任棚,呂曉桂,石磊

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

裸燕麥具有很高的藥用價(jià)值和飼用價(jià)值［1-3］，市場(chǎng)前景廣闊。目前我國(guó)燕麥產(chǎn)量難以滿足國(guó)內(nèi)需求，我國(guó)燕麥進(jìn)口量仍在世界燕麥進(jìn)口總量中占據(jù)主導(dǎo)地位，且總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)［4］，因此，提高我國(guó)燕麥產(chǎn)量對(duì)滿足我國(guó)燕麥?zhǔn)袌?chǎng)需求和促進(jìn)燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。種子是燕麥生產(chǎn)的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)種子進(jìn)行特殊處理，提高其生產(chǎn)性能，是提高燕麥產(chǎn)量的重要手段。在各類種子處理技術(shù)中，冷等離子體因具有宏觀溫度接近室溫、粒子化學(xué)活性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)［5］，在種子處理中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，冷等離子體在處理谷物種子［6-8］、蔬菜種子［9-10］、藥材種子［11］等方面均有研究與應(yīng)用。相關(guān)研究表明，一定劑量的等離子體處理能夠有效激發(fā)種子活力、增加作物的抗逆性和產(chǎn)量。因此，利用自行搭建的大氣壓氬氣介質(zhì)阻擋放電等離體裝置處理燕麥種子，分析處理后燕麥種子各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)的差異，探明燕麥種子適宜的冷等離子體處理參數(shù)，為生產(chǎn)上應(yīng)用冷等離子體技術(shù)處理燕麥種子提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試燕麥品種為壩莜一號(hào)，種子由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)燕麥產(chǎn)業(yè)研究中心提供。

1.2 試驗(yàn)裝置

采用自主研制的大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體射流發(fā)生裝置（圖1）。該裝置將鋁箔包裹于扁口狀石英管（管口規(guī)格為50 mm×5 mm）作為高壓電極，接受來(lái)自冷等離子體發(fā)生器（CTP-2000K，南京蘇曼等離子體有限公司）產(chǎn)生的高頻交流信號(hào)，上、下層傳送帶間置入1塊金屬片充當(dāng)?shù)蛪弘姌O與大地相連，鋁箔下邊緣距離低壓電極6 mm，從而形成完整的電回路。放電電壓監(jiān)測(cè)裝置由高壓探頭（P6015A，Tektronix公司）和數(shù)字示波器（UT2202C，上海優(yōu)利德電子有限公司）組成。放電使用純度為99.999%的高純氬氣（北京市北溫氣體制造廠），由LZB轉(zhuǎn)子流量計(jì)（寧波東馳測(cè)控技術(shù)有限公司，量程25～250 L/h）控制氣體流量保持150 L/h，氣體由石英管側(cè)壁的進(jìn)氣口進(jìn)入石英管，在高電極附近被電離形成等離子體，氣流使等離子體噴向石英管開口附近區(qū)域，形成等離子體射流區(qū)。

圖1 冷等離子體發(fā)生裝置

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試 驗(yàn) 共 設(shè)5個(gè) 處 理。處 理1，電 壓8 000 V，處理時(shí)間20 s；處理2～4，電壓均為5 800 V，處理時(shí)間分別為20 s、40 s、60 s；CK，不進(jìn)行等離子體處理。各處理種子量均為162粒，大小均勻、表面無(wú)破損、顆粒飽滿、無(wú)發(fā)芽情況。處理后的種子放置3 d，用蒸餾水浸泡6 h催芽。在發(fā)芽盒內(nèi)鋪2層芽紙作為芽床，將種子腹溝向下均勻擺放在濕潤(rùn)的芽床上，發(fā)芽盒置于人工氣候箱中，白天24℃、16 h，夜晚18℃、8 h培養(yǎng)，每天灑適量蒸餾水使芽紙保持濕潤(rùn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 吸水率 各處理隨機(jī)選取10粒種子浸泡在純水中，在25℃條件下靜置，每隔4 h稱量1次至其重量恒定為止。吸水率計(jì)算公式為：

吸水率=（浸種后重量—浸種前重量）/浸種前重量×100%

1.3.2 發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù) 以芽長(zhǎng)不短于種子長(zhǎng)的1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每24 h統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽種子數(shù)，第4天計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第9天計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽勢(shì)=（第4天種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽率=（第9天種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑（各日發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽日數(shù)）

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×第9天幼苗鮮重

1.3.3 株高、根長(zhǎng)、鮮重和干重 在培養(yǎng)的第9天，各處理隨機(jī)挑選10株幼苗，用直尺測(cè)量幼苗根結(jié)至葉尖的高度，記為株高，根結(jié)至根尖的長(zhǎng)度記作根長(zhǎng)；用電子天平分別稱量各處理的整株鮮重，在65℃下烘干至恒重。

1.3.4 可溶性蛋白含量和α-淀粉酶活性可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)染色法，α-淀粉酶活性的測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法［12］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理燕麥種子的發(fā)芽情況

從表1可知，各處理的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)存在差異。

表1 不同處理燕麥種子的發(fā)芽情況

2.1.1 發(fā)芽勢(shì) 與CK相比，處理3的燕麥種子發(fā)芽勢(shì)提高最大，提高24.08百分點(diǎn)；處理2其次，提高19.76百分點(diǎn)。處理1和處理4的燕麥種子發(fā)芽勢(shì)均下降，且處理1下降最明顯，較CK下降15.43百分點(diǎn)。

2.1.2 發(fā)芽率 與CK相比，處理2的燕麥種子發(fā)芽率提高最大，提高6.79百分點(diǎn)；其次是處理3，提高3.70百分點(diǎn)。處理1和處理4的燕麥種子發(fā)芽率均下降，且處理1下降最明顯，較CK下降20.37百分點(diǎn)。

2.1.3 發(fā)芽指數(shù) 與CK相比，處理2的燕麥種子發(fā)芽指數(shù)提高最大，增幅為75.72%；其次是處理3，增幅為57.01%。處理1和處理4的燕麥種子發(fā)芽指數(shù)均下降，且處理1下降最明顯，較CK下降34.94%。

2.1.4 活力指數(shù) 與CK相比，處理3的燕麥種子活力指數(shù)提高最大，增幅為66.38%；處理2其次，增幅為61.50%。處理1和處理4的燕麥種子活力指數(shù)均下降，且處理1下降最明顯，降幅為36.32%。

綜上表明，當(dāng)電壓為5 800 V時(shí)，處理時(shí)間20 s、40 s均能有效提高燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，對(duì)燕麥種子發(fā)芽具有促進(jìn)作用。電壓8 000 V處理20 s和電壓5 800 V處理60 s，均對(duì)燕麥種子發(fā)芽產(chǎn)生抑制作用。

2.2 不同處理燕麥種子的吸水率

如圖2所示，在前4 h，處理1～4的吸水速率較CK均有提升，其中處理3的吸水速率提升最明顯，較CK提高14.63%；4～12 h，處理1～4的吸水速率均低于CK。當(dāng)種子經(jīng)烘干重量恒定后，處理1～4的吸水率同樣均低于CK。

圖2 不同處理燕麥種子在0～12 h（左）和烘干至恒重后的吸水率（右）

2.3 不同處理燕麥幼苗的生長(zhǎng)情況

從表2可知，各處理燕麥幼苗的株高、根長(zhǎng)、鮮重和干重存在差異。

表2 不同處理燕麥幼苗的生長(zhǎng)情況

2.3.1 株高 處理1、處理3、處理4的燕麥幼苗株高均較CK提升，最明顯的是處理1，與CK相比提升15.02%；其次是處理3，與CK相比提升8.00%；處理2與CK相同，均為11.12 cm。

2.3.2 根長(zhǎng) 除處理3的燕麥幼苗根長(zhǎng)低于CK，其余處理幼苗根長(zhǎng)均較CK提升，其中處理4提升最明顯，增幅為41.09%。

2.3.3 鮮重和干重 處理1～4中，僅處理3的燕麥幼苗鮮重和干重均較CK增加，鮮重增加6.06%、干重增加17.97%。處理1的燕麥幼苗鮮重較CK下降2.27%，但干重提高2.34%。

2.4 不同處理燕麥種子的可溶性蛋白含量

如圖3所示，在培養(yǎng)的9 d內(nèi)，各處理燕麥種子的可溶性蛋白含量變化總趨勢(shì)為降低。在第3天，處理1～4的燕麥種子可溶性蛋白含量均高于CK，其中處理4增加最明顯，提高29.10%；在第9天，處理1～4的燕麥種子可溶性蛋白含量仍均高于CK，處理2和處理3提高較為明顯，分別較CK提高35.01%、29.15%。雖然各處理燕麥種子的可溶性蛋白含量變化總體呈降低趨勢(shì)，但CK在第7天、處理1在第5天、處理3在7天的燕麥種子可溶性蛋白含量出現(xiàn)增加，且在當(dāng)天，其發(fā)芽的種子數(shù)量也均有提升。

圖3 不同處理燕麥種子可溶性蛋白含量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化

2.5 不同處理燕麥種子的α-淀粉酶活性

如圖4所示，在培養(yǎng)的第3天，僅處理2和處理3的燕麥種子α-淀粉酶活性高于CK，其中處理3最為明顯，較CK高29.85%，也與前3 d處理2和處理3發(fā)芽速率較快的結(jié)果相符。之后處理1、處理2、處理3的α-淀粉酶活性逐漸低于CK。在第9天，處理1、處理3、處理4的燕麥種子α-淀粉酶活性有所上升，但仍低于CK，發(fā)芽活力較高的處理2和處理3的燕麥種子α-淀粉酶活性較低。

圖4 不同處理燕麥種子α-淀粉酶活性隨培養(yǎng)時(shí)間的變化

3 討論

5 800 V電壓下冷等離子體處理20 s、40 s對(duì)燕麥種子的萌發(fā)具有顯著的促進(jìn)作用。該兩個(gè)處理的燕麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率有較大提升，可能與等離子體處理改變了種皮結(jié)構(gòu)［13］、增 大 了 種 皮 的 吸 漲 作 用 有 關(guān)［14］。BILLAH等［6］研究認(rèn)為，等離子體發(fā)生過(guò)程中讓種子中累積了大量活性氧分子（reactive oxygen species，ROS），雖然ROS的累積會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，但由于SOD、CAT、POD等保護(hù)酶類對(duì)等離子體較為敏感［15］，因此在ROS累積的同時(shí)，POD、CAT等也大量合成保護(hù)細(xì)胞不受ROS的傷害［8］，反而ROS能夠增加細(xì)胞膜的透性從而促進(jìn)H2O、NO等進(jìn)入細(xì)胞，促進(jìn)種子發(fā)芽。

冷等離子體處理降低了燕麥種子的吸水率，這與DONG等［16］的研究結(jié)果相反。可能是因?yàn)榈入x子體射流中的粒子能夠透過(guò)多孔種皮進(jìn)入種子內(nèi)部［17］，對(duì)種子糊粉層蛋白質(zhì)的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，使蛋白質(zhì)疏水性氨基酸側(cè)鏈暴露［18］，導(dǎo)致吸水率下降。冷等離子體處理組燕麥種子在前4 h的平均吸水速率高于CK，可能是因?yàn)榈入x子體增大了種皮親水性，使短期內(nèi)的吸水速率較大。

5 800 V電壓下處理20 s、40 s的燕麥種子具有較高的酶活性以及物質(zhì)代謝與合成水平。該兩個(gè)處理的種子在培養(yǎng)周期內(nèi)一直保持較高的可溶性蛋白含量，這與種子內(nèi)高水平的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解和蛋白質(zhì)的合成相關(guān)［7］。同時(shí)，兩者的α-淀粉酶活性在培養(yǎng)的前3 d明顯高于其他處理，但后期逐漸降低，可能是因?yàn)榍捌诟呋钚缘摩?淀粉酶加速了種子內(nèi)淀粉的水解，α-淀粉酶活性隨著淀粉含量的降低而下降［10］，反之其他處理則仍保持較高的淀粉含量及α-淀粉酶活性，該現(xiàn)象在試驗(yàn)中發(fā)芽種子的數(shù)量變化上也有體現(xiàn)。

8 000 V電壓下處理20 s的燕麥種子，其發(fā)芽后的幼苗株高最高，這可能與芽細(xì)胞中較高水平的ATP和酚類化合物含量有關(guān)［15，18，19］。5 800 V電壓下處理60 s的幼苗根長(zhǎng)最長(zhǎng)，原因尚不不明確，推測(cè)可能是因?yàn)椴煌瑒┝康牡入x子體處理影響了幼苗的內(nèi)源性激素水平變化［9］，從而造成根長(zhǎng)的差異，對(duì)此有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

另外，試驗(yàn)中冷等離子體處理降低了燕麥種子的吸水率，與目前大部分研究結(jié)果不同［16，20，21］，需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

燕麥種子的最佳冷等離子體處理參數(shù)為電壓5 800 V、時(shí)間40 s，與未接受冷等離子體處理的種子相比，經(jīng)該處理的燕麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率分別提高24.08百分點(diǎn)和3.70百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別提高57.01%和66.38%；燕麥幼苗的株高、鮮重、干重分別增加8.00%、6.06%、17.97%。電壓5 800 V、時(shí)間40 s的冷等離子體處理對(duì)燕麥種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)有良好的促進(jìn)作用，可為燕麥生產(chǎn)中通過(guò)冷等離子體處理種子縮短浸種時(shí)間、提高發(fā)芽均勻度提供參考。