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      土壤外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒吸收轉(zhuǎn)運(yùn)累積的影響

      2021-09-12 12:58:47王凱包立栗麗譚福民孟令宇張乃明
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年13期
      關(guān)鍵詞:油菜產(chǎn)量

      王凱 包立 栗麗 譚福民 孟令宇 張乃明

      摘要:硒與人體健康密切相關(guān),對(duì)于土壤缺硒的區(qū)域,通過(guò)外源補(bǔ)硒是否可以產(chǎn)出富硒農(nóng)產(chǎn)品成為近期研究的熱點(diǎn)。盆栽試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),以油菜為研究對(duì)象,以硒酸鈉、亞硒酸鈉作為2種形態(tài)的硒源,共設(shè)Se0、Se1、Se2、Se3、Se4等5個(gè)處理水平,硒添加量分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/kg,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),研究土壤外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒吸收轉(zhuǎn)運(yùn)累積的影響。結(jié)果表明,在硒酸鈉處理下,有利于提高油菜生物量、硒含量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo),2.0 mg/kg 為硒酸鈉處理的最適濃度,此時(shí)油菜硒含量為0.12 mg/kg,達(dá)到GH/T 1135—2017《富硒農(nóng)產(chǎn)品》中規(guī)定的0.10~1.00 mg/kg(蔬菜類以干質(zhì)量計(jì))。由此可見(jiàn),可以通過(guò)土壤外源補(bǔ)硒達(dá)到培育富硒油菜的目的。

      關(guān)鍵詞:硒;油菜;產(chǎn)量;轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù);外源補(bǔ)硒

      中圖分類號(hào): S634.306 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A ?文章編號(hào):1002-1302(2021)13-0079-05

      硒(Se)是人體必需的微量元素,人體的健康與否與硒含量息息相關(guān)[1-3]。研究發(fā)現(xiàn),人體的40多種疾病與缺硒有關(guān)[4],人體缺硒會(huì)造成貧血、癌癥、肝炎、腦血管疾病、白內(nèi)障、心肌變性、肌營(yíng)養(yǎng)不良等[5-7]。在多種補(bǔ)硒方法中,通過(guò)飲食來(lái)補(bǔ)充硒的方式被廣泛關(guān)注[8],通過(guò)日常飲食如糧食作物、蔬菜等來(lái)攝取微量元素硒,因此,提高作物中的硒水平顯得尤為重要[9]。土壤中硒的存在形式多種多樣,有Se2-、Se0、Se4+、Se6+等,各種價(jià)態(tài)的硒均能夠促進(jìn)作物的生長(zhǎng)[10],不同形態(tài)及濃度的外源硒肥對(duì)不同作物中硒的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響不同[11-16]。作物可以將土施或葉面噴施的無(wú)機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒[17],人體通過(guò)土壤-植物-生物體這一鏈條來(lái)補(bǔ)充硒,而植物在這一過(guò)程中對(duì)硒的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)受到許多因素的影響[18]。油菜是十字花科富硒作物,在我國(guó)的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位。目前,關(guān)于硒對(duì)油菜影響的研究很多,外源添加硒肥對(duì)油菜各方面指標(biāo)及產(chǎn)量都有影響[19-21],油菜通過(guò)對(duì)硒鹽的吸收轉(zhuǎn)運(yùn),將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒,既可以作為蔬菜、菜籽油供人體攝取,又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜合理高效的利用,從而更充分發(fā)揮這一富硒作物的價(jià)值。

      我國(guó)除湖北恩施、陜西紫陽(yáng)是富硒地區(qū)外,全國(guó)約有3/4的面積屬于低硒、缺硒地區(qū),特別是從東北到西南走向形成了一條低硒帶,涉及22個(gè)省的751個(gè)縣(市),影響人口約7億人[22]。中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)調(diào)查報(bào)告顯示,中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)、國(guó)際硒學(xué)會(huì)推薦的硒日最低攝入量分別為50、60 μg[23],我國(guó)成人每日硒攝入量?jī)H為26.63 μg,分別僅達(dá)到最低推薦量的53.26%、44.38%。在人們開發(fā)各類富硒農(nóng)產(chǎn)品的過(guò)程中,如何在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)硒肥施用來(lái)提高作物硒含量和產(chǎn)量值得思考。本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn),研究外源補(bǔ)硒對(duì)油菜生長(zhǎng)及硒吸收轉(zhuǎn)運(yùn)累積的影響,旨在分析硒在油菜體內(nèi)的含量及分配,以期闡明硒在油菜中的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,更好地發(fā)揮富硒作物的作用。

      1 材料與方法

      1.1 供試材料

      供試土壤為石灰性褐土,其基本理化性狀如下:pH值7.63,有機(jī)質(zhì)含量7.12 mg/kg,速效氮含量81.51 mg/kg,速效磷含量8.51 mg/kg,速效鉀含量93.59 mg/kg,Se含量0.133 mg/kg。

      供試作物為甘藍(lán)型油菜,品種為四月蔓,全生育期為40 d。供試硒源為硒酸鈉和亞硒酸鈉。

      1.2 試驗(yàn)方案

      盆栽試驗(yàn)于2018年4月15日在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院日光溫室內(nèi)進(jìn)行。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),共設(shè)Se0、Se1、Se2、Se3、Se4等5個(gè)處理水平,硒添加量分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/kg,每個(gè)處理3次重復(fù),隨機(jī)排列。

      所用塑料盆的規(guī)格為27.5 cm×18 cm,每盆裝風(fēng)干土5 kg,分別施入25 g有機(jī)肥、0.25 g氮(N)、0.5 g P2O5、0.4 g K2O作基肥(有機(jī)肥為腐熟的雞糞,化肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀)。各處理按照設(shè)定濃度將硒溶液均勻噴入土壤,與土混合均勻后裝盆,保持土壤含水量為田間持水量的70%,充分混勻后,平衡2周。每盆播種15粒,1周后間苗至5株。油菜生長(zhǎng)期間每天根據(jù)實(shí)際情況定量澆水,使土壤含水量保持在田間持水量的70%。在油菜收獲期一次性采收,用于各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

      1.3 樣品的采集與測(cè)定

      植株樣品于收獲時(shí)一次性采收,帶回實(shí)驗(yàn)室后先用自來(lái)水沖洗干凈,再用蒸餾水洗滌,洗凈的油菜樣品用吸水紙吸干表面殘留的水分后將植株地上部、地下部分開,分別裝于紙袋中。部分植株樣品稱鮮質(zhì)量后,在烘箱中于105 ℃殺青2 h,再于 55~60 ℃ 烘干至恒質(zhì)量,分別測(cè)定油菜地上部、地下部干質(zhì)量,將油菜樣品粉碎后測(cè)定其硒含量。

      各指標(biāo)的測(cè)定方法如下:土壤理化性質(zhì)用常規(guī)方法測(cè)定;油菜植株干物質(zhì)量采用烘干稱質(zhì)量法測(cè)定;植株硒含量采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測(cè)定,先用HNO3-HClO4(體積比為4 ∶ 1)消解,再用6 mol/L鹽酸還原;根系活力用2,3,5-三苯基氯化四氮唑(TTC)法測(cè)定。相關(guān)公式如下:

      轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=油菜地上部硒含量/油菜地下部硒含量;

      地上部或地下部吸收效率=(地上部或地下部硒含量×生物量)/(土壤中硒含量×土壤質(zhì)量)×100%。

      1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

      用Excel 2010、SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響

      2.1.1 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜生物量的影響 由圖1、圖2、圖3可以看出,不同硒處理水平對(duì)油菜地上部生物量、地下部生物量、總生物量的影響基本一致。在硒酸鈉的Se1、Se2處理下,植株產(chǎn)量與對(duì)照(Se0)相比顯著上升;在Se3、Se4處理下,植株產(chǎn)量則較對(duì)照有所下降。在硒酸鈉的Se1處理下,油菜各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到最大值,Se2處理的根鮮質(zhì)量相對(duì)于Se1處理顯著下降,而枝鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量無(wú)顯著差異。在Se4處理下,枝鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量均顯著低于未施硒對(duì)照,但同處理下的根鮮質(zhì)量與對(duì)照相比差異不顯著。在亞硒酸鈉處理下,各指標(biāo)均顯著高于對(duì)照,均在Se3處理下達(dá)到最大值,與對(duì)照相比差異顯著,與Se4處理間差異不顯著。

      2.1.2 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響 如圖4所示,在不同硒水平處理下,各處理油菜的根冠比與對(duì)照相比均顯著提高,但在2種不同硒鹽處理下的變化趨勢(shì)明顯不同,在硒酸鈉的Se1處理下出現(xiàn)峰值,除Se0處理外,其他各處理間的根冠比均未表現(xiàn)出顯著差異。在亞硒酸鹽處理下,油菜根冠比隨處理濃度的增加而不斷增大,但Se1處理與Se0處理相比差異不顯著,其他3個(gè)處理與Se0處理相比差異顯著,但3個(gè)處理間無(wú)顯著差異。

      如圖5所示,在硒酸鈉處理下,在Se2處理下根系活力達(dá)到峰值,之后隨著硒酸鹽處理濃度的上升,根系活力下降,除在Se4處理下根系活力低于對(duì)照但表現(xiàn)不顯著外,其余3個(gè)處理的根系活力均顯著高于對(duì)照。在亞硒酸鹽處理下,根系活力隨處理濃度的增加表現(xiàn)出緩慢上升的趨勢(shì),在Se3處理下達(dá)到最大值,且與對(duì)照相比差異顯著,與Se2、Se4處理無(wú)顯著差異。

      2.2 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒含量及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

      2.2.1 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜地上部和地下部硒含量的影響 如圖6所示,隨著硒含量的升高,油菜地上部、地下部硒含量都呈上升趨勢(shì),且均在Se4處理時(shí)達(dá)到最大值。在不同硒酸鈉處理間,油菜硒含量差異顯著,與對(duì)照組相比,Se4處理地上部硒含量增加了87.57倍,地下部硒含量增加了36.43倍。在亞硒酸鈉不同含量處理下,油菜地上部、地下部各處理間硒含量差異顯著;與對(duì)照處理相比,地上部硒含量增加了1.13~29.67倍,地下部硒含量增加了3.59~50.53倍,Se4處理下地上部、地下部硒含量均達(dá)到最大值,分別為26.67、38.56 μg/kg。在硒酸鈉處理下,Se3和Se4處理油菜地上部分硒含量分別為118.02、276.34 μg/kg,均達(dá)到GH/T 1135—2017《富硒農(nóng)產(chǎn)品》中規(guī)定的0.10~1.00 mg/kg。由此可見(jiàn),在同一水平下,硒酸鈉處理對(duì)油菜地上部、地下部硒含量的提升效果比亞硒酸鈉更好。

      2.2.2 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響 油菜硒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)指油菜的地上部硒含量與地下部硒含量之比,表示硒從地下部分向地上部分運(yùn)輸和富集的能力[24]。從圖7可以看出,隨著硒酸鈉含量的不斷提高,硒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)也相應(yīng)增大,在Se4處理處達(dá)到最大值,與對(duì)照相比差異顯著。施硒處理的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)>1,表明油菜對(duì)硒主要富集在地上部分。與對(duì)照相比,Se1、Se2、Se3、Se4處理的硒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別增加了7.83%、12.65%、57.23%、89.76%,且處理Se0、Se1、Se2之間無(wú)顯著差異;Se4處理的硒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)比Se3處理提高了20.69%,且二者之間存在顯著差異(P<0.05)。與對(duì)照組相比,亞硒酸鈉各處理的油菜硒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異顯著,Se0處理的油菜轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)達(dá)到最大值,為1.64;隨著亞硒酸鈉含量的升高,硒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)先顯著降低后顯著升高,油菜根部轉(zhuǎn)運(yùn)硒至地上部的能力顯著降低,說(shuō)明外源添加硒酸鹽對(duì)油菜硒的轉(zhuǎn)運(yùn)效果更好。

      2.3 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒積累量及吸收率的影響

      2.3.1 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜地上部和地下部分硒積累

      量的影響 如圖8所示,隨著土壤中硒鹽含量的增加,油菜地上部、地下部硒積累量都有所上升,且都在Se4處理下達(dá)到最大值。在硒酸鹽的Se4處理下,與對(duì)照相比,油菜地上部硒的積累量增加了77.14倍,地下部硒的積累量增加了4.55倍,各處理間差異顯著。在硒酸鈉的同一濃度處理下,地上部硒的積累量是地下部的1.01~14.22倍,兩者之間差異明顯,表明油菜體內(nèi)硒的積累量主要集中在地上部。亞硒酸鈉處理與硒酸鈉處理油菜地上部、地下部硒積累量的趨勢(shì)類似,各處理間差異顯著,且在Se4處理下油菜地上部硒積累量達(dá)到最大值,為207.52 μg/株,為對(duì)照組的34.88倍,地下部硒積累量也達(dá)到最大值,為62.86 μg/株,是對(duì)照組的92.44倍。由此可見(jiàn),硒酸鈉對(duì)油菜地上部、地下部硒累積量的提升效果較好。

      2.3.2 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒吸收率的影響 油菜對(duì)土壤中硒酸鹽的吸收方式為主動(dòng)運(yùn)輸,不需要能量[15],吸收率取決于油菜根細(xì)胞對(duì)于硒的選擇性吸收。由圖9可知,在硒酸鈉處理下,硒的吸收率在Se1處理下最高,達(dá)到44.53%,與對(duì)照組相比增加了9.45倍,之后呈下降趨勢(shì)。Se1處理的吸收率與Se2、Se3、Se4處理相比分別增加了8.14%、38.21%、28.44%。在亞硒酸鈉處理下,油菜對(duì)硒的吸收率隨著亞硒酸鈉濃度的增加先顯著升高后顯著下降,在 Se3處理下達(dá)到最大值,占施入硒總量的6.01%。結(jié)果表明,在硒酸鈉處理下,油菜硒的吸收率相對(duì)較高,說(shuō)明當(dāng)施入硒酸鈉時(shí),低濃度的硒會(huì)提高油菜對(duì)硒的吸收率,高濃度的硒會(huì)抑制其對(duì)硒的吸收率。

      3 討論

      3.1 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜生物量的影響

      朱祝軍等的研究結(jié)果表明,當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中加入低濃度硒(Se濃度≤1.0 mg/L)時(shí),促進(jìn)了小白菜的生長(zhǎng),加入高濃度硒(Se濃度≥2.5 mg/L)則抑制了小白菜的生長(zhǎng)[25]。Biacs試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),硒在低濃度時(shí)對(duì)胡蘿卜產(chǎn)量有益,而高濃度則有毒害作用[26]。本試驗(yàn)結(jié)果與之一致,在硒酸鹽的Se1、Se2處理下,油菜生物量、根冠比、根系活力顯著高于對(duì)照處理,在較低含量下就可以表現(xiàn)出最大增產(chǎn)效果,而在高含量Se4處理下,油菜枝鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量顯著低于對(duì)照,原因可能是Se4處理對(duì)油菜有毒害作用,使油菜的根系活力下降,抑制了油菜生物量的累積。油菜根冠比沒(méi)有隨著施硒水平的上升而出現(xiàn)明顯變化,但是油菜根部生物量累積的變化小于鮮質(zhì)量的變化,可能由于根對(duì)硒酸鹽處理的耐受性更高。亞硒酸鹽與硒酸鹽處理的油菜增產(chǎn)效果相仿,但油菜對(duì)亞硒酸鹽處理的生理效應(yīng)區(qū)間(0~2 mg/kg)更大,在高水平(Se4處理)下依舊對(duì)油菜表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn);根冠比與生物量的變化一致,根部的質(zhì)量增加明顯高于地上部。劉媛媛等研究發(fā)現(xiàn),以亞硒酸鹽形式被植物吸收的硒主要停留在根部[27],表明Se4+可能在根部發(fā)生某種形式的聚集。在不同含量硒處理下,油菜根系活力變化與鮮質(zhì)量水平的變化基本一致,這與郭璐的試驗(yàn)結(jié)果相一致,表明2.5 mg/kg亞硒酸鹽對(duì)作物生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用[28]。

      3.2 外源補(bǔ)硒對(duì)油菜硒累積量及吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

      硒酸鈉、亞硒酸鈉處理都可以促進(jìn)油菜地上部、地下部硒含量和累積量的提高,該試驗(yàn)結(jié)果與趙文龍等的研究結(jié)果[29-31]一致。在硒酸鈉的Se3、Se4處理下,油菜均可達(dá)到富硒食用農(nóng)產(chǎn)品的硒含量指標(biāo),而亞硒酸鈉均沒(méi)有達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在硒酸鈉處理下,油菜地上部硒含量始終高于地下部,但轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變化不大,Se0、Se1、Se2處理間無(wú)顯著差異,原因可能是地上部、地下部硒含量同時(shí)增大。周成河等研究發(fā)現(xiàn),一定濃度的硒溶液對(duì)藤茶硒含量有促進(jìn)作用,達(dá)到一定濃度時(shí),硒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變化不再明顯[32]。亞硒酸鈉則相反,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)除對(duì)照外都小于1,這也是在亞硒酸鈉處理下油菜地下部硒含量高于地上部的原因。相比之下,硒酸鈉處理的油菜硒累積量效果更好,硒酸鈉Se4處理的地上部硒累積量是亞硒酸鈉Se4處理的6.66倍,吸收率在Se1處理下達(dá)到最高值,且隨著濃度升高逐漸下降,可能是高濃度硒對(duì)油菜根部生長(zhǎng)起抑制作用,從而降低了油菜對(duì)硒的吸收率,在亞硒酸鈉處理下,吸收率也出現(xiàn)了類似趨勢(shì),在Se3處理下吸收率達(dá)到最大值。Li等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),低濃度的硒能夠促進(jìn)植物根尖細(xì)胞的分裂,從而加快根的生長(zhǎng)速度,而高濃度的硒會(huì)降低植物根細(xì)胞的分裂速度,對(duì)根的生長(zhǎng)起抑制作用[33]。

      4 結(jié)論

      2種硒鹽均具有促進(jìn)油菜生物量累積的作用,當(dāng)硒酸鹽處理濃度為0.5、1.0 mg/kg時(shí),對(duì)油菜生物量的提升效果明顯,但未達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量的標(biāo)準(zhǔn),亞硒酸鹽對(duì)油菜生物量的提升效果相對(duì)較緩慢。

      硒酸鈉對(duì)油菜硒含量的提升效果明顯,當(dāng)用量為2.0、4.0 mg/kg時(shí),油菜均可達(dá)到富硒食用農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),硒酸鈉含量為2.0 mg/kg時(shí)的效果最好,此時(shí)油菜硒含量達(dá)到0.12 mg/kg。在硒酸鈉處理下,油菜硒主要富集在地上部,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1,且隨著硒酸鈉濃度的增加而加大,最大增幅率為89.94%。不同含量的硒酸鈉大幅度提升了油菜地上部、地下部硒積累量,與對(duì)照相比最多分別增加了77.14、4.55倍。亞硒酸鈉處理后,油菜地下部轉(zhuǎn)運(yùn)硒至地上部的能力較弱,只有小部分轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部,大部分積累在根部。

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