冷等離子體處理對紫花苜蓿種子萌發和幼苗MDA含量的影響

馬玉婷 米敏 白梅梅

摘要 運用冷等離子體種子處理技術（CPT）對不同品種紫花苜蓿種子進行非電離幅射處理，研究該技術對苜蓿種子萌發機制的影響。利用不同劑量的冷等離子體處理苜蓿種子，經過室內發芽試驗，研究苜蓿的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數以及丙二醛含量。結果表明，經0～310 W不同劑量冷等離子體處理后，種子各發芽指標及丙二醛（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芽優勢。說明該技術對苜蓿種子室內發芽具有重要影響，在生產上具有使用和推廣價值。冷等離子體處理隴東苜蓿的最佳供電功率為70 W，處理后種子發芽率（GR）、發芽勢（GP）、發芽指數（GI）、活力指數（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%。

關鍵詞 冷等離子體;苜蓿種子;萌發;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生能量的躍遷，即由基態躍遷到激發態，通過非電離輻射對生物活組織的影響，對種子產生積極的生物學效應，不同的非電離輻射可產生不同的生物學作用[17]。

1.1.2 試驗材料。試驗于2018年3月在甘肅農業大學草業實驗室進行。供試苜蓿品種為甘農三號、甘農七號、隴東苜蓿，經冷等離子體處理后，放在洗凈消毒墊有濾紙的培養皿中進行試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理。選擇籽粒飽滿、大小均勻的甘農三號、甘農七號、隴東苜蓿種子，由冷等離子體處理設備設置不同參數進行處理。分別設置供電劑量為 0、70、100、130、160、190、220、250、280、310 W的冷等離子體處理種子。

1.2.2 試驗設計。將蒸餾水置于洗凈消毒的培養皿中，至濾紙飽和，每個培養皿播入50粒經冷等離子體處理的苜蓿種子，每個處理各設4次重復。在 20 ℃恒溫光照培養箱內培養10 d，以胚芽達到種子長50%作為發芽標準。每天觀察種子萌發情況，并記錄發芽數。

1.3 測量指標與方法

1.3.1 種子發芽指標。

發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數的計算公式：

發芽率=（10 d全部正常發芽的種子數/供試種子數）×100%

發芽勢=（第4天供試種子的發芽數/供試種子數）×100%

發芽指數（GI）=Gt/Dt式中，Gt為在t天的發芽數，Dt為發芽天數。

活力指數（VI）=GI×S式中，GI 為發芽指數，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，利用在532 nm波長處有最大光吸收的有色三甲基復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 數據分析與處理 采用SPSS 25.0軟件進行ANOVA統計分析，采用ORIGIN 8.5作圖，采用Duncan 法進行方差分析和差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 冷等離子體處理對不同苜蓿品種種子萌發的影響

2.1.1

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

2.1.2 甘農三號。

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

2.1.3 甘農七號。隨著處理功率的增大，各項指標呈上升-下降-上升-下降的趨勢，對發芽率影響較小，對發芽勢、發芽指數、活力指數影響較大。處理功率為160～220 W時，各指標均明顯提高，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芽率的影響較小，對發芽勢、發芽指數、活力指數的影響較大，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芽勢、發芽指數、活力指數，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芽指標的影響

2.2.1 發芽率。

冷等離子體處理對不同品種苜蓿發芽率均有影響，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，這可能是因為未處理情況下3種苜蓿種子中隴東苜蓿種子發芽率最低，因此冷等離子體處理能較大幅度地提高種子發芽率;冷等離子體處理對甘農三號苜蓿和甘農七號苜蓿種子發芽率影響較小，可能是由于這2個品種本身的發芽率較高，處理后發芽率可以提高的程度不大（圖5）。

2.2.2 發芽勢。

冷等離子體處理對3種苜蓿種子的發芽勢均有影響，且處理后各品種種子發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，發芽勢基本呈上升-下降-上升-下降的趨勢，其中甘農三號苜蓿種子發芽勢對處理的敏感度相對最低，100和280 W時發芽勢明顯提高。處理功率在70和190 W左右時，隴東苜蓿和甘農三號的發芽勢顯著提高，處理功率在100和310 W時甘農七號的發芽勢明顯提高（圖6）。

2.2.3 發芽指數?？傮w而言，3種苜蓿品種中，甘農七號種子發芽指數最高，隴東苜蓿種子發芽指數最低。冷等離子體處理對3種苜蓿種子發芽指數均有影響。隨著處理功率的提高，發芽指數基本呈上升-下降-上升-下降的趨勢。其中，處理功率為70、160 W隴東苜蓿種子發芽指數顯著提高，處理功率為100、250 W甘農三號苜蓿種子發芽指數顯著提高，處理功率為190 W附近隴東苜蓿種子發芽指數顯著提高。隴東苜蓿和甘農三號苜蓿對等離子體處理較敏感（圖7）。

2.2.4 活力指數。

隴東苜?；盍χ笖底畹?，甘農三號最高，甘農三號種子活力指數對等離子體處理敏感度最高，100 W時達到最大;隴東苜蓿對處理功率的敏感度最低，220 W時達到最高（圖8）。

2.3 丙二醛含量

植物器官衰老或在逆境下遭到傷害，往往發生膜脂過氧化作用。丙二醛是膜脂過氧化的最終分解產物，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?？鼓嫘宰顝?，各處理下丙二醛含量均最低;甘農三號苜?？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，當處理功率為70 W時，MDA含量較對照降低2.33%;對于甘農三號和甘農七號苜蓿，處理后丙二醛含量較對照均明顯降低，其中甘農三號苜蓿，當處理功率分別為100和220 W時，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

發芽勢和發芽率反映了種子的發芽整齊度和發芽數，發芽指數表示種子發芽速度，活力指數反映了種子的發芽速度和整齊度[19]。該研究發現，冷等離子體處理對隴東苜蓿、甘農三號、甘農七號種子萌發有促進作用，明顯提高苜蓿種子發芽勢、發芽指數和活力指數，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，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，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，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，GR、GP、GI、VI分別提高2.79%、7.98%、17.20%、12.39%，MDA含量降低16.55%。因此在考慮節能的情況下100 W為甘農三號苜蓿最佳處理功率。對于甘農七號苜蓿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，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，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，在考慮節能的情況下190 W為甘農七號苜蓿最佳處理功率。

研究發現冷等離子體處理顯著促進種子萌發[20]。erá等[21]研究發現，冷等離子體處理顯著提高小麥種子發芽率。Dhayal等[22]也證實了較低功率等離子體處理能夠提高紅花種子的發芽率，功率過高會降低種子發芽率。但Volin等[23]研究發現碳氟等離子體抑制玉米和菜豆種子萌發，產生這一現象的原因可能是該研究采用惰性氣體碳氟作為介質處理種子，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。該試驗采用的等離子體介質氣體是氦氣，氦氣等離子體處理能夠提高種子的吸水性，提高種子發芽率[24]。種子經等離子體處理后，一方面，種子細胞內的帶電離子與光相互作用而使種子細胞吸收輻射能量[25]，使種子成分電離和發生電性變化，促使種子活化，激活種子α-淀粉酶、蛋白酶等的活性，從而促進種子萌發[26]。另一方面，種皮表面形成了很多ROS，能夠改變種皮結構，增加種皮親水性和通透性，使外部的水分和氧迅速進入種子[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。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，較高的處理強度才會對種子產生顯著效果。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。該研究發現，冷等離子體處理明顯增加了隴東苜蓿、甘農三號、甘農七號苜蓿種子芽長和根長?？梢娎涞入x子體處理顯著促進了隴東苜蓿、甘農三號、甘農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，加速了種子內脂肪、蛋白質和糖類等儲藏物質的分解代謝，以及提高根系活力和促進養分吸收有關。

4 結論

（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，進行發芽試驗，發芽勢、發芽率和發芽指數、活力指數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芽勢、發芽率和發芽指數、活力指數有顯著影響。但冷等離子體處理不同苜蓿品種時所對應的最適供電功率不同，在實踐應用時，針對不同品種，應首先做相關的試驗，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，處理后種子發芽率（GR）、發芽勢（GP）、發芽指數（GI）、活力在指數（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）該技術對苜蓿種子室內發芽具有重要影響，在生產上具有使用和推廣價值。

參考文獻

[1] 郝學金，秦建國.低溫等離子種子處理研究初報[J].山西農業科學，1998，26（2）：39-41.

[2] 李瑞福.等離子體機種子處理技術[J].北方水稻，2010（4）：52-53.

[3] 尹美強.磁化弧光等離子體對種子生物效應的研究[D].大連：大連理工大學，2006.

[4]張宇航，張景樓，王清發.物理方法在甜菜種子處理上的應用[J].中國甜菜糖業，2005（2）：20-22.

[5] 黃明鏡，馬步洲，岳艷翠，等.等離子體對種子活力及抗旱性的影響[J].干旱地區農業研究，2002，20（1）：65-68.

[6] 徐志瑩，陳波，魏振.不同種子處理方法對玉米產量的影響[J].農業科技與裝備，2011（4）：15-16.

[7] 劉山，歐陽西榮，聶榮邦.物理方法在作物種子處理中的應用現狀與發展趨勢[J].作物研究，2007，21（S1）：520-524.

[8] 邵長勇，王德成，唐欣，等.弧光磁化等離子體種子處理裝備應用現狀及發展趨勢[J].中國種業，2012（8）：1-3.

[9] 李波，焦德志，戰春巖.微波處理苜蓿種子發芽率及其幼苗抗旱性的影響[J].種子，2006，25（12）：28-30.

[10] 霍平慧，李劍峰，師尚禮，等.鹽脅迫對超干處理苜蓿種子萌發及幼苗生長的影響[J].草原與草坪，2011，31（1）：13-18.

[11] 秦芳.微波處理對甘肅省4個苜蓿地方品種抗旱性的影響[J].草業科學，2004，21（11）：41-43.

[12] 征榮，許月英，楊體強，等.電場處理苜蓿種子對其幼苗期生長的影響[J].內蒙古大學學報（自然科學版），2002，33（3）：359-362.

[13] 邵長勇，王德成，楊鵬，等.基于冷等離子體種子處理技術的苜蓿表觀遺傳研究[J].中國種業，2015（3）：12-14.

[14] 于亞學，呂雪松，李富娟.等離子體種子處理技術的推廣應用[J].農業開發與裝備，2011（1）：19-20.

[15] 任衛波，陳立波，郭慧琴，等.紫花苜蓿耐寒越冬性研究進展[J].中國草地學報，2008，30（2）：104-108.

[16] 邵長勇，方憲法，唐欣，等.冷等離子體處理對大蔥種子發芽特性的影響[J].農業機械學報，2013，44（6）：201-205.

[17] 邵長勇，王德成，劉亮東，等.冷等離子體種子播前處理技術研究動態及展望[J].中國種業，2014（12）：1-4.

[18] 李生軍.低溫脅迫對唐古特莨菪脯氨酸、丙二醛含量的影響研究[J].農民致富之友，2018（20）：33.

[19] 田雨，楊文治，梁發茂，等.低溫冷凍處理對水稻種子發芽勢和發芽率的影響[J].農業科技通訊，2018（12）：94，276.

[20] ZHOU Z W，HUANG Y F，YANG S Z，et al.Introduction of a new atmospheric pressure plasma device and application on tomato seeds [J].Agri Sci，2011，2（1）：23-27.

[21]? ER B，PATENKA P，ERY' M，et al.Influence of plasma treatment on wheat and oat germination and early growth [J].IEEE T Plasma Sci，2010，38（10）：2963-2968.

[22] DHAYAL M，LEE S Y，PARK S U.Using lowpressure plasma for Carthamus tinctorium L.seed surface modification [J].Vacuum，2006，80：499-506.

[23] VOLIN J C，DENES F S，YOUNG R A，et al.Modification of seed germination performance through cold plasma chemistry technology [J].Crop Sci，2000，40（6）：1706-1718.

[24] 范月君，蘆光新，徐成體，等.冷等離子體處理對2種豆科牧草種子發芽及幼苗生長的影響 [J].種子，2016，35（8）：47-49.

[25] 黃明鏡，尹美強.等離子體對干旱脅迫下小麥種子萌發的生物學效應[J].中國農學通報，2010，26（23）：204-207.

[26] 夏麗華，張春玉.磁場處理對番茄種子活力及苗期長勢的影響[J].東北師大學報（自然科學版），1999（3）：66-69.

[27] DOBRYNIN D，FRIDMAN G，FRIEDMAN G，et al.Physical and biological mechanisms of direct plasma interaction with living tissue [J].New J Phys，2009，30（11）：20-46.

[28] FILATOVA I，AZHARONOK V，KADYROV M，et al.The effect of plasma treatment of seeds of some grains and legumes on their sowing quality and productivity [J].Rom J Phys，2011，56：139-143.

[29] ZHOU Z W，HUANG Y F，YANG S Z，et al.Introduction of a new atmospheric pressure plasma device and application on tomato seeds [J].Agri Sci，2011，2（1）：23-27.

安徽農業科學，J.Anhui Agric.Sci. 2020，48（8）：11-17