等离子体技术在种子处理领域的研究现状

李帅 曾英男

摘 要：等离子体技术作为一种新型处理技术，具有工作效率高、环保和适用性强等特点，广泛应用于农业生产中。该文阐述了等离子体的基本概念及其放电方式，综述了等离子体技术在种子处理中的研究进展，分析了其作用机理，旨在为等离子体技术在种子处理中的应用研究提供参考。

关键词：等离子体;种子;研究现状

中图分类号 S232.9 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）24-0088-03

Research on the Application of Low Tmperature Plasma in Seed Treatment

LI Shuai et al.

（Ji Lin Institute of Agricuitural Science and Technology， Jilin 132101， China）

Abstract： As a new type of processing technology， plasma technology has the characteristics of high work efficiency， environmental protection and strong applicability， is widely used in agricultural production. This paper summarized the basic concepts of plasma and its discharge method， discusses the research progress of plasma technology in seed treatment， and analyzes its mechanism of action， aiming to provide constructive opinions on the application of plasma technology and provide future. This review could provide reference for plasma technology application on a seed treatment.

Key words： Plasma; Seed; Research status

等離子体表面处理技术是通过对气体施加足够的能量使之离化为等离子状态。该技术具有工作效率高、环保和适用性强等优点，在材料科学、食品工业和生物医学等领域得到广泛应用[1]。等离子体技术作为一种新型处理技术，具有工作效率高、环保和适用性强等优点[2]，广泛应用于农业生产中。采用等离子体处理种子，可促进种子生长、提高产量、增强种子对逆境的抗性和杀灭谷物表面的致病菌等[3]。目前，等离子体技术主要应用于杀死种子表面致腐微生物、提高种子发芽率、促进谷物生长以及土壤修复等方面[4]。

1 等离子体技术简介

等离子体是由离子、电子、自由基以及中性粒子组成的一种准中性气体[5]，被称为除固、液、气之外物质的“第四态”[6]。根据形成方式的不同，等离子体可分为天然等离子体和人工等离子体[12];根据电离度（α）的不同，等离子体可分为完全电离等离子体（α=1）、部分电离等离子体（0.01<α<1）、弱电离等离子体（10-6<α<0.01）;根据电子与离子温度的不同，等离子体可分为高温等离子体（106 K～108 K）和低温等离子体（3×102 K～3×105 K）[2]。

2 等离子体在种子处理中的应用

2.1 促进种子萌发 目前已有多种方法可有效提高种子发芽率，如磁场、超声和电场处理等。近年来，等离子体技术已被应用于谷物的种子处理，以达到农业增产的目的。Bormashenko等[7]研究发现扁豆和小麦经过冷等离子体处理后，表面接触角显著降低，润湿性改变，易于吸收水分及营养物质，这是由于等离子体中活性物质在谷物表面发生了氧化作用，形成羟基或羧基物质。Stolárik等[8]研究发现等离子体处理的豌豆幼苗可引起内源激素（生长素和细胞分裂素及其分解代谢物和缀合物）水平的变化，从而促进了豌豆幼苗的生长。Sera等[9]观察到小麦和燕麦经过等离子体处理后，等离子体中活性物质可穿过种子内部的多孔种皮，与种子细胞反应，加速其幼根的生长。

2.2 促进种子生长 Shao等[10]研究发现，经等离子体处理后的玉米种子，其发芽势和发芽率增大。Dobrin等[11]研究了非热等离子体处理对小麦种子的影响，测量小麦种子萌发4d后的根茎比。结果表明：经等离子体处理后，未经处理的种子根茎比为0.88±0.016，经过处理的种子根茎比为1.20±0.005，较未经处理的种子明显增大。Zahoranová等[12]研究了大气压冷等离子体处理对小麦种子发芽率、幼苗活力和小麦种子水分吸收的影响，研究发现等离子处理时间在20～50s时，小麦种子的发芽率、干重和活力显著提高。Henselová等[13]研究发现，等离子体处理会影响玉米种子幼苗发芽后的生长，当处理时间为60s时，鲜重、干重和种子根的长度分别增加了10%、14%和21%。

2.3 杀菌作用 长期以来，人们通过高温加热、强射线照射和氧化反应等方法杀菌，但这些方法具有时间长、热损伤大、高能耗、有残留和腐蚀性强等缺点。等离子体技术的出现弥补了上述杀菌方法的不足，可有效杀死或钝化真菌、细菌以及其他致腐微生物[14]。Schnabel等[15]采用介质阻挡放电和微波等离子体处理油菜种子，经15min处理后，介质阻挡放电和微波等离子体处理的芽孢杆菌分别减少了0.5lg（CFU/g）和5.2lg（CFU/g）。Mitra等[16]采用大气压低温等离子体处理鹰嘴豆种子，处理5min后，观察到天然微生物群菌落总数减少2lg（CFU/g）。Zahoranová等[17]研究发现，细菌和真菌分别经过60s和180s的等离子体短时间处理后完全失活：经过60s的等离子体处理后，大刀镰刀菌和黄曲霉分别减少了3.79lg（CFU/g）和4.21lg（CFU/g）;经过300s处理后，链格孢菌减少了3.22lg（CFU/g）。

3 等离子体在种子处理中的作用机理

3.1 促进种子萌发 等离子体处理过程中空气被电离，产生电子、中性粒子受激原子和离子等活性粒子。当这些粒子不断轰击种子表面时，导致表面化学键断裂、断链、氧化或化学降解[18]，破坏表面形貌，提高了种子的通透性，增强吸涨作用，促进了种子的萌发;经过等离子体处理，促进了萌发中的种子及幼苗中α-淀粉酶、琥珀酸脱氧酶、过氧化物酶和超氧化歧化酶等多种酶活性的提高，使种子呼吸作用增强，生命活力旺盛，生物氧化过程加快，物质的运输和合成能力也加速进行，有效提高了种子活力，促进种子萌发。

3.2 促进种子生长 等离子体处理对种子的生长参数具有一定的影响，其與气体作用产生大量的活性物质，包括带电粒子、具有化学活性的亚稳态活性物质和紫外光子，改变了种子的润湿性，降低了种子与土壤和环境固有的胁迫关系，促进幼苗初生代谢产物（蛋白质）的积累;减轻细胞脂质过氧化程度;提高了生物膜透性、过氧化氢酶的活性和种皮通透性;增强抵御外界不良环境的能力，提高幼苗脱水忍耐能力和保水力，有助于幼苗抗旱性的改善，促进种子的生长，使其发芽势、发芽率提高，抗旱力增强，具有一定的推广和使用价值[19]。

3.3 杀菌 通常认为，等离子体的杀菌机制与其含有带电粒子、活性物质以及紫外线和其他射线有关。石兴民等[20]研究表明带电粒子和ROS在低温等离子体杀菌中起主要作用。Laroussi等[21]研究发现，等离子体灭菌作用是由于产生活性粒子穿透外膜屏障与胞内生命物质作用导致菌体细胞死亡。Trompeter等[22]认为灭菌过程中形成的羟自由基和过氧化氢等自由基在杀菌过程中起主要作用。

4 结语

等离子体技术作为一种新型处理技术，相比于传统的种子加工处理技术，具有温和、高效和环保等优势。将其应用于种子处理中可有效杀死种子表面致腐微生物，提高种子发芽率，促进谷物生长以及修复土壤，具有十分广阔的应用前景。

参考文献

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（责编：徐世红）