壺瓶碎米薺對(duì)硒酸鈉脅迫響應(yīng)研究

羅金玲 楊珖 陳鴻輝

摘要：通過在MS培養(yǎng)基中添加不同濃度的硒酸鈉溶液（0、20、40、60、80、100、200、300 mg/L）來進(jìn)行壺瓶碎米薺（Cardamine hupingshanensis）種子萌發(fā)培養(yǎng)，測定種子萌發(fā)率、幼苗成活率、黃化率、植株高度、根長、鮮重和干重、POD活性及CAT活性等生理生化指標(biāo)，以探討壺瓶碎米薺對(duì)硒酸鈉脅迫的響應(yīng)。結(jié)果表明，（1）低濃度的硒酸鈉溶液促進(jìn)壺瓶碎米薺植株生長量和生物量的增加，反之則抑制;（2）在40 mg/L硒酸鈉溶液處理下，壺瓶碎米薺的發(fā)芽率和成苗率最高，且幼苗的根長、株高、鮮重和干重均達(dá)到最大值;（3）壺瓶碎米薺幼苗的黃化率隨著硒酸鈉溶液濃度的升高而升高;（4）壺瓶碎米薺的POD活性呈先降低后升高的趨勢，在40 mg/L硒酸鈉溶液處理時(shí)達(dá)到最低值;（5）壺瓶碎米薺的CAT活性總體上呈先升高后降低的趨勢，在100 mg/L硒酸鈉溶液處理時(shí)達(dá)到最高值。

關(guān)鍵詞：壺瓶碎米薺（Cardamine hupingshanensis）; 硒脅迫; 生理特性

Abstract： Cardamine hupingshanensis seeds was cultivated in MS culture medium with different sodium selenate concentration （0， 20， 40， 60， 80， 100， 200， 300 mg/L）. The physiological and biochemical indexes such as seed germination rate，seedling survival rate，yellowing rate，plant height，root length， fresh weight，dry weight，POD activity and CAT activity were measured to discuss the response of selenate stress in pots to Cardamine hupingshanensis. The results showed that， the low concentration of sodium selenate was used to promote the growth and biomass of the Cardamine hupingshanensis，on the contrary， it would inhibit it. When the concentration of sodium selenate was 40 mg/L， Cardamine hupingshanensis had the highest germination rate and seedling rate， at the same time， the root length， plant height， fresh weight and dry weight of the seedlings reached the maximum value. The yellowing rate of Cardamine hupingshanensis seedlings increased with the increase of selenium salt concentration. The POD activity of the Cardamine hupingshanensis was decreased first and then increased， the lowest value reached at 40mg/L sodium selenate solution. The CAT activity of the Cardamine hupingshanensis was increased first and then decreased， the highest value reached at 100 mg/L sodium selenate solution.

Key words： Cardamine hupingshanensis; Se stress; physiological property

硒是人體必需的14種微量元素之一。硒在全世界的分布是很不均勻的，中國是缺硒最嚴(yán)重的國家之一，占國土面積72%的地區(qū)存在一條低硒地帶[1]，人類約有40多種疾病如克山病[2]、癌癥[3-6]和大骨節(jié)病[7]等與缺硒有關(guān)，硒對(duì)這些疾病有著不同程度的緩解和治愈作用，而人類直接或間接通過植物性食品來獲取可在人體內(nèi)發(fā)揮作用的硒[8]。近年來，在湖北省恩施土家族苗族自治州的富硒地區(qū)發(fā)現(xiàn)一種具有很強(qiáng)富集環(huán)境硒能力的多年生草本植物——壺瓶碎米薺（Cardamine hupingshanensis）。壺瓶碎米薺屬于十字花科碎米薺屬的草本植物，是中國特有的野生蔬菜，全株可食用，其營養(yǎng)價(jià)值較高。

硒對(duì)植物的生長發(fā)育具有不可替代的作用。硒能夠促進(jìn)植株的生長發(fā)育，增加植株內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性[9]。硒能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，但是這種促進(jìn)作用與價(jià)態(tài)無關(guān)，可能與種子的酶活性和物質(zhì)代謝有關(guān)[10]。研究植物對(duì)硒的吸收、代謝以及耐受機(jī)制，不僅可以指導(dǎo)如何生產(chǎn)富硒糧食，而且可以有效解決人體缺硒或者硒攝入不足等問題 [11]。因此，尋找富硒植物，觀察了解植物對(duì)硒的吸收及耐受機(jī)制，建立起相應(yīng)的體系，對(duì)人類治愈某些疾病有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

試驗(yàn)材料：人工繁殖的壺瓶碎米薺種子。

試驗(yàn)藥品：硒酸鹽、0.1%的氯化汞溶液、配制MS培養(yǎng)基所需的大量元素溶液、微量元素溶液、有機(jī)物溶液、鐵鹽溶液、石英砂、磷酸緩沖液、愈創(chuàng)木酚、過氧化氫溶液等。

儀器設(shè)備：100 mL移液槍、1 000 mL移液槍、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)瓶、超凈工作臺(tái)、高壓滅菌鍋、剪刀、鑷子等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子的硒酸鈉處理 以0、20、40、60、80、100、200和300 mg/L的硒酸鈉濃度梯度配制MS培養(yǎng)基，每個(gè)培養(yǎng)基定量為30 mL，確保每個(gè)培養(yǎng)基除濃度梯度外的條件都一樣，每個(gè)處理重復(fù)3次。

培養(yǎng)基滅菌：將以上培養(yǎng)基放入高壓滅菌鍋中，并于121 ℃高壓滅菌30 min，滅菌后將其置于超凈工作臺(tái)中。

種子消毒與接種：將壺瓶碎米薺種子放至10 mL離心管中，加入剛配制的75%乙醇溶液至浸沒全部種子，30 s后吸出乙醇溶液，用去離子水清洗1次，加入足夠浸泡種子的0.1%氯化汞，10 min后吸出氯化汞，再用去離子水清洗6次。種子消毒后，于每個(gè)培養(yǎng)基中接種10～20顆種子。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法 接種后，觀察并記錄下種子在各個(gè)濃度的萌發(fā)及發(fā)芽情況，并在7 d時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)濃度硒酸鈉處理下種子的發(fā)芽率。20 d時(shí)統(tǒng)計(jì)種子長成幼苗的個(gè)數(shù)，并統(tǒng)計(jì)種子的成苗率。25 d時(shí)統(tǒng)計(jì)種子幼苗發(fā)黃的情況，計(jì)算出種子的黃化率。將種子萌發(fā)生長25 d左右的幼苗從培養(yǎng)基上取出來，置于天平上稱量幼苗的重量，然后用尺子測量株高、根長，最后置于烘干箱中烘干24 h，稱量干重。過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性分別采用愈創(chuàng)木酚法[12]和紫外吸收法測定[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒酸鈉處理對(duì)壺瓶碎米薺種子發(fā)芽率、成苗率和起始黃化率的影響

在MS培養(yǎng)基中加入不同濃度硒酸鈉溶液處理壺瓶碎米薺種子時(shí)，壺瓶碎米薺種子均能萌發(fā)和成苗。由圖1可知，當(dāng)濃度范圍為 0～40 mg/L時(shí)，發(fā)芽率隨濃度增大而不斷增大，且濃度為40 mg/L時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最大值，高達(dá)79.59%，比對(duì)照組發(fā)芽率高6.71個(gè)百分點(diǎn);此濃度下成苗率也達(dá)到最大值，為75.51%，比對(duì)照組成苗率高9.41個(gè)百分點(diǎn)。但當(dāng)硒酸鈉溶液濃度超過40 mg/L時(shí)，發(fā)芽率、成苗率均隨著硒酸鹽溶液濃度的增大而不斷降低，植株發(fā)芽和成苗均受到抑制，且濃度為300 mg/L時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最小值36.84%，比對(duì)照組的發(fā)芽率低了36.04個(gè)百分點(diǎn)，成苗率也達(dá)到最低值，表明當(dāng)硒酸鈉濃度為300 mg/L時(shí)極度抑制壺瓶碎米薺成苗。當(dāng)硒酸鈉濃度為40 mg/L時(shí)，植物開始出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，隨著硒酸鈉溶液濃度的不斷增加，壺瓶碎米薺的起始黃化率也不斷增大。當(dāng)濃度為200 mg/L時(shí)，起始黃化率達(dá)到最大值42.86%，說明壺瓶碎米薺幼苗能適應(yīng)較低濃度的硒酸鹽，而當(dāng)硒酸鹽的濃度較高時(shí)，其幼苗黃化率較高。

2.2 硒酸鈉處理對(duì)壺瓶碎米薺苗生長量的影響

由圖2可知，壺瓶碎米薺的平均根長與硒酸鈉的濃度有著密切的關(guān)系。不同濃度硒酸鈉溶液處理壺瓶碎米薺種子，所得植株的根長在0～40 mg/L范圍內(nèi)隨濃度的增加而不斷增加，根長的生長得到促進(jìn)，且在40 mg/L時(shí)根長達(dá)到最高值1.459 cm，高于對(duì)照組的1.120 cm，促進(jìn)作用最為明顯;但硒酸鈉濃度超過40 mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，壺瓶碎米薺植株的根長不斷減小，根長生長受到了抑制，且所加硒酸鈉溶液濃度越大，抑制作用越明顯，其中濃度為300 mg/L時(shí)根長為0.187 cm，抑制作用最為明顯。

由圖3可知，不同濃度硒酸鈉溶液處理壺瓶碎米薺種子，所得的壺瓶碎米薺植株的株高在0～40 mg/L范圍內(nèi)隨濃度的增加而不斷增加，植株株高得到促進(jìn)，且在40 mg/L時(shí)株高達(dá)到最大值2.813 cm，高于對(duì)照組的2.410 cm，促進(jìn)作用最為明顯;但硒酸鈉濃度超過40 mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，株高不斷變小，生長受到抑制，且濃度越大，抑制作用越明顯，其中濃度為300 mg/L時(shí)株高僅為0.813 cm，抑制作用最明顯。這說明低濃度的硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺幼苗的生長起促進(jìn)作用，而高濃度的硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺的生長有著抑制作用。根長的數(shù)值規(guī)律與株高的數(shù)值規(guī)律有相似之處，總趨勢是隨著硒酸鈉濃度的增加先增高后降低。由此可推測，壺瓶碎米薺的根長與株高兩者之間有一定的聯(lián)系。

2.2 硒酸鈉處理對(duì)壺瓶碎米薺苗生物量的影響

由表1可知，不同濃度硒酸鈉溶液處理壺瓶碎米薺種子，所得植株的鮮重在0～40 mg/L范圍內(nèi)隨濃度的增加而不斷增加，植株鮮重受到促進(jìn)，且在濃度為40 mg/L時(shí)植株鮮重達(dá)到最高值154.063 mg，高于對(duì)照組的134.320 mg，促進(jìn)作用最為明顯;但是當(dāng)硒酸鈉濃度超過40 mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，植株鮮重不斷減小，當(dāng)濃度為300 mg/L時(shí)鮮重僅為49.000 mg，受到的抑制最強(qiáng)。

在硒酸鈉溶液濃度為0～40 mg/L時(shí)，植株的干重隨著硒酸鈉溶液濃度的增加而增加，且在濃度為40 mg/L時(shí)干重達(dá)到最高值18.006 mg，高于對(duì)照組的12.393 mg，促進(jìn)作用最為明顯;但是當(dāng)硒酸鈉濃度超過40 mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，植株的干重不斷減少，且濃度越大，抑制作用越明顯，其中濃度為300 mg/L時(shí)干重為3.769 mg，抑制作用最明顯。

2.3 硒酸鈉處理對(duì)壺瓶碎米薺幼苗過氧化物酶（POD）活性的影響

由圖4可知，不同濃度硒酸鈉溶液處理壺瓶碎米薺種子，所得的壺瓶碎米薺植株的POD活性在0～40 mg/L范圍內(nèi)隨濃度的增加而不斷減小，植株P(guān)OD活性受到抑制，且濃度為40 mg/L時(shí)活性達(dá)到最低值2.553 △OD470 nm/（min?g Fw）;但是當(dāng)硒酸鈉濃度超過40 mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，壺瓶碎米薺植株的POD活性不斷增大，當(dāng)濃度為300 mg/L時(shí)POD活性達(dá)到最大值41.804 △OD470 nm/（min?g Fw）。說明低濃度的硒鹽處理使幼苗過氧化物酶的活性降低，而高濃度使幼苗體內(nèi)組織活性老化，從而導(dǎo)致植株體內(nèi)靠產(chǎn)生更多的過氧化物酶來對(duì)抗衰老。

2.4 硒處理對(duì)壺瓶碎米薺幼苗過氧化氫酶（CAT）活性的影響

不同濃度硒酸鈉溶液處理壺瓶碎米薺種子，總體上來說，所得的壺瓶碎米薺植株的CAT活性在40～100 mg/L范圍內(nèi)隨濃度增加而不斷增加，植株CAT活性受到促進(jìn)，且在濃度為100 mg/L時(shí)活性達(dá)到最高值119.307 μ/g Fw，明顯高于對(duì)照組，高濃度條件下CAT的活性比較高，說明此時(shí)壺瓶碎米薺幼苗產(chǎn)生的過氧化氫比較多，加速了植物的衰老。但是當(dāng)硒酸鈉濃度超過100 mg/L時(shí)，隨著濃度的增加，壺瓶碎米薺植株的CAT活性不斷減小。

3 小結(jié)與討論

李登超[14]、劉新偉等[15]、陶愛芬等[16]的研究表明，低濃度硒可以促進(jìn)聚硒植物的生長，反之則抑制其生長。在本研究中，當(dāng)硒酸鈉濃度為40 mg/L時(shí)，壺瓶碎米薺的發(fā)芽率和成苗率達(dá)到最大值，分別為79.59%和75.51%，幼苗的平均根長、株高、株重和干重均也達(dá)到最大值，且都在達(dá)到最大值后隨著硒酸鈉濃度升高呈下降趨勢。這說明低濃度的硒酸鈉溶液處理對(duì)壺瓶碎米薺的生長發(fā)育起到促進(jìn)作用，反之則抑制其生長。

硒促進(jìn)種子萌發(fā)可能是因?yàn)橛绊懙椒N子的酶活性和物質(zhì)代謝 [17]。硒對(duì)植物具有兩種截然不同的作用[18]，一般在低濃度硒條件下，硒既可以起到減緩植物衰老、促進(jìn)植物生長、降低植物脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的作用，也可以起到緩解氧化脅迫和某些逆境條件對(duì)植物產(chǎn)生危害的作用;但在高濃度條件下，硒對(duì)植物具有毒害作用，會(huì)降低作物產(chǎn)量。本研究表明，低濃度的硒鹽可以增加壺瓶碎米薺的重量和高度，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可在低硒土壤中種植壺瓶碎米薺以獲取高生物量，更好地滿足人體對(duì)硒的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集編纂委員會(huì). 中華人民共和國地方病與環(huán)境因素圖集[M]. 北京：科學(xué)出版社，1989.

[2] 王秀紅，相有章，屈福榮，等. 內(nèi)、外環(huán)境硒營養(yǎng)水平與克山病發(fā)病關(guān)系的研究[J]. 中國地方病防治雜志，2005（6）：351-353.

[3] 李文廣，謝金榮，于樹玉，等. 啟東縣原發(fā)性肝癌地理分布特點(diǎn)與硒水平的關(guān)系[J]. 微量元素，1986（3）：58-61.

[4] 何家紅，張 錚. 淮北市健康居民與癌癥患者硒營養(yǎng)水平比較研究[J]. 中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2006（10）：1247-1249.

[5] SCHRAUZER G N，WHITE D A，SCHNEIDER C J.Cancer mortality correlation studies-III：Statistical association with dietary selenium intakes[J]. Bioinorganic chemistry，1977（7）：23-24.

[6] COMBS G F JR，GRAY W P. Chemopreventive agents：Selenium[J].? Pharmacology & therapeutics，1998，79（3）：179-192.

[7] 王 權(quán)，李秀霞，李 倫 ，等. 硒與大骨節(jié)病相關(guān)性的Meta分析[J]. 中國循證醫(yī)學(xué)雜志，2013，13（12）：1421-1430.

[8] 張繼文，王善英，王其兵. 富硒植物與人體健康[J]. 植物雜志，1997（3）：10-11.

[9] 成 波，連海峰，劉世琦，等. 硫硒配施對(duì)衰老期大蒜生長、品質(zhì)及抗氧化能力的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2015，51（1）：44-50.

[10] 張楊楊，焦自高，艾希珍，等. 硒對(duì)植物的生理作用及富硒瓜菜研究進(jìn)展[J]. 中國瓜菜，2014，27（1）：5-9.

[11] 陳松燦，孫國新，陳 正，等. 植物硒生理及與重金屬交互的研究進(jìn)展[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2014，50（5）：612-624.

[12] 李合生，孫 群，趙世杰. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.164-165.

[13] 郝再彬，蒼 晶，徐 仲. 植物生理實(shí)驗(yàn)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.113-114.

[14] 李登超. 硒對(duì)菠菜、小白菜生長、養(yǎng)分吸收及抗氧化酶活性的影響[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2002.

[15] 劉新偉，王巧蘭，段碧輝，等. 亞硒酸鹽對(duì)油菜幼苗硒吸收、根系形態(tài)及生理指標(biāo)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（7）：2050-2056.

[16] 陶愛芬，陳嫻嫻，祁建民，等. 外源硒及脯氨酸對(duì)菜用黃麻生長和生理特性的影響[J]. 中國麻業(yè)科學(xué)，2015，37（5）：239-245.

[17] 張楊楊，焦自高，艾希珍，等.? 硒對(duì)植物的生理作用及富硒瓜菜研究進(jìn)展[J]. 中國瓜菜，2014，27（1）：5-9.

[18] 馮人偉. 植物對(duì)砷、硒、銻的富集及抗性機(jī)理研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.