冷等離子體種子處理技術(shù)在小麥上的應(yīng)用效果研究

張娜 許峰 沈劍 杭杰

摘要 為明確冷等離子體種子處理技術(shù)在小麥生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，進(jìn)行了室內(nèi)冷等離子體處理機(jī)不同功率的種子發(fā)芽試驗(yàn)和大田生產(chǎn)試驗(yàn)。結(jié)果表明，冷等離子體種子處理的效果與品種和處理功率相關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用上，要根據(jù)品種選擇適宜功率進(jìn)行處理才能達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)過(guò)冷等離子體處理后，小麥種子發(fā)芽率、成苗率顯著提高，出苗整齊度也高于空白對(duì)照和常規(guī)拌種處理。另外，種子經(jīng)冷等離子體機(jī)處理后，顯著提高了小麥的株高、分蘗數(shù)和穗粒數(shù)等，說(shuō)明其在促進(jìn)種子萌發(fā)和小麥生長(zhǎng)方面作用明顯；且增產(chǎn)效果明顯，產(chǎn)量相對(duì)空白對(duì)照增加43.21%，相對(duì)常規(guī)拌種處理增加10.37%。因此，冷等離子體種子處理技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和較高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 小麥；種子處理；冷等離子；種子萌發(fā)；產(chǎn)量

中圖分類號(hào) S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）21-0008-03

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人們已逐步意識(shí)到過(guò)量使用化肥和農(nóng)藥會(huì)造成地力衰減、作物品質(zhì)下降和生態(tài)破壞等不良后果。現(xiàn)代物理技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合，可有效減少化肥和農(nóng)藥的使用量，同時(shí)達(dá)到增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和高效的目的[1-2]。冷等離子體種子處理技術(shù)是物理技術(shù)在生物學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，在促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量等方面發(fā)揮著積極重要的作用。其原理是通過(guò)氣體放電使氣體電離而產(chǎn)生一種高能量聚集態(tài)，從而激發(fā)種子潛在活力。具體通過(guò)以下途徑：一是改變種皮結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)種皮的親水性和吸水能力，刺激種子萌發(fā)等；二是增加光合色素含量，提高光合能力；三是可以破除蔬菜、谷物和豆類等種子休眠，能夠有效殺死種子表面的曲霉、青霉和真菌等，提高抗病、抗蟲等抗逆能力等[3]。本研究的目的在于通過(guò)研究冷等離子體種子處理技術(shù)對(duì)小麥種子的發(fā)芽、生長(zhǎng)以及產(chǎn)量等方面的影響，明確其在小麥生產(chǎn)應(yīng)用中的可行性，為今后冷等離子種子處理技術(shù)在小麥生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

以揚(yáng)輻麥4號(hào)小麥為試驗(yàn)材料，針對(duì)冷等離子體處理對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響，開展室內(nèi)發(fā)芽率試驗(yàn)。針對(duì)冷等離子體處理對(duì)小麥實(shí)際生產(chǎn)的影響，開展田間試驗(yàn)。田間試驗(yàn)于2016年在常州市新北區(qū)稻麥原種場(chǎng)試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，排灌方便，土壤均勻，肥力一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置為常州普拉瑟等離子體科技有限公司研制的HD-2N型冷等離子體種子處理機(jī)，介質(zhì)氣體為氦氣（He），等離子體處理參數(shù)以功率（W）表示，真空度150 Pa，處理時(shí)間15 s，容抗放電，極間距離3～8 cm。處理時(shí)先將種子置于真空工作臺(tái)上，抽真空，充入適量氦氣，適當(dāng)功率放電，放氣至常壓，最后取出種子。供試小麥品種為揚(yáng)輻麥4號(hào)、揚(yáng)麥23、寧麥13。利用冷等離子體機(jī)對(duì)不同小麥品種的種子進(jìn)行4個(gè)不同功率處理，分別為60、80、100、120 W及1個(gè)空白對(duì)照（CK），設(shè)3次重復(fù)，處理后種子置于種子紙質(zhì)儲(chǔ)存袋中，室溫下保存。

將種子充分混勻后，隨機(jī)數(shù)取100粒，置于鋪有濕潤(rùn)發(fā)芽紙的發(fā)芽盒（12 cm×12 cm×5 cm）內(nèi)，均勻擺放整齊后，覆一層浸濕的發(fā)芽紙。將發(fā)芽盒置于人工氣候箱內(nèi)（光照14 h/d，溫度20 ℃）培養(yǎng)，發(fā)芽期間紙床需始終保持濕潤(rùn)。第4天開始，每天觀察種子發(fā)芽情況，并進(jìn)行計(jì)數(shù)，種子達(dá)到最高發(fā)芽率后停止計(jì)數(shù)。計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率（%）=末次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/樣品粒數(shù)×100

1.2.2 田間生產(chǎn)試驗(yàn)。共設(shè)置3個(gè)處理，分別為種子未做處理作空白對(duì)照（CK）、80 W冷等離子體處理種子（等離子處理，T1）、種子常規(guī)處理（種衣劑拌種，T2）。3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為80 m2。11月15日播種，播種量150 kg/hm2，稻秸稈切碎全量還田，施肥、旋耕、條播、鎮(zhèn)壓一體化，行距25 cm?；室淮涡允┯脧?fù)合肥（15-15-15）375 kg/hm2，返青肥施用尿素187.5 kg/hm2，施拔節(jié)孕穗肥復(fù)合肥（15-15-15）150 kg/hm2，穗肥施用尿素75 kg/hm2。其中種衣劑成分為奧拜瑞31.9%戊唑·吡蟲啉（1.1%戊唑醇+30.8%吡蟲啉）。田間栽培管理措施按大田常規(guī)管理進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同功率冷等離子處理對(duì)小麥種子發(fā)芽率的影響

不同品種的小麥種子，經(jīng)等離子處理后，發(fā)芽率差異顯著。同一品種經(jīng)不同功率冷等離子體機(jī)處理之間差異達(dá)到顯著水平。120 W功率處理下，與空白對(duì)照（CK）相比，3個(gè)品種的小麥種子的發(fā)芽率均有所下降，分別下降5.5%、7.5%、5.2%。經(jīng)過(guò)冷等離子處理的種子，在80 W功率處理下，發(fā)芽率達(dá)最大值。揚(yáng)輻麥4號(hào)和寧麥13發(fā)芽率相比空白對(duì)照和其他功率處理，發(fā)芽率達(dá)最大值；揚(yáng)麥23種子經(jīng)等離子處理后，發(fā)芽率下降（表1）。同一處理功率不同品種間，揚(yáng)輻麥4號(hào)發(fā)芽率最高。

2.2 冷等離子處理對(duì)小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

2.2.1 對(duì)小麥苗期生長(zhǎng)的影響。等離子處理（T1）后，種子發(fā)芽率和成苗率均高于常規(guī)處理（T2）的種子（圖1、圖2）。其中，等離子處理的種子發(fā)芽率及成苗率均高于90%。且相對(duì)常規(guī)處理出苗均勻、整齊。同一時(shí)期，經(jīng)過(guò)等離子和常規(guī)處理的種子，分蘗數(shù)均高于未經(jīng)處理（CK）的種子（圖3）?？傮w上看，等離子處理后分蘗數(shù)多于常規(guī)處理。綜上所述，種子經(jīng)過(guò)等離子和常規(guī)處理后，可有效促進(jìn)分蘗的發(fā)生，且等離子種子處理相對(duì)常規(guī)處理，對(duì)提高種子發(fā)芽率和成苗率、促進(jìn)分蘗發(fā)生效果更明顯。

經(jīng)過(guò)等離子處理（T1）和常規(guī)處理（T2）后，小麥基本苗數(shù)均高于未經(jīng)處理的種子（CK），且經(jīng)過(guò)等離子處理的小麥基本苗數(shù)高于常規(guī)處理（圖4）。進(jìn)一步說(shuō)明，等離子處理和常規(guī)處理能有效提高小麥種子的發(fā)芽率和成苗率，且等離子處理的種子發(fā)芽率和成苗率高于常規(guī)處理的種子。

2.2.2 對(duì)小麥成熟期穗長(zhǎng)、株高的影響。從圖5可以看出，經(jīng)過(guò)等離子處理（T1）和常規(guī)處理（T2）后，成熟期小麥的穗長(zhǎng)大于未做種子處理對(duì)照（CK），且常規(guī)處理的小麥穗長(zhǎng)最長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)等離子和常規(guī)處理后，成熟期小麥的株高均高于未做種子處理對(duì)照（CK）。其中，等離子種子處理后的成熟期小麥株高明顯高于未做種子處理對(duì)照（CK）和常規(guī)處理的種子。結(jié)果表明，等離子處理和常規(guī)種衣劑拌種處理，可促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，在株高方面，等離子種子處理技術(shù)效果更明顯。

2.2.3 對(duì)產(chǎn)量的影響。從表2可以看出，種子處理后，有效穗數(shù)相對(duì)減少，每穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均有所增加。其中，等離子處理（T1）、常規(guī)處理（T2）后有效穗數(shù)相對(duì)未做種子處理對(duì)照（CK）分別減少5.0%、5.7%，差異不明顯；穗實(shí)粒數(shù)相對(duì)未做種子處理對(duì)照（CK）分別增加23.3%、15.5%；千粒重相對(duì)未做種子處理對(duì)照（CK）分別增加22.6%、19.5%；產(chǎn)量相對(duì)未做種子處理對(duì)照（CK）分別增加43.21%、29.75%，差異顯著。等離子處理后，有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量均高于常規(guī)處理，其中產(chǎn)量相對(duì)常規(guī)處理增產(chǎn)10.37%。

2.3 不同處理對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表3可以看出，不同種子處理對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益有明顯影響，種子經(jīng)處理后可明顯提高凈收益，其中等離子處理（T1）凈收益最高，達(dá)5 442.54元/hm2。等離子處理和常規(guī)處理（T2）相對(duì)未做種子處理對(duì)照（CK），凈收益分別增加154.2%、116.4%。等離子處理相對(duì)常規(guī)處理凈收益增加17.4%。

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)是作物生育期中的重要階段，對(duì)作物后期的生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響，從而間接影響到作物產(chǎn)量的形成。提高種子發(fā)芽率和整齊度是提高作物產(chǎn)量的重要途徑。目前已有大量研究表明，等離子種子處理技術(shù)能顯著促進(jìn)作物種子的萌發(fā)[3-5]。但是等離子處理對(duì)同一作物不同品種間的種子萌發(fā)影響的研究較少。本研究結(jié)果表明，冷等離子體種子處理的效果與品種相關(guān)，同一種作物不同品種之間種子的最佳處理功率不同，且處理功率的高低對(duì)種子萌發(fā)的影響顯著。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用上，應(yīng)根據(jù)不同的品種來(lái)選擇適宜的處理功率，才能起到促進(jìn)種子萌發(fā)的作用。

本研究系統(tǒng)地探索了小麥整個(gè)生育期內(nèi)主要農(nóng)藝性狀受種子處理技術(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)冷等離子體種子處理技術(shù)顯著提高了小麥的株高、分蘗數(shù)和穗粒數(shù)等，說(shuō)明其在促進(jìn)小麥生長(zhǎng)方面效果明顯。同時(shí)產(chǎn)量數(shù)據(jù)表明，冷等離子體處理種子后，小麥的產(chǎn)量相對(duì)空白處理增加43.21%，相對(duì)常規(guī)拌種處理增加10.37%，增產(chǎn)效果明顯。前人經(jīng)過(guò)大量研究認(rèn)為，小麥產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)和平均粒重構(gòu)成，受株高、分蘗、穗粒數(shù)等產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響[6]。目前已不僅局限于對(duì)株高、分蘗、穗粒數(shù)與產(chǎn)量相關(guān)性的研究，而是為明確各產(chǎn)量性狀對(duì)產(chǎn)量的作用機(jī)理進(jìn)行了一系列探索試驗(yàn)。例如，吳同彥等[7]研究發(fā)現(xiàn)，小麥株高對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)大小主要受株高構(gòu)成因素中穗莖節(jié)長(zhǎng)的影響，穗莖節(jié)長(zhǎng)與產(chǎn)量成正相關(guān)，主要是因?yàn)樗肭o節(jié)長(zhǎng)較長(zhǎng)，植株重心下移，擴(kuò)大了群體對(duì)光、熱、氣等資源的利用空間，從而提高了籽粒產(chǎn)量。張 晶等[6]認(rèn)為，分蘗是決定小麥產(chǎn)量的重要因素，其中單株有效分蘗的增加將導(dǎo)致不孕小穗數(shù)增加和穗粒數(shù)、單穗重降低。綜上所述，深入研究冷等離子種子處理技術(shù)對(duì)穗莖節(jié)長(zhǎng)、單株有效分蘗數(shù)等重要指標(biāo)的影響，對(duì)獲得小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)方法具有重要意義，是下一步研究的重點(diǎn)。

根據(jù)目前生產(chǎn)實(shí)際，在小麥生產(chǎn)中，通常經(jīng)過(guò)藥劑拌種處理后進(jìn)行播種，冷等離子體處理種子相對(duì)藥劑拌種，在提高發(fā)芽率、促進(jìn)苗期整齊度、提高產(chǎn)量等方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)，從這個(gè)角度出發(fā)，冷等離子體應(yīng)用前景較為可觀。但是，冷等離子體技術(shù)在小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用成本較高，如果達(dá)不到預(yù)期的收益，大面積運(yùn)用具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。冷等離子體種子處理技術(shù)應(yīng)用于蔬菜、瓜果等經(jīng)濟(jì)效益較高的種植產(chǎn)業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，但在蔬菜、瓜果生產(chǎn)上的應(yīng)用效果有待進(jìn)一步研究。另外，前人研究結(jié)果表明，等離子體種子處理技術(shù)可改變種皮結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高種子發(fā)芽率的目的，但是種皮結(jié)構(gòu)的改變是否會(huì)影響種子的貯藏性能值得進(jìn)一步研究。

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