低溫等離子體活化水對(duì)菠菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響*

王 虹 閻 君 趙志勇 楊憲立，3**

（1. 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所，上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 奉賢 201403；2. 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，上海 奉賢 201403；3. 上?？屏⑻剞r(nóng)產(chǎn)品檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 閔行 201106）

菠菜（Spinacia oleraceaL.）為黎科菠菜屬一、二年生植物，富含維生素C、胡蘿卜素及多種礦物質(zhì)，營養(yǎng)價(jià)值較高，是人們餐桌上的常見蔬菜。菠菜種子有休眠期，且萌發(fā)過程受溫度等外界因素影響較大［1］，因此其發(fā)芽率較低、出苗整齊度較差。研究表明，采用熱處理、藥劑浸泡和光照處理［2-3］等措施可在一定程度上打破菠菜種子的休眠，提高種子發(fā)芽率。

近年來，低溫等離子體在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。經(jīng)低溫等離子體處理的水稱為低溫等離子體活化水（Plasma-activated water，PAW）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)入x子體與水發(fā)生作用時(shí)，水體中會(huì)產(chǎn)生活性氧（ROS）、活性氮（RNS）等多種活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)能有效打破種子休眠、殺滅種子表面多種病蟲害［4］。PAW 已被證實(shí)可促進(jìn)多種植物種子的萌發(fā)［5-6］。為探明PAW 對(duì)菠菜種子萌發(fā)的促進(jìn)效果，我們以空氣為放電氣體、飲用水為等離子體作用水，設(shè)計(jì)并產(chǎn)生不同放電電壓（25 kV、30 kV、35 kV）條件下的等離子體，分別得到3種等離子體活化水，研究其對(duì)菠菜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試菠菜種子為崇明小菠菜（無刺品種），由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

將100 mL 飲用水置于250 mL 燒杯中，把放電電極插入水（距液面2 cm）。分別設(shè)置放電電壓為25 kV、30 kV、35 kV，以空氣為放電氣體，控制流速為1 L/min。開啟電源開關(guān)，等離子體作用時(shí)間為10 min，制得不同PAW。

選籽粒飽滿、大小均勻的菠菜種子排放在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻排放50粒，加入飲用水及不同PAW 各15 mL。試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理，分別為飲用水、電壓25 kV 的T1 處理、電壓30kV 的T2 處理、電壓35 kV 的T3 處理，以飲用水為對(duì)照（ck），每個(gè)處理3 次重復(fù)。每天定時(shí)在培養(yǎng)皿中補(bǔ)充相應(yīng)處理溶液3 mL，并定期更換濾紙。培養(yǎng)條件為光周期12 h、光強(qiáng)100 μmol（/m2·s）、溫度25 ℃。

1.3 調(diào)查統(tǒng)計(jì)方法

處理后8 d內(nèi)，每天記錄各處理種子的發(fā)芽數(shù)，統(tǒng)計(jì)菠菜種子發(fā)芽率，計(jì)算發(fā)芽指數(shù)；處理后第12 d，每個(gè)處理隨機(jī)挑選5粒發(fā)芽種子測定其株高、莖粗、根長、葉和根的鮮質(zhì)量，同時(shí)取樣測定幼苗葉綠素含量。葉和根的鮮質(zhì)量用電子天平秤測定，莖粗用游標(biāo)卡尺測量，株高用直尺測量，葉綠素含量采用95%乙醇提取法測定［7］。使用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS軟件中的新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

發(fā)芽率（%）=（8 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

式中：Gt為時(shí)間t的發(fā)芽數(shù)（個(gè)），Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)（d）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同PAW處理對(duì)菠菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響

不同PAW 處理菠菜種子8 d 內(nèi)的發(fā)芽率見圖1，不同PAW 處理對(duì)菠菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響見圖2。

圖1 不同PAW處理菠菜種子8 d內(nèi)的發(fā)芽率

圖2 不同PAW處理對(duì)菠菜種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖1可知，飲用水（ck）處理菠菜種子的發(fā)芽高峰期在第6 d（發(fā)芽率為26.67%），T1（25kV）、T2（30kV）、T3（35kV）處理菠菜種子的發(fā)芽高峰期在第5 d或第4 d，發(fā)芽率分別為28%、30%和26%。

由圖2 可以看出，各PAW 處理菠菜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)較飲用水（ck）顯著提高。T1（25kV）、T2（30kV）和T3（35kV）處理菠菜種子的發(fā)芽率分別較飲用水（ck）提高了12.04%、16.67%、19.44%，發(fā)芽指數(shù)分別較飲用水（ck）提高了18.61%、26.79%、41.47%。

2.2 不同PAW處理對(duì)菠菜幼苗生長的影響

不同PAW處理對(duì)菠菜幼苗生長的影響見表1。

表1 不同PAW處理對(duì)菠菜幼苗生長的影響

由表1可知，各PAW 處理菠菜幼苗的長勢較飲用水（ck）明顯增強(qiáng)，且隨著電壓的增加，效果越明顯。其中，T3（35kV）處理菠菜的株高、莖粗、根長、葉鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量顯著提高，分別較飲用水（ck）提高80.20%、67.78%、38.69%、168.89%、281.82%；T2（30kV）處理次之，菠菜的莖粗和葉鮮質(zhì)量與T3（35kV）處理差異不顯著，但顯著高于飲用水（ck）和T1（25kV）處理。

2.3 不同PAW處理對(duì)菠菜幼苗色素含量的影響

不同PAW處理對(duì)菠菜幼苗色素含量的影響見圖3。

由圖3 可以看出，各PAW 處理影響菠菜幼苗色素的含量。各PAW 處理菠菜幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿卜素含量較飲用水（ck）顯著提高。其中，T3（35kV）處理菠菜幼苗的葉綠素含量最高，其葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量分別較飲用水（ck）增加76.42%、78.43%和76.28%；T2（30kV）處理菠菜幼苗的類胡蘿卜素含量顯著高于其他處理，較飲用水（ck）增加83.28%。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，各PAW 處理菠菜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)較飲用水（ck）顯著提高，其中T3（35kV）處理菠菜種子的萌發(fā)高峰期較飲用水（ck）提前2 d、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別較飲用水（ck）提高19.44%和41.47%。這與前人研究結(jié)果相符，水經(jīng)低溫等離子體處理產(chǎn)生的活性氧（ROS）及活性氮（RONS）等物質(zhì)，作為正調(diào)控信號(hào)分子抑制了菠菜種子的休眠并加速了種子萌發(fā)［8-10］。各PAW 處理菠菜幼苗的長勢較飲用水（ck）明顯增強(qiáng)，其中T3（35kV）處理菠菜的株高、莖粗、根長、葉鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量較飲用水（ck）顯著提高，分別提高了80.20%、67.78%、38.69%、168.89%、281.82%。各PAW 處理菠菜幼苗葉綠素和類胡蘿卜素等植物色素的含量較飲用水（ck）顯著提高，這可能是由于PAW 中產(chǎn)生了硝酸鹽、亞硝酸鹽及一氧化氮等物質(zhì)，這些物質(zhì)作為氮源［8］促進(jìn)了植物生長，同時(shí)在一定程度上促進(jìn)了植物色素的合成。Stoleru 等［11］的研究也表明，PAW 處理可顯著增加生菜的色素含量。

總之，在本試驗(yàn)條件下，PAW 處理可顯著促進(jìn)菠菜種子萌發(fā)及幼苗生長，其中最優(yōu)處理為T3（35kV）。建議進(jìn)一步研究PAW 的理化性質(zhì)、處理時(shí)間，及其對(duì)不同菠菜品種的作用效果，為PAW 在菠菜種子萌發(fā)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。