等離子體處理苦參種子的生物學(xué)效應(yīng)

謝曉宇，尹美強(qiáng)，溫銀元

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

苦參（Sophora flavescens）為豆科（Legu minosae）槐屬（Sophora）植物，又名苦骨、川參、地槐等，常以根入藥，味苦性寒，其主要藥用成分為苦參堿和氧化苦參堿，具有抗氧化抗過(guò)敏，抗炎鎮(zhèn)痛、抗心律失調(diào)及保護(hù)肝損傷的作用，是我國(guó)重要的藥用植物之一[1-2]。

近年來(lái)，隨著野生苦參資源的不斷枯竭，以及人們對(duì)其的大量需求，對(duì)苦參進(jìn)行人工栽培十分必要。但苦參種子種皮厚、硬度高，存在休眠特性，發(fā)芽率低、發(fā)芽周期長(zhǎng)，出苗不整齊等成為苦參種植過(guò)程中的主要障礙[3]。等離子體種子處理技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)物理方法種子處理技術(shù)。等離子體（plasma）是一種高能量的物質(zhì)聚集態(tài)，其中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子、光子和自由基等活性粒子，是不同于物質(zhì)通常3種形態(tài)（固、液、氣）的“物質(zhì)第四態(tài)”[4]。等離子體種子處理技術(shù)的原理是模擬太空環(huán)境，采用高壓電弧等離子體輻射與交變電磁場(chǎng)作用相結(jié)合，激活種子的生命力，提高發(fā)芽率，使作物根系發(fā)達(dá)、苗期提前、長(zhǎng)勢(shì)旺盛、抗旱抗病能力增強(qiáng)的一種技術(shù)[5-6]。

本試驗(yàn)利用不同劑量的等離子體對(duì)藥用植物苦參種子進(jìn)行處理，研究其對(duì)苦參種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，從而找到最適合苦參種子處理的等離子體劑量，旨在為苦參種植過(guò)程中的種子處理和栽培技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)措施。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為苦參種子，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供；等離子體裝置，為大連理工大學(xué)自行研制的DW-Ⅰ型磁化弧光等離子體種子處理機(jī)，是通過(guò)電流強(qiáng)度來(lái)控制等離子體的強(qiáng)度，具體參數(shù)參見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。

1.2 試驗(yàn)方法

將苦參種子在98%的濃硫酸中浸泡20 min后用自來(lái)水沖洗數(shù)次，放于濾紙上晾干，然后用不同參數(shù)磁化弧光等離子體種子處理機(jī)處理，電流強(qiáng)度為 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 A，每個(gè)參數(shù)下通過(guò) 3 次。用75%的酒精對(duì)苦參種子消毒30 s，再用蒸餾水沖洗干凈，然后用5%的NaClO溶液消毒12 min，用蒸餾水沖洗數(shù)次，用濾紙吸干表面水分。在直徑為9cm的培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙，加入5 mL蒸餾水。每個(gè)處理選取90粒籽粒飽滿(mǎn)、大小均勻一致的苦參種子分別種于3個(gè)培養(yǎng)皿中，每皿30粒（3次重復(fù)），在26℃培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行暗培養(yǎng)，每天定時(shí)澆水1.5 mL，每2d換一次濾紙以保持濾紙的濕潤(rùn)和清潔。第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，然后置于光照強(qiáng)度為4 000 lx的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，光照時(shí)間為16 h/d；第14天取樣用于形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的測(cè)定 以種子胚根長(zhǎng)度大于等于種子縱長(zhǎng)的1/2作為發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)，以第3天的發(fā)芽數(shù)計(jì)算種子的發(fā)芽勢(shì)，以第7天的發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽率。

發(fā)芽勢(shì)＝第3天發(fā)芽數(shù)/接種總數(shù)×100% （1）發(fā)芽率＝第7天發(fā)芽數(shù)/接種總數(shù)×100% （2）

1.3.2 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 培養(yǎng)到第14天，每皿取20株生長(zhǎng)均勻一致的苦參幼苗，用濾紙吸干水分，測(cè)量株高、根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)及鮮質(zhì)量，然后在80℃烘箱中烘48 h至恒質(zhì)量，測(cè)量其干質(zhì)量。

1.3.3 生理指標(biāo)測(cè)定 選取培養(yǎng)14 d的苦參根系進(jìn)行測(cè)定，根系活力測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法；可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法；可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法[8]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，等離子體處理對(duì)苦參種子發(fā)芽率的影響不顯著。0.5～2.5 A等離子體處理的發(fā)芽勢(shì)顯著高于對(duì)照，以電流強(qiáng)度為2.0 A時(shí)苦參種子的發(fā)芽勢(shì)最高，比對(duì)照增加了66.67%。表明磁化等離子體處理可以打破苦參種子休眠，加速種子的萌發(fā)，發(fā)芽勢(shì)增加，有利于形成齊苗壯苗。

表1 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參種子萌發(fā)的影響 %

2.2 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參根系長(zhǎng)度及株高的影響 圖1表明，不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參幼苗的株高、根長(zhǎng)均有顯著的促進(jìn)作用，且不同強(qiáng)度下的處理效果不同，隨著處理強(qiáng)度的增強(qiáng)，苦參幼苗的株高、根長(zhǎng)呈現(xiàn)出近似“雙峰”的趨勢(shì)。在處理強(qiáng)度為2.0 A時(shí)，對(duì)苦參幼苗的株高和根長(zhǎng)促進(jìn)效果最為顯著，分別比對(duì)照增加26.40%和43.87%；其次是在處理強(qiáng)度為0.5，1.0 A時(shí)，分別對(duì)苦參的株高、根長(zhǎng)有較為顯著的促進(jìn)作用；在處理強(qiáng)度為1.5 A時(shí)，對(duì)苦參幼苗的株高和根長(zhǎng)促進(jìn)效果最弱，且對(duì)根長(zhǎng)的促進(jìn)效果沒(méi)有達(dá)到顯著水平?？鄥⒅旮咛幚韽?qiáng)度為2.0 A時(shí)與處理強(qiáng)度為1.5，3.0 A有顯著差異；處理強(qiáng)度為 0.5，1.0，2.5 A與 1.5，2.0，3.0 A 間均無(wú)顯著差異。對(duì)于根系長(zhǎng)度，處理強(qiáng)度2.0 A與處理強(qiáng)度為0.5，1.5 A的根系長(zhǎng)度間有顯著差異，但與其余處理組間差異不明顯。

2.2.2 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參側(cè)根數(shù)量的影響

從圖2可以看出，不同強(qiáng)度的等離子體處理苦參種子后，其幼苗根系的側(cè)根數(shù)量均顯著高于對(duì)照。隨等離子體強(qiáng)度的增加，苦參側(cè)根數(shù)量呈現(xiàn)出先增加后降低、再增加再降低的波動(dòng)趨勢(shì)。在電流強(qiáng)度為0.5 A時(shí)出現(xiàn)第1個(gè)峰，其側(cè)根數(shù)量為7條/株，比對(duì)照增加59.09%；電流強(qiáng)度為1.0 A時(shí)對(duì)苦參幼苗側(cè)根數(shù)量的促進(jìn)效應(yīng)較弱，但仍顯著高于對(duì)照；在電流強(qiáng)度為2.0 A時(shí)，出現(xiàn)第2個(gè)峰，苦參根系的側(cè)根數(shù)量增加最多，每株幼苗的側(cè)根數(shù)達(dá)8條，較對(duì)照增加81.82%；當(dāng)電流電流強(qiáng)度增加到2.5，3.0A時(shí)，側(cè)根數(shù)量又有所降低。電流強(qiáng)度2.0 A處理的側(cè)根數(shù)顯著高于1.0 A處理，其余處理間無(wú)顯著差異。

2.3 不同強(qiáng)度等離子體處理的苦參種子干鮮質(zhì)量比較

從表2可以看出，不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參根系的干、鮮質(zhì)量均有有顯著提高。其中，影響最顯著的為2.5 A處理，其根系干、鮮質(zhì)量均達(dá)到最大，分別為0.127 9，1.654 5 g；其次為2.0 A處理，其根系干、鮮質(zhì)量均顯著高于對(duì)照，比對(duì)照分別增加72.30%，61.94%；3.0 A處理對(duì)根系鮮質(zhì)量的促進(jìn)效應(yīng)最弱，對(duì)根系干質(zhì)量促進(jìn)效應(yīng)最弱的是0.5 A處理，電流強(qiáng)度為0.5，1.0，3.0 A時(shí)，根系干質(zhì)量差異不明顯。

表2 不同參數(shù)等離子體對(duì)苦參根系干、鮮質(zhì)量的影響 g

2.4 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參根系的活力、可溶性糖含量及可溶性蛋白含量的影響

2.4.1 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參根系活力的影響

從圖3可以看出，不同強(qiáng)度的等離子體處理苦參種子后可提高其根系活力。隨著處理強(qiáng)度的增加，其根系活力呈現(xiàn)出升—降—升—降的趨勢(shì)，近似“雙峰”曲線(xiàn)。其中，0.5，1.5 A處理的根系活力最低，與對(duì)照差異不顯著；處理強(qiáng)度為1.0，2.0 A時(shí)根系活力達(dá)到最大，分別較對(duì)照增加了60.16%和56.99%，且顯著高于0.5，1.5 A處理的根系活力；當(dāng)處理強(qiáng)度超過(guò)2.0 A時(shí)（2.5，3.0 A），苦參根系活力又降低，但仍顯著高于對(duì)照。

2.4.2 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參根系可溶性糖含量的影響 由圖4可知，經(jīng)過(guò)不同強(qiáng)度的等離子體處理后，苦參根系的可溶性糖含量均有顯著提高，其中，1.0，2.0 A處理的可溶性糖含量分別比對(duì)照提高 33.59%和 32.56%；0.5，1.5，2.5，3.0 A 處理分別比對(duì)照增加 42.97%，60.42%，102.34%和35.94%；2.5 A處理根系可溶性糖含量最高，達(dá)到7.77 mg/g，顯著高于其他處理。

2.4.3 不同強(qiáng)度等離子體對(duì)苦參根系可溶性蛋白含量的影響 從圖5可以看出，不同強(qiáng)度等離子體處理苦參種子后，可提高苦參幼苗根系中可溶性蛋白的含量。電流強(qiáng)度為0.5，1.0，2.0，2.5 A時(shí)根系中可溶性蛋白含量較對(duì)照有顯著提高，分別比對(duì)照組提高125.90%，91.80%，99.70%和76.67%，且顯著高于1.5，3.0 A處理，處理強(qiáng)度為0.5 A時(shí)可溶性蛋白含量最高，顯著高于其他處理；處理強(qiáng)度為1.5，3.0 A時(shí)苦參根系中可溶性蛋白的含量增加不顯著。

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，大量的研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，利用物理方法（包括等離子體）處理作物種子以促進(jìn)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及抗性和產(chǎn)量的提高是行之有效的措施。磁場(chǎng)處理黃瓜種子后可以提高其對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性[9]；大氣壓輝光放電對(duì)燕麥和大麥種子發(fā)芽有明顯的促進(jìn)效應(yīng)[10]；介質(zhì)阻擋放電處理促使感病大豆種子發(fā)芽率提高70%以上[11]。利用2.5 A的磁化等離子體處理大豆時(shí)，其種子活力、發(fā)芽率及幼苗生長(zhǎng)效果最佳[12]。黃明鏡等[13]研究證明，多種作物種子經(jīng)等離子體處理后其種子萌發(fā)力顯著提高，種子活力增強(qiáng)。本研究中，0.5～2.5A磁化弧光等離子體處理苦參種子后其發(fā)芽勢(shì)得到明顯提高，說(shuō)明等離子體能夠激活種子內(nèi)部生理生化代謝，使處于休眠期的種子快速進(jìn)入萌動(dòng)狀態(tài)，快速萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，等離子體發(fā)出的物理能量可以改變種子生理機(jī)理，其內(nèi)部包含的臭氧、強(qiáng)紫外光、激發(fā)態(tài)的氧、自由基、磁場(chǎng)等因子在適當(dāng)強(qiáng)度下能促進(jìn)種子發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)，增強(qiáng)抗逆性，減輕病蟲(chóng)害，從而達(dá)到增產(chǎn)目的，同時(shí)，等離子體刻蝕作用使得種子表面顆粒狀的突起上產(chǎn)生許多細(xì)小的孔洞（掃描電鏡觀察），引起透性增強(qiáng)并促進(jìn)萌發(fā)、出苗及幼苗生長(zhǎng)[14-16]。

經(jīng)不同強(qiáng)度等離子體處理后，苦參幼苗的株高、根長(zhǎng)及側(cè)根數(shù)量都得到顯著提升，且均出現(xiàn)了“雙峰”現(xiàn)象，其中，在電流強(qiáng)度為2.0 A時(shí)，3項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)均達(dá)到峰值，而另一峰則不太穩(wěn)定，在電流強(qiáng)度為1.0，0.5 A時(shí)交替出現(xiàn)。這與尹美強(qiáng)等[17]不同強(qiáng)度等離子體處理小麥種子后，對(duì)其產(chǎn)量的影響也呈“雙峰”趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。經(jīng)處理后苦參根系的干、鮮質(zhì)量也有顯著提高。對(duì)于苦參這類(lèi)以根系為采收對(duì)象的藥用植物，干、鮮質(zhì)量提高即可提高產(chǎn)量，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。磁化弧光等離子體處理機(jī)中包含有磁效應(yīng)，朱杰[18]認(rèn)為，磁場(chǎng)對(duì)與生物具有累計(jì)效應(yīng)，會(huì)影響到可溶性蛋白含量的變化。有研究認(rèn)為，各種外界環(huán)境對(duì)作物的刺激效應(yīng)都是通過(guò)改變作物體內(nèi)的各種物質(zhì)代謝和能量代謝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，作物的一些生理指標(biāo)的變化在一定程度上能夠反映外界因素對(duì)作物的作用效果[16]。熊建平[19]研究認(rèn)為，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)生物膜通透性產(chǎn)生影響，即會(huì)影響到物質(zhì)的運(yùn)輸，從而會(huì)導(dǎo)致生理、生化過(guò)程的變化。作物的根系是活躍的吸收器官和合成器官，其生長(zhǎng)狀況直接影響到地上部的生長(zhǎng)情況，根系活力的強(qiáng)弱決定了作物整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程物質(zhì)的代謝及交換能力。等離子體處理后苦參幼苗的根系活力以及可溶性糖、可溶性蛋白含量有明顯提高，這為苦參整個(gè)生長(zhǎng)周期提供了有力的保證。

生物體（包括種子）中的帶電荷粒子、含有磁矩的物質(zhì)及氧化還原反應(yīng)等過(guò)程均會(huì)受到磁場(chǎng)的影響[19-20]。梁久麗[21]、沈有柏[22]研究認(rèn)為，種子在通過(guò)等離子體種子處理機(jī)時(shí)會(huì)接受光輻射、電磁輻射、電磁場(chǎng)的刺激以及帶電粒子轟擊，從而激發(fā)種子內(nèi)部各種物質(zhì)的活性，同時(shí)，產(chǎn)生的能量擊開(kāi)空氣中的氧氣產(chǎn)生臭氧，殺死種子表面的細(xì)菌。由于等離子體發(fā)出的能量較低，作用時(shí)間較短，種子不會(huì)發(fā)生變異，只是活力得到提高，使種子內(nèi)部離子交換能力增強(qiáng)，酶的轉(zhuǎn)化加快，可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，從而使作物從種子萌發(fā)到成熟結(jié)果整個(gè)生命周期具有綜合優(yōu)勢(shì)，增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)。

綜合各項(xiàng)指標(biāo)得出，2.0 A磁化弧光等離子體對(duì)苦參種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)最為適宜。磁化弧光等離子體可用作苦參種子處理技術(shù)，以解決其發(fā)芽率低、發(fā)芽周期長(zhǎng)、出苗不整齊等問(wèn)題。由于本研究只測(cè)定了根系中可溶性蛋白及可溶性糖的含量，沒(méi)有全面測(cè)定根系中其他物質(zhì)（如生物堿）的含量，因此，有關(guān)等離子體處理對(duì)苦參根系干、鮮質(zhì)量的提高以及對(duì)生物堿含量影響仍需進(jìn)一步研究。