亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺生長(zhǎng)的影響

麥?zhǔn)缛A，楊 珖，仇 曙，李亞男，陳大清

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，a.園藝園林學(xué)院；b.農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，廣州 510225；2.長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434000）

壺瓶碎米薺（Cardamine hupingshanensis）屬于十字花科碎米薺屬，為多年生草本，野外常見(jiàn)于林下、小溪淺水處或濕地，是一種理想的陰生觀葉植物［1］。壺瓶碎米薺不耐高溫，適宜的生長(zhǎng)溫度為15～25 ℃［2］。已有報(bào)道顯示土壤中的硒（Se）可被壺瓶碎米薺超富集［3，4］。

硒是生物體必需的微量元素，與生長(zhǎng)發(fā)育和衰老疾病休戚與共［5-7］。硒在自然界中以無(wú)機(jī)硒，一般指亞硒酸鈉（Na2SeO3）和硒酸鈉（Na2SeO4）的方式存在［8］，Na2SeO3以主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞綖橹参镂眨?］，能直接轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒儲(chǔ)存在植物體內(nèi)［10，11］。前人在亞硒酸鈉對(duì)植物的生長(zhǎng)及生理上已有一定研究，適量濃度的亞硒酸鈉可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，并通過(guò)對(duì)礦質(zhì)元素的吸收促進(jìn)抗氧化酶的合成［12］。潘介春等［13］、馬紅梅等［14］、賈莉芳等［15］、Ren 等［16］、劉光財(cái)?shù)龋?7］研究表明，適量的亞硒酸鈉可以提高植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，延緩衰老；李秀啟等［18］、董石峰等［19］研究表明，高濃度的亞硒酸鈉抑制種子的萌發(fā)，降低發(fā)芽率及植株的生物量，低濃度反之。為此，本研究通過(guò)添加外源Na2SeO3，初步探討硒對(duì)壺瓶碎米薺生長(zhǎng)的影響，以期在利用十字花科植物修復(fù)硒污染地區(qū)方面提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與脅迫處理

試驗(yàn)所用壺瓶碎米薺種子由恩施土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供；硒試劑為亞硒酸鈉分析純，由廣州源晶生物科技有限公司提供。

亞硒酸鈉濃度設(shè)置10 個(gè)水平，分別為0（CK）、10、20、30、40、50、100、150、200、400 mg/L。篩選完整飽滿的種子，在超凈工作臺(tái)上用70%乙醇浸泡5 min，無(wú)菌水洗滌3 次；再用4%次氯酸鈉（NaClO）浸泡10 min，無(wú)菌水洗滌5 次，接種到含有不同濃度亞硒酸鈉的MS 培養(yǎng)基中。每瓶培養(yǎng)基接種20粒種子，每處理3 次重復(fù)，在組培室中培養(yǎng)，光照度2 000 lx，光照時(shí)間16 h/d，溫度22 ℃/20 ℃（晝/夜）。

1.2 取樣與指標(biāo)測(cè)定

在亞硒酸鈉處理期間，每天觀察記錄壺瓶碎米薺種子萌發(fā)及生長(zhǎng)情況。脅迫結(jié)束時(shí)（處理25 d），統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率和成苗率，并取樣。用去離子水洗凈壺瓶碎米薺植株根部的附著物，吸干表面水分。隨機(jī)選取每個(gè)處理組中10 株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，測(cè)定株高和根長(zhǎng)，稱取單株鮮重；置于烘箱中105 ℃殺青10 min 后，再于50 ℃烘干至恒重，干燥冷卻至室溫后稱取樣品干重。各指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3 次，結(jié)果取平均值。

每組隨機(jī)選取3 株幼苗，用剪刀將植株的第2 片真葉剪碎，避開(kāi)葉脈，各組重復(fù)3 次，裝入錫箔紙中并做好標(biāo)記，經(jīng)液氮冷凍后放置在-80 ℃冰箱中保存，用于生理指標(biāo)測(cè)定。采用紫外吸收法測(cè)定鮮樣中的過(guò)氧化氫酶（CAT）活性，采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）活性［20］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

發(fā)芽率和成苗率的計(jì)算公式：

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 22.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺發(fā)芽和成苗的影響

從圖1 可以看出，不同濃度亞硒酸鈉處理均能使壺瓶碎米薺種子發(fā)芽和成苗，且亞硒酸鈉濃度對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響為低促高抑。

圖1 Na2SeO3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0～30 mg/L 的濃度范圍內(nèi)，壺瓶碎米薺發(fā)芽率和成苗率隨亞硒酸鈉濃度升高而不斷增大，并在30 mg/L 時(shí)達(dá)最大值。當(dāng)亞硒酸鈉濃度超過(guò)30 mg/L時(shí)，壺瓶碎米薺發(fā)芽率和成苗率隨著亞硒酸鈉濃度的升高而不斷降低，壺瓶碎米薺發(fā)芽率與成苗率受到抑制，并在400 mg/L 時(shí)達(dá)到最小值。當(dāng)亞硒酸鈉濃度高于50 mg/L 時(shí)，植株開(kāi)始出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，且隨著亞硒酸鈉濃度的升高，黃化率不斷增大，當(dāng)亞硒酸鈉濃度為400 mg/L 時(shí)，黃化率達(dá)最大值29.47%。

2.2 亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺幼苗生長(zhǎng)的影響

壺瓶碎米薺幼苗的株高及根長(zhǎng)與亞硒酸鈉的濃度密切相關(guān)。從圖2 可以看出，其株高在0～40 mg/L Na2SeO3濃度范圍內(nèi)呈不斷上升的趨勢(shì)，并在40 mg/L時(shí)達(dá)到最大值3.96 cm，比對(duì)照高1.55 cm。在50～400 mg/L Na2SeO3濃度范圍內(nèi)呈不斷下降趨勢(shì)，當(dāng)濃度達(dá)到400 mg/L 時(shí)，株高明顯受到抑制，僅為1.41 cm。

圖2 Na2SeO3對(duì)壺瓶碎米薺株高的影響

經(jīng)不同濃度亞硒酸鈉處理的壺瓶碎米薺幼苗（圖3），其根長(zhǎng)在0～30 mg/L 濃度范圍內(nèi)呈不斷上升的趨勢(shì)，并在30 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值2.37 cm，比對(duì)照長(zhǎng)1.25 cm。亞硒酸鈉濃度大于30 mg/L 時(shí)，其根長(zhǎng)不斷下降，并在400 mg/L 時(shí)達(dá)到最小值0.89 cm，抑制作用明顯。

圖3 Na2SeO3對(duì)壺瓶碎米薺根長(zhǎng)的影響

2.3 亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺幼苗干重和鮮重的影響

從表1 可以看出，經(jīng)不同濃度亞硒酸鈉處理后，壺瓶碎米薺幼苗干重及鮮重在0～40 mg/L 濃度范圍內(nèi)呈不斷升高的趨勢(shì)，并在40 mg/L 時(shí)達(dá)最大值，分別較對(duì)照高8.95 mg 和148.12 mg，顯著促進(jìn)了植株的生長(zhǎng)量。在50～400 mg/L 濃度范圍內(nèi)，壺瓶碎米薺幼苗的干重及鮮重呈不斷下降趨勢(shì)，并在400 mg/L時(shí)受到顯著抑制，達(dá)到最小值，分別較對(duì)照低6.29 mg和7.51 mg。

表1 Na2SeO3對(duì)壺瓶碎米薺幼苗干重和鮮重的影響

2.4 亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺幼苗抗氧化酶系統(tǒng)的影響

2.4.1 亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺幼苗過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的影響 Na2SeO3處理均提高了壺瓶碎米薺的CAT 活性（圖4）。0～40 mg/L 及 50～150 mg/L濃度范圍內(nèi)，CAT 活性隨亞硒酸鈉濃度的上升而上升，并在150 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值，CAT 活性是對(duì)照的2.3倍，差異顯著。當(dāng)亞硒酸鈉濃度超過(guò)150 mg/L時(shí)，隨著濃度的增大，CAT 活性顯著降低。高濃度亞硒酸鈉處理下CAT 的活性比較高，說(shuō)明幼苗在逆境下由于活性氧代謝加強(qiáng)使H2O2積累較多，需要產(chǎn)生更多的過(guò)氧化氫酶來(lái)抵御脅迫對(duì)植株的損傷。

圖4 Na2SeO3對(duì)壺瓶碎米薺CAT 活性的影響

2.4.2 亞硒酸鈉對(duì)壺瓶碎米薺幼苗過(guò)氧化物酶（POD）活性的影響 不同濃度Na2SeO3處理總體提高了 POD 活性（圖 5），0～30 mg/L 濃度處理時(shí)，POD活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，40～400 mg/L 濃度處理時(shí)，POD 活性總體呈上升趨勢(shì)。其中400 mg/L 時(shí)POD 活性達(dá)到最大，是對(duì)照組的2.13 倍，差異顯著。說(shuō)明高濃度亞硒酸鈉處理使壺瓶碎米薺幼苗體內(nèi)組織活性老化，從而導(dǎo)致植株體內(nèi)產(chǎn)生更多的過(guò)氧化物酶來(lái)對(duì)抗衰老。

圖5 Na2SeO3對(duì)壺瓶碎米薺POD 活性的影響

3 小結(jié)與討論

硒作為生物體生長(zhǎng)發(fā)育必需的有益微量元素之一［21，22］，對(duì)植物的生長(zhǎng)起著低促高抑的雙重作用［23］。明佳佳等［24］研究表明，低濃度硒鹽處理可顯著提高堇葉碎米薺的株高、根長(zhǎng)及生物量；李秀啟等［18］研究表明，濃度大于200 mg/L 的Na2SeO3可抑制小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，0～40 mg/L Na2SeO3處理?xiàng)l件下，壺瓶碎米薺的發(fā)芽率和成苗率先增后減。30 mg/L 濃度處理下，其發(fā)芽率和成苗率達(dá)最高值，說(shuō)明壺瓶碎米薺萌發(fā)和成苗的最佳Na2SeO3濃度為30 mg/L。當(dāng)Na2SeO3濃度大于100 mg/L 時(shí)，其發(fā)芽率和成苗率均低于對(duì)照，抑制植株的生長(zhǎng)發(fā)育。40 mg/L Na2SeO3處理下，其株高、干重及鮮重均達(dá)最高值，說(shuō)明壺瓶碎米薺生長(zhǎng)的最佳Na2SeO3濃度為40 mg/L。

劉新偉等［25］研究表明，10 μmol/L 硒鹽處理可顯著促進(jìn)油菜幼苗的生長(zhǎng)，并顯著提高幼苗的SOD、POD 和CAT 活性來(lái)提高根系活力，改善根系構(gòu)型。李陽(yáng)等［26］研究表明，高濃度硒鹽（100 mg/L）處理會(huì)顯著提高碎米薺體內(nèi)的CAT、POD 及SOD 活性，在高濃度硒處理下抗氧化酶活性的增加有利于清除植物體內(nèi)過(guò)量的活性氧，維持活性氧代謝平衡，使植物體能抵抗高濃度硒毒害。本研究中，Na2SeO3處理均提高了植株的CAT、POD 活性，抗氧化酶活性的提高，有助于幼苗在逆境條件下維持細(xì)胞正常代謝來(lái)提高植株對(duì)脅迫的適應(yīng)能力。這與上述研究者的結(jié)果一致。

綜合分析結(jié)果表明，在0～30 mg/L Na2SeO3濃度范圍內(nèi)，壺瓶碎米薺的發(fā)芽率、成苗率及根長(zhǎng)明顯提高，并在 30 mg/L 時(shí)達(dá)最大值，在 40 mg/L Na2SeO3濃度處理下，其株高及生長(zhǎng)量均達(dá)最大值。意味著在生產(chǎn)實(shí)踐中，可以在0～40 mg/L Na2SeO3濃度范圍內(nèi)的硒污染地區(qū)種植壺瓶碎米薺，利用其硒超富集作用來(lái)快速修復(fù)硒污染土壤。