《Current Plant Biology》：Highlighting the cold plasma effect on Wheat performance: Enhancing drought tolerance, and improving baking quality
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本研究针对干旱胁迫制约小麦生产的突出问题，创新性采用冷等离子体技术处理小麦种子。通过实验室发芽实验与田间试验相结合，发现500 W等离子体处理能显著提升小麦根系形态建成、抗氧化酶（SOD、CAT）活性及渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖）积累，并降低丙二醛（MDA）含量。FTIR光谱证实等离子体诱导种皮结构改性促进吸水。该技术同步提高面粉蛋白质含量、泽伦尼沉降值及面包体积，为协同提升作物抗逆性与品质提供了绿色物理策略。
随着全球人口持续增长和气候变化加剧，干旱胁迫已成为制约小麦生产的关键环境因素。据统计，目前全球约有6.9亿人面临食物短缺，这一数字预计到2030年将突破8.4亿。作为人类最重要的营养来源之一，小麦（Triticum aestivum L.）提供碳水化合物、蛋白质、膳食纤维及多种抗氧化物质，但其生产却深受干旱胁迫影响。在干旱条件下，种子吸水受阻、发芽延迟、幼苗活力下降，最终导致早期生长受限和产量降低。例如，干旱可使小麦发芽率降低9.4%，发芽延迟约2天，幼苗活力下降16.6%-21.26%。
为应对这一挑战，伊朗国家基因工程与生物技术研究所植物生物制品系的研究团队开展了一项创新研究，探讨冷等离子体技术对小麦抗旱性及烘焙品质的调控作用。该研究近期发表于《Current Plant Biology》，首次采用自主设计的双区等离子体装置（高活性区500 W，低活性区200 W），系统评估了不同处理强度与时长对小麦生理生化特性及终端品质的影响。
关键技术方法概述
研究采用双阶段实验设计：实验室阶段使用15% PEG-6000模拟干旱胁迫，测定发芽指标、酶活性及渗透调节物质；田间阶段在拔节期进行50%田间持水量控水处理。通过FTIR光谱分析种皮化学结构变化，并利用近红外光谱技术评估面粉蛋白质含量、泽伦尼沉降值等品质参数。抗氧化酶活性通过NBT法（SOD）、H2O2分解法（CAT）等方法测定，统计分析采用主成分分析（PCA）和热图聚类。
研究结果
3.1.1 冷等离子体与干旱胁迫对萌发期形态生理性状的协同效应
方差分析表明，等离子体处理显著改善小麦生长性状。500 W处理使根长增加37.2%，茎干重提高42.8%，根干重比上升29.5%。干旱胁迫下，等离子体组合处理使脯氨酸积累量提升3.2倍，可溶性糖含量增加68.4%，且MDA水平降低31.7%，表明等离子体有效缓解了膜脂过氧化损伤。
3.1.2 FTIR光谱揭示种皮结构改性机制
在3413 cm-1（羟基）、1644 cm-1（羰基/氨基）等波数处吸收峰变化显示，等离子体处理使种皮碳氧比（C/O）升高，亲水性基团增加。这种表面改性直接促进种子吸水效率，为萌发提供物理基础。
3.2.1 田间生化性状响应特征
等离子体-干旱组合处理使超氧化物歧化酶（SOD）活性提升2.3倍，多酚氧化酶（PPO）活性提高4.1倍。主成分分析显示，500 W-5分钟处理组与干旱对照组在PCA图中呈对角线分布，表明等离子体通过激活抗氧化防御系统重构了应激响应模式。
3.2.2 烘焙品质的协同提升
尽管干旱使面粉蛋白质含量从11.8%增至13.5%，但等离子体处理在此基础上进一步将泽伦尼沉降值从28 mL提升至35 mL，面包体积扩大12.4%。值得注意的是，等离子体单独处理可使面包体积增加15.7%，且面粉水分含量保持稳定。
结论与展望
本研究通过多尺度实验证实，冷等离子体技术可通过三重机制协同提升小麦性能：物理层面改性种皮结构促进吸水；生理层面激活SOD/CAT抗氧化通路并积累渗透调节物质；农艺层面实现抗逆性与品质的同步优化。该技术为应对气候变化下的粮食安全生产提供了绿色物理解决方案，未来需通过组学技术进一步解析其分子调控网络，并拓展不同作物的处理参数优化。
