2號發(fā)芽率的影響不顯著，且不同等離子體電流強度及次數(shù)處理后的苦蕎平均發(fā)芽率達(dá)97.3% ～ 98.5%，與CK(98%)相比，經(jīng)等離子處理后平均苦蕎發(fā)芽率下降0% ～ 1.2%，減幅不明顯。

圖1不同等離子體電流強度及次數(shù)處理苦蕎的發(fā)芽率
Fig.1 Germination rate ofF.tataricumunder different treatment current and times

2.2 等離子體處理苦蕎的株高

方差分析結(jié)果顯示，等離子體電流強度F=120.19*，處理次數(shù)F= 59.43*，等離子體電流強度×處理次數(shù)F= 36.83*，F(xiàn)0.05(3,2)=9.55，可知不同等離子體電流強度及處理次數(shù)對晉蕎麥2號株高的影響在5%水平上差異顯著，且等離子體電流強度與處理次數(shù)間互作顯著。從表1可知，不同等離子體電流強度對晉蕎麥2號株高影響不同，等離子體電流強度為1.3A的株高顯著優(yōu)于其他處理。不同的處理次數(shù)對晉蕎麥2號株高影響也不同，當(dāng)?shù)入x子體電流強度為1.1A和1.7A時，處理1次、2次和3次之間無顯著差異；但當(dāng)?shù)入x子體電流強度為1.3A時，處理2次顯著優(yōu)于處理1次和3次，等離子體電流強度為1.5 A時，處理1次顯著優(yōu)于處理2次和3次。等離子體電流強度為1.3A、次數(shù)為2次時，晉蕎麥2號株高最高，為16.2 cm，與對照CK(11.8 cm)相比，增高4.4 cm，增加37.29%。

表1 不同等離子體電流強度及處理次數(shù)苦蕎的株高Table 1 Seedling height of F.tataricum under different treatment current intensity and times cm

注：對照株高為11.8 cm，表中同行/同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，等離子體電流強度為縱向比較(大寫字母)，次數(shù)效應(yīng)為橫向比較(小寫字母)，下同。
Note:Plant height of the control is 11.8 cm.Difference capital and lowercase letters in the same column and row indicate 5% significant level of Current intensity and times respectively.The same below.

2.3 等離子體處理的苦蕎根長

方差分析結(jié)果顯示，等離子體電流強度F=17.75*，處理次數(shù)F=14.15*，等離子體電流強度×處理次數(shù)F=4.51，F(xiàn)0.05(3,2)=9.55，可知不同等離子體電流強度及次數(shù)處理對晉蕎麥2號地下部根長的影響在5%水平上差異顯著。由表2可知，當(dāng)處理次數(shù)為1次時，等離子體電流強度為1.1A、1.3A和1.5A之間的苦蕎根長差異不顯著，但均顯著優(yōu)于1.7A，與1.1A和1.5A相比，等離子體電流強度1.3A下，苦蕎根長分別增加4.21%和34.69%；當(dāng)處理次數(shù)為2次時，等離子體電流強度為1.1A、1.3A和1.7A之間的苦蕎根長差異不顯著，但均顯著優(yōu)于1.5A，與1.1A和1.7A相比，等離子體電流強度1.3A下苦蕎根長分別增加16.67%和11.83%；當(dāng)處理次數(shù)為3次時，等離子體電流強度為1.1A和1.3A的苦蕎根長差異不顯著，但均顯著優(yōu)于1.5A和1.7A，與1.3A相比，等離子體電流強度1.1A下苦蕎根長較1.3A增加32.82%。在相同處理等離子體電流強度下，處理次數(shù)對根長影響也不同。等離子體電流強度為1.1A時，不同處理次數(shù)間的苦蕎根長無顯著差異；等離子體電流強度1.3A時，處理3次的苦蕎根長顯著低于處理1次和2次；等離子體電流強度為1.5A時，處理1次的苦蕎根長顯著高于處理2次和3次；等離子體電流強度為1.7A時，處理2次的苦蕎根長顯著高于處理1次和3次。總體來說，等離子體電流強度為1.3A，處理次數(shù)為1次時，根長表現(xiàn)最好，為3.96 cm，比對照(2.48 cm)增加1.48 cm，增加59.68%；次數(shù)為2次時，與 1次無顯著差異，根長為3.78 cm，比對照增加1.3 cm，增加52.42%。

表2 不同等離子體電流強度及處理次數(shù)苦蕎的根長Table 2 Root length of F.tataricum under different current intensity and times cm

注：對照根長2.48 cm。
Note:Root length of the control is 2.48 cm.

2.4 等離子體處理的苦蕎產(chǎn)量

結(jié)合不同等離子體電流強度不同次數(shù)處理對晉蕎麥2號發(fā)芽率、株高、根長的綜合表現(xiàn)，篩選出最優(yōu)處理為等離子體電流強度1.3A，處理2次。分別對晉蕎麥2號、西農(nóng)9940種子進(jìn)行相應(yīng)處理后播種，進(jìn)行大田驗證。從表3可知，與對照CK比較，等離子體處理后，晉蕎麥2號產(chǎn)量增加349.8 kg/hm2，增幅為25.0 %，而西農(nóng)9940產(chǎn)量增加270 kg/hm2，增幅為18.0 %。

表3 等離子體最佳處理苦蕎的產(chǎn)量Table 3 Yield of F.tataricum under optimum plasma treatment and times

3 結(jié)論與討論

研究表明，等離子處理使苦蕎種子發(fā)芽率稍有下降，但影響不顯著。不同等離子體電流強度及次數(shù)對晉蕎麥2號地上部株高及地下部根長在5%水平上均有顯著性差異，且等離子體電流強度與次數(shù)間對株高存在顯著的互作效應(yīng)。當(dāng)?shù)入x子體電流強度為1.3A，處理2次時，株高最高，達(dá)16.2 cm，較對照增加37.29%；此時根長也表現(xiàn)較好，為3.78 cm，較對照CK增加52.42%。隨著等離子體電流強度的增加，處理次數(shù)的增多，株高、根長均有所下降，因此，增加等離子體電流強度及次數(shù)一定程度上會阻礙苦蕎種子的生長。魏勝林等[16]的研究表明，對甘草種子進(jìn)行前處理可提高種子萌發(fā)的成活率和幼苗根系的耐旱性；吳躍進(jìn)等[17]的研究表明等離子注入影響可改變與呼吸有關(guān)的重要酶-細(xì)胞色素氧化酶的活性進(jìn)而促進(jìn)呼吸作用；尹美強等[13]的研究表明，等離子體適當(dāng)電流強度可不同程度促進(jìn)京411小麥幼苗分蘗，增加穗長、穗粒數(shù)、千粒重，增加產(chǎn)量。CALABRESE[18]研究等離子體對種子在誘變和轉(zhuǎn)基因上的作用，總結(jié)了輻射和化學(xué)藥劑的刺激效應(yīng)“劑量-反應(yīng)規(guī)律”，刺激效應(yīng)隨劑量增加明顯增加，劑量增加到一定程度，刺激效應(yīng)達(dá)到最大；隨著劑量繼續(xù)加大，刺激效應(yīng)下降甚至消失。本研究與CALABRESE研究結(jié)果相似。

試驗篩選的最優(yōu)等離子處理組合為等離子體電流強度1.3A，處理2次。田間驗證結(jié)果表明，與對照CK相比，該處理使晉蕎麥2號、西農(nóng)9940苦蕎均表現(xiàn)為增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度為18%～25%。因此，適宜的和處理次數(shù)可促進(jìn)苦蕎種子萌發(fā)、幼苗生長，進(jìn)而提高產(chǎn)量。這一研究結(jié)果對于苦蕎種植意義重大，一方面對于土壤水分較好的適種區(qū)可以適時早播增加苦蕎后期的生物學(xué)產(chǎn)量，另一方面對于干旱少雨地區(qū)，遇播期降雨延遲年份，經(jīng)等離子處理可推遲播種，有利于有機旱作農(nóng)業(yè)的實施。但就等離子體是通過何種途徑影響苦蕎幼苗及產(chǎn)量的提高還有待進(jìn)一步深入研究。