臭氧水对菠菜幼苗生理特性及营养成分的影响

宋琎楠 王雅琦 王亚楠 马荣斌 刘慧玲 冯涛 杨洪兵

摘    要：以大田菠菜为试验材料，采用1.0 mg·L-1臭氧水土壤浇灌和0.6 mg·L-1臭氧水叶片喷施处理，测定菠菜幼苗相关生理指标和营养成分。结果表明，臭氧水浇灌和喷施处理显著增加菠菜幼苗鲜质量，分别比对照增加了80.07%和14.49%，明显促进菠菜幼苗生长;显著降低菠菜叶片质膜透性，分别比对照降低了53.85%和46.15%，提高了菠菜幼苗的抗逆能力;显著增加菠菜叶片氮素含量、SPAD值和叶绿素含量，浇灌处理分别比对照增加了30.74%，54.17%和125.32%，喷施处理分别比对照增加了12.45%，26.28%和89.87%，明顯提高了菠菜幼苗的光合能力;显著增加菠菜叶片Fe、B和Mn含量及维生素C和可溶性糖含量，浇灌处理分别比对照增加了62.69%，30.08%，70.48%，22.58%和100.69%，喷施处理分别比对照增加了52.24%，21.59%，20.75%，9.68%和29.95%，明显改善了菠菜幼苗生理特性，提高了产量和品质。与叶片喷施处理相比，臭氧水浇灌处理的效果更好。

关键词：菠菜幼苗;臭氧水;浇灌;喷施;生理特性;营养成分

Effect of ozone water on physiological characteristics and nutrients of spinach seedlings

SONG Jinnan1， WANG Yaqi1， WANG Yanan1， MA Rongbin1， LIU Huiling1， FENG Tao2， YANG Hongbing1

（1. Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province， College of Life Sciences， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China; 2. Limited Company of Agricultural Science and Technology， Wulong River Farm， Gaomi 261512， Shandong， China）

Abstract： The field spinach was used as the test materials， and ozone water treatment in soil irrigation at 1.0 mg·L-1 and leaf spraying at 0.6 mg·L-1 to determine the relevant physiological indexes and nutrients of spinach seedlings. The results showed that the ozone water irrigation and spraying treatment could significantly increase the fresh weight  of spinach seedlings by 80.07% and 14.49% compared with the control， so obviously promote seedlings growth of spinach; and significantly decrease the leaf plasmalemma permeability of spinach by 53.85% and 46.15% compared with the control， therefore improve the stress resistance capability of spinach seedlings; and significantly increase the leaf nitrogen content， SPAD value and chlorophyll content of spinach， in the ozone water treatment of irrigation they were increased by 30.74%， 54.17% and 125.32%， respectively， and in the spraying by 12.45%， 26.28% and 89.87%， respectively， which obviously improve the photosynthetic capability of spinach seedlings; and significantly increase the content of Fe， B， Mn， vitamin C and soluble sugar of spinach leaves， in  ozone water treatment of irrigation thet were increased by 62.69%， 30.08%， 70.48%， 22.58% and 100.69%， respectively， and in spraying by 52.24%， 21.59%， 20.75%， 9.68% and 29.95%， respectively， which obviously improve the physiological characteristics of spinach seedlings， and increase the yield and quality. The effect of ozone water treatment of irrigation are better than that of leaf spraying.

Key words： Spinach seedlings; Ozone water; Irrigation; Spraying; Physiological characteristics; Nutrients

菠菜（Spinacia oleracea L.）又名波斯菜，属藜科菠菜属一年生草本植物，菠菜营养丰富，具有“营养模范生”称号，有很高的食用价值[1]。菠菜在世界上种植面积十分广泛，我国各地也有普遍的栽培，由于种植栽培面积的不断扩大，病虫害对其的影响也愈演愈烈，而农药的不合理使用是菠菜减产的主要原因之一，而且農药残留更是对人体健康产生危害的重要原因[2]。解决农药残留问题，提高菠菜的产量是菠菜产业亟待解决的主要问题。臭氧（O3），又称超氧，可以消毒、灭菌，可抑制微生物的生长[3]。臭氧产生于臭氧发生器中，该机器原理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[4]。产生的臭氧同水结合形成臭氧水，这样使用起来更加方便，臭氧水浓度可通过控制臭氧进入量或水流速度进行调节。新型农业生产上已开始使用臭氧水来代替部分农药，以减少农药使用的危害。臭氧水在产生后，半衰期很短，在大气中仅30～60 min便分解，对植物本身不会产生伤害[5-6]。在使用臭氧水时，主要有2种处理方式，一种是对植物根部土壤进行浇灌处理，另一种是对植物叶片进行喷施处理。笔者以大田菠菜为研究材料，采用臭氧水土壤浇灌和叶片喷施处理，比较不同处理条件下菠菜幼苗生理特性及营养成分的变化，确定臭氧水的最佳施用方式，以得到更高产和更高品质的农业产品，从而为有机农业绿色防控提供一定理论依据。

1 材料及方法

1.1 材料

供试大田菠菜（‘麦特F1）由山东省高密市五龙河农场农业科技有限公司提供。

1.2 方法

2018年4月15日，采用1.0 mg·L-1臭氧水对土壤进行浇灌处理，以清水浇灌为对照（CK），均以浇透地面无积水为准，2 d后进行菠菜种子播种，每个播种小区宽2 m，长20 m，浇灌处理组设3个小区，对照组设6个小区，菠菜生长至25 d时对其中3个对照组小区采用0.6 mg·L-1臭氧水叶片喷施处理，3 d后再喷施1次，每次喷施量以叶面不滴水为宜。昼夜温度大约在20～25 ℃/15～18 ℃，平均相对湿度45%左右，自然光照，常规管理，30 d后测定相关指标。每个处理设3次重复。

1.3 指标测定

参照张志良和瞿伟菁[7]方法测定水分含量;采用DDS-11A型电导率仪参照郑险峰等[8]方法测定菠菜叶片质膜透性;采用PJ-4N型植物营养测定仪检测菠菜叶片氮素含量和SPAD值;参照汪希尧[9]的方法测定叶绿素含量;参照董志刚[10]方法测定矿质元素含量;参照王艳颖[11]等高效液相色谱法（HPLC）测定维生素C含量;利用凯氏定氮法参照曾碧涛等[12]测定菠菜叶片中总蛋白的含量;参照郭晓蕾等[13]硫酸-蒽酮法测定菠菜叶片中可溶性糖含量。

1.4 数据分析

采用Excel和SPSS软件成组数据T检验方法进行数据差异显著性分析[14]。

2 结果与分析

2.1 臭氧水处理对菠菜幼苗叶片水分含量和植株鲜质量的影响

菠菜叶片中不仅含有大量水分，也含有许多其他物质。从表1可以看出，臭氧水浇灌和喷施处理后菠菜幼苗叶片水分含量与对照无显著差异，说明臭氧水处理对菠菜叶片水分含量影响较小;鲜质量是作物生长的重要指标，臭氧水浇灌和喷施处理后菠菜幼苗植株鲜质量极显著增加，分别比对照增加了80.07%和14.49%，臭氧水浇灌处理增加幅度较大。

2.2 臭氧水处理对菠菜幼苗叶片质膜透性的影响

如表2所示，浇灌和喷施臭氧水后，菠菜幼苗叶片质膜透性均显著降低，分别比对照别降低了53.85%和46.15%。说明臭氧水处理能明显提高菠菜幼苗的抗逆能力。

2.3 臭氧水处理对菠菜幼苗叶片氮素含量、SPAD值和叶绿素含量的影响

氮素含量也是植物光合作用强度的指标，与SPAD值相辅相成。如表3所示，浇灌和喷施臭氧水后，菠菜幼苗叶片氮素含量显著增加，分别比对照增加了30.74%和12.45%，臭氧水浇灌处理增加幅度较大;SPAD值也显著增加，分别比对照增加了54.17%和26.28%，臭氧水浇灌处理增加幅度较大;叶片叶绿素含量也显著增加，分别比对照增加了125.32%和89.87%，臭氧水浇灌处理增加幅度较大。

2.4 臭氧水处理对土壤和菠菜幼苗叶片矿质元素含量的影响

由表4可知，浇灌臭氧水后，土壤中Fe和Mn含量与对照无显著变化，而Ca和B含量显著降低，分别比对照降低了17.02%和20.40%;喷施臭氧水后土壤矿质元素含量均无显著变化，说明臭氧水叶面喷施处理短期内不会影响土壤矿质元素含量。

由表5可知，浇灌和喷施臭氧水后，菠菜幼苗叶片Ca含量无显著变化，说明臭氧水处理对Ca含量影响较小;而Fe、B、Mn含量均显著增加，Fe含量分别比对照增加了62.69%和52.24%;B含量分别比对照增加了30.08%和21.59%;Mn含量分别比对照增加了70.48%和20.75%;臭氧水浇灌处理增加幅度较大。

2.5 臭氧水处理对菠菜幼苗叶片维生素C、总蛋白和可溶性糖含量的影响

可溶性糖含量是衡量植物品质的又一标准，含糖量高，口感就好。由表6看出，臭氧水浇灌处理后菠菜幼苗叶片维生素C显著增加，比对照增加了22.58%，而臭氧水叶面喷施处理后叶片维生素C含量无显著变化;臭氧水浇灌和喷施后叶片总蛋白含量无显著变化，说明臭氧水处理菠菜幼苗叶片总蛋白含量影响较小;臭氧水浇灌和喷施后叶片可溶性糖含量显著增加，分别比对照增加了100.69%和29.95%，臭氧水浇灌处理增加幅度较大。

3 讨论与结论

鲜质量是作物生长的重要指标，本试验中，臭氧水浇灌和喷施处理均能显著增加菠菜幼苗鲜质量，且臭氧水浇灌处理增加幅度较大，说明臭氧水处理有利于菠菜幼苗的生长。质膜透性变化反映了外界因素对植物细胞的影响，质膜透性变化值可作为植物抗性研究的一个指标[15];本试验中，浇灌和喷施臭氧水均显著降低菠菜叶片质膜透性，说明臭氧水处理能明显提高菠菜幼苗抗逆能力。

氮是大气中含量最多的气体，是植物进行光合作用的养料;农业中高效地施用氮肥可以提升农作物的产量[16];叶绿素含量和氮含量是衡量植物光合作用强弱的重要标准，其中叶绿素是参与光合作用的重要色素，它的主要作用是捕捉光能驱动电子转移到反应中心[17]。SPAD值是一种与叶绿素含量相对应的参数，它与植物叶片中叶绿素含量具有高度一致性[18]。而叶绿素含量与叶片光合作用强度密切相关。因此，SPAD值的大小可以直接反映植物叶片叶绿素含量的高低。叶绿素是检测植物生长状况的重要指标，逆境胁迫下植物其体内叶绿素含量也会发生相应变化[19]。本试验中，浇灌和喷施臭氧水显著增加了菠菜叶片氮素含量、SPAD值和叶绿素含量，说明臭氧水处理能明显提高菠菜幼苗的光合能力，且臭氧水浇灌处理增加幅度较大，效果更好。

自然界中存在的主要矿质元素有100多种，其中25种是人体所必需的元素，这些元素中大部分人体本身无法合成，只能从食物中摄取[20]。矿质元素不仅是衡量植物品质的重要标准，而且对于维持人体健康水平更为重要[21]。臭氧水浇灌处理后，土壤中Ca和B含量显著降低，这可能与臭氧水的氧化作用有关;浇灌和喷施臭氧水对菠菜叶片Ca含量影响较小，而叶片Fe、B、Mn含量均显著增加，臭氧水浇灌处理增加幅度较大，效果明显好于叶片喷施处理，说明臭氧水浇灌处理更有利于促进菠菜对微量矿质元素的吸收。

維生素是一类低分子有机化合物，是维持人体正常生命活动的一种必需物质[22]。维生素C是一种人体必须从食物中获取的重要营养元素，具有抗氧化的作用，在人体中可以改善钙、铁和叶酸的利用等功效，体内缺乏维生素C时会得坏血病[23]。维生素C是一种水溶性维生素，是人体不可缺少的必需物质，它一般配合药物共同使用，因此在临床上应用十分广泛[24];它可以增加人体的抵抗力，维持机体正常新陈代谢能力[25]。臭氧水浇灌处理使菠菜叶片维生素C显著增加，而臭氧水叶面喷施处理后无显著变化。可溶性糖含量也是衡量菠菜品质高低的重要标准，臭氧水浇灌和喷施后菠菜叶片可溶性糖含量显著增加，臭氧水浇灌处理增加幅度较大，效果好。

综上所述，臭氧水浇灌和喷施处理明显促进菠菜幼苗生长，提高菠菜幼苗抗逆能力，明显提高了菠菜幼苗的光合能力，明显改善了菠菜幼苗生理特性，提高了产量和品质，与叶片喷施处理相比，臭氧水浇灌处理效果更好。

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