冷等離子體處理對紫花苜蓿種子萌發(fā)和幼苗MDA含量的影響

馬玉婷 米敏 白梅梅

摘要 運(yùn)用冷等離子體種子處理技術(shù)（CPT）對不同品種紫花苜蓿種子進(jìn)行非電離幅射處理，研究該技術(shù)對苜蓿種子萌發(fā)機(jī)制的影響。利用不同劑量的冷等離子體處理苜蓿種子，經(jīng)過室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)，研究苜蓿的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及丙二醛含量。結(jié)果表明，經(jīng)0～310 W不同劑量冷等離子體處理后，種子各發(fā)芽指標(biāo)及丙二醛（MDA）含量均有明顯變化。與對照相比，處理后苜蓿種子更具有發(fā)芽優(yōu)勢。說明該技術(shù)對苜蓿種子室內(nèi)發(fā)芽具有重要影響，在生產(chǎn)上具有使用和推廣價(jià)值。冷等離子體處理隴東苜蓿的最佳供電功率為70 W，處理后種子發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、活力指數(shù)（VI）分別提高5.85%、7.19%、10.83%、2.29%，幼苗丙二醛（MDA）含量降低2.33%;處理甘農(nóng)三號苜蓿的最佳處理功率為100 W，處理后種子GR、GP、GI、VI分別提高0.56%、7.48%、16.48%、23.21%，幼苗MDA含量降低21.91%;處理甘農(nóng)七號苜蓿的最佳功率為190 W，處理后種子GR、GP、GI、VI分別提高1.68%、13.75%、14.01%、24.97%，幼苗MDA含量降低35.71%。

關(guān)鍵詞 冷等離子體;苜蓿種子;萌發(fā);丙二醛

Abstract The effects of cold plasma seed treatment （CPT） on seed germination mechanism of alfalfa were studied. The germination potential， germination rate， germination index， vigor index and malondialdehyde content of alfalfa were studied by using cold plasma treatment with different doses. The results showed that the germination indexes and malondialdehyde （MDA） contents of seeds were significantly changed after cold plasma treatment at different doses from 0 to 310 W. Compared with the control， the treated alfalfa seed had the advantage of germination. It showed that this technique had important influence on indoor germination of alfalfa seed and had application and popularization value in production. When the optimal power supply of cold plasma treatment of Longdong alfalfa was 70 W， the seed germination rate （GR）， germination potential （GP）， germination index （GI） and activity index（VI） were increased by 5.85%， 7.19%， 10.83% and 2.29% respectively， and the malondialdehyde （MDA） content of seedlings was reduced by 2.33%.The optimal treatment power of Gannong No.3 was 100 W. After treatment， the GR， GP， GI and VI of seeds were increased by 0.56%， 7.48%， 16.48% and 23.21% respectively， and MDA content of seedlings was decreased by 21.91%.The optimal power of Gannong No.7 was 190 W， and the GR， GP， GI and VI of seeds were increased by 1.68%， 13.75%， 14.01% and 24.97%， respectively， while the MDA content of seedlings was reduced by 35.71%.

Key words Cold plasma;Alfalfa seed;Germination;Malondialdehydecv

冷等離子體種子處理的作用機(jī)理：冷等離子體中的真空紫外線使作物種子的生物大分子產(chǎn)生能量的躍遷，即由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，通過非電離輻射對生物活組織的影響，對種子產(chǎn)生積極的生物學(xué)效應(yīng)，不同的非電離輻射可產(chǎn)生不同的生物學(xué)作用[17]。

1.1.2 試驗(yàn)材料。試驗(yàn)于2018年3月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試苜蓿品種為甘農(nóng)三號、甘農(nóng)七號、隴東苜蓿，經(jīng)冷等離子體處理后，放在洗凈消毒墊有濾紙的培養(yǎng)皿中進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子處理。選擇籽粒飽滿、大小均勻的甘農(nóng)三號、甘農(nóng)七號、隴東苜蓿種子，由冷等離子體處理設(shè)備設(shè)置不同參數(shù)進(jìn)行處理。分別設(shè)置供電劑量為 0、70、100、130、160、190、220、250、280、310 W的冷等離子體處理種子。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。將蒸餾水置于洗凈消毒的培養(yǎng)皿中，至濾紙飽和，每個(gè)培養(yǎng)皿播入50粒經(jīng)冷等離子體處理的苜蓿種子，每個(gè)處理各設(shè)4次重復(fù)。在 20 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)10 d，以胚芽達(dá)到種子長50%作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。每天觀察種子萌發(fā)情況，并記錄發(fā)芽數(shù)。

1.3 測量指標(biāo)與方法

1.3.1 種子發(fā)芽指標(biāo)。

發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的計(jì)算公式：

發(fā)芽率=（10 d全部正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽勢=（第4天供試種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=Gt/Dt式中，Gt為在t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=GI×S式中，GI 為發(fā)芽指數(shù)，S為第10天的胚芽和胚根長度之和。

1.3.2 丙二醛含量。采用硫代巴比妥酸法進(jìn)行丙二醛含量的測定。利用丙二醛（MDA）在高溫、酸性條件下與硫代巴比妥酸（TBA）反應(yīng)，利用在532 nm波長處有最大光吸收的有色三甲基復(fù)合物來測定丙二醛含量。

MDA濃度C（μmol/L）=6.45（OD532-OD600）-0.56OD450

MDA含量（μmol/g）=C×V/W式中，V為提取液體積（1.8 mL），W為樣品鮮重（0.2 g）。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理 采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行ANOVA統(tǒng)計(jì)分析，采用ORIGIN 8.5作圖，采用Duncan 法進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷等離子體處理對不同苜蓿品種種子萌發(fā)的影響

2.1.1

隴東苜蓿。隨著處理功率的增大，各項(xiàng)指標(biāo)呈上升-下降-上升-下降的趨勢，對發(fā)芽率、發(fā)芽勢影響較小，對發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)影響較大。70 W達(dá)到極高值，之后下降在130 W附近到極低值，隨后上升在190 W附近達(dá)到極高值，之后下降（表1、圖2）。

2.1.2 甘農(nóng)三號。

隨著處理功率的增大，各項(xiàng)指標(biāo)呈上升-下降-上升-下降的趨勢，對發(fā)芽勢、發(fā)芽率影響較小，對發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)影響較大。100 W達(dá)到極高值，之后下降在190 W附近到極低值，隨后上升在250～280 W達(dá)到極高值，之后下降（表2、圖3）。

2.1.3 甘農(nóng)七號。隨著處理功率的增大，各項(xiàng)指標(biāo)呈上升-下降-上升-下降的趨勢，對發(fā)芽率影響較小，對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)影響較大。處理功率為160～220 W時(shí)，各指標(biāo)均明顯提高，之后下降在280 W附近到極低值，隨后上升（表3、圖4）。

由圖2～4可知，冷等離子體處理對發(fā)芽率的影響較小，對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響較大，主要原因可能是3種苜蓿種子在未處理情況下發(fā)芽率較高，能提升的范圍不大，因此影響不大，但冷等離子體處理能夠明顯提高種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，說明冷等離子體處理能夠有效提高種子活力。

2.2 冷等離子體處理對苜蓿種子各發(fā)芽指標(biāo)的影響

2.2.1 發(fā)芽率。

冷等離子體處理對不同品種苜蓿發(fā)芽率均有影響，但不同品種對處理的影響程度不同，冷等離子體處理對隴東苜蓿的影響最大，這可能是因?yàn)槲刺幚砬闆r下3種苜蓿種子中隴東苜蓿種子發(fā)芽率最低，因此冷等離子體處理能較大幅度地提高種子發(fā)芽率;冷等離子體處理對甘農(nóng)三號苜蓿和甘農(nóng)七號苜蓿種子發(fā)芽率影響較小，可能是由于這2個(gè)品種本身的發(fā)芽率較高，處理后發(fā)芽率可以提高的程度不大（圖5）。

2.2.2 發(fā)芽勢。

冷等離子體處理對3種苜蓿種子的發(fā)芽勢均有影響，且處理后各品種種子發(fā)芽勢與對照相比均有不同程度的提高。隨著處理功率的提高，發(fā)芽勢基本呈上升-下降-上升-下降的趨勢，其中甘農(nóng)三號苜蓿種子發(fā)芽勢對處理的敏感度相對最低，100和280 W時(shí)發(fā)芽勢明顯提高。處理功率在70和190 W左右時(shí)，隴東苜蓿和甘農(nóng)三號的發(fā)芽勢顯著提高，處理功率在100和310 W時(shí)甘農(nóng)七號的發(fā)芽勢明顯提高（圖6）。

2.2.3 發(fā)芽指數(shù)?？傮w而言，3種苜蓿品種中，甘農(nóng)七號種子發(fā)芽指數(shù)最高，隴東苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)最低。冷等離子體處理對3種苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)均有影響。隨著處理功率的提高，發(fā)芽指數(shù)基本呈上升-下降-上升-下降的趨勢。其中，處理功率為70、160 W隴東苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)顯著提高，處理功率為100、250 W甘農(nóng)三號苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)顯著提高，處理功率為190 W附近隴東苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)顯著提高。隴東苜蓿和甘農(nóng)三號苜蓿對等離子體處理較敏感（圖7）。

2.2.4 活力指數(shù)。

隴東苜?；盍χ笖?shù)最低，甘農(nóng)三號最高，甘農(nóng)三號種子活力指數(shù)對等離子體處理敏感度最高，100 W時(shí)達(dá)到最大;隴東苜蓿對處理功率的敏感度最低，220 W時(shí)達(dá)到最高（圖8）。

2.3 丙二醛含量

植物器官衰老或在逆境下遭到傷害，往往發(fā)生膜脂過氧化作用。丙二醛是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，其含量可反映植物遭受逆境傷害的程度。丙二醛積累越多對植物組織傷害越大，因此，低含量的丙二醛可降低植物組織受傷害程度[18]。

由圖9可知，冷等離子體處理對不同品種苜蓿幼苗中的丙二醛含量均有影響，不同品種的抗逆性不同，冷等離子體對不同品種苜蓿丙二醛含量的影響也不同。與其他品種相比，隴東苜蓿抗逆性最強(qiáng)，各處理下丙二醛含量均最低;甘農(nóng)三號苜?？鼓嫘宰钊?，各處理下丙二醛含量最高。不同功率冷等離子體處理后不同品種苜蓿幼苗中丙二醛含量不同。對于隴東苜蓿，處理后丙二醛含量較對照變化幅度較小，主要是由于隴東苜蓿自身丙二醛含量低，當(dāng)處理功率為70 W時(shí)，MDA含量較對照降低2.33%;對于甘農(nóng)三號和甘農(nóng)七號苜蓿，處理后丙二醛含量較對照均明顯降低，其中甘農(nóng)三號苜蓿，當(dāng)處理功率分別為100和220 W時(shí)，幼苗中的MDA含量降低較明顯，分別降低了21.91%和52.01%;對于甘農(nóng)七號苜蓿，100、190和250 W處理后幼苗中的MDA含量明顯降低，分別降低了42.86%、35.71%和50.00%。

3 討論

發(fā)芽勢和發(fā)芽率反映了種子的發(fā)芽整齊度和發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽指數(shù)表示種子發(fā)芽速度，活力指數(shù)反映了種子的發(fā)芽速度和整齊度[19]。該研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體處理對隴東苜蓿、甘農(nóng)三號、甘農(nóng)七號種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，明顯提高苜蓿種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，降低幼苗MDA含量。對于隴東苜蓿，70和190 W處理較對照種子活力明顯提高，處理功率為70 W時(shí)，GR、GP、GI、VI分別提高5.85%、7.19%、10.83%、2.29%，MDA含量降低2.33%，處理功率為190 W時(shí)，GR、GP、GI、VI分別提高6.43%、8.38%、9.39%、9.16%，MDA含量升高60.68%。因此70 W為隴東苜蓿最佳處理功率。對于甘農(nóng)三號苜蓿，100和280 W處理較對照種子活力明顯提高，MDA含量明顯降低;處理功率為100 W時(shí)，GR、GP、GI、VI分別提高0.56%、7.48%、16.48%、23.21%，MDA含量降低21.91%;處理功率為280 W時(shí)，GR、GP、GI、VI分別提高2.79%、7.98%、17.20%、12.39%，MDA含量降低16.55%。因此在考慮節(jié)能的情況下100 W為甘農(nóng)三號苜蓿最佳處理功率。對于甘農(nóng)七號苜蓿100和280 W處理較對照種子活力明顯提高，MDA含量明顯降低;處理功率為190 W時(shí)，GR、GP、GI、VI分別提高1.68%、13.75%、14.01%、24.97%，MDA含量降低35.71%;處理功率為220 W時(shí)，GR、GP、GI、VI分別提高5.03%、14.38%、8.47%、10.75%，MDA含量降低21.43%。因此，在考慮節(jié)能的情況下190 W為甘農(nóng)七號苜蓿最佳處理功率。

研究發(fā)現(xiàn)冷等離子體處理顯著促進(jìn)種子萌發(fā)[20]。erá等[21]研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體處理顯著提高小麥種子發(fā)芽率。Dhayal等[22]也證實(shí)了較低功率等離子體處理能夠提高紅花種子的發(fā)芽率，功率過高會降低種子發(fā)芽率。但Volin等[23]研究發(fā)現(xiàn)碳氟等離子體抑制玉米和菜豆種子萌發(fā)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是該研究采用惰性氣體碳氟作為介質(zhì)處理種子，處理過程中會在種子表面鍍上惰性氣體而阻礙種皮吸收水分，抑制了種子萌發(fā)。該試驗(yàn)采用的等離子體介質(zhì)氣體是氦氣，氦氣等離子體處理能夠提高種子的吸水性，提高種子發(fā)芽率[24]。種子經(jīng)等離子體處理后，一方面，種子細(xì)胞內(nèi)的帶電離子與光相互作用而使種子細(xì)胞吸收輻射能量[25]，使種子成分電離和發(fā)生電性變化，促使種子活化，激活種子α-淀粉酶、蛋白酶等的活性，從而促進(jìn)種子萌發(fā)[26]。另一方面，種皮表面形成了很多ROS，能夠改變種皮結(jié)構(gòu)，增加種皮親水性和通透性，使外部的水分和氧迅速進(jìn)入種子[27]。不同作物最佳處理功率不同，這可能與其種皮厚度、硬度和種子大小有關(guān)。種皮厚度和硬度越大能量越不易穿過種皮，對種子作用效果越小，因此，較高的處理強(qiáng)度才會對種子產(chǎn)生顯著效果。與小種子相比，較大種子其單位表面積接收的輻射能量越多，因此所需的處理強(qiáng)度越小。Filatova等[28]研究表明，等離子體處理使谷類和豆類幼苗干重較對照顯著增加。Zhou等[29]也研究證實(shí)大氣壓等離子體處理能夠顯著增加番茄幼苗干重和苗高。該研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體處理明顯增加了隴東苜蓿、甘農(nóng)三號、甘農(nóng)七號苜蓿種子芽長和根長?？梢娎涞入x子體處理顯著促進(jìn)了隴東苜蓿、甘農(nóng)三號、甘農(nóng)七號苜蓿幼芽的生長。這可能與冷等離子體處理提高了幼芽相關(guān)代謝酶活性，特別是水解酶和氧化還原酶活性，加速了種子內(nèi)脂肪、蛋白質(zhì)和糖類等儲藏物質(zhì)的分解代謝，以及提高根系活力和促進(jìn)養(yǎng)分吸收有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）不同劑量的冷等離子體處理不同品種的紫花苜蓿種子后，進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與對照相比均有較明顯差異。說明冷等離子體對苜蓿種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)有顯著影響。但冷等離子體處理不同苜蓿品種時(shí)所對應(yīng)的最適供電功率不同，在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)，針對不同品種，應(yīng)首先做相關(guān)的試驗(yàn)，以確定最佳供電功率。

（2）冷等離子體處理隴東苜蓿的最佳供電功率為70 W，處理后種子發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、活力在指數(shù)（VI）分別提高5.85%、7.19%、10.83%、2.29%，幼苗丙二醛（MDA）含量降低2.33%;處理甘農(nóng)三號苜蓿的最佳處理功率為100 W，處理后種子GR、GP、GI、VI分別提高0.56%、7.48%、16.48%、23.21%，幼苗MDA含量降低21.91%;處理甘農(nóng)七號苜蓿的最佳功率為190 W，處理后種子GR、GP、GI、VI分別提高1.68%、13.75%、14.01%、24.97%，幼苗MDA含量降低35.71%。

（3）該技術(shù)對苜蓿種子室內(nèi)發(fā)芽具有重要影響，在生產(chǎn)上具有使用和推廣價(jià)值。

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