等離子體處理玉米種子對其生物性狀和產量的影響

周筑文, 黃燕芬, 何曉麗

(1.貴州師范學院 物理與電子科學學院，貴州 貴陽 550018； 2.貴州師范學院 生物科學學院，貴州 貴陽 550018； 3.貴州省貴陽白云金滿地園藝有限公司，貴州 貴陽 550016)

農作物特別是蔬菜育種常采用傳統育種手段，周期長、效率低。目前物理技術應用于農業日益廣泛，等離子體處理種子是一項新興技術，通過其激活種子內源物質，使作物提高抗逆性，從而提高產量。等離子體處理種子技術是物理方法在農業中的應用，其成本低于生物制劑和化學制劑處理種子，且不污染環境。等離子體技術在農業上的應用研究前景廣闊。目前，部分蔬菜(番茄、茄子等)采用常溫下大氣壓介質阻擋等離子體放電對種子進行處理[1-8],取得較好的效果。中國科學院物理研究所在辣椒、生菜和黃瓜等農作物種子進行等離子體照射技術應用方面取得較好的研究成果[9-11]。這些技術主要是采用大氣壓介質阻擋放電等離子體在平行板外施加高壓產生，通過調整不同高壓達到對植物種子不同等離子體劑量的處理,植物抗逆性和產量表現都較好。近年也有采用高壓電弧電離空氣氮氧分子產生等離子體照射與交變電感結合的方法，通過調節不同電流處理種子[12-14]，但發現處理分組不多，電流梯度間隔大，容易丟失一些由低電流引起的植物生物性狀細微變化。DL-2等離子體種子處理機(太空機)是在農作物播種前對種子進行處理，該技術借鑒航天育種中太空等離子體對種子影響的物理作用，種子以自由落體的形式相繼通過機器內的等離子體和交變電感區域，接受短時光照、電感作用和臭氧殺菌消毒，激發種子潛能，增強種子活力，提高種子健壯度。種子經過處理后，作物植株性狀好，長勢旺盛，抗病能力增強，產量提高。因此，將大氣壓等離子體作為一種新型的種子處理技術,多因素的綜合作用將有利于品種的改良,且該技術是在大氣壓常溫下進行,無需真空設備,操作簡便，成本較低，對植物種子細胞無損傷。筆者課題組在原來高壓(4 760 V～6 800 V，4 420 V～6 800 V)大氣壓介質阻擋放電技術處理等離子體處理茄科種子(茄子、番茄等)基礎上，利用等離子體不同電流(250～2 000 mA)處理玉米種子(筑糯2號)，將等離子體處理電流細分到250 mA,觀測不同處理玉米植株性狀、抗病性及產量變化，篩選提高玉米產量的最佳處理電流的等離子體種子處理技術方案，旨在加強物理技術在玉米育種和生產中的應用，同時為提高玉米產量和農業生產效益提供新的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年3—7月分別在貴州省貴陽市白云區蓬萊鄉金滿地園藝科技試驗田及貴州師范學院物理與電子科學學院等離子體實驗室進行。供試玉米品種為筑糯2號，市購。等離子體處理裝置采用大連博事等離子體有限公司DL-2等離子體種子處理機(太空機),功率<1.2 kW ,流量>1 500 kg/h,額定電壓220 V ,頻率50 Hz ,電流調整范圍0～3.5 A,可調精度100 mA。

1.2 方法

1.2.1 等離子體處理種子電流設計 采用不同電流處理玉米種子，共8個電流處理，分別為250 mA、500 mA、750 mA、1 000 mA、1 250 mA、1 500 mA、1 750 mA、2 000 mA，分別計為處理1～處理8。等離子體處理種子從倒入到接收為1次，處理次數為2次。處理時,接通電源后扳動機器下部的空氣保護開關到接通(ON)位置，電壓指示表指針向右擺動，顯示供電電壓，向上按動等離子開關，開關明亮，該電路接通，機器內的等離子體照射器啟動，等離子指示明亮，此時在機器上部進料口處反射出淡綠色光。如果等離子體照射器沒有啟動，等離子警示發出鳴叫聲，此時點按等離子啟動按鈕(點按不是按住不放，是按、放、按、放)，直至啟動等離子體照射器，警示停止鳴叫為止。啟動預熱8 min后，向上按動強度開關，通過旋轉粗調和微調旋鈕，調整出所需要的電流數值。處理種子方式為經過自流式，種子在機器內不停留，種子從上端進料漏斗加入，從出料口流出，出料口必須保持種子暢通流出，穩定種子流動速度，流速變慢會影響種子處理效果。

1.2.2 田間試驗設計 種子經等離子體處理后5～12 d為最佳播種期，播種方法與常規播種方法相同。以不同電流處理的玉米種子為對象(8個電流處理，未經任何處理的種子作對照，共9個處理)進行田間完全隨機區組設計，3次重復。玉米播種行距80 cm，株距50 cm，每穴播2株，小區面積180 m2。播種后管理同當地大田生產。

1.2.3 指標調查 玉米成熟期果穗苞片變白前每重復對角5點取樣10株，用皮尺測量株高、穗位高、穗長，人工計數每株結穗數。并記載產量、抗病性和生育期。

1.3 數據統計

采用Excel進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同電流等離子體處理玉米的植株性狀

從表1可見，等離子體處理的玉米植株株高較對照(未處理)高，增幅在15～20 cm。處理6和處理7增高較少，其余處理均比對照增高20 cm左右。等離子體處理后玉米穗位高均比對照高5 cm左右。等離子體處理的玉米每株果穗數均比對照增加1～2個，其中以處理3和處理6果穗數最多，每株有3個果穗。等離子體處理的玉米穗長均較對照有不同程度增加，增幅在1～3 cm，其中以處理5和處理6增加幅度最大。

總體看，不同電流等離子體處理玉米種子后，對玉米的株高、穗位高、每株果穗數、果穗長等植株性狀都有不同程度的促進作用，其中以處理3、處理4、處理5和處理6的促進作用較明顯，尤其是處理6效果最好。對玉米生育期無影響。

表1 不同電流等離子體處理玉米的植株性狀

2.2 不同電流等離子體處理玉米的抗病蟲性

調查結果顯示，不同電流等離子體處理的玉米植株均未發現蚜蟲，未發生粉霉病和青枯病，對照(未處理)玉米有1～2株發生小斑病和粉霉病或有蚜蟲存在。總體看，等離子體處理后的玉米抗病性均強于對照，同時發現，等離子體處理玉米對抗小斑病(白色)無效，所有試驗玉米(包括CK)均未發生青枯病。

2.3 不同電流等離子體處理玉米的產量和果穗數

從圖1看出，不同電流等離子體處理玉米后，其產量與果穗的變化趨勢。

2.3.1 產量 等離子體處理的玉米產量高于對照，8個處理組玉米平均每株產量比CK增加0.1～0.5 kg。處理6產量最高，平均每株產量達1 kg；其次是處理5，平均每株產量為0.9 kg，居第2位；兩者分別比對照提高50%和44.44%。最低每株產量也增加16.67%。不同電流的等離子體處理可以顯著促進玉米后期的生長發育,恰當電流等離子處理的產量效果極顯著。等離子體電流1 500 mA和1 250 mA處理對玉米產量指標較好。

2.3.2 產量趨勢 每株產量與等離子體電流處理之間關系(回歸方程)基本符合高斯分布規律，結果與課題組前期研究預測一致[1，3-6]。適當電流范圍(1 000～2 000 mA)的等離子體處理種子后玉米產量有較大提高。高斯分布預測高峰出現在1 500 mA附近，產量趨勢預測與實際實驗數據基本一致。

2.3.3 果穗趨勢 每株果穗數與等離子體電流處理之間關系(回歸方程)符合雙周期平均移動分布規律，預示玉米每株果穗數有2次高峰出現。第一個高峰在電流750～1 000 mA處理，第二峰在電流1 500～1 750 mA處理。表明等離子體電流750 mA、1 000 mA和1 500 mA的3個處理(處理3、處理4和處理6)玉米每株果穗數最多，每株果穗數趨勢預測與實際基本一致。

3 結論與討論

采用高壓電弧電離空氣氮氧分子產生等離子體照射與交變電感結合的方法，通過調節不同電流處理植物種子，可改變其生長規律、改善產品品質，提高農作物產量。可見，等離子體種子處理技術為農作物的增產提供了有效途徑，也為傳統農業育種技術手段的提高及高新技術在農業育種中的應用搭建一個技術平臺。因此，等離子體技術應用于農業科學、生物科學等交叉學科的發展具有深遠的科學意義。

利用不同電流(250～2 000 mA)等離子體處理機對筑糯2號玉米種子進行處理,研究等離子體處理玉米種子后對其生物性狀以及產量的影響。結果表明:不同電流等離子體處理玉米的植株性狀、產量和抗病蟲能力均比對照(未處理)明顯提高，株高提高15～20 cm，穗位高提高5 cm左右，每株果穗數增加1～2個，果穗長增加1～3 cm，每株產量增加0.1～0.5 kg。特別是電流分別為1 000 mA、1 250 mA和1 500 mA的處理對玉米植株性狀促進作用效果明顯。從產量看，產量處于前2位的分別是等離子體電流1 500 mA和1 250 mA的處理；玉米果穗數較多的分別是等離子體電流1 000 mA和1 500 mA的處理。總體看，以電流1 500 mA等離子體處理后玉米的植株性狀、產量及其抗病蟲性均有較大幅度的提高。因此，通過電流1 500 mA等離子體處理玉米種子后進行田間播種，可現實田間玉米產量提高及抗病蟲性增強。