李帥 曾英男

摘 要：等離子體技術(shù)作為一種新型處理技術(shù)，具有工作效率高、環(huán)保和適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。該文闡述了等離子體的基本概念及其放電方式，綜述了等離子體技術(shù)在種子處理中的研究進(jìn)展，分析了其作用機(jī)理，旨在為等離子體技術(shù)在種子處理中的應(yīng)用研究提供參考。

關(guān)鍵詞：等離子體;種子;研究現(xiàn)狀

中圖分類號 S232.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2021）24-0088-03

Research on the Application of Low Tmperature Plasma in Seed Treatment

LI Shuai et al.

（Ji Lin Institute of Agricuitural Science and Technology， Jilin 132101， China）

Abstract： As a new type of processing technology， plasma technology has the characteristics of high work efficiency， environmental protection and strong applicability， is widely used in agricultural production. This paper summarized the basic concepts of plasma and its discharge method， discusses the research progress of plasma technology in seed treatment， and analyzes its mechanism of action， aiming to provide constructive opinions on the application of plasma technology and provide future. This review could provide reference for plasma technology application on a seed treatment.

Key words： Plasma; Seed; Research status

等離子體表面處理技術(shù)是通過對氣體施加足夠的能量使之離化為等離子狀態(tài)。該技術(shù)具有工作效率高、環(huán)保和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在材料科學(xué)、食品工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。等離子體技術(shù)作為一種新型處理技術(shù)，具有工作效率高、環(huán)保和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。采用等離子體處理種子，可促進(jìn)種子生長、提高產(chǎn)量、增強(qiáng)種子對逆境的抗性和殺滅谷物表面的致病菌等[3]。目前，等離子體技術(shù)主要應(yīng)用于殺死種子表面致腐微生物、提高種子發(fā)芽率、促進(jìn)谷物生長以及土壤修復(fù)等方面[4]。

1 等離子體技術(shù)簡介

等離子體是由離子、電子、自由基以及中性粒子組成的一種準(zhǔn)中性氣體[5]，被稱為除固、液、氣之外物質(zhì)的“第四態(tài)”[6]。根據(jù)形成方式的不同，等離子體可分為天然等離子體和人工等離子體[12];根據(jù)電離度（α）的不同，等離子體可分為完全電離等離子體（α=1）、部分電離等離子體（0.01<α<1）、弱電離等離子體（10-6<α<0.01）;根據(jù)電子與離子溫度的不同，等離子體可分為高溫等離子體（106 K～108 K）和低溫等離子體（3×102 K～3×105 K）[2]。

2 等離子體在種子處理中的應(yīng)用

2.1 促進(jìn)種子萌發(fā) 目前已有多種方法可有效提高種子發(fā)芽率，如磁場、超聲和電場處理等。近年來，等離子體技術(shù)已被應(yīng)用于谷物的種子處理，以達(dá)到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的目的。Bormashenko等[7]研究發(fā)現(xiàn)扁豆和小麥經(jīng)過冷等離子體處理后，表面接觸角顯著降低，潤濕性改變，易于吸收水分及營養(yǎng)物質(zhì)，這是由于等離子體中活性物質(zhì)在谷物表面發(fā)生了氧化作用，形成羥基或羧基物質(zhì)。Stolárik等[8]研究發(fā)現(xiàn)等離子體處理的豌豆幼苗可引起內(nèi)源激素（生長素和細(xì)胞分裂素及其分解代謝物和綴合物）水平的變化，從而促進(jìn)了豌豆幼苗的生長。Sera等[9]觀察到小麥和燕麥經(jīng)過等離子體處理后，等離子體中活性物質(zhì)可穿過種子內(nèi)部的多孔種皮，與種子細(xì)胞反應(yīng)，加速其幼根的生長。

2.2 促進(jìn)種子生長 Shao等[10]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)等離子體處理后的玉米種子，其發(fā)芽勢和發(fā)芽率增大。Dobrin等[11]研究了非熱等離子體處理對小麥種子的影響，測量小麥種子萌發(fā)4d后的根莖比。結(jié)果表明：經(jīng)等離子體處理后，未經(jīng)處理的種子根莖比為0.88±0.016，經(jīng)過處理的種子根莖比為1.20±0.005，較未經(jīng)處理的種子明顯增大。Zahoranová等[12]研究了大氣壓冷等離子體處理對小麥種子發(fā)芽率、幼苗活力和小麥種子水分吸收的影響，研究發(fā)現(xiàn)等離子處理時(shí)間在20～50s時(shí)，小麥種子的發(fā)芽率、干重和活力顯著提高。Henselová等[13]研究發(fā)現(xiàn)，等離子體處理會(huì)影響玉米種子幼苗發(fā)芽后的生長，當(dāng)處理時(shí)間為60s時(shí)，鮮重、干重和種子根的長度分別增加了10%、14%和21%。

2.3 殺菌作用 長期以來，人們通過高溫加熱、強(qiáng)射線照射和氧化反應(yīng)等方法殺菌，但這些方法具有時(shí)間長、熱損傷大、高能耗、有殘留和腐蝕性強(qiáng)等缺點(diǎn)。等離子體技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了上述殺菌方法的不足，可有效殺死或鈍化真菌、細(xì)菌以及其他致腐微生物[14]。Schnabel等[15]采用介質(zhì)阻擋放電和微波等離子體處理油菜種子，經(jīng)15min處理后，介質(zhì)阻擋放電和微波等離子體處理的芽孢桿菌分別減少了0.5lg（CFU/g）和5.2lg（CFU/g）。Mitra等[16]采用大氣壓低溫等離子體處理鷹嘴豆種子，處理5min后，觀察到天然微生物群菌落總數(shù)減少2lg（CFU/g）。Zahoranová等[17]研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌和真菌分別經(jīng)過60s和180s的等離子體短時(shí)間處理后完全失活：經(jīng)過60s的等離子體處理后，大刀鐮刀菌和黃曲霉分別減少了3.79lg（CFU/g）和4.21lg（CFU/g）;經(jīng)過300s處理后，鏈格孢菌減少了3.22lg（CFU/g）。

3 等離子體在種子處理中的作用機(jī)理

3.1 促進(jìn)種子萌發(fā) 等離子體處理過程中空氣被電離，產(chǎn)生電子、中性粒子受激原子和離子等活性粒子。當(dāng)這些粒子不斷轟擊種子表面時(shí)，導(dǎo)致表面化學(xué)鍵斷裂、斷鏈、氧化或化學(xué)降解[18]，破壞表面形貌，提高了種子的通透性，增強(qiáng)吸漲作用，促進(jìn)了種子的萌發(fā);經(jīng)過等離子體處理，促進(jìn)了萌發(fā)中的種子及幼苗中α-淀粉酶、琥珀酸脫氧酶、過氧化物酶和超氧化歧化酶等多種酶活性的提高，使種子呼吸作用增強(qiáng)，生命活力旺盛，生物氧化過程加快，物質(zhì)的運(yùn)輸和合成能力也加速進(jìn)行，有效提高了種子活力，促進(jìn)種子萌發(fā)。

3.2 促進(jìn)種子生長 等離子體處理對種子的生長參數(shù)具有一定的影響，其與氣體作用產(chǎn)生大量的活性物質(zhì)，包括帶電粒子、具有化學(xué)活性的亞穩(wěn)態(tài)活性物質(zhì)和紫外光子，改變了種子的潤濕性，降低了種子與土壤和環(huán)境固有的脅迫關(guān)系，促進(jìn)幼苗初生代謝產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）的積累;減輕細(xì)胞脂質(zhì)過氧化程度;提高了生物膜透性、過氧化氫酶的活性和種皮通透性;增強(qiáng)抵御外界不良環(huán)境的能力，提高幼苗脫水忍耐能力和保水力，有助于幼苗抗旱性的改善，促進(jìn)種子的生長，使其發(fā)芽勢、發(fā)芽率提高，抗旱力增強(qiáng)，具有一定的推廣和使用價(jià)值[19]。

3.3 殺菌 通常認(rèn)為，等離子體的殺菌機(jī)制與其含有帶電粒子、活性物質(zhì)以及紫外線和其他射線有關(guān)。石興民等[20]研究表明帶電粒子和ROS在低溫等離子體殺菌中起主要作用。Laroussi等[21]研究發(fā)現(xiàn)，等離子體滅菌作用是由于產(chǎn)生活性粒子穿透外膜屏障與胞內(nèi)生命物質(zhì)作用導(dǎo)致菌體細(xì)胞死亡。Trompeter等[22]認(rèn)為滅菌過程中形成的羥自由基和過氧化氫等自由基在殺菌過程中起主要作用。

4 結(jié)語

等離子體技術(shù)作為一種新型處理技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的種子加工處理技術(shù)，具有溫和、高效和環(huán)保等優(yōu)勢。將其應(yīng)用于種子處理中可有效殺死種子表面致腐微生物，提高種子發(fā)芽率，促進(jìn)谷物生長以及修復(fù)土壤，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

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（責(zé)編：徐世紅）