CN110622648A - 一种苜蓿种子处理方法及冷等离子体试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种苜蓿种子处理方法及冷等离子体试验平台，该苜蓿种子处理方法包括如下步骤：S1、将苜蓿种子放入到真空装置中，真空装置抽真空，然后充入氦气；S2、真空装置内置有冷等离子发生器，冷等离子发生器工作，产生真空紫外线，照射苜蓿种子，使苜蓿种子的生物大分子产生能量的跃迁。本发明并提供了一种冷等离子体试验平台，该冷等离子体试验平台包括真空装置、冷等离子发生器和内置于真空装置内的样品盘，该真空装置外连真空泵和氦气气源，所述冷等离子发生器包括内置于真空装置内的极板和与极板外连的射频发生器；所述真空装置与真空泵之间的连接管道上设置有截止阀；所述氦气气源与真空装置的连接管道上设置有放气阀。

Description

一种苜蓿种子处理方法及冷等离子体试验平台

技术领域

本发明涉及农业上的种子处理技术领域，尤其涉及一种苜蓿种子处理方法及冷等离子体试验平台。

背景技术

从20世纪70年代开始，国外科研人员就开始研究现代物理农业工程的单项技术，其中，低温等离子种子处理是俄罗斯科学家发明的一种种子处理新技术，该技术在俄罗斯及独联体国家已有一定的应用规模，中小型工厂化低温等离子种子处理企业已经出现。在美国、加拿大等国家也有这方面的报道。日本的研究发现，低温等离子处理有助于种子早发芽，促使作物提早成熟，经过低温等离子处理的种子可增加开花数量，提高作物产量。国外研究证明，低温等离子处理不仅具有电离辐射的能量作用过程，而且还具有质量沉积效应和电荷交换作用通过等离子束对种子的照射，可以激活种子胚内生命物质，并使种皮相对软化，加快种子萌发和出苗的速度，可表现出一定的增产效果，国内关于苜蓿种子处理的研究主要在微波、盐胁迫、水分胁迫、电场、镧离子、紫外线、超干旱等方面，而冷等离子体处理对苜蓿种子的影响仅是邵长勇等在苜蓿表观遗传中提出，但对处理工艺及影响指标均未进行分析。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种苜蓿种子处理方法及冷等离子体试验平台，利用冷等离子体种子机，在真空密闭、充入氖气等模拟太空环境下处理苜蓿种子，通过分析处理后苜蓿种子的各项发芽指标的差异，旨在探讨冷等离子体处理对苜蓿种子萌发的影响，以期为冷等离子体处理苜蓿种子技术推广提供参考。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种苜蓿种子处理方法，该苜蓿种子处理方法包括如下步骤：

S1、将苜蓿种子放入到真空装置中，真空装置抽真空，然后充入氦气；

S2、真空装置内置有冷等离子发生器，冷等离子发生器工作，产生真空紫外线，照射苜蓿种子，使苜蓿种子的生物大分子产生能量的跃迁。

作为对上述技术方案的改进，所述真空装置抽真空后的真空度小于5Pa。

作为对上述技术方案的改进，真空装置中通入氦气后，真空装置内的工作绝对压力为130～160Pa。

作为对上述技术方案的改进，冷等离子发生器的供电剂量为最小为0、70W、最大不大于370W。

作为对上述技术方案的改进，本发明并提供了一种冷等离子体试验平台，该冷等离子体试验平台包括真空装置、冷等离子发生器和内置于真空装置内的样品盘，该真空装置外连真空泵和氦气气源，所述冷等离子发生器包括内置于真空装置内的极板和与极板外连的射频发生器；所述真空装置与真空泵之间的连接管道上设置有截止阀；所述氦气气源与真空装置的连接管道上设置有放气阀。

作为对上述技术方案的改进，所述氦气气源包括两个并联的氦气瓶，每一个所述氦气瓶与真空装置的连接管道上设置有气体流量计。

作为对上述技术方案的改进，所述真空装置设置有真空装置门。

作为对上述技术方案的改进，本发明并提供了另外一种冷等离子体试验平台，该冷等离子体试验平台包括真空装置、冷等离子发生器；所述真空装置外连冷阱和氦气气源并通过冷阱连接真空泵；所述真空装置内设置有传送带，所述真空装置的进口端设置有进料斗，出口端设置有出料斗；所述真空装置包括相对设置的金属悬浮屏蔽外壳，所述冷等离子发生器包括内置于其中一个金属悬浮屏蔽外壳上的极板和与极板外连的射频发生器。

本发明的机理是：冷等离子体中的真空紫外线使作物种子的生物大分子产生能量的跃迁，即由基态跃迁到激发态，通过非电离辐射对生物活组织的影响，对种子产生积极的生物学效应，不同的非电离辐射可产生不同的生物学作用。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的苜蓿种子处理方法，利用冷等离子体试验平台模拟真空状态下进行密闭操作，即先抽成真空后，注入适量氦气，用氦气作为介质进行种子处理。本装置真空度小于5Pa，工作绝对压力为130～160Pa。在此工作环境下，可以有效提高种子活力，促进种子萌发和幼苗生长，并能提高幼苗缺水忍耐能力和保水力，有助于幼苗抗旱性的改善。该装置在模拟真空状态下进行密闭操作，即先抽成真空后，注入适量氦气，用氦气作为介质进行种子处理。本装置真空度小于5Pa，工作绝对压力为130～160Pa。在此工作环境下，可以有效提高种子活力，促进种子萌发和幼苗生长，并能提高幼苗缺水忍耐能力和保水力，有助于幼苗抗旱性的改善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1不同频率下陇东号苜蓿丙二醛含量示意图；

图2不同频率下甘农三号苜蓿丙二醛含量示意图；

图3不同频率下甘农七号苜蓿丙二醛含量示意图；

图4本发明的冷等离子体试验平台的结构示意图。

图5本发明的另一种冷等离子体试验平台的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的苜蓿种子处理方法，该苜蓿种子处理方法包括如下步骤：

S1、将苜蓿种子放入到真空装置中，真空装置抽真空，然后充入氦气；

S2、真空装置内置有冷等离子发生器，冷等离子发生器工作，产生真空紫外线，照射苜蓿种子，使苜蓿种子的生物大分子产生能量的跃迁。

所述真空装置抽真空后的真空度小于5Pa。真空装置中通入氦气后，真空装置内的工作绝对压力为130～160Pa。冷等离子发生器的供电剂量为最小为0、70W、最大不大于370W。

如图4所示，本发明并提供了一种冷等离子体试验平台，该冷等离子体试验平台包括真空装置2、冷等离子发生器和内置于真空装置2内的样品盘1，该真空装置2外连真空泵5和氦气气源，所述冷等离子发生器包括内置于真空装置内的极板和与板板外连的射频发生器6；所述真空装置2与真空泵之间的连接管道上设置有截止阀4；所述氦气气源与真空装置2的连接管道上设置有放气阀7。所述氦气气源包括两个并联的氦气瓶9，每一个所述氦气瓶9与真空装置2的连接管道上设置有气体流量计8。所述真空装置2设置有真空装置门3。

如图5所示，本发明并提供了另外一种冷等离子体试验平台，该冷等离子体试验平台包括真空装置、冷等离子发生器；所述真空装置外连冷阱11和氦气气源并通过冷阱11连接真空泵5；所述真空装置内设置有传送带13，所述真空装置的进口端设置有进料斗10，出口端设置有出料斗12；所述真空装置包括相对设置的金属悬浮屏蔽外壳14，所述冷等离子发生器包括内置于其中一个金属悬浮屏蔽外壳14上的极板16和与极板16外连的射频发生器6。

本发明的机理是：冷等离子体中的真空紫外线使作物种子的生物大分子产生能量的跃迁，即由基态跃迁到激发态，通过非电离辐射对生物活组织的影响，对种子产生积极的生物学效应，不同的非电离辐射可产生不同的生物学作用。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的苜蓿种子处理方法，利用冷等离子体试验平台模拟真空状态下进行密闭操作，即先抽成真空后，注入适量氦气，用氦气作为介质进行种子处理。本装置真空度小于5Pa，工作绝对压力为130～160Pa。在此工作环境下，可以有效提高种子活力，促进种子萌发和幼苗生长，并能提高幼苗缺水忍耐能力和保水力，有助于幼苗抗旱性的改善。态下进行密闭操作，即先抽成真空后，注入适量氦气，用氦气作为介质进行种子处理。本装置真空度小于5Pa，工作绝对压力为130～160Pa。在此工作环境下，可以有效提高种子活力，促进种子萌发和幼苗生长，并能提高幼苗缺水忍耐能力和保水力，有助于幼苗抗旱性的改善。

具体实践中操作如下：

1、材料与方法

1.1、试验材料，以甘农三号、甘农七号、陇东苜蓿为实验材料。

1.2、试验方法

1.2.1、种子处理

选择籽粒饱满、大小均匀的甘农三号、甘农七号、陇东苜蓿紫花苜蓿种子，由冷等离子体处理设备设置不同参数进行处理。分别设置供电剂量为0、70、100、130、160、190、220、250、280、310、340、370W的冷等离子体处理种子。

1.2.2、试验设计

将蒸馏水置于洗净消毒的培养皿中，至滤纸饱和，每个培养皿播入50粒经冷等离子体处理的苜蓿种子，每个处理各设4次重复。在20℃恒温光照培养箱内培养10d，每天观察种子萌发情况，并记录发芽数。

1.2.3、结果计算和表示

发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数的计算公式分别为：

发芽率(％)＝(发芽10天全部正常发芽的种子数/供试种子数)×100％；

发芽势(％)＝(第4d供试种子的发芽数/供试种子数)×100％；

发芽指数(GI)＝ΣGt/Dt。式中，Gt为在t日的发芽数，Dt为发芽天数；

活力指数(VI)＝GI×S。式中，GI为发芽指数，S为第10天的胚芽和胚根长度之和。

利用方差分析软件对试验数据进行单因素随机区组试验方差分析。

2、结果与分析

2.1、陇东苜蓿种子发芽试验结果表题在表上方6号黑体，三线图制表表内字体为6号宋体，数字TimesNewroman表内各量应标明其单位。

冷等离子体处理后陇东苜蓿种子各发芽指标及丙二醛含量随不同剂量冷等离子体处理的变化情况及显著性分析结果见表1与图1。

表1不同频率下陇东苜蓿的发芽指标

注:同列中不同小写字母表示冷等离子体处理苜蓿田间相关调查项目的显著性差异(P≤0.05)，下同

由表1可以看出，不同剂量的冷等离子处理陇东苜蓿种子后进行发芽试验，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与对照相比均有明显改变。当供电功率为340W时，处理后进行发芽试验的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均得到提高，发芽势比对照的提高幅度较为显著。

由图1可以看出，当频率为340W时，陇东苜蓿丙二醛含量差异显著，处理后进行发芽试验的发芽势增加7.78％、发芽率增加9.36％、发芽指数增加5.77％、活力指数增加16.09％，发芽势比对照的提高幅度较为显著，为最佳处理频率，与表1结果相一致。

2.2、甘农三号苜蓿种子发芽试验结果

冷等离子体处理后甘农三号苜蓿种子各发芽指标及丙二醛含量随不同剂量冷等离子体处理的变化情况及显著性分析结果见表2与图2。

表2不同频率下甘农三号苜蓿的发芽指标

由表2可以看出，不同剂量的冷等离子处理甘农三号苜蓿种子后进行发芽试验，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与对照相比并没有有明显改变。但当供电功率为220W时，处理进行发芽试验的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均略微提高。

由图2可以看出，当频率为220W时，甘农三号苜蓿丙二醛含量差异显著，为最佳处理频率，处理进行发芽试验的发芽势增加6.13％、发芽指数增加14.91％。与表2结果相一致。

2.3、甘农七号苜蓿种子发芽试验结果

冷等离子体处理后甘农七号苜蓿种子各发芽指标及丙二醛含量随不同剂量冷等离子体处理的变化情况及显著性分析结果见表3与图3。

表3不同频率下甘农七号苜蓿的发芽指标

由表3可以看出，不同剂量的冷等离子处理甘农七号苜蓿种子后进行发芽试验，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与对照相比均有改变。当供电功率为250W时，处理进行发芽试验的发芽率、发芽指数、活力指数均得到提高。

由图3可以看出，当频率为250W时，甘农七号苜蓿丙二醛含量差异显著，处理进行发芽试验的发芽率增加1.12％、发芽势增加9.76％、发芽指数增加11.08％、活力指数增加21.48％。为最佳处理频率，与表3结果相一致。

3、讨论

本研究利用冷等离子体种子处理机，在真空密闭、充入氖气等模拟太空环境下处理苜蓿种子，通过分析冷等离子体处理处理后不同品种紫花苜蓿种子的各项发芽指标的影响差异，得出处理后促进苜蓿种子萌发最佳剂量。发芽势和发芽率反应了种子的发芽整齐度和发芽数，发芽指数表示种子发芽速度，活力指数反映了种子的发芽速度和整齐度。本研究发现,冷等离子体处理对陇东苜蓿、甘农三号、甘农七号种子萌发有促进作用，340W处理对陇东苜蓿种子萌发的促进效果最显著，220W处理对甘农三号种子萌发的促进效果最显著，但是功率过高或过低对种子萌发无显著的影响。190W处理对甘农七号苜蓿种子萌发的促进效果最显著。冷等离子体种子处理技术在苜蓿种子的播前处理的应用方面得到有效结果。主要作用机理是通过辉光放电产生的等离子“渗透”种皮，与内部的生物大分子相互作用，使生物大分子产生基态到激发态的能量跃迁，大分子中包括种子萌发生理生化过程相关的酶，从而产生积极的生物学效应，具体表现在生理活性大大加强，潜在抗逆基因得到表达，提高了作物的生长活力和抗逆性，激发种子的萌发潜能，提升种子的生命活力、增强种子的健壮程度，加速种子内部各种酶的转化，提高可溶性糖含量，促进基因表达，达到提高产量、提高质量的目的。苜蓿的SOD、POD等酶的活性，此研究与等离子作用机理研究相同，等离子体种子处理对酶的激发可以对苜蓿发芽趋势产生影响，有利于在生产上大面积推广。

本研究也发现，冷等离子体处理明显增加了陇东苜蓿、甘农三号、甘农七号苜蓿种子鲜重、芽长和根长。可见冷等离子体处理显著促进了陇东苜蓿、甘农三号、甘农七号苜蓿幼芽的生长。这可能与冷等离子体处理提高了幼芽相关代谢酶活性，特别是水解酶和氧化还原酶活性，加速了种子内脂肪、蛋白质和糖类等储藏物质的分解代谢，以及提高根系活力和促进养分吸收有关。

4、结论

(1)从试验得出，不同剂量的冷等离子体处理不同品种的紫花苜蓿种子后，进行发芽试验，发芽势、发芽率和发芽指数、活力指数与对照相比均有较明显差异。说明冷等离子体对于苜蓿种子的发芽势、发芽率和发芽指数、活力指数有显著影响。说明冷等离子体处理时不同的苜蓿品种所对应的供电功率并不相同，在实践应用时，针对不同的品种，应首先做相关的实验，以确定最佳供电功率。

(2)当供电功率为340W时，处理陇东苜蓿进行发芽试验的发芽势增加7.78％、发芽率增加9.36％、发芽指数增加5.77％、活力指数增加16.09％，活力指数比对照的提高幅度较为显著；但当供电功率为280W时，处理甘农三号苜蓿进行发芽试验的发芽势增加6.13％、发芽指数增加14.91％。；当供电功率为190W时，处理甘农七号苜蓿进行发芽试验的发芽率增加1.12％、发芽势增加9.76％、发芽指数增加11.08％、活力指数增加21.48％。

(3)由图1至3得出当供电率分别为340W、220W、250W时分别处理陇东苜蓿、甘农三号、甘农七号苜蓿其丙二醛含量表现显著差异，为最佳处理频率，与发芽指标相一致。

Claims (8)

1.一种苜蓿种子处理方法，其特征在于：该苜蓿种子处理方法包括如下步骤：

S1、将苜蓿种子放入到真空装置中，真空装置抽真空，然后充入氦气；

S2、真空装置内置有冷等离子发生器，冷等离子发生器工作，产生真空紫外线，照射苜蓿种子，使苜蓿种子的生物大分子产生能量的跃迁。

2.如权利要求1所述的苜蓿种子处理方法，其特征在于：所述真空装置抽真空后的真空度小于5Pa。

3.如权利要求1所述的苜蓿种子处理方法，其特征在于：真空装置中通入氦气后，真空装置内的工作绝对压力为130～160Pa。

4.如权利要求1所述的苜蓿种子处理方法，其特征在于：冷等离子发生器的供电剂量为最小为0、70W、最大不大于370W。

5.一种冷等离子体试验平台，其特征在于：该冷等离子体试验平台包括真空装置、冷等离子发生器和内置于真空装置内的样品盘，该真空装置外连真空泵和氦气气源，所述冷等离子发生器包括内置于真空装置内的极板和与极板外连的射频发生器；所述真空装置与真空泵之间的连接管道上设置有截止阀；所述氦气气源与真空装置的连接管道上设置有放气阀。

6.如权利要求5所述的冷等离子体试验平台，其特征在于：所述氦气气源包括两个并联的氦气瓶，每一个所述氦气瓶与真空装置的连接管道上设置有气体流量计。

7.如权利要求5所述的冷等离子体试验平台，其特征在于：所述真空装置设置有真空装置门。

8.一种冷等离子体试验平台，其特征在于：该冷等离子体试验平台包括真空装置、冷等离子发生器；所述真空装置外连冷阱和氦气气源并通过冷阱连接真空泵；所述真空装置内设置有传送带，所述真空装置的进口端设置有进料斗，出口端设置有出料斗；所述真空装置包括相对设置的金属悬浮屏蔽外壳，所述冷等离子发生器包括内置于其中一个金属悬浮屏蔽外壳上的极板和与极板外连的射频发生器。