冷等离子体种子播前处理装备及关键技术
冷等离子体种子播前处理装备及关键技术
——现代物理种业的最新研究成果与应用
等离子体是物质存在的第 4 种状态，即物质第 4 态，是一种能量更高的物质聚集态，将冷等离子体技术应用到农作物种子播前处理上，是现代物理技术在农业生产中 的最新应用。在农作物种子播种前用冷等离子体处理机对种子进行特殊处理，达到使 农作物显著增产和抗逆性增强的效果。
通过冷等离子体处理农作物种子，可以激活种子的内源活性物质，生命力得到激 活，种子的发芽势、发芽率增加，抗逆性增强，使农作物种子得到复壮促生，激活某 些基因节点，从而改善品质，提高作物产量。经冷等离子体种子播前处理技术处理过 的农作物种子，其产量增加，品质改善，能够实现种子提纯复壮、提高产量。
中国农业大学、山东省种子有限公司等部门克服了目前现有技术的不足，首次提 出了以氦气为工作介质的冷等离子体种子处理技术，研发了 2SZ-10 离子射频种子处理 仪（图 1）和 HD-2N 型冷等离子体种子处理机（图 3），采用低真空状态下的辉光放电 所产生的冷等离子体来大批量处理植物种子，体现了机器设计思想的创新性。该机技 术先进，结构独特，属原始创新，并获得国家发明专利，在等离子体种子处理技术领 域处领先水平。该设备成熟度高，通过控制气体真空度、放电功率、电离时间来处理 不同的种子，最终促进种子生理活性增强，潜在的抗逆因素得到表达，减少化学肥料 的使用，同时还能增加作物的产量。整个过程操作简单，具有较强的可重复性，可以 实现种子的规模化处理，具有较高的推广应用价值。
冷等离子体种子播前处理技术在农作物上的育种已经开始了尝试，对种子或其他 生物体做电、磁、冷等离子体等现代物理技术处理，在一定剂量下诱发植物当代性状 变化，用于农作物的诱变育种，有可能培育出高产、优质、多抗、广适并适宜密植和 机械化作业的农作物新品种。该技术既有可能突破传统育种低水平重复、同质化严重 和转基因育种潜在危险的缺点，又可以突破传统育种周期长、经济投入巨大的缺点， 缩短育种周期，在育种方法和手段上具有先进性。
冷等离子体种子播前处理技术处理效果好，能最大限度地促进种子的萌发、提高 发芽势和发芽率，提高品质、产量和抗逆性，具有生态环保，绿色无污染的优势。冷 等离子体种子处理技术一旦成熟并应用于农作物种子生产实践，将会改变中国农作物 种子的局面，使中国种子成为支柱产业，在国际上具备竞争优势，并将会影响到中国 未来种子产业发展战略的制定。
随着科学技术的发展，以冷等离子体种子播前处理技术为代表的现代物理工程技术在种子处理和种业发展中开始得到研究与应用，具有升级换代意义的“物理种业”农业技术革命即将展开。可以预见，现代物理工程技术在种业的广泛应用和其对促进种业发展的潜在能力，将会是新的一次农业技术革命。
图 1 2SZ-10 离子射频种子处理仪
图 2 冷等离子体种子播前处理技术科研
图 3 HD-2N 型冷等离子体种子处理机
该研究成果获得了山东省科技进步奖（图 4）、中华农业科技奖（图 5）、第一届全国现代物理农业工程技术创新示范奖（图 6）和第二届全国现代物理农业工程技术创新示范奖（图 7）。团队成员在相关研究成果获得了多项发明专利（图 8），发表相关论文 15 篇，其中 1 篇被 SCI 收录，10 篇被 EI 收录。经科技成果鉴定，该技术和装备处于国际领先水平，研究成果得到了业界专家、学者的共鸣和认可（图 9）。
图 7山东省种子有限公司荣获全国第二届届现代物理农业工程技术创新示范奖
图 8基于冷等离子体种子播前处理的植物育种新技术专利证书
图 9“冷等离子体种子处理技术及装备”科技成果鉴定
应用实例一：
亚历山大西葫芦是山东省种子有限公司从美国引进的最新一代西葫芦品种，该品种颜色翠绿、瓜条顺直、产量高。经冷等离子体处理后，种子芽率芽势提高，长势更旺，抗病性增强，瓜条颜色更绿，产量更高，处理后产量比未处理对照提高218.6%左右，通过专家鉴定，取得很好的应用效果。
经冷等离子体处理后西葫芦发芽性能明显提高，出苗齐、出苗壮（图10）。室内试验每个处理选取100粒无病、饱满的西葫芦种子，分别播入铺有2～3cm厚、直径0.05mm-0.8mm湿沙的发芽盒中，再在上面覆盖1～2cm厚度的松散湿砂，每个处理均设四次重复。发芽盒放在25℃恒温光照培养箱内培养8天，芽势提高17.9%，发芽率提高2-3%，苗高增加14.6%，根长增加4.2%。
图10冷等离子体处理后西葫芦发芽性能变化图（济南，省公司质检室）
2、加快植株生长速度经冷等离子体处理后西葫芦植株生长速度有了明显变化，长势更快，定植后1个月平均增加1.6片叶片，且叶片变厚、变绿。（图11）
经冷等离子体处理后西葫芦低温坐果能力提高，瓜码更多，低温时化瓜减少。选取青州市高柳镇竹林马村同一棚体内西葫芦进行遮光处理试验，试验周期30天，在同样肥水管理条件下，未处理的亚历山大西葫芦平均单株尖头瓜5.4个，经过处理的亚历山大西葫芦平均单株尖头瓜3.6个，同期化瓜数减少50%（图12）。
图 12冷等离子体处理后西葫芦低温坐果变化图（2014.4.26 青州，高柳镇）
4、优化商品综合性能经冷等离子体处理后西葫芦瓜条粗长，颜色加深，商品性更佳，菜商定向收购（图13）。2015年4月，对青州市东高镇河东村同一棚体内西葫芦进行单瓜调查，分别选取处理的和未处理的西葫芦50株。经测算，未处理的西葫芦平均单瓜长度23.5cm，平均单瓜重量376.5g；处理后的西葫芦平均单瓜长度24.3cm，平均单瓜重量398.2g，单瓜增重5.76%。
图 13冷等离子体处理后西葫芦综合性能变化图（青州，东高镇）
5、增加同期座瓜数量
经冷等离子体处理后西葫芦同期坐瓜数量增加，整个生长周期的坐瓜总数明显提高，选取青州市高柳镇牛口村同一棚体内西葫芦进行座瓜数调查，试验周期30天，在同样肥水管理条件下，未处理的亚历山大西葫芦平均单株结瓜24.6个，经过处理的亚历山大西葫芦平均单株结瓜29.2个，同期结瓜数增加22.1%，增加保证了产量优势。（图14）
鲁种99118是山东省种子有限公司选育的玉米品种。经冷等离子体处理亲本后，该品种生长速度更快，植株更加健壮，抗逆性增强，成熟期提前2-3天，可增产8%左右。
1、提高种子发芽能力
鲁种99118玉米种子经冷等离子体处理后发芽能力有了明显变化，更加整齐健壮，生长速度明显加快。根据国标发芽试验，处理和对照均播种四盘，用淘洗干净并高温消毒的沙子作为发芽床进行发芽试验，每盘100粒。第四天和第七天分别记录发芽数据，作为发芽势和发芽率。冷等离子体处理后的玉米与对照同时发芽试验测得处理后的种子发芽势比对照增加8.6%，发芽率增加3.2%，第7天时测量幼苗芽长增加3.98%，根长增加8.6%，用精密分析天平称50株鲜重，比对照增加5.96%，干重增加6.53%（图15）
鲁种99118玉米种子经冷等离子体处理后长势明显加快，田间地上部分苗齐苗壮（图16、图18）。播种后15天，大田玉米进入三叶期，此时玉米苗完全展开叶达到3片叶，而第四片叶没完全展开。此时冷等离子体处理后玉米种子调查田间三片叶幼苗比未处理对照三片叶幼苗多20%；而处理和对照株高15厘米以上苗数分别占78.8%和66%，冷等离子体处理比对照增加了12.8%，而10厘米以下幼苗分别为1.9%和9.7%，比未处理的减少了7.8%，根系更发达，须根数增加5.6%（图17）。冷等离子体处理的玉米幼苗的整齐度优于未处理对照，出苗快且齐。
图 16冷等离子体处理后玉米田间长势变化图（齐河，省公司试验站）
图 17冷等离子体处理玉米根系变化图（齐河，省公司试验站）
图 18冷等离子体处理后玉米发芽能力变化图（济南，省公司质检室）
3、提前抽雄吐丝时间鲁种99118玉米种子经冷等离子体处理后抽雄、吐丝时间提前1-3天（图19），2015年调查田间调查得出冷等离子体处理玉米8月8日时50%以上雄穗主轴开始散粉，而未处理的植株是8月10日散粉，处理玉米的植株雄穗已基本散粉结束而未处理的植株雄穗仅散粉1/2，吐丝与散粉时期一致，调查得出处理后吐丝亦提前1天。冷等离子体处理植株整体长势更加整齐。
图 19冷等离子体处理后玉米抽穗吐丝时间变化图（齐河，省公司试验站）
4、缩短玉米生育周期鲁种99118玉米种子经冷等离子体处理后，从玉米胚乳线判断成熟时间明显提前，早熟约2-3天，缩短生育周期。（图20）
图 20冷等离子体处理后玉米胚乳线变化图（济南，省公司质检室）
5、增加玉米整体产量鲁种99118玉米种子经冷等离子体处理后（图21）处理后果穗更均匀，结实更饱满，抗病性强。大田机械种植采用机械收获实打测产，未处理对照亩产果穗759.8kg，冷等离子体处理鲁种99118齐河试验站亩产果穗812.3kg，冷等离子体处理后玉米增产6.91%。10月23日进行室内考种，经调查处理后果穗长度18.67cm，穗粗5.05cm，而对照果穗长18.20cm，穗粗4.93cm，处理后穗长和穗粗均增加；折合成标准水分后冷等离子体处理后玉米千粒重395.0g，对照千粒重370.9g，千粒重增加6.50%。小区脱粒测产增产7.09%，与田间机械收获增产幅度相近。
黑马1号小麦，原代号By6281。该品种株型较紧凑，叶色深绿，旗叶宽厚上举，叶耳白色，植株矮，抗倒伏。穗长方形，长芒、白壳、白粒，籽粒较饱满，硬质。经冷等离子体处理后小麦的发芽势、发芽率有明显变化，返青、起身提前，冬前分蘖、最大分孽增加，产量性状得到改善。
1、提高种子发芽速率
黑马1号小麦经冷等离子体处理后发芽指标有明显提高 (图22)，根据国标发芽试验，冷等离子体处理后的小麦与对照同时发芽试验，用淘洗干净并高温消毒的沙子作为发芽床进行发芽试验，第4天和第8天分别记录发芽数据，作为发芽势和发芽率；测得处理后的种子发芽势比对照增加11.25%，发芽率增加5.56%。第8天时测量幼苗芽长增加10.03%，根长增加5.45%，用精密分析天平称50株鲜重，比对照增加9.17%，干重增加17.15%，活力指数增加10.85%。
图表 22冷等离子体处理后小麦发芽速率变化图（济南，省公司质检室）
2、提高基本苗和冬前分蘖处理后小麦与对照同期、同底肥、随机机播，播种量15Kg/亩，行距15cm；每个处理种植长110m，宽2m大区（图23、图24）；每个大区随机选三个长势均匀的小区调查基本苗、冬前分蘖数选出标记三个（1.3m*0.75m）固定小区，调查小区基本苗、冬前分蘖数。调查得出基本苗增加5.94%，冬前分蘖增加34.2%。
图 23小麦田间种植调查图
图 24小麦田间种植调查图
3、提早小麦田间返青小麦经冷等离子体处理后返青、起身期提前，经冷等离子体处理后返青时间提前2-3天，起身期提前2-3天，起身期田间植株干、鲜质量分别比对照提高13.02%和6.00%，田间根长比对照提高15.20%（图25）。
图 25冷等离子体处理小麦（左）与对照品种（右）
4、增加小麦最大分孽
黑马1号小麦经冷等离子体处理后田间最大分孽数比对照提高38.46%，此时株高比对照增加2.5cm，全株叶数平均增加0.58片，全株鲜重增加10.8%，干重增加15.6%（图26、图27）。
图 26冷等离子体处理后小麦田间变化图（齐河实验站）
图 27冷等离子体处理后小麦田间变化图（齐河实验站）
5、提高小麦田间产量济南市科技局组织有关专家，对山东省种子有限公司实施的“冷等离子体种子处理技术”处理的小麦进行了测产验收（图29），经过专家田间测定，经过冷等离子体处理的小麦种子增产效果明显，专家数据分析得出亩穗数增加3.2%；穗粒数增加5.8%；千粒重增加1.4%，理论增产幅度在6.07%-9.31%，总公司组织机械收获实打得出处理后584.9Kg比对照521.6Kg增产12.14%（图28）。
图 28冷等离子体处理后小麦田间变化图（齐河实验站）
图 29冷等离子处理小麦验收专家田间测定（齐河实验站）
另外，冷等离子体种子处理装备及技术在大葱、洋葱、胡萝卜、西红柿、甘蓝、西兰花等方面的应用也有明显效果，更多详情请关注公司网址www.sdseed.com。
