臭氧对黄瓜种子发芽及活性成分的影响

(1.山西省农业科学院蔬菜研究所， 太原 030031；2.山西省农业科学院农业科技信息研究所， 太原 030031；3.山西省农业科学院植物保护研究所， 太原 030031)

臭氧是氧的同素异形体，其最早来源于希腊语“Ozon”。在18世纪时被德国的工人在使用电焊发现。后来法国的学者确定了其分子结构，最后被命名为臭氧。常温下为淡蓝色气体，有特殊的刺激味，可分解为氧气，是一种强氧化剂，具有消毒杀菌的作用，在医疗卫生、污水处理等领域广泛应用[1]。但在农业上的应用多集中在果蔬的贮藏保鲜加工[2-3]、病虫害防治等[4-6]方面，对蔬菜种子影响的研究少见报道。为此，笔者以黄瓜为研究对象，探讨臭氧处理对黄瓜种子发芽率的影响，以期为臭氧在农业领域的应用研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 臭氧发生装置

臭氧发生装置由山西东远科技有限公司研发并提供的高压放电式发生器。该臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。

1.2 试验方法

取黄瓜种子50粒，平放于铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿加5 mL蒸馏水，浸种2 h后开始臭氧处理，臭氧浓度分别为10，40，70 mg·L-1，处理时将培养皿放置在密闭容器内，通入既定浓度的臭氧，每个浓度臭氧通入时间为30 min，3次重复，对照组不做处理。

将培养皿取出后置于25 ℃恒温箱中催芽，以芽长超过1 mm为发芽标准，每天记录发芽数，7 d后计算种子发芽率。催芽后72，96，120，144 h测定萌发种子中的CAT活性(碘量法[7])和淀粉酶活性(3,5-二硝基水杨酸还原法[7])以及呼吸速率(小篮子法[7])。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%。

2 结果与分析

臭氧处理对黄瓜种子发芽率的影响见表1。4个处理间的差异达及显著水平，说明不同浓度的臭氧处理对黄瓜种子的发芽率有影响，其中10 mg·L-1臭氧处理，发芽率达85.01%；40 mg·L-1臭氧处理，发芽率最高，达90.67%。随着臭氧浓度的进一步升高，黄瓜发芽率下降，即抑制黄瓜种子的发芽，70 mg·L-1的发芽率为66.14%，低于对照。

表1 臭氧处理对黄瓜种子发芽率的影响

处理浓度/(mg·L-1)发芽率/%1085.01Bb4090.67Aa7066.14Bb0(ck)76.50Cc

注：小写字母表示p=0.05时的差异水平，大写字母表示p=0.01时的差异水平。

臭氧处理对黄瓜种子CAT活性的影响见图1。由图1可见，处理时间为72 h时，各浓度处理的CAT活性均在143.021～145.335μg·(g·min)-1之间，随着处理时间的延长，CAT活性均呈上升趋势，在96 h处理后，差异逐渐扩大，其中40 mg·L-1处理CAT活性最高，在96，120，144 h分别达288.250，296.325，300.214μg·(g·min)-1，与对照相比较，10 mg·L-1处理后CAT有小幅度升高，而70 mg·L-1处理后CAT活性较对照降低，在96，120，144 h分别达146.477，147.243，150.225μg·(g·min)-1。表明臭氧浓度在10～40 mg·L-1之间处理使黄瓜的CAT活性升高，进一步升高臭氧浓度后，CAT活性受到抑制。

臭氧处理对黄瓜种子淀粉酶活性的影响见图2。可以发现，在72 h、96 h处理后，4个处理的差异较小。淀粉酶活性分别在120 h、144 h处理后出现较大的差异，除70 mg·L-1处理外，另3个处理淀粉酶活性出现大幅度的上升。40 mg·L-1处理保持较高的水平，在120 h、144 h处理后淀粉酶活性分别达0.286，0.350 mg·(g·min)-1。10 mg·L-1处理仅较对照有小幅度的升高。

图1 臭氧处理对黄瓜种子CAT活性的影响

图2 臭氧处理对黄瓜种子淀粉酶活性的影响

臭氧处理对黄瓜种子呼吸速率的影响见图3。可以发现，随时间的延长，各处理下黄瓜种子的呼吸速率均呈逐渐上升的趋势，在72 h、96 h处理后，上升的幅度较小，在120 h、144 h处理后上升的幅度加大，其中40 mg·L-1处理一直处于较高的水平，10 mg·L-1处理居于第二位，70 mg·L-1处理后的呼吸速率较低，低于对照。说明10 mg·L-1、40 mg·L-1臭氧处理能提高黄瓜种子的呼吸速率，过高浓度的臭氧处理抑制黄瓜种子的呼吸。

图3 臭氧处理对黄瓜种子呼吸速率的影响

3 讨 论

黄瓜是生活中最常见的蔬菜，其种子比其他蔬菜种子易发芽且自然状态下发芽率较高，经臭氧处理后，其发芽率提高。这与丁明等[8]的研究结论基本一致，不同的是本实验确定了臭氧对黄瓜种子发芽影响的具体浓度，实验结果与理论情况基本符合。

王金欢研究表明，臭氧因其本身具有不稳定性，在黄瓜发芽过程中通入臭氧，臭氧进入细胞后，转化为活性氧O2-等物质，破坏细胞膜的稳定性，对黄瓜造成伤害[9]。CAT作为一类保护酶能杀灭这些有害物质，提高黄瓜抵御逆境的能力。阮亚男[10]对银杏、余泽龙[11]对蚕豆的研究认为，使用臭氧能提高CAT活性。这与本研究的结论一致。说明臭氧能诱导CAT活性的提高，在遇到逆境后维持细胞膜的稳定性，对发芽有帮助[12]。但臭氧浓度过高使细胞受到的伤害较重，使CAT活性逐渐下降。

淀粉酶活性、呼吸速率与种子发芽密切相关。赵全海研究发现，发芽率较高的种子淀粉酶活性较高[14]。王若兰[13]在研究小麦时也得出同样的结论。张丽娜[15]研究腐殖酸对黄瓜种子萌发的影响、张万萍等[16]研究稀土元素对黄瓜种子萌发的影响，发现腐殖酸、稀土元素能刺激黄瓜发芽，提高发芽率，其实质是提高了呼吸速率。本研究结论与上述结论类似，说明提高淀粉酶活性、呼吸速率有助于种子萌发。有关臭氧对黄瓜种子淀粉酶活性、呼吸速率的影响的研究少见报道。笔者认为臭氧在黄瓜种子萌发的过程中使淀粉酶活性升高后，能为种子内部代谢提供足够的能量，同时代谢增强，刺激种子发芽[14]。臭氧还增加了种子的呼吸速率，加速了种子内贮藏营养物质的分解。但较高浓度的臭氧具有较强的氧化性，对种子有杀伤的作用，使发芽率降至对照以下的水平，因此在实际应用中应加以注意。