蔬菜工厂种子消毒处理方式的优化

崔学晨，崔 实，董 韩，党 宁

（河南科瑞科技有限公司 郑州 450000）

“蔬菜工厂”是指在洁净工厂流水线进行蔬菜规模化生产，其作物生长周期短、速度快、污染少，同时通过多层、立体式栽培以及周年多茬次的安排，单位土地面积的利用率和作物产量可以得到成倍甚至数十倍的提高。该概念最早在上世纪50年代由日本提出，并经过欧美等国家的实施和推广[1-4]。近年来，蔬菜工厂的发展日新月异，已然成为植物工厂的一种主要运营模式，其对土地面积的高利用率和高效产出等特点，被认为是解决世界各国尤其是资源紧缺国家食物需求问题的最为有效的途径之一[5]。蔬菜育苗是生产蔬菜的第一环节，培养健康、壮实的幼苗，直接关系到蔬菜产品的品质和产量[6]。然而许多蔬菜种子内及种皮上带有病原菌，种子萌发后使幼苗发病，造成弱苗、死苗的现象[7]。而在蔬菜生产的过程中使用农药来处理这些病害又不符合蔬菜工厂“清洁”、“安全”和“低污染”的特点。因此从事蔬菜工厂生产，必须将病原菌消灭在根源上，即在浸种前进行消毒，减少病害的最初侵染源来防治病害[8]。

制种行业通常使用物理、化学和生物等不同消毒方法杀灭蔬菜种子上以细胞繁殖形态出现的病原微生物，预防和控制由种子引起的病害[9]。虽然一些消毒手段的效率很高，但严重危害了蔬菜的安全生产[10]。所以普遍被认为是较为安全的蔬菜种子常用消毒方式有温汤浸种、热水烫种、干热处理、药剂浸种、药粉拌种等[11]，不同蔬菜品种消毒方式和处理时间也不一样。针对本文即将讨论的几种蔬菜，目前对它们的消毒方式也有很大差别。生菜种子常用福尔马林和磷酸三钠等进行药剂浸种[12-13]；对油麦菜种子的消毒报道较少，近些年有利用辣椒植株水浸提液[14]和杂多酸季铵盐[15]等方法处理；韭菜常用的消毒方法有高温烫种和代森锌浸种[16-17]；而目前尚未见对大叶苦苣消毒方式的相关报道。

由于蔬菜工厂是一项高投入、高技术、高产出的产业，其建设成本和早期运行成本较高，目前，我国开展此项研究工作并不多。但是，从我国社会经济和科学技术发展的现状与趋势来看，植物工厂领域的研究与建设既是我国现代农业发展的实际需要，也是摆在广大农业科教工作者面前的一项艰巨任务[18-19]。本研究的目的就是探讨不同消毒方式对生菜、油麦菜、大叶苦苣、韭菜种子发芽和消毒效果的影响，以期探索高效、稳定且安全的消毒方法，预防和控制种传病害，为培育洁净蔬菜创造条件，进而完善蔬菜工厂智能化生产体系，实现智能蔬菜工厂的示范、创新和发展，最终提高我国食品安全水平和智能蔬菜工厂这一新兴产业竞争能力，具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

‘超级欧力特生菜王’，由广东省佛山市兴农种子店提供；‘四季高产油麦菜’，由广州市爱普农业科技有限公司提供；‘大叶苦苣’，由辽宁省辽阳市园艺科学研究所提供；‘中华韭王’和‘神州航韭’，均由郑州神宇种业有限公司提供（表1）。

表1 供试材料来源和消毒处理方式说明

1.2 试验方法

1.2.1 不同消毒方式处理蔬菜种子 采用清水漂浮法分别对生菜、油麦菜和大叶苦苣、韭菜种子进行选种，弃表面浮渣，选取底部饱满种子待试验用。采用不同消毒方式处理蔬菜种子，每个处理随机选取100粒种子，3次重复。操作方法如下：

对生菜、油麦菜、大叶苦苣种子：（1）空白对照：种子不作任何处理，直接催芽；（2）温汤浸种：生菜50℃浸种10 min，油麦菜和大叶苦苣55℃浸种 5 min；（3）KMnO4浸泡法：0.1% 的 KMnO4浸泡 15 min，再用无菌水清洗 5遍，每遍 1 min；（4）2%NaOH浸泡法：2%的NaOH浸泡15 min，再用无菌水清洗 5 遍，每遍 1min；（5）紫外杀菌法（UV）：利用生物安全柜紫外灯照射30 min。

对韭菜种子：（1）空白对照：种子不作任何处理，直接催芽；（2）温汤浸种：55 ℃浸种 15 min；（3）先温汤后 CuSO4：55℃浸泡 15 min，再用 1% 的CuSO4浸泡5 min，再用无菌水清洗5遍，每遍1 min；（4）CuSO4处理：1% 的 CuSO4浸泡 5 min，再用无菌水清洗5遍，每遍1 min。

1.2.2 不同消毒方式处理后蔬菜种子发芽率的统计 将生菜、油麦菜和大叶苦苣种子经过上述方法处理后，均匀置于垫有2层湿润滤纸的培养皿中，加盖。然后将培养皿置于无菌室的培养箱中催芽，温度为15～20℃、相对湿度（60±5）%，每天光照12 h，光照强度650 lx，7 d后统计发芽率；将韭菜种子经过上述方法处理后，均匀置于垫有2层湿润滤纸的培养皿中，加盖。然后将培养皿置于培养箱中催芽，温度为 15～20℃、相对湿度（60±5）%，每天光照12 h，光照强度2 500 lx，14 d后统计发芽率。

1.2.3 不同消毒方式处理对蔬菜种子消毒效果的比较 分别取经过处理消毒后的生菜、油麦菜、大叶苦苣和韭菜种子50粒，在无菌条件下，接种到MS培养基内培养。培养皿直径10 cm，培养条件为（25±1）℃，每天光照 16 h，光照强度 2 500 lx，4～5 d后观察被处理的蔬菜种子上有无细菌、真菌微生物长出，若有则认为其被污染，记录被污染的种子数量，统计污染率，设置3次重复。

1.3 数据统计与分析

平均发芽率/%=发芽数/种子数×100；

平均污染率/%=种子污染数/接种数×100；

试验采用完全随机设计，采用Excel 2003和DPS7.05进行数据处理和统计分析，Duncan多重比较进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式对生菜、油麦菜、大叶苦苣种子发芽情况的影响

由表2可以看出，不同蔬菜品种在不同处理下发芽情况不同。生菜种子未添加任何处理的对照发芽率最高，为91.30%，温汤浸种发芽效果最差，为71.50%，与对照相比，经过温汤浸种、KMnO4浸泡法、2%NaOH浸泡法、UV杀菌法处理的生菜平均发芽率均有不同程度的降低，分别降低21.7%、4.7%、3.9%、7.7%；大叶苦苣种子平均发芽率在5种处理间存在极显著性差异，UV杀菌法处理发芽效果最好（88.00%）高出对照37.50%，KMnO4浸泡法处理对大叶苦苣种子发芽有较强抑制作用，其发芽率低出对照46.40%；油麦菜种子平均发芽率在不同处理间达到显著性差异，对照发芽率最差，2%NaOH浸泡法处理下最高，为93.00%。这可能是蔬菜种子本身个体形态差异、生理特征和基因型决定其种子萌发特性，进而影响处理效果。

表2 不同处理对生菜、油麦菜和大叶苦苣种子发芽率的影响

2.2 不同处理方式对生菜、油麦菜、大叶苦苣种子消毒情况分析

由表3可以看出，生菜种子平均污染率在空白、温汤浸种、KMnO4浸泡法、2%NaOH浸泡法、UV杀菌法5种处理间存在显著性差异，与对照相比，温汤浸种、0.1%KMnO4和2%NaOH处理后种子污染率明显降低，分别降低85.71%、76.20%、90.50%，其中2%NaOH消毒效果最好（8.00%）、UV杀菌法效果最差（97.00%）；对大叶苦苣种子而言，与对照相比，温汤浸种消毒效果最差（99.30%），大叶苦苣种子2%NaOH消毒效果最好（40.00%），但污染率依然很高；对于油麦菜，温汤浸种和KMnO4浸泡法、2%NaOH浸泡法均能降低其污染率，与对照相比分别降低72.88%、10.17%、28.81%，其中温汤浸种效果最好（17.00%）。由此说明，不同消毒方式对不同品种蔬菜消毒效果存在差异，UV杀菌法可能由于表面杀菌，消毒效果不显著。

为保证种子高效的发芽率和种子洁净程度，综合比较3种蔬菜发芽和消毒效果（表2和表3），可以得出生菜最适宜的种子消毒方式是2%NaOH浸泡法（发芽率87.70%、污染率8.00%）；油麦菜最适宜的种子消毒方式是温汤浸种（发芽率89.50%、污染率16.00%）；大叶苦苣种子在2%NaOH浸泡法发芽率高82.40%、污染率最低40.00%，但是污染率在处理间虽然最低，却比生菜和油麦菜的最低污染率高很多，分析可能是该大叶苦苣种子本身带病菌多或该方法不是最佳的消毒方式。

表3 不同处理对生菜、油麦菜和大叶苦苣种子消毒效果的比较

2.3 不同处理方式对韭菜种子发芽情况和消毒效果的影响

‘中华韭王’和‘神舟韭菜’种子平均发芽率经温汤或先温汤后CuSO4处理后，发芽率显著降低，而只经过CuSO4处理的种子，其发芽率显著上升（表4）。中华韭王和神舟韭菜种子在CuSO4处理下，平均发芽率（82.00%、82.70%）分别高出对照8.32%、6.44%；温汤处理和先温汤后CuSO4处理下，均抑制2种品种韭菜种子萌发，与对照相比分别降低了41.88%、47.23%和40.55%、37.84%。‘中华韭王’和‘神舟韭菜’种子在未经任何处理下污染率最高；与对照相比，温汤处理平均污染率降低最少（分别降低3.03%、2.00%），先温汤后CuSO4处理和CuSO4处理对2种韭菜种子消毒较有效，分别比对照降低94.45%、93.94%和92.70%、94.00%（表5）。综合比较，发现CuSO4处理对韭菜种子发芽和消毒效果最佳。

表4 不同处理方式对韭菜发芽率的影响

表5 不同处理方式对韭菜污染率的影响

3 讨论与结论

蔬菜工厂是在一种相对洁净、无污染的环境下，采用无土立体栽培模式进行高效地生产，因此蔬菜种子消毒处理方式的探索研究对于蔬菜工厂内蔬菜品种催芽育苗技术优化和种传病害的防治和预测具有重要意义。

在生产蔬菜的选种方面，尽管使用PCR法[20-22]、酶联免疫吸附测试[23]等方法可以检测某些特异的病原，但都存在着操作繁琐、检测费用高等成本增加的问题。目前对种子是否带菌以及带菌程度尚缺乏时效性的手段进行定性定量的分析。在对育苗基质进行消毒的前提下，仅能从苗期是否发病以及发病程度来判断种子是否自带病原。然而徐新新等[24]也利用MT培养基成功分离到病原菌并用特异PCR进行检测[24]。因此本研究将种子消毒之后种在使用培养植物的MS培养基上，若在发芽阶段检测不到生长的菌斑，那么在育苗阶段也应该不会产生对植物有害的病原。

本研究利用2%NaOH浸泡法、KMnO4浸泡法、温汤浸种、UV杀菌法、CuSO4消毒等方法对生菜、大叶苦苣、油麦菜、韭菜种子萌发和消毒效果进行了对比。结果表明，生菜和大叶苦苣最适宜的种子消毒方式是2%NaOH浸泡15 min，其污染率的下降达到显著水平，分别为8%和40%。大叶苦苣的种子即使经过消毒处理，污染率与对照相比降低了一半，但仍然高达40%，因此2%NaOH浸泡法可能是这几个方法中效果相对较好的，但最佳方法仍然需要进一步的摸索。油麦菜种子最适宜的处理方式是温汤浸种，使污染率下降至16%。韭菜种子最适宜消毒方式是CuSO4处理，也是所有试验组中消毒效果最好的方式，这与赵然花等[17]的研究结果相符。

值得注意的是，经过UV照射的消毒方式处理后，生菜、大叶苦苣以及油麦菜的污染率没有显著变化，甚至还会使污染率升高。由于紫外线照射从两个方面进行消毒，第一，通过发出波长在240～280 nm的高能量紫外线，能够破坏细菌和病毒等的核酸分子结构，使生长性或再生性细胞死亡；另一方面，在密闭的环境中，通过紫外线照射所产生的臭氧是强氧化物，也具有相当强的杀菌能力。因此本文分析认为，在种子消毒的过程中，很可能由于病原物在种皮内部，而紫外照射以及臭氧作用难以到达病原所在的位置，因此无法获得理想的消毒效果。但增加紫外线剂量，又可能使种子自身产生不可逆的伤害甚至突变，因此在选择种子消毒的方式时，根据本文的研究结果，我们并不推荐使用UV照射法。

目前生菜、油麦菜、大叶苦苣、韭菜市场需求量大，传统种植叶菜类蔬菜农药化肥残留高、现阶段还无法避免土壤的农药和重金属残留本底、蔬菜洁净健康程度差，新型的智能化蔬菜工厂体系研发和创新，保证蔬菜生产符合国家绿色食品蔬菜安全标准，从种子开始，采取最适宜的蔬菜消毒和催芽方式，保证选种质量，高发芽率、无种传病害、消毒洁净和安全，为建立无菌育苗室，生产无污染健康蔬菜提供理论参考和依据。