臭氧對(duì)黃瓜種子發(fā)芽及活性成分的影響

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所， 太原 030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所， 太原 030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所， 太原 030031)

臭氧是氧的同素異形體，其最早來源于希臘語(yǔ)“Ozon”。在18世紀(jì)時(shí)被德國(guó)的工人在使用電焊發(fā)現(xiàn)。后來法國(guó)的學(xué)者確定了其分子結(jié)構(gòu)，最后被命名為臭氧。常溫下為淡藍(lán)色氣體，有特殊的刺激味，可分解為氧氣，是一種強(qiáng)氧化劑，具有消毒殺菌的作用，在醫(yī)療衛(wèi)生、污水處理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]。但在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用多集中在果蔬的貯藏保鮮加工[2-3]、病蟲害防治等[4-6]方面，對(duì)蔬菜種子影響的研究少見報(bào)道。為此，筆者以黃瓜為研究對(duì)象，探討臭氧處理對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率的影響，以期為臭氧在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 臭氧發(fā)生裝置

臭氧發(fā)生裝置由山西東遠(yuǎn)科技有限公司研發(fā)并提供的高壓放電式發(fā)生器。該臭氧發(fā)生器是使用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場(chǎng)，使電場(chǎng)內(nèi)或電場(chǎng)周圍的氧分子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而制造臭氧。

1.2 試驗(yàn)方法

取黃瓜種子50粒，平放于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加5 mL蒸餾水，浸種2 h后開始臭氧處理，臭氧濃度分別為10，40，70 mg·L-1，處理時(shí)將培養(yǎng)皿放置在密閉容器內(nèi)，通入既定濃度的臭氧，每個(gè)濃度臭氧通入時(shí)間為30 min，3次重復(fù)，對(duì)照組不做處理。

將培養(yǎng)皿取出后置于25 ℃恒溫箱中催芽，以芽長(zhǎng)超過1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄發(fā)芽數(shù)，7 d后計(jì)算種子發(fā)芽率。催芽后72，96，120，144 h測(cè)定萌發(fā)種子中的CAT活性(碘量法[7])和淀粉酶活性(3,5-二硝基水楊酸還原法[7])以及呼吸速率(小籃子法[7])。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

2 結(jié)果與分析

臭氧處理對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率的影響見表1。4個(gè)處理間的差異達(dá)及顯著水平，說明不同濃度的臭氧處理對(duì)黃瓜種子的發(fā)芽率有影響，其中10 mg·L-1臭氧處理，發(fā)芽率達(dá)85.01%；40 mg·L-1臭氧處理，發(fā)芽率最高，達(dá)90.67%。隨著臭氧濃度的進(jìn)一步升高，黃瓜發(fā)芽率下降，即抑制黃瓜種子的發(fā)芽，70 mg·L-1的發(fā)芽率為66.14%，低于對(duì)照。

表1 臭氧處理對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率的影響

處理濃度/(mg·L-1)發(fā)芽率/%1085.01Bb4090.67Aa7066.14Bb0(ck)76.50Cc

注：小寫字母表示p=0.05時(shí)的差異水平，大寫字母表示p=0.01時(shí)的差異水平。

臭氧處理對(duì)黃瓜種子CAT活性的影響見圖1。由圖1可見，處理時(shí)間為72 h時(shí)，各濃度處理的CAT活性均在143.021～145.335μg·(g·min)-1之間，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，CAT活性均呈上升趨勢(shì)，在96 h處理后，差異逐漸擴(kuò)大，其中40 mg·L-1處理CAT活性最高，在96，120，144 h分別達(dá)288.250，296.325，300.214μg·(g·min)-1，與對(duì)照相比較，10 mg·L-1處理后CAT有小幅度升高，而70 mg·L-1處理后CAT活性較對(duì)照降低，在96，120，144 h分別達(dá)146.477，147.243，150.225μg·(g·min)-1。表明臭氧濃度在10～40 mg·L-1之間處理使黃瓜的CAT活性升高，進(jìn)一步升高臭氧濃度后，CAT活性受到抑制。

臭氧處理對(duì)黃瓜種子淀粉酶活性的影響見圖2?？梢园l(fā)現(xiàn)，在72 h、96 h處理后，4個(gè)處理的差異較小。淀粉酶活性分別在120 h、144 h處理后出現(xiàn)較大的差異，除70 mg·L-1處理外，另3個(gè)處理淀粉酶活性出現(xiàn)大幅度的上升。40 mg·L-1處理保持較高的水平，在120 h、144 h處理后淀粉酶活性分別達(dá)0.286，0.350 mg·(g·min)-1。10 mg·L-1處理僅較對(duì)照有小幅度的升高。

圖1 臭氧處理對(duì)黃瓜種子CAT活性的影響

圖2 臭氧處理對(duì)黃瓜種子淀粉酶活性的影響

臭氧處理對(duì)黃瓜種子呼吸速率的影響見圖3。可以發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理下黃瓜種子的呼吸速率均呈逐漸上升的趨勢(shì)，在72 h、96 h處理后，上升的幅度較小，在120 h、144 h處理后上升的幅度加大，其中40 mg·L-1處理一直處于較高的水平，10 mg·L-1處理居于第二位，70 mg·L-1處理后的呼吸速率較低，低于對(duì)照。說明10 mg·L-1、40 mg·L-1臭氧處理能提高黃瓜種子的呼吸速率，過高濃度的臭氧處理抑制黃瓜種子的呼吸。

圖3 臭氧處理對(duì)黃瓜種子呼吸速率的影響

3 討 論

黃瓜是生活中最常見的蔬菜，其種子比其他蔬菜種子易發(fā)芽且自然狀態(tài)下發(fā)芽率較高，經(jīng)臭氧處理后，其發(fā)芽率提高。這與丁明等[8]的研究結(jié)論基本一致，不同的是本實(shí)驗(yàn)確定了臭氧對(duì)黃瓜種子發(fā)芽影響的具體濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論情況基本符合。

王金歡研究表明，臭氧因其本身具有不穩(wěn)定性，在黃瓜發(fā)芽過程中通入臭氧，臭氧進(jìn)入細(xì)胞后，轉(zhuǎn)化為活性氧O2-等物質(zhì)，破壞細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，對(duì)黃瓜造成傷害[9]。CAT作為一類保護(hù)酶能殺滅這些有害物質(zhì)，提高黃瓜抵御逆境的能力。阮亞男[10]對(duì)銀杏、余澤龍[11]對(duì)蠶豆的研究認(rèn)為，使用臭氧能提高CAT活性。這與本研究的結(jié)論一致。說明臭氧能誘導(dǎo)CAT活性的提高，在遇到逆境后維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，對(duì)發(fā)芽有幫助[12]。但臭氧濃度過高使細(xì)胞受到的傷害較重，使CAT活性逐漸下降。

淀粉酶活性、呼吸速率與種子發(fā)芽密切相關(guān)。趙全海研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽率較高的種子淀粉酶活性較高[14]。王若蘭[13]在研究小麥時(shí)也得出同樣的結(jié)論。張麗娜[15]研究腐殖酸對(duì)黃瓜種子萌發(fā)的影響、張萬萍等[16]研究稀土元素對(duì)黃瓜種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)腐殖酸、稀土元素能刺激黃瓜發(fā)芽，提高發(fā)芽率，其實(shí)質(zhì)是提高了呼吸速率。本研究結(jié)論與上述結(jié)論類似，說明提高淀粉酶活性、呼吸速率有助于種子萌發(fā)。有關(guān)臭氧對(duì)黃瓜種子淀粉酶活性、呼吸速率的影響的研究少見報(bào)道。筆者認(rèn)為臭氧在黃瓜種子萌發(fā)的過程中使淀粉酶活性升高后，能為種子內(nèi)部代謝提供足夠的能量，同時(shí)代謝增強(qiáng)，刺激種子發(fā)芽[14]。臭氧還增加了種子的呼吸速率，加速了種子內(nèi)貯藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解。但較高濃度的臭氧具有較強(qiáng)的氧化性，對(duì)種子有殺傷的作用，使發(fā)芽率降至對(duì)照以下的水平，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加以注意。