臭氧處理對番茄和黃瓜種子萌發(fā)的影響

張治家，劉紅艷，翟海翔，張麗娜，焦彩菊

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 a 植物保護研究所，b農(nóng)業(yè)科技信息研究所，山西 太原 030031)

種子發(fā)芽率是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，發(fā)芽率的高低決定了種子的品質(zhì)、幼苗長勢及其產(chǎn)量高低[1-3]。種子在做發(fā)芽試驗過程中極易被霉菌感染，且染菌霉變率較高，常常導(dǎo)致不正常幼苗及死種子的發(fā)生，使種子發(fā)芽率明顯降低[4-5]。此外，種子表面本身附著的細菌及病原性微生物也會導(dǎo)致種子的發(fā)芽率降低[6-7]。對種子上附著的病菌進行處理，不僅可以有效防治種傳、土傳及一些氣傳病害，調(diào)控作物生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，而且有利于實現(xiàn)良種標(biāo)準(zhǔn)化、商品化，能打破種子休眠，促進發(fā)芽[8-11]。

臭氧又名超氧，是氧氣的同素異形體，在常溫常壓下穩(wěn)定性較差，可分解為氧氣。臭氧具有超強的氧化性，可作為強氧化劑，在適當(dāng)濃度作用下可殺滅病原微生物，且對健康細胞無害[12-14]。隨著國內(nèi)臭氧技術(shù)的逐漸成熟，臭氧目前主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和農(nóng)業(yè)三大領(lǐng)域[15-19]。其中，在工業(yè)方面臭氧主要應(yīng)用于漂白方面[20]；在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，臭氧可用于對醫(yī)療場所、器械、工具等進行消毒[21]，也可以用于治療皮膚感染引起的皮膚病[22-24]。近年來，臭氧在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用也越來越廣泛，主要用于果蔬的儲藏保鮮[25-26]，控制溫室蔬菜病原菌(辣椒疫霉病菌和黃瓜霜霉、白粉病菌等常見病菌)的繁殖[27-28]，處理陳種子以提高種子萌發(fā)率[2,5,29]。本試驗選取放置1年的陳番茄和黃瓜種子作為研究對象，利用不同濃度臭氧分別處理陳番茄和黃瓜種子，研究不同臭氧處理對黃瓜和番茄種子表面微生物及種子發(fā)芽率和活力的影響，為臭氧在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

黃瓜“天天摘”和番茄“絢麗F1”種子均購于當(dāng)?shù)厥袌觯瑸榉胖?年陳種子且無包衣。

1.2 試驗方法

1.2.1 抑菌試驗 準(zhǔn)確稱取1.00 g黃瓜和番茄種子，分別用80，120和160 mg/m3臭氧氣體處理30 min，之后置于9 mL的無菌蒸餾水中，在搖床上振蕩(120 r/min)1 h后,梯度稀釋并涂板，27 ℃培養(yǎng)24 h后進行菌落計數(shù)[30]，以未用臭氧氣體處理的種子作為對照(CK)，并計算抑制率。

抑制率=(對照菌落數(shù)-處理菌落數(shù))/對照菌落數(shù)×100%。

1.2.2 發(fā)芽試驗 分別選取大小基本一致且顆粒飽滿的黃瓜和番茄種子100粒，分別用80，120和160 mg/m3臭氧氣體處理30 min，之后放入直徑9 cm的培養(yǎng)皿(皿內(nèi)以雙層濾紙為發(fā)芽床，使用自來水作為處理液)，在常溫下培養(yǎng)，每天加入5 mL自來水，保持濾紙濕潤。每處理3次重復(fù)。以未用臭氧氣體處理的種子作為CK。培養(yǎng)3，7 d后統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率。

發(fā)芽勢=3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%，

發(fā)芽率=7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

1.2.3 活力試驗 準(zhǔn)確稱取0.1 g黃瓜和番茄種子，分別用80，120和160 mg/m3臭氧氣體處理30 min，采用試劑盒檢測各處理黃瓜和番茄種子的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性及丙二醛(MAD)含量[31-33]。其中，SOD活性測定采用SOD活性檢測試劑盒，POD活性測定采用POD活性檢測試劑盒，MDA含量測定采用MAD含量檢測試劑盒。以上3種試劑盒均購自索萊寶生物科技有限公司。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

以上試驗均重復(fù)3次，試驗數(shù)據(jù)用SPSS軟件(版本18.0)Duncan’s多重比較法進行多個均值間的兩兩比較[34]。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧處理對番茄和黃瓜種子表面微生物的影響

從表1可以看出，臭氧處理后番茄和黃瓜種子表面微生物的抑制率均顯著提高(P<0.05)。80，120和160 mg/m3的臭氧處理30 min后，番茄種子表面微生物的抑制率分別達到87.8%，94.0%和97.4%，黃瓜種子表面微生物的抑制率分別達到90.4%，98.8%和99.5%。說明臭氧濃度越高，對種子表面微生物菌落數(shù)的抑制作用越大。

表1 臭氧處理對番茄和黃瓜種子微生物菌落數(shù)的影響Table 1 Effect of ozone treatment on microbial colony number of cucumber and tomato

注：1.用80 mg/m3臭氧處理30 min；2.用120 mg/m3臭氧處理30 min；3.用160 mg/m3臭氧處理30 min。同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。表2和3同。

Note:1.80 mg/m3ozone treatment 30 min;2.120 mg/m3ozone for 30 min;3.160 mg/m3ozone for 30 min.Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).The same below.

2.2 臭氧處理對番茄和黃瓜種子發(fā)芽的影響

從表2可以看出，臭氧處理后番茄和黃瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率有明顯變化。80，120和160 mg/m3臭氧處理30 min后，番茄種子發(fā)芽勢較對照提高，但差異不顯著； 80 mg/m3臭氧處理番茄種子的發(fā)芽率較對照顯著提高，而120和160 mg/m3臭氧處理番茄種子的發(fā)芽率較對照顯著降低。160 mg/m3臭氧處理黃瓜種子的發(fā)芽勢最高，達到96.5%，且與其他處理差異顯著，而80和120 mg/m3臭氧對黃瓜種子的發(fā)芽勢影響不顯著；80，120和160 mg/m3臭氧處理黃瓜種子的發(fā)芽率顯著高于對照，最高可達到99.5%。

表2 臭氧處理對番茄和黃瓜種子發(fā)芽的影響Table 2 Effect of ozone treatment on germination rate of cucumber and tomato seeds %

2.3 臭氧處理對番茄和黃瓜種子活力的影響

從表3可以看出，80 mg/m3臭氧處理30 min后，番茄種子SOD和POD活性達到最大值，分別為193.8和2 193.4 U/g，較相應(yīng)對照提高了30.7%和24.2%，MDA含量最小，為19.4 nmol/g，較對照減少了54.0%。臭氧處理后，黃瓜種子SOD和POD活性隨著臭氧濃度的升高而總體增強，而MDA含量隨著臭氧濃度的升高而逐漸減少。160 mg/m3臭氧處理30 min后，黃瓜種子SOD和POD活性均達到最大值，分別為160.3和2 300.4 U/g，較相應(yīng)對照分別提高了63.1%和59.2%，MDA含量最小，為10.8 nmol/g，較對照減少了65.5%。

表3 臭氧處理對番茄和黃瓜種子活力的影響Table 3 Effect of ozone treatment on seed vigor of cucumber and tomato seeds

2.4 臭氧處理后種子各生理指標(biāo)的相關(guān)性

臭氧處理后，種子萌發(fā)程度及活力均發(fā)生了變化，為了更準(zhǔn)確全面地判斷這些變化以及各指標(biāo)相互之間的復(fù)雜關(guān)系，對種子萌發(fā)及活力的5個指標(biāo)進行相關(guān)分析，結(jié)果見表4和表5。從表4和表5可以看出，臭氧處理后，番茄種子發(fā)芽率與SOD和POD活性呈顯著或極顯著正相關(guān)，與MDA含量呈顯著負相關(guān)；黃瓜種子發(fā)芽率與SOD和POD活性呈極顯著正相關(guān)，與 MDA含量呈顯著負相關(guān)。

表4 臭氧處理后番茄種子各生理指標(biāo)的相關(guān)性Table 4 Correlation of physiological indexes of tomato seeds after ozone treatments

注：“*”和“**”分別表示P<0.05和P<0.01水平顯著相關(guān)。下表同。

Note:“*”and “**” indicate significant atP<0.05 andP<0.01,respectively.The same below.

表5 臭氧處理后黃瓜種子各生理指標(biāo)的相關(guān)性Table 5 Correlation of physiological indexes of cucumber seeds after ozone treatments

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，臭氧處理后，番茄和黃瓜種子表面的微生物菌落數(shù)均隨臭氧濃度的升高總體呈降低趨勢，對種子表面微生物的抑制率逐漸提高。林愛紅等[35]研究了臭氧的殺菌效果，結(jié)果表明，在接觸時間和相對濕度不變的情況下，臭氧濃度與殺菌效果呈正相關(guān)，與本試驗結(jié)果一致，主要原因是臭氧具有強氧化性，且濃度越高氧化性越強。

在植物體衰老和遭遇逆境等脅迫時，細胞內(nèi)會產(chǎn)生大量的超氧自由基破壞細胞器，使細胞內(nèi)溶物外滲[36]。SOD 和POD是一類清除超氧自由基的酶，其活性升高對維持細胞膜的穩(wěn)定性非常重要。MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，可引起蛋白質(zhì)的交聯(lián)，對膜結(jié)構(gòu)和蛋白的功能造成破壞。本研究結(jié)果表明，臭氧處理后，番茄和黃瓜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率及SOD和POD活性均有一定提高，SOD和POD活性與發(fā)芽率呈顯著或極顯著正相關(guān)，而MDA含量降低，與發(fā)芽率呈極顯著負相關(guān)。說明種子的SOD和POD活性增強有利于提高發(fā)芽率。本研究中，黃瓜和番茄種子對臭氧的敏感程度不同，這可能是由于臭氧對不同種子體內(nèi)各類酶的作用不同所致[37]。