施硒對紅蕓豆產(chǎn)量及硒運轉(zhuǎn)的影響

翟紅梅，杜天慶，劉彩霞，楊舒添，高志強，崔福柱

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 山西 太谷 030801)

硒是人體所必需的微量元素之一，對預(yù)防疾病，維持身體健康，延緩細胞衰老有著重要意義[1]。但地殼中硒含量很低。植物性食物是人類硒的主要來源之一[2]，增加富硒天然食物來源的產(chǎn)量是必要的，而富硒植物的生產(chǎn)是增加硒水平和消除硒缺乏的一種有效途徑[3]。紅蕓豆含有高蛋白、多種氨基酸、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，是十分重要的植物蛋白來源，且蛋白質(zhì)中含有α-淀粉酶抑制劑等抗病物質(zhì)，兼具藥用價值[4]。因此，生產(chǎn)開發(fā)富硒紅蕓豆對改善人類硒營養(yǎng)具有重要意義。

目前,植物領(lǐng)域內(nèi)硒的研究對象涉及玉米、大豆、大麥、小麥、水稻、油菜等諸多作物。在生產(chǎn)實踐中，葉面施硒與硒浸種是讓作物富硒的普遍方法[5,6]，試驗證明硒浸種可以促進春小麥、高粱、番茄種子的萌發(fā)及幼苗生長[7～9]，硒浸種還可以提高大豆POD活性以及綠豆芽產(chǎn)量[10,11]。最近研究表明，在作物生理特性方面，葉面施硒在一定程度上提高了小麥、水稻、高粱、油菜、扁豆的抗氧化活性[12～16]。在硒吸收及運轉(zhuǎn)方面，施硒使玉米籽粒硒含量增加8倍以上[17]、谷子籽粒硒含量提高8.6倍[18]、水稻籽粒硒含量增加162.5%～225%[19]。一般農(nóng)作物不同器官硒含量的分布規(guī)律為根>莖>葉>果實[20]。在糧食產(chǎn)量方面，葉面施硒的應(yīng)用使油菜種子、萵苣、馬鈴薯的產(chǎn)量分別增加43%、14%、40%[21～23]。

然而關(guān)于硒浸種與葉面施硒相結(jié)合對紅蕓豆影響的研究較少，硒浸種與葉面施硒相結(jié)合對調(diào)節(jié)紅蕓豆生理機制、各器官硒含量及產(chǎn)量的影響尚未明確。綜合考慮紅蕓豆的營養(yǎng)益處、國際地位與硒在人體營養(yǎng)中的重要性，通過研究評價硒對紅蕓豆POD活性、MDA 及GSH含量的影響，以及進行紅蕓豆各器官硒含量及產(chǎn)量的評估，為生產(chǎn)富硒紅蕓豆提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為“英國紅”蕓豆，是山西境內(nèi)種植的主要蕓豆品種。該品種籽粒營養(yǎng)豐富，是出口創(chuàng)匯的優(yōu)質(zhì)品種。

本試驗所用的硒肥為亞硒酸鈉(Na2SeO3)(分析純含量97%)，由北京北化精細化學(xué)品有限責(zé)任公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站(112°48′E、37°36′N)進行，屬半干旱地區(qū)，年降水量461.9 mm, 年平均蒸發(fā)量為1 718.4 mm，年平均氣溫約9.7 ℃。

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)設(shè)5個硒浸種水平：清水對照SS0(0 mg·L-1)、SS7.5(7.5 mg·L-1)、SS15(15 mg·L-1)、SS22.5(22.5 mg·L-1)、SS30(30 mg·L-1)，于播種前浸種6小時；副區(qū)設(shè)4個葉面噴施硒水平：設(shè)清水對照FS0(0 g·hm-2)、FS15(15 g·hm-2)、FS30(30 g·hm-2)、FS45(45 g·hm-2)，分別在紅蕓豆的分枝期、開花期和鼓粒期，利用微型噴壺均勻噴施1 L相應(yīng)含量的亞硒酸納(Na2SeO3)溶液于葉片表面，每次噴施量為總量的三分之一，即0 g·hm-2、5 g·hm-2、10 g·hm-2、15 g·hm-2。

試驗共20個處理組合，重復(fù)3次，60個小區(qū)。每小區(qū)面積5 m×3 m=15 m2。播前復(fù)合肥450 kg·hm-2全部作基肥一次性施入，種植密度為225 000株·hm-2。

1.3 樣品采集與測定

生理指標(biāo)測定[24]：每次噴施7 d后，對不同處理分別選取有代表性植株倒數(shù)第3片完全展開的復(fù)葉的中間葉片進行各項指標(biāo)測定。過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，以每20 s內(nèi)引起OD420(420 nm波長下樣品光密度的增大值)增加0.1的酶量為1個POD活性單位計算；丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法，在酸性條件下加熱，硫代巴比妥酸與酶提取液中的丙二醛發(fā)生顯色反應(yīng)，利用532 nm和600 nm波長下的光密度的差值計算丙二醛含量；還原型谷胱甘肽(GSH)含量測定采用二硫代二硝基苯甲酸(DTNB)與GSH顯色方法，在412 nm處測定酶管和非酶管的OD值。

1U=GSH1umol·g-1·Fw-1·min-1

產(chǎn)量測定：對每個小區(qū)單收脫粒，風(fēng)干籽粒進行實際產(chǎn)量測定。

籽粒硒含量測定：從每個小區(qū)中隨機稱取風(fēng)干后的蕓豆籽粒100 g，用粉碎機粉碎，利用原子熒光光譜法測定[25](表1)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，使用SPSS16.0分析軟件的Duncan(新復(fù)極差)法(P<0.05)對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性分析比較以及進行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硒對紅蕓豆POD活性的影響

施硒處理下紅蕓豆POD活性相比對照SS0FS0提高了4.1%～66.4%，且在SS15FS45處顯著高于其余處理(P<0.05)。相同噴硒量下，紅蕓豆POD活性隨硒浸種量增加沒有明顯變化規(guī)律。而相同硒浸種量下紅蕓豆POD活性隨噴硒量增加有顯變化規(guī)律。在SS0、SS7.5、SS15下紅蕓豆POD活性隨噴硒量增加而增加，在SS0、SS7.5下，F(xiàn)S45處理下的紅蕓豆POD活性均顯著大于其余噴施處理，而各其余噴施處理下紅蕓豆POD活性無顯著差異(P>0.05)，在SS7.5下，各噴施處理間紅蕓豆POD活性無顯著差異。在SS22.5、SS30下紅蕓豆POD活性隨噴硒量增加先增加后降低，均在FS30下顯著高于SS22.5FS0或SS30FS0，而與各其余噴施處理無顯著差異(P>0.05)(表2)。浸種處理：紅蕓豆POD活性隨硒浸種量增加先升高后降低，在SS7.5下紅蕓豆POD活性最高，相比對照提高了10.5%。噴施處理：紅蕓豆POD活性隨噴硒量的增加而升高，在FS45處POD活性顯著高于其余處理(P<0.05)，且比對照提高了28.0%(表3)。

表1 原子熒光光度計測定條件Table 1 Atomic fluorescence spectrometer measurement conditions

表2 施硒對紅蕓豆生理參數(shù)的影響Table 2 Effect of selenium application on physiological parameters of red kidney bean

注：表中標(biāo)有不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)。下同。

Note:The different lowercase letters in this table are significant atP<0.05 level. The same below.

表3 浸種或噴施對紅蕓豆生理參數(shù)的影響Table 3 Effects of soaking seeds or spraying on physiological parameters of red kidney beans

注：NS表示無顯著差異。下同。

Note：NS indicates not signicant. The same below.

2.2 施硒對紅蕓豆MDA含量的影響

SS22.5FS45下MDA含量相比對照顯著低了30.7%(P<0.05)。在FS0、FS15、FS30下，紅蕓豆MDA含量隨硒浸種量增加先降低后升高，在FS45下，紅蕓豆MDA含量隨硒浸種量增加先升高后降低再升高，但各處理間MDA含量差異不明顯。在SS0、SS22.5、SS30下紅蕓豆MDA含量隨噴硒量增加而降低，且均在FS45下顯著低于不噴硒處理(P<0.05)。在SS7.5下，各噴硒處理間MDA含量無顯著差異(P>0.05)，在SS15下，紅蕓豆MDA含量在FS30下顯著低于FS0(P<0.05)(表2)。浸種處理下紅蕓豆MDA含量隨硒浸種量增加無明顯變化規(guī)律，且各處理間無顯著差異(P>0.05)。紅蕓豆MDA含量隨噴硒量的增加而降低，噴硒處理下的MDA含量均顯著低于不噴硒處理(P<0.05)，且在FS45處有最低值，相比對照降低了22.7%(表3)。

2.3 施硒對紅蕓豆GSH含量的影響

在相同噴施濃度下，GSH含量隨硒浸種量增加沒有明顯變化規(guī)律。而相同浸種濃度下紅蕓豆GSH含量隨噴硒量增加有顯變化規(guī)律。在SS0、SS7.5、SS15、SS30下紅蕓豆GSH含量隨噴硒量增加而增加，且均在FS45處理下顯著大于其余噴施處理(P<0.05)。在SS22.5下紅蕓豆GSH含量隨噴硒量增加先增加后降低，各噴硒處理均顯著大于不噴硒處理(P<0.05)，且在FS30下有最大值。各處理下紅蕓豆GSH含量均顯著大于對照SS0FS0(P<0.05)，相比對照提高了11.1%～81.3%，且在SS30FS45處有最大值(表2)。浸種處理下紅蕓豆GSH含量無明顯變化規(guī)律，且各處理間無顯著差異(P>0.05)，在SS30下GSH含量有最大值，相比對照提高了3.5%。紅蕓豆GSH含量隨噴硒量的增加而升高，各處理間存在顯著差異(P<0.05)，在FS45處GSH含量有最大值，且比對照提高了38.9%(表3)。

2.4 施硒對紅蕓豆成熟期各器官硒含量的影響

相同硒處理不同器官硒含量有差異(表4,表5)。除豆莢的SS0FS0外，總體上各器官硒含量大小為籽粒>葉片>莖稈>豆莢。不同處理紅蕓豆同一器官硒含量有差異，相比對照，施硒處理下籽粒、葉片、莖稈、豆莢硒含量分別提高了2.5～13.2、4.7～23.0、0.1～31.6、0.26～15.9倍。相同噴施量不同硒浸種量下紅蕓豆各器官硒含量變化規(guī)律不明顯，而相同硒浸種量不同噴硒量下各器官硒含量有明顯變化規(guī)律。籽粒硒含量在SS0、SS22.5下隨噴硒量增加先增加后降低，均在FS30處顯著大于不噴硒處理(P<0.05)，其余各浸種處理下籽粒硒含量隨噴硒量增加而增加，且均在FS45處顯著大于不噴硒處理(P<0.05)。葉片硒含量在SS30下隨噴硒量增加先增加后降低，且在FS30處顯著大于不噴硒處理(P<0.05)，SS0下各噴施處理間無顯著差異，其余各浸種處理下籽粒硒含量隨噴硒量增加而增加，且均在FS45處顯著大于不噴硒處理(P<0.05)。各浸種處理下莖稈硒含量隨噴硒量增加而增加，且均在FS45處顯著大于不噴硒處理(P<0.05)。豆莢硒含量在SS7.5下隨噴硒量增加先增加后降低，在FS30處顯著大于不噴硒處理(P<0.05)，其余各浸種處理下硒含量變化趨勢與莖稈硒含量變化相同(表4)。SS22.5下籽粒硒含量顯著大于對照，其余浸種處理間籽粒硒含量無顯著差異(P>0.05)。各浸種處理下葉片、莖稈、豆莢硒含量無顯著差異，而噴施處理下各器官硒含量均隨噴硒量增加而增加，且各處理間硒含量有顯著差異(P<0.05)(表5)。

表4 施硒對紅蕓豆成熟期各器官硒含量的影響/mg·kg-1Table 4 Effect of selenium application on selenium content in different organs of red kidney bean

2.5 施硒對紅蕓豆產(chǎn)量的影響

紅蕓豆產(chǎn)量在隨施硒量的變化趨勢與紅蕓豆生理參數(shù)及各器官硒含量變化相似。在SS15FS45下產(chǎn)量達到最大為4 322.3 kg·hm-2，且顯著高于對照(P<0.05)，相比對照提高了0.9倍，其次為SS22.5FS45，其余各處理間產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)(表6)。

2.6 紅蕓豆籽粒硒含量與產(chǎn)量間的相關(guān)分析

運用SPSS軟件進行的相關(guān)性檢驗結(jié)果表明(表7)，紅蕓豆POD活性、GSH含量均與紅蕓豆各器官硒含量呈極顯著正相關(guān)，MDA含量與各器官硒含量呈極顯著負相關(guān)。而POD活性與紅蕓豆產(chǎn)量(R=0.24)相關(guān)不顯著，MDA含量與產(chǎn)量(R=-0.345**)呈極顯著負相關(guān)，GSH含量與產(chǎn)量(R=0.321*)呈顯著正相關(guān)。

表5 浸種或噴施對紅蕓豆成熟期各器官硒含量的影響/mg·kg-1Table 5 Effects of seed soaking or spraying on selenium content in different organs of red kidney bean

表6 施硒對紅蕓豆產(chǎn)量的影響/kg·hm-2Table 6 Effect of selenium application on the yield of red kidney bean

表7紅蕓豆生理參數(shù)與各器官硒含量及產(chǎn)量間的相關(guān)性檢驗結(jié)果/mg·kg-1

Table7 Test results of correlation between physiological parameters of red kidney beans and selenium content and yield of various organs

各器官硒含量Selenium content in various organs籽粒Grain葉片Leaf莖稈Stem豆莢Pod產(chǎn)量YieldPOD活性POD activityPearson Correlation0.503??0.439??0.441??0.577??0.24MDA含量MDA contentPearson Correlation-0.492??-0.466??-0.503??-0.565??-0.345??GSH含量GSH contentPearson Correlation0.682??0.541??0.615??0.761??0.321?

注：*和**分別表示相關(guān)性在0.05、0.01水平(雙尾)處顯著。

Note:*and**indicate that the correlation is significant at the 0.05 and 0.01 levels (two-tailed), respectively.

3 討論

POD、MDA、GSH均是代表植株抗逆性的重要指標(biāo)。前人研究發(fā)現(xiàn)施硒可以有效提高玉米、谷子的POD活性，同時降低了MDA含量以及提高GSH含量[26,27]。本研究也發(fā)現(xiàn)施硒可以有效提高紅蕓豆POD活性、GSH含量，降低MDA含量，還發(fā)現(xiàn)噴硒對紅蕓豆生理參數(shù)的影響大于硒浸種，朱智慧[28]在研究施硒對苦蕎的影響時有同樣發(fā)現(xiàn)，可能是硒浸種能有效促進蕓豆種子萌發(fā)[29]，對蕓豆生長前期作用較明顯，而對蕓豆生長中后期作用不明顯，對此還需進一步驗證。還有研究還發(fā)現(xiàn)高濃度的硒會對植株產(chǎn)生輕微毒害作用，抑制植株抗氧化能力[30]，而本試驗紅蕓豆在生長過程中未發(fā)現(xiàn)植株中毒現(xiàn)象。

硒在植株體內(nèi)可遷動轉(zhuǎn)移，一般從根或葉片中吸收，經(jīng)過運轉(zhuǎn)遷移到各個器官，而硒蓄積程度和植物生長周期及成熟度密切相關(guān)[31]。葉面噴施硒后硒主要在葉片部位吸收，大量硒在葉片和果實、籽粒中累積[32]。陳金等[33]研究發(fā)現(xiàn)在大豆?fàn)I養(yǎng)生長時期，根吸收的硒向地上部轉(zhuǎn)移后仍主要分布在葉中；而在生殖生長時期，硒主要向籽粒富集。楊玉玲[34]等研究富硒大豆中硒的分布時發(fā)現(xiàn)毛豆各部位及成熟籽粒硒含量順序為成熟籽粒>毛豆>毛豆葉>毛豆莢皮。而本試驗結(jié)果表明成熟期紅蕓豆各器官硒含量為籽粒>葉片>豆莢>莖稈，與楊玉玲研究結(jié)果相似。本試驗還發(fā)現(xiàn)紅蕓豆生理參數(shù)與各個器官硒含量極顯著相關(guān)，因為硒是GSH-PX的組成成分，GSH-PX使有毒的過氧化物和過氧化氫還原成相應(yīng)的羥基化物和水，同時谷胱甘肽還原酶通過催化作用產(chǎn)生GSH，并且目前已檢測到多種植物體中存在GSH-PX、POD等能夠消除植物代謝和環(huán)境脅迫過程產(chǎn)生的自由基，即可以降低MDA含量，從而提高了作物抗氧化能力[35]。此外，硒含量不是越多越好，富硒豆類硒含量標(biāo)準為0.02～0.3 mg·kg-1[36]，本試驗中紅蕓豆籽粒最高硒含量為0.263 mg·kg-1，在安全范圍內(nèi)。

在諸多農(nóng)作物富硒的試驗研究中發(fā)現(xiàn)：施硒能明顯提高作物產(chǎn)量、降低空秕率[37，38]。是因為適量的硒進入植物體內(nèi)，促進植物根系生長發(fā)育，從而促進植株對土壤養(yǎng)分的吸收；增強了植株體內(nèi)抗氧化能力，保證了植株的正常營養(yǎng)生長和生殖生長。但冶軍等[39]發(fā)現(xiàn)施硒對大豆增產(chǎn)沒有明顯影響，本試驗中也發(fā)現(xiàn)施硒對紅蕓豆增產(chǎn)效果不明顯，只有SS15FS45處理下產(chǎn)量顯著高于對照。而且紅蕓豆POD活性與產(chǎn)量不相關(guān)，MDA含量與產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)，GSH含量與產(chǎn)量顯著相關(guān)。作物增產(chǎn)效果與試驗條件與田間管理等因素密切相關(guān)，在測產(chǎn)時要考慮自然條件與試驗條件的影響。因此，本試驗中硒對紅蕓豆的增產(chǎn)效果還需進一步研究。

4 結(jié)論

本試驗得出結(jié)果：與不施硒相比，在硒浸種15～22.5 mg·L-1，噴施硒30～45 g·hm-2范圍內(nèi)有效提高了紅蕓豆POD活性、GSH含量，降低了MDA含量，且噴施效果優(yōu)于浸種。紅蕓豆各器官硒含量順序為籽粒>葉片>豆莢>莖稈，且與不施硒相比，籽粒、葉片、豆莢、莖稈硒含分別提高了2.5～13.2、4.7～23.0、0.1～31.6、0.26～15.9倍。施硒下產(chǎn)量比對照最高提高了0.9倍，在浸種15 mg·L-1，噴施硒45 g·hm-2下產(chǎn)量最高為4 322.3 kg·hm-2。綜合以上結(jié)果，建議施硒量以硒浸種15～22.5 mg·L-1，噴施硒30～45 g·hm-2最佳。