外源硒对谷子植株体内谷胱甘肽过氧化物酶及品质的影响

张兰兰， 孙冬雪， 庞立欣， 张爱军，3

(1.河北农业大学资源与环境科学学院，河北保定 071000； 2.国家北方山区农业工程技术研究中心，河北保定 071001；3.河北省山区研究所，河北保定 071000)

硒是动植物生存必需的微量元素之一，其最主要的功能是抗氧化作用，主要是通过谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，简称GSH-Px)实现[1]。GSH-Px是生物体内一种重要的含硒酶[2]，它能催化氧化型谷胱甘肽(GSSG)生成还原型谷胱甘肽(GSH)[3]，消除自由基，分解有毒的过氧化物。赵耀等研究表明，适量浓度的硒可提高GSH-Px的活性[4-7]；赵决建等研究证明，适量硒可提高作物的品质和产量[8-12]；耿建梅等研究指出，不同品种谷子对硒的敏感反应不同[13]；王永会等研究不同生长期不同施硒浓度对谷子的影响[14-15]。适量施硒可增强作物光合作用，提高组织可溶性蛋白质吸收量，进而促进作物生长，提高产量，但其作用受硒形态、施用时期以及作物类别等因素影响较大[16-17]。本研究通过室内外试验结合的方式，探索同一浓度的硒肥在不同品种谷子不同时期进行叶面喷洒，对谷子植株中GSH-Px活性、谷子品质和产量的影响，为探寻一种高效安全的富硒谷子生产途径提供重要的理论支撑和现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验条件和材料

试验于河北省太行山东麓的唐县丘陵山区进行，该试验地的气候属于温带大陆性季风气候，雨热同期。

试验时间：2014年6月至2016年10月。谷子于2014年6月4日播种，6月20日间苗。

供试土壤理化性状：pH值为7.75，有机质含量为 12.93 g/kg，土壤全硒量为0.226 mg/kg，土壤有效硒含量为10.78 μg/kg，全氮含量为0.87 g/kg，碱解氮含量为 13.56 mg/kg，全磷含量为 0.697 g/kg，有效磷含量为 44.3 mg/kg，速效钾含量为 50.6 mg/kg。

试验材料：冀谷19(矮88×冀谷12)，硒含量为 0.109 mg/kg；冀谷21(矮88×安472)，硒含量为 0.136 mg/kg。

供试肥料：亚硒酸钠(分析纯)，由天津市福晨化学试剂厂生产。

1.2 试验设计

本试验采用裂区设计，以品种为主区，即选用冀谷19、冀谷21这2个品种，以谷子不同时期进行施硒处理为副区，即在拔节期喷施硒肥定为T1处理，在孕穗期喷施硒肥定为T2处理，在齐穗期喷施硒肥定为T3处理。试验中每个叶面喷施硒肥处理的浓度是固定的，为30 g/hm2，喷施500 mL。每个处理设置3次重复，共设18个处理。处理后每10 d取样1次，并于处理前取样对照(CK)，连续取4次，其他操作同常规的管理措施，成熟期小区谷子全部收获测产。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 测定指标 酶活性指标：在拔节期、孕穗期、齐穗期分别取样，测定谷子株体内谷胱甘肽过氧化物酶活性。

品质指标：测定谷子籽粒粗蛋白含量。

产量指标：试验小区实测计算产量。

1.3.2 测定方法 谷胱甘肽过氧化物酶活性的测定参照邓修惠等的方法[18-19]，粗蛋白含量的测定采用凯氏定氮法[20]。

1.4 数据处理

试验数据均采用SPSS 19.0和Excel 2007进行处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生长期施硒对谷子植株中GSH-Px活性的影响

2.1.1 拔节期施硒对谷子植株中GSH-Px活性的影响 由表1可以看出，T1处理GSH-Px活性总体上呈先升后降的变化趋势，且施硒处理后变化幅度不同，品种间略有差异。冀谷19在处理后10～40 d，施硒处理后的GSH-Px活性比CK均有所增加，增加幅度在9%～16%，且在30 d时增加到最大值，达423.5 U/mg。冀谷21中GSH-Px活性的变化趋势与冀谷19相似，30 d时比CK增加19.6%。可见在酶活性方面，冀谷21较冀谷19敏感。

通过品种间对比可知，在CK组，冀谷19植株中 GSH-Px 活性与冀谷21植株中相比略低。但是冀谷19经过叶面施硒处理后，株体中GSH-Px活性高于同期CK冀谷21。进行类似比较可知，冀谷21经过叶面施硒处理后，植株中 GSH-Px 活性高于同期CK冀谷19。由此可见，在谷子拔节期进行浓度为30 g/hm2的硒处理能够弥补谷子植株中 GSH-Px 活性受谷子品种造成的差异影响。

表1 T1硒处理对谷子植株中GSH-Px活性的影响

注：同行数据后不同小写字母表示同时间段内不同处理对谷子植株中GSH-Px活性影响的差异显著(P<0.05)。下表同。

2.1.2 孕穗期施硒对谷子植株中GSH-Px活性的影响 由表2可以看出：T2处理GSH-Px活性随时间延长呈先升后降的趋势，且施硒处理后变化幅度不同，品种间略有差异。冀谷19在处理后10～30 d内，经过硒处理的GSH-Px活性与CK相比，均有所增加，且增加幅度分别为7.8%、8.7%、5.8%，且在 20 d 时达到最大值427.9 U/mg。冀谷21植株中 GSH-Px 活性的变化趋势与冀谷19相似，增加幅度在9%～17%，且在20 d时达到最大值421.6 U/mg。在酶活性方面，冀谷21较冀谷19敏感。

通过品种间对比可知，在CK组，同期冀谷19植株中GSH-Px活性与冀谷21植株中GSH-Px活性相比略高。但是冀谷21经过叶面施硒处理后，植株中GSH-Px活性高于同期CK冀谷19。类似比较可知，冀谷19经过叶面施硒处理后，植株中GSH-Px活性明显高于同期CK冀谷21。由此可见，在谷子孕穗期进行浓度为30 g/hm2的硒处理同样能够弥补谷子植株中GSH-Px活性受谷子品种造成的差异影响。

表2 T2硒处理对谷子植株中GSH-Px活性的影响

注：“—”表示数据未测。下表同。

2.1.3 齐穗期施硒对谷子植株中GSH-Px活性的影响 由表3可以看出，T3处理GSH-Px活性总体呈先升后降的变化趋势，且经过硒处理后变化幅度不同，品种间略有差异。冀谷19在处理后10～20 d内，施硒处理后GSH-Px活性比CK均有所增加，增加幅度分别为17.6%、29.9%，且在20 d时增加到最大值，为483.2 U/mg。冀谷21植株中GSH-Px活性的变化趋势与冀谷19相似，20 d时比CK增加33.4%。在酶活性方面，冀谷21较冀谷19敏感。

通过品种间对比可知，在CK组，冀谷19植株中 GSH-Px 活性与冀谷21植株中相比略低，但是冀谷19经过叶面施硒处理后，植株中GSH-Px活性高于同期CK冀谷21。类似比较可知，冀谷21经过叶面施硒处理后，植株中 GSH-Px 活性明显高于同期CK冀谷19。由此可见，在谷子齐穗期进行浓度为30 g/hm2的硒处理同样能够弥补谷子植株中GSH-Px活性受谷子品种造成的差异影响。

表3 T3硒处理对谷子植株中GSH-Px活性的影响

综合以上分析可得，在谷子拔节期、孕穗期和齐穗期内随着硒肥处理时间的延长，冀谷19、冀谷21植株中GSH-Px活性均有所增加，且差异达到显著水平。冀谷21植株中GSH-Px活性的增加幅度大于冀谷19，可能是不同品种的谷子对硒肥作出反应的灵敏程度不同。2个品种谷子植株中GSH-Px活性在谷子拔节期30 d、孕穗期及齐穗期20 d时达到最大值，且GSH-Px活性比CK的要高。通过CK组与硒处理组不同品种谷子的同期对比可知，在谷子拔节期、孕穗期和齐穗期内进行浓度为30 g/hm2的硒处理后均能弥补谷子植株中GSH-Px活性受谷子品种造成的差异影响。

2.2 不同时期施硒对谷子籽粒中粗蛋白含量的影响

由图1可知，不同时期的硒处理对籽粒中粗蛋白含量有不同程度的影响。在冀谷19中，T1、T2和T3时期处理作物与对照相比，籽粒中粗蛋白的含量均呈显著增加，增幅在 20.6%～29.2%。在3个处理生长时期中，以T2时期处理作物的增幅最大，其粗蛋白含量为9.1%，比对照提高29.2%。在冀谷21中，只有T2时期的处理作物籽粒中粗蛋白含量显著增加，其粗蛋白含量为8.7%，比对照增加12.0%。

由此可见，2个品种的谷子均是在T2时期硒处理下籽粒中粗蛋白含量达到峰值。这可能由于谷子的T2时期(孕穗期)是干物质形成的主要时期[19]，在此时期硒肥的喷施有利于谷子体内粗蛋白的形成与积累，从而使得在谷子T2时期的硒处理作物，粗蛋白含量与对照相比显著增加。而不同时期的硒处理对籽粒中粗蛋白含量影响程度不同，则可能是谷子各生育期对硒肥作出反应的灵敏程度不同所导致的。

综合以上分析可得，对冀谷19、冀谷21 2个谷子品种，通过叶面喷施的施肥方式，在谷子孕穗期用浓度为30 g/hm2的硒肥处理谷子，可以显著提高谷子籽粒中粗蛋白的含量。

2.3 不同时期施硒对谷子产量的影响

由图2可知，不同时期硒处理对冀谷19和冀谷21产量的影响大体呈先增加后减少的趋势。处理后，2个品种谷子产量与对照相比均有不同程度的增加，且2个品种的产量均在T2时期处理后达到最大值，分别为3 923.0、3 924.3 kg/hm2，增幅分别为3.6%、2.8%。出现这种结果的原因可能是：对谷子进行硒处理的3个时期中，在T2生长时期处理的硒肥其施肥时期符合谷子的生长特点，肥效发挥较好，可以促进籽粒生长，从而出现增产效果最为显著的结果。

虽然不同时期硒处理对2个品种产量的影响大体相似，但是对各自产量的影响程度有所不同。在冀谷19的硒处理中，处理时期为T1、T2的作物产量同对照相比显著增加，其产量分别为3 871.3、3 923.0 kg/hm2，与对照相比增幅分别为2.3%、3.6%；在冀谷21的硒处理中，只有处理时期为T2的作物产量同对照相比显著增加，其产量为 3 924.3 kg/hm2，与对照相比增幅为2.8%。出现这种差异，可能是由于谷子的品种差异造成的。

综合以上分析可得，对冀谷19、冀谷21 2个谷子品种，通过叶面喷施的施肥方式，在孕穗期采用浓度为30 g/hm2的硒肥处理谷子，可以显著提高谷子产量。

3 结论与讨论

试验表明，外源硒能够显著提高植株体内的GSH-Px活性，这与付冬冬等研究的结论[7，21-23]相似。在谷子的不同生长时期，用同一浓度的硒肥(30 g/hm2)处理谷子，结果显示不同生长时期的硒肥处理对谷子植株中GSH-Px活性的影响存在着时间效应。在谷子拔节期，当硒肥处理时间为 30 d 时，2个谷子品种植株中GSH-Px活性达到最大值；在谷子的孕穗期和齐穗期，当硒肥处理时间为20 d时，2个谷子品种植株中GSH-Px活性达到最大值，当处理时间延长到30 d时，其酶活性开始呈下降的趋势。

以谷子为试验材料，在孕穗期进行浓度为30 g/hm2的叶面施硒，可以显著提高谷子籽粒中粗蛋白的含量并显著提高谷子产量，这与刘庆等研究的结果[24]有所不同，其研究表明，通过叶面喷施一定剂量范围的亚硒酸钠溶液，对小麦产量影响不大；与不施硒相比，施硒可提高籽粒中粗蛋白含量，但差异不显著；不同施硒时期对小麦籽粒中的粗蛋白含量也有一定的影响，但差异也未达显著水平。这可能与作物类别、作物生长期特点等因素有关。

通过以上结论综合分析可得，针对冀谷19、冀谷21 2个谷子品种，通过叶面喷施的施肥方式，在谷子孕穗期用浓度为 30 g/hm2的硒肥处理作物时间达20 d时，可以显著提高冀谷19、冀谷21植株中GSH-Px活性、籽粒中粗蛋白的含量以及谷子的产量。针对谷子对外源硒的敏感程度，冀谷19在改善品质与提高产量方面比冀谷21敏感。