硒的不同價(jià)態(tài)和濃度對(duì)谷子硒含量和生理指標(biāo)的影響

崔紀(jì)菡 ，劉 猛 ，趙 宇 ，宋世佳 ，史慧慧 ，夏雪巖 ，李順國

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所，河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊050035；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北石家莊 050000；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北保定071001）

硒是動(dòng)物和人類必需的微量元素[1-2]。硒元素在人體內(nèi)的含量過多或過少都會(huì)導(dǎo)致人類疾病，世界范圍內(nèi)有5億～10億的人口缺硒[3]。多項(xiàng)研究表明，在加拿大、美國和日本等國家以及南非部分地區(qū)土壤中硒含量比較高，則在其基礎(chǔ)上種植的作物、蔬菜以及牧草的硒含量也較高，隨之人體內(nèi)的硒攝入量也普遍較高，而歐洲土壤中硒含量比較低，相對(duì)應(yīng)人體內(nèi)硒的攝入量就比較低[4-6]。我國作為世界上缺硒最為嚴(yán)重的國家之一，大約有1億多人口因?yàn)樯攀辰Y(jié)構(gòu)中硒含量不足，造成人體的低硒狀態(tài)[7-8]，而且缺硒往往會(huì)誘發(fā)克山病、癌癥、腦血管疾病、肌營養(yǎng)不良、大骨節(jié)病、不孕癥和心血管病等多種疾病[9-11]。飲食是人體攝取硒的主要途徑，而飲食中的主要硒源來自植物硒，所以，通過生物強(qiáng)化生產(chǎn)富硒產(chǎn)品是增加人類飲食中硒攝入量的一個(gè)重要途徑[12-13]。

谷子起源于我國，屬于禾本科的一種植物，古時(shí)稱稷、粟，有出土文物考證谷子距今已有8 700多年的種植歷史[14]。谷子因其具有抗旱、耐瘠、水分利用效率高、適應(yīng)性廣、營養(yǎng)豐富、各種成分平衡、飼草蛋白含量高等突出特點(diǎn)，成為我國北方廣大土地貧瘠、氣候干旱、種植其他的作物經(jīng)濟(jì)效益較低的地區(qū)的主要栽培作物，同時(shí)世界其他各國谷子種植很少，在此意義上講，谷子是我國提供給世界其他各國人民的一種特有的資源[15-17]。進(jìn)行富硒的谷子產(chǎn)業(yè)開發(fā)是提高谷子種植效益的重要途徑之一[18]。因此，生產(chǎn)富硒谷子具有廣闊的發(fā)展前景。

增施硒肥是谷子補(bǔ)硒的一個(gè)主要途徑，谷子對(duì)硒的吸收主要是以根系吸收硒酸鹽和亞硒酸鹽2種價(jià)態(tài)為主。目前，在增施硒肥對(duì)谷子的影響研究主要集中在單一價(jià)態(tài)（亞硒酸鈉）硒對(duì)谷子的影響。王永會(huì)等[19]研究認(rèn)為，在亞硒酸鈉這一價(jià)態(tài)的不同濃度下處理的不同谷子品種，外源硒顯著增加了谷子葉片SOD、POD活性，各濃度相較而言，30 g/hm2的處理效果較好，與對(duì)照相比，硒濃度在30 g/hm2時(shí)的可溶性糖、粗蛋白含量分別增加了32.6%和18.7%～24.4%。穆婷婷等[20]研究認(rèn)為，不同濃度亞硒酸鈉對(duì)不同谷子的不同生育時(shí)期施用會(huì)產(chǎn)生影響，適量亞硒酸鈉可使谷子的生理特性提高、抗氧化性增強(qiáng)、籽粒硒含量和產(chǎn)量提高以及營養(yǎng)品質(zhì)改善。在抽穗期時(shí)，葉面噴施亞硒酸鈉67.84 g/hm2能提升谷子生理活性和增加產(chǎn)量；灌漿期噴硒對(duì)提高谷子籽粒硒含量和改善其品質(zhì)指標(biāo)最為明顯，籽粒富硒效果為灌漿期＞抽穗期＞苗期，最適噴施硒67.84 g/hm2。關(guān)于不同價(jià)態(tài)的硒以及不同價(jià)態(tài)的硒共存時(shí)對(duì)谷子富硒程度的研究還比較少。

本試驗(yàn)在溫室營養(yǎng)液培養(yǎng)條件下，研究了谷子在不同價(jià)態(tài)、不同濃度硒處理下谷子的含硒量、葉片SOD活性和葉綠素含量，旨在明確不同價(jià)態(tài)、濃度硒對(duì)谷子富硒程度的影響，為發(fā)展富硒谷子提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年5月5日至10月1日在石家莊河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所溫室進(jìn)行，5：00—19：00為光照時(shí)間，強(qiáng)度為300 μm/（dm·s），溫度為25～35℃；19：00至次日 5：00 為黑暗時(shí)間，溫度為15～20℃，濕度為40%～75%。

1.2 試驗(yàn)材料

供試谷子為冀谷38，由河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所培育并提供。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在溫室采用蛭石固定、營養(yǎng)液水培的方法進(jìn)行。選取大小一致且飽滿的谷子種子，用10%（V/V）的過氧化氫表面消毒30 min后用去離子水洗凈，轉(zhuǎn)移到裝有蛭石的塑料花盆（直徑為15 cm、高為13 cm）中進(jìn)行播種，蛭石用量為450 g/盆，每盆種20粒種子，出苗后定苗為每盆10株。之后每3個(gè)小花盆放入到一個(gè)聚乙烯盆中培養(yǎng)。除硒以外的其他大量元素和微量元素均采用改良霍格蘭營養(yǎng)液配方配制[21]，該溶液pH值調(diào)至6.0作為無硒營養(yǎng)液，另設(shè)3種硒形態(tài)供應(yīng)處理，即無硒營養(yǎng)液分別和不同濃度的硒酸鈉、亞硒酸鈉以及硒酸鈉和亞硒酸鈉混合，硒酸鹽和亞硒酸鹽的濃度由低到高分別為 0，10-2，3×10-2mmol/L，共組成 9 個(gè)處理（表 1），每個(gè)處理3次重復(fù)。每2 d澆灌1次營養(yǎng)液。在谷子成熟期，每盆取5株谷子，先用自來水沖洗整個(gè)植株，然后用蒸餾水沖洗，分開根部與葉部，經(jīng)65℃烘干稱質(zhì)量后粉碎，放于自封袋中備用。

表1 硒的價(jià)態(tài)及濃度 mmol/L

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

用95%的酒精提取葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素，分別在665，649，470 nm的波長下測(cè)定吸光度，計(jì)算得到葉綠素含量[22]。

采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS-8220）[23]測(cè)定植株樣品的硒含量，化驗(yàn)單位為河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院。

采用植物生理試驗(yàn)常規(guī)方法[24]，采集谷子的倒三葉，每個(gè)小盆均勻取樣，混合剪碎后每個(gè)處理取0.3 g用于SOD活性的測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 18.0軟件進(jìn)行處理與分析，單因素方差分析采用鄧肯檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硒處理對(duì)根部硒含量的影響

由圖1可知，不同硒處理對(duì)根部硒含量影響顯著，處理9（3×10-2mmol/L的硒酸鈉加3×10-2mmol/L的亞硒酸鈉）的根部硒含量最高，為426.7μg/g；無硒處理（CK）的根部硒含量最低，為31.9μg/g；表明添加外源硒利于根部硒含量的積累。在亞硒酸鈉濃度為0 mmol/L時(shí)，無硒酸鈉處理與1×10-2mmol/L硒酸鈉處理的根部硒含量之間差異不顯著，硒酸鈉濃度在3×10-2mmol/L時(shí)根部硒含量則顯著高于無硒酸鈉處理和1×10-2mmol/L硒酸鈉處理，表明硒酸鈉濃度為3×10-2mmol/L時(shí)，最有利于根部硒含量的積累；在亞硒酸鈉濃度為1×10-2mmol/L時(shí)，硒酸鈉在0，1×10-2，3×10-2mmol/L3 個(gè)濃度處理下的根部硒含量差異顯著，表現(xiàn)為隨著硒酸鈉濃度的提高，根部硒含量也隨之增加，且硒酸鈉濃度為3×10-2mmol/L時(shí)，最有利于根部硒含量的積累；在亞硒酸鈉濃度為3×10-2mmol/L時(shí)，無硒酸鈉處理的根部硒含量顯著高于1×10-2mmol/L硒酸鈉處理，硒酸鈉濃度在3×10-2mmol/L處理下的根部硒含量顯著高于無硒酸鈉處理，表明在濃度3×10-2mmol/L的亞硒酸鈉處理下，硒酸鈉濃度為3×10-2mmol/L時(shí)，最有利于根部硒含量的積累；這3種情況均表明，在相同濃度的亞硒酸鈉處理下，高濃度的硒酸鈉更有利于根部硒含量的積累。不論硒酸鈉在0，1×10-2，3×10-2mmol/L哪種濃度下，根部的硒含量均會(huì)隨著亞硒酸鈉濃度的增加而顯著增加，表明在相同濃度的硒酸鈉處理下，高濃度的亞硒酸鈉更有利于根部硒含量的累積。

由表2可知，無機(jī)硒濃度極顯著影響根部硒含量。隨著硒酸鈉濃度的提高，根部硒含量極顯著增加，表明硒酸鈉的濃度越高，越有利于根部硒的累積；隨著亞硒酸鈉濃度的提高，根部的硒含量也隨之增加，表明亞硒酸鈉的濃度越高，越有利于根部硒含量的積累。無機(jī)硒形態(tài)影響根部硒含量。相比不添加硒處理，添加硒酸鈉處理根部硒含量提高了143.9%～316.8%，添加亞硒酸鈉處理根部硒含量提高了20.5%～99.7%，表明硒酸鈉更利于根部硒含量的累積。由上可知，無機(jī)硒濃度和形態(tài)顯著影響根部硒的累積。

表2 硒的價(jià)態(tài)和濃度對(duì)根部硒含量的差異顯著性分析

2.2 不同硒處理對(duì)葉部硒含量的影響

由圖2可知，葉部硒含量會(huì)隨著硒酸鈉濃度的提高而增加，表明了硒酸鈉的濃度越高谷子葉部的硒含量越高。在硒酸鈉濃度≤1×10-2mmol/L時(shí)，葉部的硒含量均隨著亞硒酸鈉濃度的提高而增加；在硒酸鈉為3×10-2mmol/L時(shí)，亞硒酸鈉濃度變化對(duì)葉部硒含量沒有顯著影響，這說明在一定的硒酸鈉濃度（≤1×10-2mmol/L）范圍內(nèi)，亞硒酸鈉濃度提高，葉部硒含量也會(huì)隨之增加，當(dāng)硒酸鈉達(dá)到一定濃度（≥3×10-2mmol/L）時(shí)，葉部的含硒量則不受亞硒酸鈉濃度的影響。在9個(gè)處理中，3×10-2mmol/L的硒酸鈉（處理3）、3×10-2mmol/L的硒酸鈉與1×10-2mmol/L的亞硒酸鈉（處理6）、3×10-2mmol/L的硒酸鈉與3×10-2mmol/L的亞硒酸鈉（處理9）的葉部硒含量均顯著高于其他處理，硒含量分別是300.3，270.3，290.7 μg/g，三者之間差異不顯著，表明硒酸鈉濃度越高越有利于葉部硒含量的積累，并且當(dāng)硒酸鈉濃度足夠高時(shí)，亞硒酸鈉濃度對(duì)葉部硒含量產(chǎn)生影響很小，可以忽略不計(jì)，因此，引起葉部硒含量變化的主要因素是硒酸鈉的濃度。

由表3可知，硒酸鈉和亞硒酸鈉的濃度顯著影響葉部硒含量。在0 mmol/L濃度下，相比亞硒酸鈉處理，硒酸鈉處理的平均葉部硒含量提高了196.5%；在 1×10-2，3×10-2mmol/L 濃度下，硒酸鈉處理的平均葉部硒含量比亞硒酸鈉處理分別低0.9%，30.4%。表明，在低濃度時(shí)，硒酸鈉對(duì)葉部硒含量的影響高于亞硒酸鈉，在高濃度時(shí)，亞硒酸鈉對(duì)葉部硒含量的影響高于硒酸鈉。

表3 硒的價(jià)態(tài)和濃度對(duì)葉部硒含量的差異顯著性分析

2.3 不同硒處理對(duì)葉部SOD活性的影響

由圖3可知，無硒處理下的葉部SOD活性最高，為481.4 ΔOD560/（g·min）；處理8（1×10-2mmol/L的硒酸鈉加3×10-2mmol/L亞硒酸鈉）的葉部SOD活性最低，為267.3 ΔOD560/（g·min）。在相同濃度的亞硒酸鈉處理下，1×10-2mmol/L或3×10-2mmol/L處理下的硒酸鈉均對(duì)谷子葉片的SOD活性無影響，即SOD活性無顯著差異；當(dāng)硒酸鈉為0 mmol/L時(shí)，亞硒酸鈉為0 mmol/L時(shí)的SOD活性顯著高于3×10-2mmol/L亞硒酸鈉的處理，表明在相同濃度的硒酸鈉處理下，亞硒酸鈉的濃度越高，SOD活性越小。在相同濃度的亞硒酸鈉處理下，當(dāng)亞硒酸鈉濃度為0 mmol/L或1×10-2mmol/L時(shí)，0 mmol/L硒酸鈉處理下的SOD活性顯著高于1×10-2，3×10-2mmol/L的硒酸鈉處理下的SOD活性；當(dāng)亞硒酸鈉為3×10-2mmol/L時(shí)，硒酸鈉的濃度對(duì)SOD活性無影響，但不論在任何濃度亞硒酸鈉的處理下，隨著硒酸鈉濃度的增加，SOD活性降低。由上可知，谷子葉片的SOD活性受到硒處理的抑制，硒濃度越高SOD酶活性越小。

2.4 不同硒處理對(duì)葉綠素含量的影響

由圖4可知，在相同濃度的亞硒酸鈉處理下，當(dāng)亞硒酸鈉濃度較低（0，1×10-2mmol/L），硒酸鈉的濃度較高（3×10-2mmol/L）時(shí)，葉綠素a和葉綠素b的含量高于較低濃度硒酸鈉處理，表明較高的硒酸鈉濃度有利于葉綠素a和葉綠素b含量的積累；類胡蘿卜素的總含量基本無差異，大致在硒酸鈉為1×10-2mmol/L時(shí)得到較多的積累，表明類胡蘿卜素的總含量基本不受硒酸鈉濃度的影響，且過高或過低的硒酸鈉濃度都不利于類胡蘿卜素總含量的累積。在相同濃度的硒酸鈉處理下，葉綠素a和葉綠素b的含量差異不大，大致在亞硒酸鈉為0 mmol/L時(shí)最高；類胡蘿卜素的總含量在亞硒酸鈉的3個(gè)濃度下均無顯著差異，且以亞硒酸鈉為0 mmol/L時(shí)類胡蘿卜素的總含量較高，表明在相同濃度的硒酸鈉處理下，不添加亞硒酸鈉對(duì)積累葉綠素含量最為有利。對(duì)于在硒酸鈉和亞硒酸鈉處理下的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的總含量差異不是很大。

無機(jī)硒含量和形態(tài)對(duì)葉綠素含量的影響不顯著，但不同處理的葉綠素含量存在差別。從圖4可以看出，葉綠素a含量在處理7（0 mmol/L硒酸鈉加3×10-2mmol/L亞硒酸鈉）下達(dá)到最高，在處理2（1×10-2mmol/L硒酸鈉加0 mmol/L亞硒酸鈉）達(dá)到最低；葉綠素b含量在處理7（0 mmol/L硒酸鈉加3×10-2mmol/L亞硒酸鈉）以及處理8（1×10-2mmol/L硒酸鈉加3×10-2mmol/L亞硒酸鈉）下達(dá)到較高，在處理6（3×10-2mmol/L硒酸鈉加1×10-2mmol/L亞硒酸鈉）下達(dá)到最低；類胡蘿卜素含量在處理8（1×10-2mmol/L硒酸鈉加3×10-2mmol/L亞硒酸鈉）下達(dá)到最高，在處理2（1×10-2mmol/L硒酸鈉加0 mmol/L亞硒酸鈉）下達(dá)到最低。

3 討論

硒能被植物吸收利用的形態(tài)主要是硒酸鹽和亞硒酸鹽。薛瑞玲等[25]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外源亞硒酸鈉和硒酸鈉對(duì)小白菜葉片葉綠素的合成和生長均表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高濃度抑制。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同濃度的硒酸鈉處理下，不添加亞硒酸鈉對(duì)積累葉綠素含量最為有利，亞硒酸鈉濃度的增加會(huì)使谷子葉綠素含量降低，低濃度的亞硒酸鈉促進(jìn)葉綠素合成的結(jié)論與薛瑞玲等[25]試驗(yàn)結(jié)論一致；在低濃度的亞硒酸鈉處理下，葉綠素的含量隨著硒酸鈉濃度的增加而增加，這與薛瑞玲等[25]試驗(yàn)結(jié)論不符，可能是由于薛瑞玲等[25]是采用紅油土為介質(zhì)固定，本試驗(yàn)是以蛭石為介質(zhì)固定，紅油土的硒含量過高或其他元素含量不同引起的。

穆婷婷等[26]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，谷子籽粒硒含量隨著亞硒酸鈉濃度的增加而增加，二者呈正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，谷子的根部硒含量與葉部硒含量均隨著亞硒酸鈉濃度的增加而增加，表明高濃度亞硒酸鈉有利于谷子各部分硒含量的積累。

穆婷婷等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在一定亞硒酸鈉質(zhì)量濃度（≤67.84 g/hm2）內(nèi)，亞硒酸鈉能不同程度提高谷子葉片中SOD活性，一旦超過界定濃度范圍，則表現(xiàn)為隨著亞硒酸鈉質(zhì)量濃度的增加谷子葉片的SOD活性減弱。本研究發(fā)現(xiàn)，谷子葉片的SOD活性隨著亞硒酸鈉濃度的增加而減弱，可能是由于穆婷婷等[20]在大田中進(jìn)行試驗(yàn)，本試驗(yàn)是水培試驗(yàn)，所使用的硒濃度高于足以引起SOD活性變化的界定值，因此，表現(xiàn)為二者呈負(fù)相關(guān)，這與前人研究結(jié)果基本一致，表明本試驗(yàn)的硒濃度超出了適合谷子葉片SOD活性增長的范圍。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比不添加硒處理，添加硒酸鈉處理的根部硒含量提高了143.9%～316.8%，添加亞硒酸鈉處理的根部硒含量提高了20.5%～99.7%，硒酸鈉較亞硒酸鈉更有利于根部硒含量的積累；高濃度硒酸鈉有利于葉部硒含量的積累，并且當(dāng)硒酸鈉濃度足夠高時(shí)亞硒酸鈉濃度對(duì)葉部硒含量產(chǎn)生影響很小，可以忽略不計(jì)，由此可看出，引起葉部硒含量變化的主要因素是硒酸鈉的濃度。這表明谷子的根部和葉部硒含量積累對(duì)硒酸鈉的反應(yīng)比較敏感。造成差異的原因可能是谷子對(duì)不同價(jià)態(tài)硒的吸收效果不同[27]，因硒酸鈉的生物有效性高[28]，故谷子對(duì)硒酸鈉的吸收效果要優(yōu)于亞硒酸鈉，這一結(jié)果與郭璐等[29]發(fā)現(xiàn)的小白菜對(duì)于硒酸鹽和亞硒酸鹽吸收效果不同的結(jié)果一致，因此，在開發(fā)富硒谷子產(chǎn)業(yè)時(shí)，合理有效地使用硒酸鈉，防止片面使用亞硒酸鈉而使土壤固定亞硒酸鈉量過大造成亞硒酸鈉毒害。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在低硒濃度（＜1×10-2mmol/L）時(shí)，硒酸鈉對(duì)葉部硒含量的影響高于亞硒酸鈉；在高硒濃度（＞1×10-2mmol/L）時(shí)，亞硒酸鈉對(duì)葉部硒含量的影響高于硒酸鈉。高濃度的亞硒酸鈉最有利于葉部硒含量的積累。

與不添加硒處理相比，添加硒酸鈉處理的根部硒含量提高了143.9%～316.8%，添加亞硒酸鈉處理的根部硒含量提高了20.5%～99.7%，高濃度的硒酸鈉最有利于根部硒含量的積累。

在硒的不同價(jià)態(tài)和濃度處理下，谷子葉片的SOD活性隨著硒濃度的增大而減小。