在日常生活中，我们会遇到各种各样的物质．根据它们的状态，可以分为三大类，即固体、液体和气体．例如钢铁是固体，水是液体，而氧气是气体．任何一种物质，在一定条件下都能在这三种状态之间转变．以水为例，在一个标准大气压下，当温度降到0℃以下时，水开始变成冰．而当温度升到100℃时，水就会沸腾而变成水蒸汽．

气态物质温度继续升高，构成分子的原子会发生分裂，形成为独立的原子，如果再进一步升高温度，原子中的电子就会从原子中剥离出来，成为带正电荷的离子和带负电荷的电子，这个过程称为原子的电离．当这种电离过程频繁发生，使电子和离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同．为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子体．从等离子体的产生过程可以发现，物质的等离子态是一种能量更高的状态。

在茫茫无际的宇宙空间里，等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高，这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。在地球周围的电离层里，大气中的闪光放电和流星的尾巴里，也能找到奇妙的等离子态。在我们周围，也经常看到等离子态的物质。在日光灯和霓虹灯的灯管里，也能找到它的踪迹。

等离子体的应用非常广泛，受航天育种的启发，最早由俄罗斯科学家利用等离子体对作物种子进行处理，发现等离子体对作物增产有明显效果，这些年我国农业科研人员也在不断摸索等离子体种子处理技术，取得了实际应用效果，本节目中将详细介绍山西农科院旱作研究中心在这方面的研究成果。

等离子体种子处理技术就是将种子放到等离子中，让种子与等离子体接触，因为等离子体是能量较高的带电离子，它可以渗透种子表皮，和种子发生作用，使种子中的一些物质发生变化，从而刺激作物增产。

要应用等离子来处理种子，首先要获得稳定的等离子发生装置，常用的方法是将空气电离，形成空气等离子体，空气中主要是氮气和氧气，为了便于空气的电离，必须使用非常稀薄的空气，选取适当的密封容器，对密封容器进行抽真空处理，所谓真空就是低于一个大气压的气体状态，一个大气压为数万帕，而用于产生等离子体的真空一般气压在100帕左右，气压越低，说明空气越稀薄，真空度越高，在这个密封的容器里还必须装有两个电极，可以由两块导电的平行板构成，相当于一个平行板电容器，电极通过导线与外界相连，并接有符合要求的电源，当容器的真空度到100帕左右时，接通电源，在一定电压的作用下，真空容器中两平行板电极间的空气被电离，就形成了空气等离子体，在两极板间主要是氮离子、氧离子和电子，一般物质在等离子体状态下常常伴有辉光放电现象。这就是等离子发生器的基本原理。

有了等离子发生器，然后将作物的种子以某种方式放入真空容器中两极板间，让极板间的等离子体与种子相互接触，通过一定时间、一定强度的等离子处理，种子的活性就可以得到提高，在生产中达到提高作物产量的目的。这就是等离子种子处理的基本思路，它的实际操作方法和作用机理将在下面的节目中详细介绍。

 作为生产中实际使用的等离子种子处理设备比较复杂，但它的基本结构和原理确和前面介绍的基本相同，这是由山西农科院、常州世泰等离子体技术公司和中科院共同研制的等离子种子处理机，为了更好的使用这种设备以及了解等离子体种子处理设备在生产中的应用方法，我们还是从该机器的结构谈起：

可以应用在生产中的等离子种子处理机是根据前面所讲解的等离子发生器的原理设计的，从前面的原理中我们知道：等离子发生器必须有一个真空环境，也就是一个可以抽真空的真空腔，在真空腔里面还要有一个平行板电容器，平形板电容器的两极必须加有一定的电源，它是产生等离子体的关键，在等离子区还必须有一个种子的机械传送装置，下面将详细介绍这三部分的结构

真空部分的结构

首先是设备的真空腔，中间的圆柱形管道是处理机的真空腔，它是设备的主要工作区，真空腔的两端分别是种子的上料斗和下料斗，上料斗是种子处理之前进料的地方，它的上面有进料口，中间有观查窗，下面有阀门，控制种子从储料斗往下走，上料斗通过这根管道与真空腔相连，因此上料斗与真空腔处于同样的真空状态，种子经过真空腔时被等离子处理后，被传送到真空腔的另一端，这就是下料斗，它是暂时存放种子的地方，工作时它下面的阀门完全关闭，由此可见，上料斗、下料斗、中间的真空腔是相连相通的，工作时处于完全相同的真空状态。真空腔里真空的建立和保持需要相关的结构来完成，将在后面详细说明。

等离子产生部分的结构

真空腔的两端都可以打开，它们是安装调试和维修机器时使用的工作窗口，打开真空腔后可以发现：在腔体中间部位安装有两块长条形的电极板，这是上极板，下极板安装在下面，和上极板平行，这样就构成了一个平行板电容器，在极板上面有电源接头，通过导线与对应的电源相连，在真空腔的右上部是为真空腔里平板电容器提供工作电压的电源和各种开关仪表，这种等离子发生装置使用的是射频电源，在日常生活中，家用电是220伏50赫兹的交流电，而这台机器使用的是13。56兆赫兹的交流电，可见它是频率是很高的电源，因为和无线电的发射频率相同，所以称为射频电源，使用这种高频电源，目的是为了在平板电容器两极之间更好的产生等离子体，在电源的后面有电源线和射频电源的输出线，这两根铜线就是射频电源的输出线，它通过真空腔的这个部位进入真空腔里，分别接到腔里面平板电容器的两个极板上，为平板电容器提供工作电压。工作时，等离子体主要集中在两平行板电极之间。

射频电源的功率是可调的，调整电源的功率就可以改变工作区所产生的等离子体的能量，不同能量的等离子体对种子的处理效果不同，射频电源的前面板上有电源开关、电源功率调节钮、电源功率指示表。

机械传送部分的结构

再来看看种子是怎样在等离子区传输的：其实在真空腔里还有一个传送带，它由真空腔外面的一个可调速的电机带动，传送带的上边经过平板电极之间，种子从上料斗落下后，落到传送带的一端，然后随传送带经过平板电极之间的等离子区，完成等离子处理，随后送到传送带的另一端，落到下料斗中存放。由此可见传送带的速度决定了种子经过等离子体区处理的时间。

至此我们就可以概括了解这台等离子种子处理机的结构：首先有一个密封条件很好的真空腔，在真空腔里安装有两块平行板电极，工作时，两电极之间可以产生所需要的等离子体，然后在真空腔里通过一个传送带将种子输送到等离子区完成所需要的处理。

下面详细介绍处理机中真空腔里的真空状态是怎样建立和保持的，它是等离子体种子处理机正常工作时的必要条件。首先从真空腔的结构上看，整个腔体是由不锈钢铸造的，各部位有很好的密封条件，工作时，各部位可以保证牢固密封，它主要是由两台抽气机为腔体抽真空，也就是真空泵，这两台抽气机在种子处理机的后面，两台抽气机通过一个三通管连接到一起，然后经过密封管道与真空腔相连，工作时就是用这两台抽气机将腔体里的空气抽出，让真空腔里的空气达到一定的真空度，一般一个大气压为？帕，而种子处理机工作时真空腔里的空气压力要到150帕左右，腔体里空气越稀薄，气压越低，真空度越高。在真空泵的连接处还有一个进气口，下面有一个阀门，在正常工作时，阀门关闭，只有在停止工作时，打开阀门，因为外面的空气压力高，外面的空气就可以自然进入真空腔体，因此这个进气口又称为自然进气口。

在设备的左上部分是真空部分的各种开关和仪表，这是测量腔体真空度的仪表，称为真空计，在设备后面有一个探测线，它与真空腔相连，它可以探测到腔体内部的真空度，通过电信号传送到真空计，随时显示真空腔里面的真空情况。

在系统中不仅有给真空腔抽气的真空泵，还有一个向真空腔进气的装置，在控制箱的后面有两个进气口，进气口首先与前面的两个开关相连，然后经过两个金属管将空气引入控制箱的另一端，在它的前面板处分别是可调大小的进气开关，然后空气通过这两个玻璃管进入机箱后面的两个金属导管，这两根金属导管一左、一右分别通向真空腔的两端，将外面的空气导入到真空腔内部，它的作用将在后面详细讲解。

当处理机初次使用，或者经过一段时间后重新使用时，必须首先测试系统的密封度和抽真空能力，首先关闭设备上的所有工作窗口和进气阀门，然后启动真空泵，开始抽真空，从真空计中可以看到，真空腔里的气压逐渐降低，抽到5帕左右，说明整个系统的密封程度和抽真空的能力符合工作要求，再停下抽气泵，打开阀门自然进气，让整个腔体回归到大气状态下，这样就可以正式进行种子处理了。

打开上料斗的上盖，将需要处理的玉米种子倒进上料斗，装料以后，关紧上盖，关上进气阀，这样整个系统就处于密封状态，打开射频电源开关进行预热，启动两个抽气泵，重新对系统抽真空，腔内气压逐渐降低，直到100帕左右时，打开前面板上的手动进气阀，调整进气开关，这样空气就从后面的进气口进到腔体，这样真空腔内既有抽出气体，又有进气，通过调整进气开关就可以调整真空腔中的真空度，腔中气压处于动态平衡，一般让气压动态稳定在150帕左右就可以了，这样腔中不断有新鲜空气进入，过程中产生的废气也可以及时的抽出，可见这种动态的气压稳定是很有益的。

打开射频电源的工作开关，调整电源的功率，现在的电源的功率在160瓦左右，这时腔内就产生等离子体了，打开传送带的电源开关，启动调速电机，真空腔里的传送带就开始运动，打开上料斗开关，种子就顺着管道落到传送带上，经过等离子发生区，完成等离子处理过程，被运送到真空腔的另一端，最后落到下料斗，从窗口中可以看到：工作时，等离子区发出了紫外光，这就是所谓的辉光放电，在辉光放电区是获得电场能量的氧离子、氮离子、电子，是一种能量状态比较高的离子，正是它们对种子进行了处理，让种子的活性发生了变化，达到作物增产的目的，需要说明的是，这种在低温下人工产生的等离子体同宇宙空间中存在的等离子体能量小很多，所以它不会使种子的基因发生改变，处理效果不会遗传，只有当代效应，因此对粮食安全不会产生影响。

处理完成后先关掉各种电源，打开进气阀，这时就可以打开下料斗，将处理完的玉米种子放出。

下面看看种子处理后的种植效果对比实验：

在同一批玉米种子中各取50粒，分别进行80瓦、100瓦、120瓦、140瓦、160瓦功率的等离子处理，然后将它们分别放到培养皿中进行培养，目的是比较不同功率的等离子体对种子的发芽和幼苗阶段的影响，将它们均匀的摆放在培养皿中，并按照规范的培养方法进行培养，一周后就可以观察玉米种子的发芽和幼苗长势。结果可以明显地看出所有经过等离子处理的玉米幼苗长势都比较好，而对比没处理的长势却比较弱，在发芽率方面，没有处理的种子发芽率为64%，100瓦功率处理的种子发芽率为66%，140瓦功率处理的种子发芽率为72%，明显较高，但160瓦功率处理的种子发芽率为60%，80瓦功率处理的种子发芽率为56%，发芽率反而降低了，进一步的统计结果表明：不同种子、不同地区使用等离子处理时最佳的功率是不同的，我们再来看看经过等离子处理的作物在大田生长过程中有什么样的表现

这是一块土壤条件完全相同的地块，对比种植了两片辣椒，一边种植的是经过160瓦功率等离子处理过的辣椒种子，另一边种植的是没有处理的辣椒种子，在结果期我们可以看出两块地明显的区别：处理过的辣椒长势旺，此时已经封垄，而没有处理的辣椒地块长势较差，还没有封垄，处理过的辣椒结果早、结果多、结果也大，而没有经过等离子处理的对比区，辣椒结果晚、结果少、结果也小。再来看看同时期的植株高度：经过处理的辣椒植株此时一般株高50厘米左右，而没有经过处理的辣椒植株一般在40厘米，每棵植株的分支数也不一样：对比区的辣椒植株一般只有四个分枝，而处理过的辣椒经统计分支数到10个左右，这就是为什么经过处理的辣椒封垄早，结果多的原因，从地里拔出两棵植株，就可以更明显的看出对比差别：左边是没有处理的，长势较差，右边是处理过的辣椒，长势明显较好。

再看看玉米种子经过等离子处理后的生长效果：在同一时期用等离子处理过的玉米长的快、长的高，生育期提前了，对照的玉米现在是大喇叭口期，而经过处理的到了开花期，作为春玉米，如果开花早，它在灌浆时温度就稍低，因此在正常年份时，它灌浆的时间就会长一些，子粒会更饱满，根据几年的经验，产量一般都有明显提高，

大豆经过等离子处理后生长状况也有明显的效果：160瓦等离子处理后的大豆，长势上看：高一些，绿一些，结夹数也比较多，根系更发达，大豆的质量和产量明显提高。

这是高粱种子等离子处理的对比实验：经过等离子处理的高粱长势明显好于没有处理的高粱，根据山西农科院的统计，最后的产量可以提高10%左右。

对于等离子体种子处理的作用机理，可以通过实验做一个初步说明，取某品种的小麦做对比实验，在培养皿中培育经过等离子处理的小麦和没有经过处理的小麦，在相同条件下培育，一周后，各取一克萌发的幼苗，置于研钵中，磨成均匀的浆体，到入量筒，稀释到一定的比例，然后用离心机分离，取上清液备用，因为作物体中的各种酶溶解于上清液中，所以利用这种上清液通过一定的技术手段就可以测出小麦苗中某些酶的活性，实验中测试了以下几种酶的活性：淀粉酶、过氧化物酶、超氧化歧化酶，这三种酶在作物生长中有很重要的作用，实验表明这三种酶在作物经过一定量的等离子处理后，活性明显提高，（采访：几种酶活性增强）

等离子体是当前物理学研究热点之一，它在生物学和农业领域的开发应用在国际上也才刚刚开始。对于等离子体种子处理的作用机理还有待进一步研究，但它在作物增产方面显示出的效果却是明显的，根据山西省农科院多年的研究表明：小麦、玉米等单子叶作物处理后可增产8－18％，蔬菜作物普遍达15％以上，且产品品质改善，提高了产值；等离子体种子处理技术适用于各种作物，且成本低、效益高、操作简便、无任何化学污染，是一项值得推广的农业增产新技术。

 等离子体处理种子的作物在产量提高的同时改善作物的品质。
1、果实提早成熟
处理种子的农作物表现出早熟的特点，特别是瓜菜类更加明显。处理的黄瓜、香瓜豆角早上市6－7天，花生早熟5天，水稻早熟3－4天。
2、果粒增多，产量提高
等离子体技术对不同作物增产效果存在差别，表现形式有所不同。双子叶作物增产高于单子叶作物，蔬菜高于大田作物。玉米表现为子粒饱满，棒大棒匀，秃尖少；大豆表现为荚间短、荚多荚密，百粒重与对照基本相同。水稻表现为穗数粒增加。大豆平均株荚数增加8个。大豆单荚中三、四粒荚数有所增多。平均株荚数比对照增幅8－29%。玉米秃尖比对照少1.1－0.8厘米，行粒数增加4个。水稻每平方米有效穗提高10%以上。玉米棒长、得数增多、籽粒饱满。玉米棒比未处理长1－2厘米；试验示范结果显示，大田作物平均增产8－12%，大豆、花生10－15%，蔬菜20%以上

科学顾问：马步州   邵汉良   孟月东

撰     稿 ：张小谦