臭氧水与紫外光对温室种植叶菜类的抗氧化剂的影响

李薇　郤慧娟

摘 要：本研究以某2000亩生态有机农场进行大田测试，利用臭氧水及紫外光（UV-C）对菜心（Brassica parachinensis）进行处理。结果表明：经过6天的试验处理，氧化还原度（ORP）为578～627mV的臭氧水令菜心的生物量增加25.3%，同时也可显著增加菜心的抗氧化剂水平（最高为87%）。然而，高于627mV的臭氧水不利于菜心生长。与对照相比，UV-C（20.0-38.0?W·cm-2，20min·d-1）处理令菜心生物量最高增加41.4%；UV-C处理平均令抗氧化剂含量增加28.2%。

关键词：臭氧水；紫外光；抗氧化剂

臭氧是一种强氧化剂。高浓度的活性氧会干扰维管束植物的动态平衡并造成细胞的氧化胁迫。但臭氧在农业中的应用，主要是利用臭氧能促进作物产生抗氧化剂和它对土壤的影响。然而，近些年来的研究表明，活性氧（reactive oxygen species， ROX）可以诱导植物对于氧化胁迫的耐受性。臭氧与紫外线都是用来诱导水果蔬菜中产生抗氧化剂的氧化物。

现代农业生产中，提倡绿色种植，有机生产。如何在不用化学农药和肥料的情况下，生产出优质健康的蔬菜，这是农业生产者和消费者普遍关心的问题。解决问题的关键在于，提高作物自身的抗性，让自身健康的蔬菜不再需要多余的农药和化肥，使食品安全问题从源头得到保障。本研究是通过提高采收前叶菜类蔬菜的抗氧化剂水平，从而达到高抗、优质的有机生产要求。

1 材料与方法

试验在有机农场的温室中进行，每个温室长20米，宽6米。实验材料为菜心（Brassica parachinensis），播种季节为冬末春初，从播种到收获共51天。对照组：从播种到收获，全部用当地井水（ORP：355mV）来进行灌溉。一般情况，每日灌溉量为5立方米。臭氧水处理组：在收获前6日，用臭氧水来代替井水进行灌溉。臭氧水由臭氧发生器（KFT-S20D， OZONE COMFORT， Shanghai）产生臭氧气体后，经文丘里装置（Venturi Tube）产生臭氧水。用氧化还原度（oxidation-reduction potential， ORP）来量度臭氧水的浓度。由于臭氧水具有不稳定性，其浓度随着灌溉距离的增加而降低，这样我们便可以研究哪个浓度的臭氧水最适合作物生长。我们在试验地每隔5米的位置测量臭氧水的ORP值，得到浓度递减的臭氧水，其ORP变化范围为570～69mV（表1）。UV-C处理组：此实验组在收获前6日，每天用20.0-38.0?W·cm-2的UV-C（表2）辐照菜心，每天20分钟。此组实验用井水来灌溉。

收获时，将整棵作物，包括根与地上部分，全部收起。对于菜心样品，主要测试采收后生物量与抗氧化剂水平。抗氧化剂的测试，采用胞质内亚铁离子的还原能力（FRAP法）。

2 结果与分析

2.1 采收后菜心生物量

表3为采收后不同处理的菜心生物量。结果表明：ORP值在578～627mV之间的臭氧水可以使菜心生物量提高25.3%，UV-C可使菜心产量最高提高41.4%。

2.2 菜心中抗氧化剂水平的变化

处理后菜心的抗氧化水平如表4所示。臭氧水与UV-C均能提高菜心中抗氧化剂的水平。578～627mV的臭氧水可显著提高菜心的抗氧化剂含量（最高增加量达到87%）。

3 讨论

臭氧和紫外线都会对植物造成氧化胁迫，这种自由基与活性氧的增加，使生物可以通过增加抗氧化剂水平从而抵御氧化胁迫。当植物组织接触到臭氧时，会引发多种生理反应，包括抗氧化剂、多胺、乙烯、酚类化合物以及一些次级代谢产物的合成。一般来讲，抗氧化防御系统包括酶类与非酶类两大系统。主要的抗氧化剂酶类包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）。这些酶类可以清除由臭氧产生的活性氧。BOONKORN等研究了臭氧熏蒸对橘（Citrus reticulata Blanco cv. Sai Nam Pung）皮中抗氧化酶类的影响，发现臭氧可以使SOD、CAT以及APX的活性增加，这些酶可能使植物组织免受臭氧胁迫的损害。

本研究采用臭氧水灌溉方法，在臭氧水ORP为569～691mV这个浓度内，没有发现氧化剂含量下降的现象，抗氧化剂最高显著增加87%。但其他臭氧气体研究的研究，却有不同结论。有人研究了臭氧对菠萝、香蕉以及番石榴等新鲜水果中抗氧化剂的影响。FRAP测试表明 （ferric reducing/antioxidant power，FRAP），凤梨的抗氧化剂浓度随着暴露臭氧的时间增加而降低，30分钟后，其抗氧化剂含量降低约55%，香蕉和凤梨在经过30分钟的臭氧暴露处理后，它们的抗氧化剂水平没有显著变化。臭氧气体与臭氧水对同种植物也会有不同影响，而且不同作物对臭氧的敏感程度也不完全一样。也许臭氧水更适合用于农业生产。抗坏血酸（Ascorbic acid）浓度的增加被视为是应对氧化胁迫的反应。SEVERINO等研究了臭氧耐受型和臭氧敏感型的三叶草（Trifolium repens）和矢车菊（Centaurea jacea），结果发现这两种植物的抗坏血酸浓度在臭氧耐受型中要比臭氧敏感型高50至70%。LIU等也研究了环境对酚类物质和类黄酮影响。在对植物不造成可视化伤害时，提高臭氧浓度可以提高红三叶草叶片中的光合速率以及增加酚类复合物的浓度，但对总抗氧化剂水平没有显著改变。在向日葵中，由臭氧诱导的细胞壁可塑性降低可能会对非生物胁迫产生一种非特异性机制。

作为一种非生物胁迫因素，UV也可使作物中的抗氧化剂与多酚类化合物的水平提高。RUDOLF和RESURRECCION发现UV可使花生（Peanut Kernels）中抗氧化剂水平增加约1%左右。在一些较早的研究中发现，UV-B可以激活拟南芥（Arabidopsis thaliana），小麦以及黄瓜中的抗氧化物酶。近期的研究发现，UV-C也可激活花生幼苗中的抗氧化物酶。本研究证明UV-C可使菜心中的抗氧化剂水平增加。 （责任编辑 李 薇）