施硒对红芸豆产量及硒运转的影响

翟红梅，杜天庆，刘彩霞，杨舒添，高志强，崔福柱

(山西农业大学 农学院， 山西 太谷 030801)

硒是人体所必需的微量元素之一，对预防疾病，维持身体健康，延缓细胞衰老有着重要意义[1]。但地壳中硒含量很低。植物性食物是人类硒的主要来源之一[2]，增加富硒天然食物来源的产量是必要的，而富硒植物的生产是增加硒水平和消除硒缺乏的一种有效途径[3]。红芸豆含有高蛋白、多种氨基酸、维生素等营养物质，是十分重要的植物蛋白来源，且蛋白质中含有α-淀粉酶抑制剂等抗病物质，兼具药用价值[4]。因此，生产开发富硒红芸豆对改善人类硒营养具有重要意义。

目前,植物领域内硒的研究对象涉及玉米、大豆、大麦、小麦、水稻、油菜等诸多作物。在生产实践中，叶面施硒与硒浸种是让作物富硒的普遍方法[5,6]，试验证明硒浸种可以促进春小麦、高粱、番茄种子的萌发及幼苗生长[7～9]，硒浸种还可以提高大豆POD活性以及绿豆芽产量[10,11]。最近研究表明，在作物生理特性方面，叶面施硒在一定程度上提高了小麦、水稻、高粱、油菜、扁豆的抗氧化活性[12～16]。在硒吸收及运转方面，施硒使玉米籽粒硒含量增加8倍以上[17]、谷子籽粒硒含量提高8.6倍[18]、水稻籽粒硒含量增加162.5%～225%[19]。一般农作物不同器官硒含量的分布规律为根>茎>叶>果实[20]。在粮食产量方面，叶面施硒的应用使油菜种子、莴苣、马铃薯的产量分别增加43%、14%、40%[21～23]。

然而关于硒浸种与叶面施硒相结合对红芸豆影响的研究较少，硒浸种与叶面施硒相结合对调节红芸豆生理机制、各器官硒含量及产量的影响尚未明确。综合考虑红芸豆的营养益处、国际地位与硒在人体营养中的重要性，通过研究评价硒对红芸豆POD活性、MDA 及GSH含量的影响，以及进行红芸豆各器官硒含量及产量的评估，为生产富硒红芸豆提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为“英国红”芸豆，是山西境内种植的主要芸豆品种。该品种籽粒营养丰富，是出口创汇的优质品种。

本试验所用的硒肥为亚硒酸钠(Na2SeO3)(分析纯含量97%)，由北京北化精细化学品有限责任公司提供。

1.2 试验设计

试验于2017年在山西农业大学农作站(112°48′E、37°36′N)进行，属半干旱地区，年降水量461.9 mm, 年平均蒸发量为1 718.4 mm，年平均气温约9.7 ℃。

试验采用裂区设计，主区设5个硒浸种水平：清水对照SS0(0 mg·L-1)、SS7.5(7.5 mg·L-1)、SS15(15 mg·L-1)、SS22.5(22.5 mg·L-1)、SS30(30 mg·L-1)，于播种前浸种6小时；副区设4个叶面喷施硒水平：设清水对照FS0(0 g·hm-2)、FS15(15 g·hm-2)、FS30(30 g·hm-2)、FS45(45 g·hm-2)，分别在红芸豆的分枝期、开花期和鼓粒期，利用微型喷壶均匀喷施1 L相应含量的亚硒酸纳(Na2SeO3)溶液于叶片表面，每次喷施量为总量的三分之一，即0 g·hm-2、5 g·hm-2、10 g·hm-2、15 g·hm-2。

试验共20个处理组合，重复3次，60个小区。每小区面积5 m×3 m=15 m2。播前复合肥450 kg·hm-2全部作基肥一次性施入，种植密度为225 000株·hm-2。

1.3 样品采集与测定

生理指标测定[24]：每次喷施7 d后，对不同处理分别选取有代表性植株倒数第3片完全展开的复叶的中间叶片进行各项指标测定。过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法，以每20 s内引起OD420(420 nm波长下样品光密度的增大值)增加0.1的酶量为1个POD活性单位计算；丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)法，在酸性条件下加热，硫代巴比妥酸与酶提取液中的丙二醛发生显色反应，利用532 nm和600 nm波长下的光密度的差值计算丙二醛含量；还原型谷胱甘肽(GSH)含量测定采用二硫代二硝基苯甲酸(DTNB)与GSH显色方法，在412 nm处测定酶管和非酶管的OD值。

1U=GSH1umol·g-1·Fw-1·min-1

产量测定：对每个小区单收脱粒，风干籽粒进行实际产量测定。

籽粒硒含量测定：从每个小区中随机称取风干后的芸豆籽粒100 g，用粉碎机粉碎，利用原子荧光光谱法测定[25](表1)。

1.4 数据处理与统计分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，使用SPSS16.0分析软件的Duncan(新复极差)法(P<0.05)对试验数据进行显著性分析比较以及进行Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 施硒对红芸豆POD活性的影响

施硒处理下红芸豆POD活性相比对照SS0FS0提高了4.1%～66.4%，且在SS15FS45处显著高于其余处理(P<0.05)。相同喷硒量下，红芸豆POD活性随硒浸种量增加没有明显变化规律。而相同硒浸种量下红芸豆POD活性随喷硒量增加有显变化规律。在SS0、SS7.5、SS15下红芸豆POD活性随喷硒量增加而增加，在SS0、SS7.5下，FS45处理下的红芸豆POD活性均显著大于其余喷施处理，而各其余喷施处理下红芸豆POD活性无显著差异(P>0.05)，在SS7.5下，各喷施处理间红芸豆POD活性无显著差异。在SS22.5、SS30下红芸豆POD活性随喷硒量增加先增加后降低，均在FS30下显著高于SS22.5FS0或SS30FS0，而与各其余喷施处理无显著差异(P>0.05)(表2)。浸种处理：红芸豆POD活性随硒浸种量增加先升高后降低，在SS7.5下红芸豆POD活性最高，相比对照提高了10.5%。喷施处理：红芸豆POD活性随喷硒量的增加而升高，在FS45处POD活性显著高于其余处理(P<0.05)，且比对照提高了28.0%(表3)。

表1 原子荧光光度计测定条件Table 1 Atomic fluorescence spectrometer measurement conditions

表2 施硒对红芸豆生理参数的影响Table 2 Effect of selenium application on physiological parameters of red kidney bean

注：表中标有不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)。下同。

Note:The different lowercase letters in this table are significant atP<0.05 level. The same below.

表3 浸种或喷施对红芸豆生理参数的影响Table 3 Effects of soaking seeds or spraying on physiological parameters of red kidney beans

注：NS表示无显著差异。下同。

Note：NS indicates not signicant. The same below.

2.2 施硒对红芸豆MDA含量的影响

SS22.5FS45下MDA含量相比对照显著低了30.7%(P<0.05)。在FS0、FS15、FS30下，红芸豆MDA含量随硒浸种量增加先降低后升高，在FS45下，红芸豆MDA含量随硒浸种量增加先升高后降低再升高，但各处理间MDA含量差异不明显。在SS0、SS22.5、SS30下红芸豆MDA含量随喷硒量增加而降低，且均在FS45下显著低于不喷硒处理(P<0.05)。在SS7.5下，各喷硒处理间MDA含量无显著差异(P>0.05)，在SS15下，红芸豆MDA含量在FS30下显著低于FS0(P<0.05)(表2)。浸种处理下红芸豆MDA含量随硒浸种量增加无明显变化规律，且各处理间无显著差异(P>0.05)。红芸豆MDA含量随喷硒量的增加而降低，喷硒处理下的MDA含量均显著低于不喷硒处理(P<0.05)，且在FS45处有最低值，相比对照降低了22.7%(表3)。

2.3 施硒对红芸豆GSH含量的影响

在相同喷施浓度下，GSH含量随硒浸种量增加没有明显变化规律。而相同浸种浓度下红芸豆GSH含量随喷硒量增加有显变化规律。在SS0、SS7.5、SS15、SS30下红芸豆GSH含量随喷硒量增加而增加，且均在FS45处理下显著大于其余喷施处理(P<0.05)。在SS22.5下红芸豆GSH含量随喷硒量增加先增加后降低，各喷硒处理均显著大于不喷硒处理(P<0.05)，且在FS30下有最大值。各处理下红芸豆GSH含量均显著大于对照SS0FS0(P<0.05)，相比对照提高了11.1%～81.3%，且在SS30FS45处有最大值(表2)。浸种处理下红芸豆GSH含量无明显变化规律，且各处理间无显著差异(P>0.05)，在SS30下GSH含量有最大值，相比对照提高了3.5%。红芸豆GSH含量随喷硒量的增加而升高，各处理间存在显著差异(P<0.05)，在FS45处GSH含量有最大值，且比对照提高了38.9%(表3)。

2.4 施硒对红芸豆成熟期各器官硒含量的影响

相同硒处理不同器官硒含量有差异(表4,表5)。除豆荚的SS0FS0外，总体上各器官硒含量大小为籽粒>叶片>茎秆>豆荚。不同处理红芸豆同一器官硒含量有差异，相比对照，施硒处理下籽粒、叶片、茎秆、豆荚硒含量分别提高了2.5～13.2、4.7～23.0、0.1～31.6、0.26～15.9倍。相同喷施量不同硒浸种量下红芸豆各器官硒含量变化规律不明显，而相同硒浸种量不同喷硒量下各器官硒含量有明显变化规律。籽粒硒含量在SS0、SS22.5下随喷硒量增加先增加后降低，均在FS30处显著大于不喷硒处理(P<0.05)，其余各浸种处理下籽粒硒含量随喷硒量增加而增加，且均在FS45处显著大于不喷硒处理(P<0.05)。叶片硒含量在SS30下随喷硒量增加先增加后降低，且在FS30处显著大于不喷硒处理(P<0.05)，SS0下各喷施处理间无显著差异，其余各浸种处理下籽粒硒含量随喷硒量增加而增加，且均在FS45处显著大于不喷硒处理(P<0.05)。各浸种处理下茎秆硒含量随喷硒量增加而增加，且均在FS45处显著大于不喷硒处理(P<0.05)。豆荚硒含量在SS7.5下随喷硒量增加先增加后降低，在FS30处显著大于不喷硒处理(P<0.05)，其余各浸种处理下硒含量变化趋势与茎秆硒含量变化相同(表4)。SS22.5下籽粒硒含量显著大于对照，其余浸种处理间籽粒硒含量无显著差异(P>0.05)。各浸种处理下叶片、茎秆、豆荚硒含量无显著差异，而喷施处理下各器官硒含量均随喷硒量增加而增加，且各处理间硒含量有显著差异(P<0.05)(表5)。

表4 施硒对红芸豆成熟期各器官硒含量的影响/mg·kg-1Table 4 Effect of selenium application on selenium content in different organs of red kidney bean

2.5 施硒对红芸豆产量的影响

红芸豆产量在随施硒量的变化趋势与红芸豆生理参数及各器官硒含量变化相似。在SS15FS45下产量达到最大为4 322.3 kg·hm-2，且显著高于对照(P<0.05)，相比对照提高了0.9倍，其次为SS22.5FS45，其余各处理间产量无显著差异(P>0.05)(表6)。

2.6 红芸豆籽粒硒含量与产量间的相关分析

运用SPSS软件进行的相关性检验结果表明(表7)，红芸豆POD活性、GSH含量均与红芸豆各器官硒含量呈极显著正相关，MDA含量与各器官硒含量呈极显著负相关。而POD活性与红芸豆产量(R=0.24)相关不显著，MDA含量与产量(R=-0.345**)呈极显著负相关，GSH含量与产量(R=0.321*)呈显著正相关。

表5 浸种或喷施对红芸豆成熟期各器官硒含量的影响/mg·kg-1Table 5 Effects of seed soaking or spraying on selenium content in different organs of red kidney bean

表6 施硒对红芸豆产量的影响/kg·hm-2Table 6 Effect of selenium application on the yield of red kidney bean

表7红芸豆生理参数与各器官硒含量及产量间的相关性检验结果/mg·kg-1

Table7 Test results of correlation between physiological parameters of red kidney beans and selenium content and yield of various organs

各器官硒含量Selenium content in various organs籽粒Grain叶片Leaf茎秆Stem豆荚Pod产量YieldPOD活性POD activityPearson Correlation0.503∗∗0.439∗∗0.441∗∗0.577∗∗0.24MDA含量MDA contentPearson Correlation-0.492∗∗-0.466∗∗-0.503∗∗-0.565∗∗-0.345∗∗GSH含量GSH contentPearson Correlation0.682∗∗0.541∗∗0.615∗∗0.761∗∗0.321∗

注：*和**分别表示相关性在0.05、0.01水平(双尾)处显著。

Note:*and**indicate that the correlation is significant at the 0.05 and 0.01 levels (two-tailed), respectively.

3 讨论

POD、MDA、GSH均是代表植株抗逆性的重要指标。前人研究发现施硒可以有效提高玉米、谷子的POD活性，同时降低了MDA含量以及提高GSH含量[26,27]。本研究也发现施硒可以有效提高红芸豆POD活性、GSH含量，降低MDA含量，还发现喷硒对红芸豆生理参数的影响大于硒浸种，朱智慧[28]在研究施硒对苦荞的影响时有同样发现，可能是硒浸种能有效促进芸豆种子萌发[29]，对芸豆生长前期作用较明显，而对芸豆生长中后期作用不明显，对此还需进一步验证。还有研究还发现高浓度的硒会对植株产生轻微毒害作用，抑制植株抗氧化能力[30]，而本试验红芸豆在生长过程中未发现植株中毒现象。

硒在植株体内可迁动转移，一般从根或叶片中吸收，经过运转迁移到各个器官，而硒蓄积程度和植物生长周期及成熟度密切相关[31]。叶面喷施硒后硒主要在叶片部位吸收，大量硒在叶片和果实、籽粒中累积[32]。陈金等[33]研究发现在大豆营养生长时期，根吸收的硒向地上部转移后仍主要分布在叶中；而在生殖生长时期，硒主要向籽粒富集。杨玉玲[34]等研究富硒大豆中硒的分布时发现毛豆各部位及成熟籽粒硒含量顺序为成熟籽粒>毛豆>毛豆叶>毛豆荚皮。而本试验结果表明成熟期红芸豆各器官硒含量为籽粒>叶片>豆荚>茎秆，与杨玉玲研究结果相似。本试验还发现红芸豆生理参数与各个器官硒含量极显著相关，因为硒是GSH-PX的组成成分，GSH-PX使有毒的过氧化物和过氧化氢还原成相应的羟基化物和水，同时谷胱甘肽还原酶通过催化作用产生GSH，并且目前已检测到多种植物体中存在GSH-PX、POD等能够消除植物代谢和环境胁迫过程产生的自由基，即可以降低MDA含量，从而提高了作物抗氧化能力[35]。此外，硒含量不是越多越好，富硒豆类硒含量标准为0.02～0.3 mg·kg-1[36]，本试验中红芸豆籽粒最高硒含量为0.263 mg·kg-1，在安全范围内。

在诸多农作物富硒的试验研究中发现：施硒能明显提高作物产量、降低空秕率[37，38]。是因为适量的硒进入植物体内，促进植物根系生长发育，从而促进植株对土壤养分的吸收；增强了植株体内抗氧化能力，保证了植株的正常营养生长和生殖生长。但冶军等[39]发现施硒对大豆增产没有明显影响，本试验中也发现施硒对红芸豆增产效果不明显，只有SS15FS45处理下产量显著高于对照。而且红芸豆POD活性与产量不相关，MDA含量与产量呈极显著负相关，GSH含量与产量显著相关。作物增产效果与试验条件与田间管理等因素密切相关，在测产时要考虑自然条件与试验条件的影响。因此，本试验中硒对红芸豆的增产效果还需进一步研究。

4 结论

本试验得出结果：与不施硒相比，在硒浸种15～22.5 mg·L-1，喷施硒30～45 g·hm-2范围内有效提高了红芸豆POD活性、GSH含量，降低了MDA含量，且喷施效果优于浸种。红芸豆各器官硒含量顺序为籽粒>叶片>豆荚>茎秆，且与不施硒相比，籽粒、叶片、豆荚、茎秆硒含分别提高了2.5～13.2、4.7～23.0、0.1～31.6、0.26～15.9倍。施硒下产量比对照最高提高了0.9倍，在浸种15 mg·L-1，喷施硒45 g·hm-2下产量最高为4 322.3 kg·hm-2。综合以上结果，建议施硒量以硒浸种15～22.5 mg·L-1，喷施硒30～45 g·hm-2最佳。