蔬菜工廠種子消毒處理方式的優(yōu)化

崔學(xué)晨，崔 實，董 韓，黨 寧

（河南科瑞科技有限公司 鄭州 450000）

“蔬菜工廠”是指在潔凈工廠流水線進行蔬菜規(guī)?；a(chǎn)，其作物生長周期短、速度快、污染少，同時通過多層、立體式栽培以及周年多茬次的安排，單位土地面積的利用率和作物產(chǎn)量可以得到成倍甚至數(shù)十倍的提高。該概念最早在上世紀50年代由日本提出，并經(jīng)過歐美等國家的實施和推廣[1-4]。近年來，蔬菜工廠的發(fā)展日新月異，已然成為植物工廠的一種主要運營模式，其對土地面積的高利用率和高效產(chǎn)出等特點，被認為是解決世界各國尤其是資源緊缺國家食物需求問題的最為有效的途徑之一[5]。蔬菜育苗是生產(chǎn)蔬菜的第一環(huán)節(jié)，培養(yǎng)健康、壯實的幼苗，直接關(guān)系到蔬菜產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量[6]。然而許多蔬菜種子內(nèi)及種皮上帶有病原菌，種子萌發(fā)后使幼苗發(fā)病，造成弱苗、死苗的現(xiàn)象[7]。而在蔬菜生產(chǎn)的過程中使用農(nóng)藥來處理這些病害又不符合蔬菜工廠“清潔”、“安全”和“低污染”的特點。因此從事蔬菜工廠生產(chǎn)，必須將病原菌消滅在根源上，即在浸種前進行消毒，減少病害的最初侵染源來防治病害[8]。

制種行業(yè)通常使用物理、化學(xué)和生物等不同消毒方法殺滅蔬菜種子上以細胞繁殖形態(tài)出現(xiàn)的病原微生物，預(yù)防和控制由種子引起的病害[9]。雖然一些消毒手段的效率很高，但嚴重危害了蔬菜的安全生產(chǎn)[10]。所以普遍被認為是較為安全的蔬菜種子常用消毒方式有溫湯浸種、熱水燙種、干熱處理、藥劑浸種、藥粉拌種等[11]，不同蔬菜品種消毒方式和處理時間也不一樣。針對本文即將討論的幾種蔬菜，目前對它們的消毒方式也有很大差別。生菜種子常用福爾馬林和磷酸三鈉等進行藥劑浸種[12-13]；對油麥菜種子的消毒報道較少，近些年有利用辣椒植株水浸提液[14]和雜多酸季銨鹽[15]等方法處理；韭菜常用的消毒方法有高溫燙種和代森鋅浸種[16-17]；而目前尚未見對大葉苦苣消毒方式的相關(guān)報道。

由于蔬菜工廠是一項高投入、高技術(shù)、高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，其建設(shè)成本和早期運行成本較高，目前，我國開展此項研究工作并不多。但是，從我國社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢來看，植物工廠領(lǐng)域的研究與建設(shè)既是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的實際需要，也是擺在廣大農(nóng)業(yè)科教工作者面前的一項艱巨任務(wù)[18-19]。本研究的目的就是探討不同消毒方式對生菜、油麥菜、大葉苦苣、韭菜種子發(fā)芽和消毒效果的影響，以期探索高效、穩(wěn)定且安全的消毒方法，預(yù)防和控制種傳病害，為培育潔凈蔬菜創(chuàng)造條件，進而完善蔬菜工廠智能化生產(chǎn)體系，實現(xiàn)智能蔬菜工廠的示范、創(chuàng)新和發(fā)展，最終提高我國食品安全水平和智能蔬菜工廠這一新興產(chǎn)業(yè)競爭能力，具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

‘超級歐力特生菜王’，由廣東省佛山市興農(nóng)種子店提供；‘四季高產(chǎn)油麥菜’，由廣州市愛普農(nóng)業(yè)科技有限公司提供；‘大葉苦苣’，由遼寧省遼陽市園藝科學(xué)研究所提供；‘中華韭王’和‘神州航韭’，均由鄭州神宇種業(yè)有限公司提供（表1）。

表1 供試材料來源和消毒處理方式說明

1.2 試驗方法

1.2.1 不同消毒方式處理蔬菜種子 采用清水漂浮法分別對生菜、油麥菜和大葉苦苣、韭菜種子進行選種，棄表面浮渣，選取底部飽滿種子待試驗用。采用不同消毒方式處理蔬菜種子，每個處理隨機選取100粒種子，3次重復(fù)。操作方法如下：

對生菜、油麥菜、大葉苦苣種子：（1）空白對照：種子不作任何處理，直接催芽；（2）溫湯浸種：生菜50℃浸種10 min，油麥菜和大葉苦苣55℃浸種 5 min；（3）KMnO4浸泡法：0.1% 的 KMnO4浸泡 15 min，再用無菌水清洗 5遍，每遍 1 min；（4）2%NaOH浸泡法：2%的NaOH浸泡15 min，再用無菌水清洗 5 遍，每遍 1min；（5）紫外殺菌法（UV）：利用生物安全柜紫外燈照射30 min。

對韭菜種子：（1）空白對照：種子不作任何處理，直接催芽；（2）溫湯浸種：55 ℃浸種 15 min；（3）先溫湯后 CuSO4：55℃浸泡 15 min，再用 1% 的CuSO4浸泡5 min，再用無菌水清洗5遍，每遍1 min；（4）CuSO4處理：1% 的 CuSO4浸泡 5 min，再用無菌水清洗5遍，每遍1 min。

1.2.2 不同消毒方式處理后蔬菜種子發(fā)芽率的統(tǒng)計 將生菜、油麥菜和大葉苦苣種子經(jīng)過上述方法處理后，均勻置于墊有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，加蓋。然后將培養(yǎng)皿置于無菌室的培養(yǎng)箱中催芽，溫度為15～20℃、相對濕度（60±5）%，每天光照12 h，光照強度650 lx，7 d后統(tǒng)計發(fā)芽率；將韭菜種子經(jīng)過上述方法處理后，均勻置于墊有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，加蓋。然后將培養(yǎng)皿置于培養(yǎng)箱中催芽，溫度為 15～20℃、相對濕度（60±5）%，每天光照12 h，光照強度2 500 lx，14 d后統(tǒng)計發(fā)芽率。

1.2.3 不同消毒方式處理對蔬菜種子消毒效果的比較 分別取經(jīng)過處理消毒后的生菜、油麥菜、大葉苦苣和韭菜種子50粒，在無菌條件下，接種到MS培養(yǎng)基內(nèi)培養(yǎng)。培養(yǎng)皿直徑10 cm，培養(yǎng)條件為（25±1）℃，每天光照 16 h，光照強度 2 500 lx，4～5 d后觀察被處理的蔬菜種子上有無細菌、真菌微生物長出，若有則認為其被污染，記錄被污染的種子數(shù)量，統(tǒng)計污染率，設(shè)置3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

平均發(fā)芽率/%=發(fā)芽數(shù)/種子數(shù)×100；

平均污染率/%=種子污染數(shù)/接種數(shù)×100；

試驗采用完全隨機設(shè)計，采用Excel 2003和DPS7.05進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，Duncan多重比較進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方式對生菜、油麥菜、大葉苦苣種子發(fā)芽情況的影響

由表2可以看出，不同蔬菜品種在不同處理下發(fā)芽情況不同。生菜種子未添加任何處理的對照發(fā)芽率最高，為91.30%，溫湯浸種發(fā)芽效果最差，為71.50%，與對照相比，經(jīng)過溫湯浸種、KMnO4浸泡法、2%NaOH浸泡法、UV殺菌法處理的生菜平均發(fā)芽率均有不同程度的降低，分別降低21.7%、4.7%、3.9%、7.7%；大葉苦苣種子平均發(fā)芽率在5種處理間存在極顯著性差異，UV殺菌法處理發(fā)芽效果最好（88.00%）高出對照37.50%，KMnO4浸泡法處理對大葉苦苣種子發(fā)芽有較強抑制作用，其發(fā)芽率低出對照46.40%；油麥菜種子平均發(fā)芽率在不同處理間達到顯著性差異，對照發(fā)芽率最差，2%NaOH浸泡法處理下最高，為93.00%。這可能是蔬菜種子本身個體形態(tài)差異、生理特征和基因型決定其種子萌發(fā)特性，進而影響處理效果。

表2 不同處理對生菜、油麥菜和大葉苦苣種子發(fā)芽率的影響

2.2 不同處理方式對生菜、油麥菜、大葉苦苣種子消毒情況分析

由表3可以看出，生菜種子平均污染率在空白、溫湯浸種、KMnO4浸泡法、2%NaOH浸泡法、UV殺菌法5種處理間存在顯著性差異，與對照相比，溫湯浸種、0.1%KMnO4和2%NaOH處理后種子污染率明顯降低，分別降低85.71%、76.20%、90.50%，其中2%NaOH消毒效果最好（8.00%）、UV殺菌法效果最差（97.00%）；對大葉苦苣種子而言，與對照相比，溫湯浸種消毒效果最差（99.30%），大葉苦苣種子2%NaOH消毒效果最好（40.00%），但污染率依然很高；對于油麥菜，溫湯浸種和KMnO4浸泡法、2%NaOH浸泡法均能降低其污染率，與對照相比分別降低72.88%、10.17%、28.81%，其中溫湯浸種效果最好（17.00%）。由此說明，不同消毒方式對不同品種蔬菜消毒效果存在差異，UV殺菌法可能由于表面殺菌，消毒效果不顯著。

為保證種子高效的發(fā)芽率和種子潔凈程度，綜合比較3種蔬菜發(fā)芽和消毒效果（表2和表3），可以得出生菜最適宜的種子消毒方式是2%NaOH浸泡法（發(fā)芽率87.70%、污染率8.00%）；油麥菜最適宜的種子消毒方式是溫湯浸種（發(fā)芽率89.50%、污染率16.00%）；大葉苦苣種子在2%NaOH浸泡法發(fā)芽率高82.40%、污染率最低40.00%，但是污染率在處理間雖然最低，卻比生菜和油麥菜的最低污染率高很多，分析可能是該大葉苦苣種子本身帶病菌多或該方法不是最佳的消毒方式。

表3 不同處理對生菜、油麥菜和大葉苦苣種子消毒效果的比較

2.3 不同處理方式對韭菜種子發(fā)芽情況和消毒效果的影響

‘中華韭王’和‘神舟韭菜’種子平均發(fā)芽率經(jīng)溫湯或先溫湯后CuSO4處理后，發(fā)芽率顯著降低，而只經(jīng)過CuSO4處理的種子，其發(fā)芽率顯著上升（表4）。中華韭王和神舟韭菜種子在CuSO4處理下，平均發(fā)芽率（82.00%、82.70%）分別高出對照8.32%、6.44%；溫湯處理和先溫湯后CuSO4處理下，均抑制2種品種韭菜種子萌發(fā)，與對照相比分別降低了41.88%、47.23%和40.55%、37.84%?！腥A韭王’和‘神舟韭菜’種子在未經(jīng)任何處理下污染率最高；與對照相比，溫湯處理平均污染率降低最少（分別降低3.03%、2.00%），先溫湯后CuSO4處理和CuSO4處理對2種韭菜種子消毒較有效，分別比對照降低94.45%、93.94%和92.70%、94.00%（表5）。綜合比較，發(fā)現(xiàn)CuSO4處理對韭菜種子發(fā)芽和消毒效果最佳。

表4 不同處理方式對韭菜發(fā)芽率的影響

表5 不同處理方式對韭菜污染率的影響

3 討論與結(jié)論

蔬菜工廠是在一種相對潔凈、無污染的環(huán)境下，采用無土立體栽培模式進行高效地生產(chǎn)，因此蔬菜種子消毒處理方式的探索研究對于蔬菜工廠內(nèi)蔬菜品種催芽育苗技術(shù)優(yōu)化和種傳病害的防治和預(yù)測具有重要意義。

在生產(chǎn)蔬菜的選種方面，盡管使用PCR法[20-22]、酶聯(lián)免疫吸附測試[23]等方法可以檢測某些特異的病原，但都存在著操作繁瑣、檢測費用高等成本增加的問題。目前對種子是否帶菌以及帶菌程度尚缺乏時效性的手段進行定性定量的分析。在對育苗基質(zhì)進行消毒的前提下，僅能從苗期是否發(fā)病以及發(fā)病程度來判斷種子是否自帶病原。然而徐新新等[24]也利用MT培養(yǎng)基成功分離到病原菌并用特異PCR進行檢測[24]。因此本研究將種子消毒之后種在使用培養(yǎng)植物的MS培養(yǎng)基上，若在發(fā)芽階段檢測不到生長的菌斑，那么在育苗階段也應(yīng)該不會產(chǎn)生對植物有害的病原。

本研究利用2%NaOH浸泡法、KMnO4浸泡法、溫湯浸種、UV殺菌法、CuSO4消毒等方法對生菜、大葉苦苣、油麥菜、韭菜種子萌發(fā)和消毒效果進行了對比。結(jié)果表明，生菜和大葉苦苣最適宜的種子消毒方式是2%NaOH浸泡15 min，其污染率的下降達到顯著水平，分別為8%和40%。大葉苦苣的種子即使經(jīng)過消毒處理，污染率與對照相比降低了一半，但仍然高達40%，因此2%NaOH浸泡法可能是這幾個方法中效果相對較好的，但最佳方法仍然需要進一步的摸索。油麥菜種子最適宜的處理方式是溫湯浸種，使污染率下降至16%。韭菜種子最適宜消毒方式是CuSO4處理，也是所有試驗組中消毒效果最好的方式，這與趙然花等[17]的研究結(jié)果相符。

值得注意的是，經(jīng)過UV照射的消毒方式處理后，生菜、大葉苦苣以及油麥菜的污染率沒有顯著變化，甚至還會使污染率升高。由于紫外線照射從兩個方面進行消毒，第一，通過發(fā)出波長在240～280 nm的高能量紫外線，能夠破壞細菌和病毒等的核酸分子結(jié)構(gòu)，使生長性或再生性細胞死亡；另一方面，在密閉的環(huán)境中，通過紫外線照射所產(chǎn)生的臭氧是強氧化物，也具有相當強的殺菌能力。因此本文分析認為，在種子消毒的過程中，很可能由于病原物在種皮內(nèi)部，而紫外照射以及臭氧作用難以到達病原所在的位置，因此無法獲得理想的消毒效果。但增加紫外線劑量，又可能使種子自身產(chǎn)生不可逆的傷害甚至突變，因此在選擇種子消毒的方式時，根據(jù)本文的研究結(jié)果，我們并不推薦使用UV照射法。

目前生菜、油麥菜、大葉苦苣、韭菜市場需求量大，傳統(tǒng)種植葉菜類蔬菜農(nóng)藥化肥殘留高、現(xiàn)階段還無法避免土壤的農(nóng)藥和重金屬殘留本底、蔬菜潔凈健康程度差，新型的智能化蔬菜工廠體系研發(fā)和創(chuàng)新，保證蔬菜生產(chǎn)符合國家綠色食品蔬菜安全標準，從種子開始，采取最適宜的蔬菜消毒和催芽方式，保證選種質(zhì)量，高發(fā)芽率、無種傳病害、消毒潔凈和安全，為建立無菌育苗室，生產(chǎn)無污染健康蔬菜提供理論參考和依據(jù)。