臭氧水與紫外光對溫室種植葉菜類的抗氧化劑的影響

李薇　郤慧娟

摘 要：本研究以某2000畝生態(tài)有機(jī)農(nóng)場進(jìn)行大田測試，利用臭氧水及紫外光（UV-C）對菜心（Brassica parachinensis）進(jìn)行處理。結(jié)果表明：經(jīng)過6天的試驗(yàn)處理，氧化還原度（ORP）為578～627mV的臭氧水令菜心的生物量增加25.3%，同時也可顯著增加菜心的抗氧化劑水平（最高為87%）。然而，高于627mV的臭氧水不利于菜心生長。與對照相比，UV-C（20.0-38.0?W·cm-2，20min·d-1）處理令菜心生物量最高增加41.4%；UV-C處理平均令抗氧化劑含量增加28.2%。

關(guān)鍵詞：臭氧水；紫外光；抗氧化劑

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑。高濃度的活性氧會干擾維管束植物的動態(tài)平衡并造成細(xì)胞的氧化脅迫。但臭氧在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，主要是利用臭氧能促進(jìn)作物產(chǎn)生抗氧化劑和它對土壤的影響。然而，近些年來的研究表明，活性氧（reactive oxygen species， ROX）可以誘導(dǎo)植物對于氧化脅迫的耐受性。臭氧與紫外線都是用來誘導(dǎo)水果蔬菜中產(chǎn)生抗氧化劑的氧化物。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，提倡綠色種植，有機(jī)生產(chǎn)。如何在不用化學(xué)農(nóng)藥和肥料的情況下，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)健康的蔬菜，這是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者普遍關(guān)心的問題。解決問題的關(guān)鍵在于，提高作物自身的抗性，讓自身健康的蔬菜不再需要多余的農(nóng)藥和化肥，使食品安全問題從源頭得到保障。本研究是通過提高采收前葉菜類蔬菜的抗氧化劑水平，從而達(dá)到高抗、優(yōu)質(zhì)的有機(jī)生產(chǎn)要求。

1 材料與方法

試驗(yàn)在有機(jī)農(nóng)場的溫室中進(jìn)行，每個溫室長20米，寬6米。實(shí)驗(yàn)材料為菜心（Brassica parachinensis），播種季節(jié)為冬末春初，從播種到收獲共51天。對照組：從播種到收獲，全部用當(dāng)?shù)鼐∣RP：355mV）來進(jìn)行灌溉。一般情況，每日灌溉量為5立方米。臭氧水處理組：在收獲前6日，用臭氧水來代替井水進(jìn)行灌溉。臭氧水由臭氧發(fā)生器（KFT-S20D， OZONE COMFORT， Shanghai）產(chǎn)生臭氧氣體后，經(jīng)文丘里裝置（Venturi Tube）產(chǎn)生臭氧水。用氧化還原度（oxidation-reduction potential， ORP）來量度臭氧水的濃度。由于臭氧水具有不穩(wěn)定性，其濃度隨著灌溉距離的增加而降低，這樣我們便可以研究哪個濃度的臭氧水最適合作物生長。我們在試驗(yàn)地每隔5米的位置測量臭氧水的ORP值，得到濃度遞減的臭氧水，其ORP變化范圍為570～69mV（表1）。UV-C處理組：此實(shí)驗(yàn)組在收獲前6日，每天用20.0-38.0?W·cm-2的UV-C（表2）輻照菜心，每天20分鐘。此組實(shí)驗(yàn)用井水來灌溉。

收獲時，將整棵作物，包括根與地上部分，全部收起。對于菜心樣品，主要測試采收后生物量與抗氧化劑水平。抗氧化劑的測試，采用胞質(zhì)內(nèi)亞鐵離子的還原能力（FRAP法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 采收后菜心生物量

表3為采收后不同處理的菜心生物量。結(jié)果表明：ORP值在578～627mV之間的臭氧水可以使菜心生物量提高25.3%，UV-C可使菜心產(chǎn)量最高提高41.4%。

2.2 菜心中抗氧化劑水平的變化

處理后菜心的抗氧化水平如表4所示。臭氧水與UV-C均能提高菜心中抗氧化劑的水平。578～627mV的臭氧水可顯著提高菜心的抗氧化劑含量（最高增加量達(dá)到87%）。

3 討論

臭氧和紫外線都會對植物造成氧化脅迫，這種自由基與活性氧的增加，使生物可以通過增加抗氧化劑水平從而抵御氧化脅迫。當(dāng)植物組織接觸到臭氧時，會引發(fā)多種生理反應(yīng)，包括抗氧化劑、多胺、乙烯、酚類化合物以及一些次級代謝產(chǎn)物的合成。一般來講，抗氧化防御系統(tǒng)包括酶類與非酶類兩大系統(tǒng)。主要的抗氧化劑酶類包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）。這些酶類可以清除由臭氧產(chǎn)生的活性氧。BOONKORN等研究了臭氧熏蒸對橘（Citrus reticulata Blanco cv. Sai Nam Pung）皮中抗氧化酶類的影響，發(fā)現(xiàn)臭氧可以使SOD、CAT以及APX的活性增加，這些酶可能使植物組織免受臭氧脅迫的損害。

本研究采用臭氧水灌溉方法，在臭氧水ORP為569～691mV這個濃度內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)氧化劑含量下降的現(xiàn)象，抗氧化劑最高顯著增加87%。但其他臭氧氣體研究的研究，卻有不同結(jié)論。有人研究了臭氧對菠蘿、香蕉以及番石榴等新鮮水果中抗氧化劑的影響。FRAP測試表明 （ferric reducing/antioxidant power，F(xiàn)RAP），鳳梨的抗氧化劑濃度隨著暴露臭氧的時間增加而降低，30分鐘后，其抗氧化劑含量降低約55%，香蕉和鳳梨在經(jīng)過30分鐘的臭氧暴露處理后，它們的抗氧化劑水平?jīng)]有顯著變化。臭氧氣體與臭氧水對同種植物也會有不同影響，而且不同作物對臭氧的敏感程度也不完全一樣。也許臭氧水更適合用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。抗壞血酸（Ascorbic acid）濃度的增加被視為是應(yīng)對氧化脅迫的反應(yīng)。SEVERINO等研究了臭氧耐受型和臭氧敏感型的三葉草（Trifolium repens）和矢車菊（Centaurea jacea），結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩種植物的抗壞血酸濃度在臭氧耐受型中要比臭氧敏感型高50至70%。LIU等也研究了環(huán)境對酚類物質(zhì)和類黃酮影響。在對植物不造成可視化傷害時，提高臭氧濃度可以提高紅三葉草葉片中的光合速率以及增加酚類復(fù)合物的濃度，但對總抗氧化劑水平?jīng)]有顯著改變。在向日葵中，由臭氧誘導(dǎo)的細(xì)胞壁可塑性降低可能會對非生物脅迫產(chǎn)生一種非特異性機(jī)制。

作為一種非生物脅迫因素，UV也可使作物中的抗氧化劑與多酚類化合物的水平提高。RUDOLF和RESURRECCION發(fā)現(xiàn)UV可使花生（Peanut Kernels）中抗氧化劑水平增加約1%左右。在一些較早的研究中發(fā)現(xiàn)，UV-B可以激活擬南芥（Arabidopsis thaliana），小麥以及黃瓜中的抗氧化物酶。近期的研究發(fā)現(xiàn)，UV-C也可激活花生幼苗中的抗氧化物酶。本研究證明UV-C可使菜心中的抗氧化劑水平增加。 （責(zé)任編輯 李 薇）