冷等離子體處理對(duì)不結(jié)球白菜種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量的影響

劉金平，孫菲菲，王 夏

（1.臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院 浙江臺(tái)州 318020；2.南京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 南京 210000；3.南京市蔬菜科學(xué)研究所 南京 210042）

冷等離子體是導(dǎo)體，是物質(zhì)的第四態(tài)。冷等離子體處理種子技術(shù)是一項(xiàng)物理農(nóng)業(yè)技術(shù)[1]，主要是通過(guò)冷離子體激活種子內(nèi)源物質(zhì)，使作物提高抗逆性，從而提高種子發(fā)芽率[2-3]，增加作物產(chǎn)量，提早作物果實(shí)收獲時(shí)間[4]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多專家、學(xué)者均開(kāi)展該項(xiàng)技術(shù)研究。Ghasempour 等[5]研究表明，冷等離子體可啟動(dòng)種子內(nèi)部機(jī)制，改善幼苗性能、調(diào)節(jié)次生代謝循環(huán)、調(diào)控乙酰轉(zhuǎn)移酶基因的表達(dá)。許東恒等[6]研究表明，等離子體不同劑量處理花生種子，明顯提高苗期根系數(shù)量、根系長(zhǎng)度、下針期株高和下針率，且比對(duì)照增產(chǎn)增效。方向前等[7]研究表明，等離子體處理的大豆種子能明顯提高苗期的根系數(shù)，并提高開(kāi)花率、結(jié)莢率，且等離子體處理大豆種子的最佳次數(shù)為2 次，增產(chǎn)、增收效果顯著，這可為大豆優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效栽培技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供有力的理論支撐。周筑文等[8]研究表明，等離子體處理的玉米植株性狀、產(chǎn)量和抗病蟲(chóng)能力均比對(duì)照（未處理）明顯提高，植株株高提高15～20 cm，穗位高提高5 cm 左右，每株果穗數(shù)增加1～2 個(gè)，果穗長(zhǎng)增加1～3 cm，產(chǎn)量增加0.1～0.5 kg·株-1，其中，以電流1500 mA 等離子體處理效果最佳。湯小婷等[9]研究發(fā)現(xiàn)，等離子體處理提高了穿心蓮種子活力，促進(jìn)幼苗和植株生長(zhǎng)，增強(qiáng)植株抗逆性。

目前關(guān)于冷等離子體處理在十字花科植物中研究不多，在西藍(lán)花芽苗生產(chǎn)和貯藏品質(zhì)研究方面[10-11]有報(bào)道，在白菜類蔬菜中的應(yīng)用研究較少。在課題組前期冷等離子體處理番茄、辣椒種子試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者的試驗(yàn)設(shè)置不同劑量冷等離子體處理不結(jié)球白菜種子，探究其對(duì)不結(jié)球白菜種子萌發(fā)、生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為葉菜類優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效栽培技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供有力的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為達(dá)美青梗菜，由南京市蔬菜科學(xué)研究所提供。試驗(yàn)地點(diǎn)位于南京市蔬菜科學(xué)研究所橫溪科技園區(qū)溫室大棚內(nèi)，供試土壤基本肥力為有機(jī)質(zhì)含量（w，后同）28.49 g·kg-1，全氮（N）含量1.56 g·kg-1，速效磷（P2O5）含量1 013.66 mg·kg-1，速效鉀（K2O）含量347.40 mg·kg-1，土壤pH 值為6.42。供試?yán)涞入x子體種子處理機(jī)為常州中科常泰等離子體科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)采取單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)5 個(gè)處理，其中以未經(jīng)冷等離子體處理的種子作為對(duì)照（CK），冷等離子體處理T1、T2、T3、T4、T5 的功率分別為40、60、80、100、120 W。每個(gè)冷等離子體處理設(shè)3 次重復(fù)，每重復(fù)種子量為100 粒，處理時(shí)間均為18 s。通過(guò)調(diào)控試驗(yàn)裝置，采用不同的功率處理蔬菜種子。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗(yàn) 2021 年8 月3 日處理種子，處理過(guò)的種子經(jīng)浸種吸脹后置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每重復(fù)處理100 粒。將培養(yǎng)皿放到GXZ 人工智能光照培養(yǎng)箱內(nèi)避光培養(yǎng)，溫度23 ℃。

1.2.3 溫室觀測(cè) 2021 年8 月24 日處理種子，經(jīng)過(guò)浸種催芽，25 日播種于裝有混合基質(zhì)的72 穴育苗盤中。9 月21 日將具有3～4 片真葉的蔬菜苗定植于日光溫室內(nèi)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)冷等離子體處理包括設(shè)3 次重復(fù)試驗(yàn)，共需設(shè)18 個(gè)小區(qū)，單個(gè)小區(qū)面積為 36.0 m2（4.0 m×9.0 m）。行距25 cm，株距20 cm，整個(gè)生育期各處理的水肥管理一致。11 月25 日進(jìn)行采收。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 種子發(fā)芽指標(biāo) 從種子置床之日開(kāi)始，每隔24 h 觀察種子萌發(fā)情況并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)（種子發(fā)芽試驗(yàn)以子葉露出為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)），連續(xù)統(tǒng)計(jì)7 d。參照GB/T 3543.4－1995[12]，以第3 天統(tǒng)計(jì)的累積發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，以第7 天統(tǒng)計(jì)的累積發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽率。采用3，5-二硝酸水楊酸法[13]測(cè)定萌發(fā)種子的α-淀粉酶活性，采用電導(dǎo)儀法[14]測(cè)定種子的電導(dǎo)率。

其中，Gt為不同時(shí)間的發(fā)芽數(shù)，Dt為不同的發(fā)芽試驗(yàn)時(shí)間。

S為幼苗干質(zhì)量。

1.3.2 生長(zhǎng)指標(biāo) 于定植后80 d 采收，每小區(qū)隨機(jī)取3 個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)取5 株，用直尺測(cè)定株高（cm）和根長(zhǎng)（cm），取平均值。收獲時(shí)，去除邊行優(yōu)勢(shì)，每小區(qū)隨機(jī)取樣7.0 m2（1.4 m×5.0 m）進(jìn)行產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，然后折算成667 m2產(chǎn)量。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo) 采收后每處理隨機(jī)取3～5 株青梗菜，混合取葉片，測(cè)定維生素C、硝酸鹽、亞硝酸鹽和葉綠素等的含量。各指標(biāo)測(cè)定方法[15-17]如下：采用2% 的草酸浸提-酚二磺酸比色法測(cè)定維生素C含量；采用蒸餾水浸提-紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽含量；采用磺胺比色法測(cè)定亞硝酸鹽含量；采用80%丙酮浸提法測(cè)定葉綠素含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2010 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 22.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Duncan’s多重比較，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量冷等離子處理對(duì)不結(jié)球白菜種子萌發(fā)的影響

由表1 可以看出，冷等離子體處理對(duì)不結(jié)球白菜種子的萌發(fā)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，不同功率冷等離子體的處理效果不同，不同劑量冷等離子體處理對(duì)不結(jié)球白菜種子萌發(fā)均有促進(jìn)作用。其中40～80 W范圍冷等離子體處理下，隨著功率的升高各項(xiàng)種子萌發(fā)指標(biāo)值逐漸增加，80 W 處理下各指標(biāo)值達(dá)到最高，80～120 W 范圍冷等離子體處理，隨著處理功率的升高，種子的各項(xiàng)指標(biāo)值均下降。

與對(duì)照相比，各處理下不結(jié)球白菜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)雖均有所增加，但均未達(dá)顯著差異水平。80 W 和100 W 處理下的種子活力指數(shù)均顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照提高28.64%和23.24%。

α-淀粉酶活性和電導(dǎo)率都是判斷種子優(yōu)劣和活力高低的重要指標(biāo)。由表1 可知，隨著冷等離子體劑量的增加，α-淀粉酶活性表現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢(shì)，電導(dǎo)率表現(xiàn)出先下降后升高的變化趨勢(shì)。其中α-淀粉酶活性越高，說(shuō)明種子活性越強(qiáng)。與對(duì)照相比，除40 W 處理外，其他不同劑量冷等離子體處理后，不結(jié)球白菜種子的α-淀粉酶活性均有所增強(qiáng)，其中80 W 處理提高最多，顯著提高了116.81%，其次是100 W 處理，也顯著提高了63.87%。各處理下種子浸泡液的電導(dǎo)率也都低于對(duì)照。80 W 處理的不結(jié)球白菜種子浸泡液電導(dǎo)率最低，為16.36 μS·cm-1。

表1 不同劑量冷等離子體處理對(duì)不結(jié)球白菜種子萌發(fā)的影響

2.2 不同劑量冷等離子處理對(duì)定植后不結(jié)球白菜幼苗生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

由表2 可以看出，冷等離子體處理后不結(jié)球白菜的株高和根長(zhǎng)表現(xiàn)出與種子萌發(fā)同樣的變化趨勢(shì)，即40～80 W 冷等離子體劑量范圍內(nèi)隨著劑量的增加，不結(jié)球白菜株高和根長(zhǎng)逐漸增加；80～120 W范圍內(nèi)隨著冷等離子體劑量的增加，不結(jié)球白菜株高和根長(zhǎng)逐漸減少。不同劑量冷等離子體均能促進(jìn)不結(jié)球白菜的生長(zhǎng)，且各處理下幼苗的株高和根長(zhǎng)均高于對(duì)照，其中80 W 處理下株高和根長(zhǎng)最長(zhǎng)，分別為22.15 cm 和19.74 cm，顯著高于對(duì)照。

表2 不同劑量冷等離子體處理對(duì)不結(jié)球白菜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

各冷等離子體處理下不結(jié)球白菜的產(chǎn)量均高于對(duì)照，40～80 W 處理單株質(zhì)量和667 m2產(chǎn)量逐漸增加，80～120 W 處理下逐漸減少。其中80 W 冷等離子處理下不結(jié)球白菜單株質(zhì)量和667 m2產(chǎn)量最高，667 m2產(chǎn)量比對(duì)照顯著高47.79%；其次是100 W 處理，不結(jié)球白菜667 m2產(chǎn)量顯著高于對(duì)照35.97%。

2.3 不同劑量冷等離子處理對(duì)不結(jié)球白菜品質(zhì)的影響

由表3 可以看出，各冷等離子體處理下不結(jié)球白菜的維生素C 含量均大幅度提高，60～120 W 處理下維生素C 含量顯著高于CK，其中100 W 處理的含量最高，達(dá)到269.38 mg·kg-1，其次為120 W 處理。葉綠素含量也有相同的變化趨勢(shì)，除40 W 和60 W 處理以外，其他各功率的處理與CK 差異顯著，其中100 W 處理下葉綠素含量增加了63.89%。與對(duì)照相比，除40 W 冷等離子體處理外，其他處理不結(jié)球白菜硝酸鹽含量都有所降低。不同功率的冷等離子體處理下，不結(jié)球白菜葉片中亞硝酸鹽含量沒(méi)有顯著差異。冷等離子體處理下，不結(jié)球白菜葉片含水率與對(duì)照相比有所下降，但無(wú)顯著差異。

表3 不同劑量冷等離子體處理對(duì)不結(jié)球白菜品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

在播種前用等離子體種子處理機(jī)對(duì)種子進(jìn)行處理，可以使蔬菜顯著增產(chǎn)[18-19]。等離子體種子處理技術(shù)就是提高種子活力的技術(shù)，前人研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體種子處理可明顯促進(jìn)大豆[20]和芥菜[21]種子等萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。在筆者的試驗(yàn)中，經(jīng)不同劑量冷等離子體處理后，不結(jié)球白菜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較對(duì)照增加，80 W 和100 W 處理的不結(jié)球白菜種子活力指數(shù)顯著高于對(duì)照。這可能是因?yàn)槔涞入x子體發(fā)出的能量作用于種子，激發(fā)了種子的潛能，提高了種子的活力，增強(qiáng)了種子的健壯度。冷等離子體處理后的不結(jié)球白菜種子的α-淀粉酶活性有所增強(qiáng)，種子浸泡液的電導(dǎo)率均低于對(duì)照，說(shuō)明了冷等離子體處理能夠有效提升不結(jié)球白菜種子活力。這一點(diǎn)與方向前等[22]、周筑文等[23]研究一致。筆者研究中種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比并沒(méi)有顯著改善，可能與試驗(yàn)種子質(zhì)量有關(guān)。

前人研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體處理種子后能促進(jìn)蔬菜作物生長(zhǎng)，提高蔬菜作物質(zhì)量、產(chǎn)量。Maria等[24]研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體種子處理可顯著促進(jìn)大豆種子萌發(fā)，改善生長(zhǎng)發(fā)育、提高大豆產(chǎn)量。胡尊瑞等[25]運(yùn)用冷等離子體種子處理技術(shù)對(duì)黃瓜種子進(jìn)行小于20 s 非電離幅射處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同劑量冷等離子體處理后，黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率都顯著高于對(duì)照，移栽期田間植株干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、株高、葉面積、有雌蕊株比例都高于對(duì)照，其中80 W 是最佳處理功率。筆者的試驗(yàn)中，冷等離子體處理后，不結(jié)球白菜的株高和根長(zhǎng)比對(duì)照有所增加，單株質(zhì)量和667 m2產(chǎn)量比對(duì)照有所提高，且都表現(xiàn)出40～120 W 范圍內(nèi)先增加后減少的趨勢(shì)，80 W 處理達(dá)到最高，與前人研究結(jié)果一致。

筆者研究還發(fā)現(xiàn)，冷等離子體處理種子后，不結(jié)球白菜葉片的維生素C 含量、葉綠素含量均有不同程度增加，葉片含水率未有顯著變化。除40 W處理外，其他處理葉片硝酸鹽含量均比對(duì)照有不同程度下降，但差異不顯著。這可能是因?yàn)槔涞入x子體處理能夠激活作物種子的內(nèi)源物質(zhì)，引發(fā)一些潛在基因活躍[26]，激發(fā)酶活性[27]，不結(jié)球白菜種子生理代謝加快，影響幼苗株高和根長(zhǎng)，使植株生長(zhǎng)旺盛[28]，維生素C 含量和葉綠素含量增加[29]，且提高了肥料的有效利用率，使土壤中的養(yǎng)分更多地被作物所吸收，從而提高產(chǎn)量，改善蔬菜作物的品質(zhì)[30-32]。筆者研究表明，適宜功率的冷等離子體處理蔬菜種子，可以改善不結(jié)球白菜達(dá)美的品質(zhì)。故下一步也可探究十字花科其他蔬菜對(duì)冷等離子體處理的敏感性，以期獲得標(biāo)準(zhǔn)的誘導(dǎo)效率，為綠葉菜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效栽培提供有力的技術(shù)支撐。

綜上所述，冷等離子體處理不結(jié)球白菜種子能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和活力指數(shù)，使種子α-淀粉酶活性增強(qiáng)和種子浸泡液電導(dǎo)率減弱，達(dá)到提高種子活力、增強(qiáng)種子健壯度、出苗迅速整齊的目的。冷等離子體處理還可促進(jìn)不結(jié)球白菜幼苗生長(zhǎng)，使株高和根長(zhǎng)增加，產(chǎn)量提高，還可提升維生素C、硝酸鹽、葉綠素、亞硝酸鹽含量等品質(zhì)指標(biāo)。其中80～100 W 的冷等離體處理對(duì)不結(jié)球白菜種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及產(chǎn)量提高的效果最好。