等离子体种子处理对植物生长与抗病性的影响及机理研究

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中国作为农业大国,为了保障农产品的产量,化肥和农药使用量始终居高不下。尤其在集约化农区诸多养分和农药的输入,加剧了农田养分和农药有害物质流失到环境中的程度和频度。由此造成的污染正威胁农业生态系统健康,甚至人类自身安全。因此,探索可持续的绿色农业生态调控措施,减少传统肥料、农药的施用,是我国农业生产中亟需解决的一个重大社会需求,对维持土壤生态系统健康和环境保护具有重要意义。现代物理技术是当代高科技的农业技术之一,具有快速、经济和环境友好等优点,近年来其在农业中的应用越来越广泛。磁场、电场、超声波、高能粒子等技术手段在农业方面已有一定的研究与应用,而作为一项新兴的高能物理技术,冷等离子体技术的农业应用研究还比较少,特别是从植物生长与抗病性角度研究冷等离子体种子处理技术的生态调控效应与机理鲜有报道。  本论文以冷等离子体种子处理的生物学效应为主线,围绕其对植物生长及抗病性的调控机制,采用室内培养试验和大田应用试验,系统研究了该技术促进植物种子发芽、提高粮食作物小麦产量和增强典型蔬菜作物番茄青枯病抗性的效果;并从植物健康生长、养分吸收和生理抗性方面探讨了该技术提高番茄青枯病抗性的生态调控机理;同时,在江苏农垦集团新洋农场开展了该处理技术对小麦产量影响的百亩大田示范实验。主要研究结果如下:  (1)冷等离子体种子处理不仅促进了多种植物种子(包括黄瓜、番茄、小麦、苜蓿和鼠茅草)的发芽,同时还促进了植物幼苗的生长。在处理工艺参数方面,等离子体发生装置最合适的板间距为2 cm,且不同种子的最佳处理工艺存在一定差异。对于同一种植物不同品种的种子,冷等离子体的发芽促进效果与种子千粒重存在负相关性。  (2)通过百亩大田实验发现,冷等离子体种子处理能提高作物小麦种子的发芽率,还能促进小麦不同生育期的生长,提高植物生理代谢水平。更重要的是,经处理的小麦有显著的增产效果(5.85%),说明冷等离子体种子处理技术在提高粮食作物产量方面的应用潜力。  (3)冷等离子体种子处理能够提高番茄青枯病的抗性,防治率为25.0%。处理提高了番茄种子的发芽率,促进植物的生长和增加植物对矿质养分Ca和B的吸收,同时,还能够提高植物抗病系统中H2O2的浓度和生理防御酶POD、PPO、PAL的活性。植物健康生长,矿质养分Ca和B吸收的增加,以及生理抗性物质H2O2浓度和POD、PPO、PAL活性的升高是冷等离子体提高番茄青枯病抗性的主要因素。  (4) Ca和B营养在番茄青枯病抗性方面具有重要作用。充足的Ca营养能提高番茄青枯病的抗性,防治率为43.2%。其调控机理是Ca营养促进了植物的健康生长,提高了植物对矿质养分Ca的吸收,同时提高了植物抗性过程中H2O2、POD和PPO的活性,从而提高了番茄青枯病的抗性。植物株高、叶面积、叶绿素和养分Ca吸收的提高是Ca营养调控防治番茄青枯病的关键因素。  (5)B营养也能够提高番茄青枯病的抗性,防治率为33.3%。其调控机理是B营养促进了植物的健康生长,提高了植物对矿质养分Ca和B的吸收,同时提高了植物抗性过程中H2O2、POD和PPO的活性,从而提高了番茄青枯病的抗性。植物叶片厚度、茎粗、H2O2和PPO浓度是B营养调控防治番茄青枯病的关键因素。  (6)从生态调控理念出发,研究发现冷等离子体种子处理是一项能够提高作物小麦产量和增强番茄青枯病抗性的现代农业高新技术。其调控机理为促进了种子发芽和植物各生育期的生长,最终提高了小麦产量;同时提高了植物对养分的吸收,增强了植物病害生理抗性水平,间接地通过营养调控提高了番茄青枯病抗性。因此,冷等离子体种子处理技术是一项全新高效的农业生态调控措施,具有重要的潜在应用价值。
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