硒、硫互作对青花菜幼苗渗透调节物质和抗氧化酶的影响

成 凯，何 茂 ，黄 志，许炜萍，赖 艳

(1.四川农业大学 园艺学院，成都 611130；2.贵州大学 农学院，贵阳 550025)

硒是动物体必需的微量元素，具有保护心脏、抗癌、防止大骨节病、克山病、延缓衰老等作用，因其对人类和动物的健康具有重要作用，日渐受到人们关注[1]。中国为严重缺硒国家，72%国土面积缺硒，还存在如恩施、永福等高硒地区，同时，自然条件下植物硒含量不高，利用硒资源开发富硒产品具有广阔前景[2]。植物能将环境中不易被人体吸收的无机硒在体内转化为有机硒，并提高其生物有效活性[3]，是动物和人类获得硒的主要来源。硒对植物的生长发育具有二重性，低浓度时促进植物生长发育，而高浓度时则对植物的生长发育起抑制作用，过量时甚至会发生毒害现象[4-5]。研究证明，低浓度的硒可能通过调控超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等的活性、丙二醛(MDA)含量参与梨叶片衰老进程的调控，从而降低膜脂过氧化水平，延长叶片功能期[6]；硒也能通过促进蛋白质的合成使作物产量增加、品质改善[7]。另一方面，高浓度的硒在植物体内诱导产生大量活性氧，并刺激植物产生大量抗氧化物质来抵御胁迫[8]，还可能影响铁硫蛋白合成从而影响光合作用，还有研究发现高浓度硒能破坏植物花粉发育与受精作用，从而抑制植物生长发育与繁殖[9]。

硫是植物生长的重要中量元素，在活化多种酶和提高抗逆性等方面具有重要作用，适宜浓度的硫能提高植株可溶性蛋白及可溶糖含量，降低MDA含量，提高叶片中过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、SOD活性，从而增强植物的抗逆性[10]，促进植物的生长[11-12]。

硒和硫属同族元素，具有较多相似特性。研究证明，硫是影响硒吸收转运的重要因素[13]，高等植物同化Se6+的途径与同化SO42-的途径基本相同，硒的吸收转化量受硫含量的影响，硒能够促进植物对硫的吸收，硫可以增强土壤中的硒可利用性，但高浓度的硫会抑制硒酸盐摄取[14]，硫硒配施因浓度和比例不同对植物有促进或者抑制作用[15-16]。

青花菜(BrassicaoleraceaL.var.italica)亦称西兰花、绿花菜、绿花椰菜等，为十字花科芸苔属甘蓝种中的一个变种，具有营养丰富、较高药用价值的特点，各器官均可加以综合利用[17]，在预防癌症、调节高血压、心脏病等方面有一定功效，能安全控制糖尿病[18]。青花菜具有较强富集硒的能力[19]，是进行富硒研究与栽培的可行材料。目前，硫硒配施在青花菜中的研究较少，本试验以青花菜为材料，研究硫硒配施对青花菜幼苗植株渗透调节与抗氧化酶的影响，旨在为青花菜的合理施肥，提高硒、硫利用率提供理论支撑，为富硒青花菜安全、优质、高效生产提供有价值的应用依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在四川农业大学实验农场内进行。供试青花菜品种为‘碧秀1号’，购于四川东叶科技有限公司。硒、硫元素分别以硒酸钠(Na2SeO4)、硫酸钠(Na2SO4)形式加入营养液，以硒、硫元素计算加入量。试验营养液配方采用霍格兰德营养液配方[20]，低硫浓度时用MgCl2替代MgSO4·7H2O，铁盐制剂用FeCl2或者FeCl3代替FeSO4·7H2O。

1.2 试验设计

将青花菜种子于55 ℃下不断搅拌15 min，冷却至室温浸泡5 h后，于25 ℃催芽箱中保湿催芽，待60%露白，播种于上口内径15 cm、底内径9 cm、高10.5 cm带底盘塑料盆中。盆中为155 ℃ 预灭菌2 h蛭石珍珠岩(体积比3∶1)混合基质。每盆4株，常规营养液培至二叶一心，选取一致性好的植株进行后续试验以及常规管理。试验采用双因素区组设计，设置3组10个不同的硫、硒处理。分别为普通硫(1 mmol/L)浓度下，不同浓度硒(0、10、20、100 μmol/L)处理；无硫情况下，不同浓度硒(0、5、10、20 μmol/L)处理；硒胁迫(20 μmol/L)下，不同浓度硫(0、1、5、10 mmol/L)处理对青花菜幼苗的影响。各试验设计分别用S1Se0、S1Se10、S1Se20、S1Se100、S0Se0、S0Se5、S0Se10、S0Se20、S5Se20和S10Se20表示，以S0Se0为对照。硫、硒溶液2 d浇1次，每次每盆浇15 mL，共处理6次。从处理时开始计算，分别在第0、4、8、12天测定相关数据。重复3次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 膜质渗透相关指标 相对电导率采用浸泡法测定[21]；可溶性蛋白采用考马斯亮兰法测定[22]；可溶性糖采用蒽酮法测定[22]；脯氨酸(Pro)质量浓度用酸性茚三酮法测定[21]；MDA质量摩尔浓度用硫代巴比妥酸法测定[21]。

1.3.2 抗氧化酶活性测定 SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法[21]；POD活性采用愈创木酚法测定[21]；CAT活性采用紫外分光光度法测定[21]。

1.4 数据分析

采用EXCEL 2010和SPSS 19.0对试验数据进行分析，并用Duncan’s新复极差法对不同处理进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 硒、硫互作对青花菜幼苗渗透调节系统的影响

2.1.1 对青花菜幼苗MDA质量摩尔浓度与相对电导率的影响 由图1可知，在无硫(S0)或普通硫(S1)处理下，青花菜幼苗叶片的MDA质量摩尔浓度随硒浓度的增加呈先减小后增大的趋势，并分别于S0Se10、S1Se10处理下出现无硫、普通硫不同硒浓度处理结果中的最小值，且随生长时间的增加变化趋势越来越明显；高硒(Se20)处理下，随硫浓度的增加青花菜MDA质量摩尔浓度呈先减小后增大的趋势，在S1Se20时出现高硒不同硫浓度处理结果中的最小值，随生长时间的增加，无硫(S0Se20)和高硫(S5Se20和S10Se20)处理下MDA质量摩尔浓度显著高于普通硫处理(S1Se20)。图1表明，与对照相比，S1Se10、S0Se10、S1Se0、S0Se5处理下MDA质量摩尔浓度均较低，青花菜在S1Se10处理下，处理后第0天、第4天、第8天和第12天青花菜菜幼苗MDA质量摩尔浓度分别是对照的99%、94%、94%、94%，除处理后0 d差异不显著外，其他均显著低于对照；S1Se20、S0Se20、S1Se100、S5Se20、S10Se20处理的MDA质量摩尔浓度均较高，且从处理后的第8天开始，S0Se20、S1Se100、S5Se20、S10Se20处理的MDA质量摩尔浓度显著高于对照。

由图2可知，在无硫或普通硫处理下，青花菜幼苗相对电导率随硒浓度的增加呈先减小后增大的趋势，并分别于S0Se10、S1Se10处理下出现无硫、普通硫不同硒浓度处理结果中的最小值；高硒(Se20)处理下，青花菜幼苗的相对电导率随硫浓度的增加呈先减小后增大的趋势，在S1Se20时出现高硒不同硫浓度处理结果中的最小值。与对照相比，S1Se10相对电导率较低且达显著差异，S1Se100、S5Se20的相对电导率随时间的延长显著高于对照。由此表明，S1Se10处理能有效减少青花菜幼苗的MDA质量摩尔浓度和相对电导率，延缓植株衰老。硒胁迫下，低S处理能缓解硒胁迫导致的MDA质量摩尔浓度增多、相对电导率增大。

不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同 Different lowercase letters indicate the significant differences(P<0.05) under various treatments,The same below

图1硒、硫互作对青花菜幼苗MDA质量摩尔浓度的影响
Fig.1Effectofinteractionbetweenseleniumandsulfuronmalondialdehydemolalityofbroccoliseedlings

图2 硒、硫互作对青花菜幼苗相对电导率的影响Fig.2 Effect of interaction between selenium and sulfur on relative conductivity of broccoli seedlings

2.1.2 对青花菜幼苗可溶性糖、可溶性蛋白质量分数和脯氨酸质量浓度的影响 由表1可知，S1Se10组合的硒硫配施能显著提高青花菜幼苗可溶性糖质量分数。在无硫或普通硫(S1)处理下，青花菜幼苗的可溶性糖质量分数随硒浓度的增加呈先增大后减小趋势，并分别于S0Se10、S1Se10处理下出现试验中无硫、普通硫不同硒浓度处理结果中的最大值，S0Se10处理可溶性糖质量分数显著高于对照，且随时间的增加差异越来越明显。随时间的增加，S1Se10处理可溶性糖质量分数与S1Se0相比，差异越来越明显，且均达显著差异；S1Se100处理可溶性糖质量分数始终显著低于S1Se0处理可溶性糖质量分数。高硒(Se20)水平下，青花菜幼苗可溶性糖质量分数随硫的增加呈先增大后减小趋势，初期在处理浓度内未达显著差异，直至处理第12天，S1Se20处理可溶性糖质量分数显著高于S5Se20和S10Se20。

由表2可知，单硒处理下，随硒浓度的增加，青花菜幼苗可溶性蛋白质量分数呈先增大后减小的抛物线，在硒10 μmol/L时，可溶性蛋白质量分数最大，且S0Se10、S0Se5处理可溶性蛋白质量分数显著高于S0Se0和S0Se20；S0Se20可溶性蛋白质量分数显著低于S0Se0。普通硫水平下，可溶性蛋白质量分数随硒浓度的增加呈先增大后减小的趋势，转折点出现在硒为10 μmol/L时，且S1Se10的可溶性蛋白质量分数显著高于S1Se0、S1Se20和S1Se100；S1Se20和S1Se100处理可溶性蛋白质质量分数均显著低S1Se0。高硒(Se20)水平下，青花菜幼苗可溶性蛋白质量分数随硫浓度的增加呈先增加后减少的趋势，S1Se20与S0Se20相比，其可溶性蛋白质量分数有差异但未达显著；S1Se20、S0Se20和S5Se20、S10Se20相比，其可溶性蛋白质量分数较高且达到显著差异。与对照S0Se0相比，S0Se5、S0Se10、S1Se0、S1Se10处理可溶性蛋白质量分数较高且达到显著差异；S0Se20、S1Se20、S1Se100、S5Se20、S10Se20处理可溶性蛋白质量分数低于对照且达显著差异。结果表明，Se、S处理随着时间的增加，能影响青花菜幼苗体内的可溶性糖与可溶性蛋白质量分数，且较低浓度的Se、S配合能显著增加其质量分数，高浓度则显著降低其质量分数。

表1 硒、硫互作对青花菜幼苗可溶性糖质量分数的影响Table 1 Effect of interaction between selenium and sulfur on soluble sugar mass fraction of broccoli seedlings %

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters indicate significant differences under different treatments atP<0.05.The same below.

表2 硒、硫互作对青花菜幼苗可溶性蛋白质量分数的影响Table 2 Effect of interaction between selenium and sulfur onsoluble protein mass fractionof broccoli seedlings mg/g

由图3可知，在无硫或普通硫处理下，青花菜幼苗体内脯氨酸质量分数随硒浓度的增加呈先增大后减少的趋势，并分别于S0Se10、S1Se10处理下出现无硫、普通硫不同硒浓度处理结果中的最大值。说明补硒能促进植物积累脯氨酸，从而提高抗逆性，但补硒超过一定浓度也会对植物积累脯氨酸造成一定的负面影响。高硒水平下，青花菜幼苗体内脯氨酸质量分数随硫浓度的增加呈先增大后减小的趋势，在S1Se20时出现高硒不同硫浓度处理结果中的最大值，说明高硒处理下，一定浓度的硫能促进植物体内脯氨酸积累，而硫浓度过高则抑制植物积累脯氨酸。与对照相比，S0Se5、S0Se10、S1Se0、S1Se10处理下，脯氨酸质量分数较高且达显著差异，S0Se20、S1Se100、S5Se20、S10Se20的脯氨酸质量分数较低且达显著差异。

2.2 硫、硒互作对青花菜幼苗抗氧化酶活性的影响

图4、图5、图6显示，在无硫或普通硫(S1)处理下，随硒浓度的增加，CAT、POD、SOD 3种酶的活性逐渐增大，随时间的增加酶活性逐渐增强，3种酶均在相同处理时间分别于S0Se10、S1Se10处理下出现试验中无硫、普通硫不同硒浓度处理结果中的最大值，显著高于对照，且随时间变化，CAT活性差异越来越明显；高硒(Se20)水平下，CAT活性随硫浓度的增加呈先增加后降低趋势，在S1Se20时出现高硒不同硫浓度处理结果中的最大值，除第12天与对照无显著差异，但S1Se20、S0Se20处理CAT活性却显著高于S5Se20、S10Se20；高硒水平下，SOD、POD活性的变化与CAT变化基本相似。与对照相比，S1Se10处理CAT活性最高且差异显著，随着时间的增加，S0Se10、S1Se0处理的CAT活性显著高于对照，S0Se5处理CAT活性高于对照却无显著差异，S0Se20、S5Se20处理CAT活性低于对照差异显著，S1Se20、S1Se100处理CAT活性低于对照于第8天达显著差异。就POD活性而言，S0Se5、S1Se0、S1Se20与S0Se0相比有差异却未达显著，S1Se10、S0Se10显著高于S0Se0，而S0Se20、S1Se100、S5Se20、S10Se20显著低于S0Se0。就SOD活性而言，S0Se5、S1Se0、S1Se20与S0Se0相比有差异却未达显著，S1Se10、S0Se10显著高于S0Se0，而S0Se20、S1Se100、S5Se20、S10Se20显著低于S0Se0。结果表明，低浓度的硒硫配合处理能有效提高青花菜幼苗的抗氧化能力，高浓度处理则易发生胁迫作用。

图3 硒、硫互作对青花菜幼苗脯氨酸质量分数的影响Fig.3 Effect of interaction between selenium and sulfur on proline mass fraction of broccoli seedlings

图4 硒、硫互作对青花菜幼苗CAT活性的影响Fig.4 Effect of interaction between selenium and sulfur on CAT activity of broccoli seedlings

图5 硒、硫互作对青花菜幼苗POD活性的影响Fig.5 Effect of interaction between selenium and sulfur on POD activity of broccoli seedlings

图6 硒、硫互作对青花菜幼苗SOD活性的影响Fig.6 Effect of interaction between selenium and sulfur on SOD activity of broccoli seedlings

3 讨 论

过氧化物MDA是膜脂过氧化指标之一，可反映植物细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件适应的强弱；相对电导率的大小可用来衡量细胞膜透性的大小，相对电导率越高，细胞膜完整性遭到破坏的程度就越大，细胞膜的透性程度也就越大。李瑞平等[23]研究表明，施用5 mg/L硒能显著降低汞胁迫下小麦的MDA质量摩尔浓度，而10 mg/L处理则使MDA质量摩尔浓度升高。Zembala等[24]研究表明，硒可以通过减轻小麦镉胁迫下细胞质膜受伤害的程度，即减轻镉对细胞质膜破坏性生理影响保护小麦免受镉胁迫。可溶性糖是光合作用的直接产物，是植物体内碳代谢的重要产物，其含量多少反映植物的生长水平。一定浓度范围内的硒促进青花菜幼苗可溶性蛋白质量分数的增加，而硒浓度增大后，对青花菜幼苗造成胁迫，使得青花菜幼苗可溶性蛋白合成减少或者青花菜幼苗为了缓解胁迫以致蛋白质被蛋白水解酶水解，从而降低青花菜幼苗可溶性蛋白质量分数。适量硒硫比能促进硒硫发挥其功效，进而促进植株生长，促进蛋白质合成；而硒硫比不合适导致硒硫相互抑制，对青花菜幼苗造成胁迫，进而使得可溶性蛋白合成减少或者引起青花菜幼苗抵抗胁迫而水解蛋白质。夏永香等[25]研究发现，叶面喷施亚硒酸钠溶液可显著提高叶片中可溶性糖、可溶性蛋白质量分数。在低硫水平下，适量硒浓度均能提高芥菜可溶性糖、可溶性蛋白质质量分数[15]，增施硫硒肥也能显著提高茎瘤芥的粗蛋白与可溶糖质量分数[26]。李海云等[27]研究认为，施硫能提高大白菜叶片可溶性蛋白及可溶性糖质量分数，降低MDA质量摩尔浓度。脯氨酸作为植物蛋白质的组成成分，是一种植物渗透调节物质，其含量在一定程度上可以反映植物的抗逆性，测定脯氨酸含量可以在一定范围内反映出硒硫配施对青花菜幼苗的促进或者抑制作用以及是否合理。薛瑞玲等[28]研究指出，施少量的硒能诱导小白菜体内脯氨酸的产生且质量分数与外源Se(IV)浓度呈极显著正相关。本试验中，单硒与普通硫处理下，青花菜幼苗叶片的MDA质量摩尔浓度、相对电导率随硒浓度的增加呈先减小后增大的趋势，并在硒浓度为10 μmol/L时出现最小值，且随生长时间的增加变化趋势越来越明显，这说明高浓度硒对青花菜幼苗有胁迫作用，进而加剧了青花菜幼苗叶片的膜脂过氧化水平；可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸质量分数伴随硒浓度的增加呈先增大后减小的趋势，并在硒浓度为10 μmol/L时出现最大值。据Ríos等[29]发现，植物中硒在代谢过程中形成的半胱氨酸(Cys)可能主要用于形成有机硫酸盐化合物，具有降低硒的毒性作用。本试验中，20 μmol/L硒处理下，随硫浓度的增加青花菜幼苗MDA质量摩尔浓度、相对电导率呈先减小后增大，可溶性糖、可溶性蛋白质量分数和脯氨酸质量浓度随硫浓度的增加呈先增大后减小，这些与已有研究结果相似。

硒在高等植物中具有抗氧化功能，其组成谷胱甘肽过氧化物酶的必需成分，影响植物体内抗氧化物质的合成[15]。研究证明，亚硒酸盐影响植物代谢途径，其诱导植物产生氧化应激作用，可能提高植物耐硒和积累[30]。Yu等[31]发现硒富集绿茶比普通绿茶具有较高的抗氧化活性。刘群龙等[6]认为低浓度的硒可能通过提高SOD、GSH-Px等酶的活性参与叶片衰老进程的调控。Lyi等[32]发现青花菜中Se-甲基硒代半胱氨酸(SeMSC)积累与青花菜硒甲基蛋氨酸合成酶(BoSMT)的基因表达与总硒位置密切相关，高浓度硫酸盐抑制硒摄取。尚庆茂等[33]研究表明，外源硒可以提高辣椒叶片的SOD、POD和CAT等活性。硒与镉还可能产生协同作用，提高谷胱甘肽-抗坏血酸代谢相关酶的活性，证明利用低浓度外源硒能提高种子对镉的耐受性，增强抗氧化防御和丙酮醛解毒系统[34]。硫作为植物所需的中量元素及植物蛋白质、氨基酸的组成成分，是酶化反应活性中心的必需元素。经水稻耐重金属试验发现，硫通过激活抗氧化酶类活性迅速增加可消除胁迫产生的膜脂过氧化胁迫[35]。刘中良等[36]水培大蒜试验也表明，在一定浓度范围内，增加营养液中硫的浓度可提高大蒜叶片保护酶(SOD、POD、CAT)的活性，从而有效减缓叶片的衰老速度。本试验研究表明，低浓度的硒能提高青花菜幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性，而高浓度硒则抑制SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性，3种酶活性最大值均出现在硒浓度为10 μmol/L时，随时间的增加酶活性有较大幅度的提高；S1Se10组合的硒硫配施能显著提高SOD、POD和CAT的活性，且显著高于S0Se0的酶活性；S5Se20、S10Se20组合的硒硫配施处理下，SOD、POD和CAT活性显著低于对照的酶活性。王越等[37]研究同样表明，硫肥配合低浓度的硒能显著提高蒜苗叶片的SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性，高浓度的硒配合硫肥处理的蒜苗酶活性较对照也能明显提高，但促进作用不及低硒水平，这与本研究结果相似。

综上所述，硒硫配施影响青花菜幼苗渗透调节系统及抗氧化酶活性，低浓度的硒硫配合能提高青花菜幼苗的抗逆性与部分品质，在高硒情况下，增施少量硫能一定程度上缓解硒胁迫，其中施用1 mmol/L S、10 μmol/L Se可作为生产中青花菜富硒栽培的参考。硒在植物体中的吸收转化，及硒硫配施在青花菜中硒及含硒蛋白含量的影响及其复杂相互作用还有待进一步研究。

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