硒浓度对高温胁迫下生菜抗氧化酶活性的影响

张岩松，黄皓婷，韩莹琰，郝敬虹，秦晓晓，刘超杰，范双喜

(北京农学院 植物科学技术学院，北京102206)

高温胁迫可以使叶绿体结构受到破坏，叶绿素合成受到影响，进而引发叶绿体光系统Ⅱ(PS Ⅱ)受损，导致光合系统活性降低[1]。高温胁迫时，植物体内活性氧产生和清除的动态平衡被打破，使植物生理生化代谢发生紊乱，导致植物组织出现膜脂过氧化现象[2]。作为膜脂过氧化反应的产物，丙二醛的堆积会对植物细胞膜造成进一步的损伤[3]。在进化过程中，植物逐渐形成了自我保护机制。由过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)构成的抗氧化酶系统，能够清除逆境中植物体内产生的活性氧，减轻膜脂过氧化对植株造成的伤害，对维持植物正常代谢具有重要作用[4]。

硒是人类生长发育必需的微量元素。硒在全球分布广泛但又极不均匀，全世界有2/3的地区缺硒，其中1/3是世界公认的严重缺硒地区，中国约72%的土壤存在不同程度的缺硒现象[5]。施用适宜浓度的硒溶液能够促进植物生长发育，增加生物量，提高作物产量,但是过量的硒对植株生长具有抑制作用。喷施适量硒还可以提高植物的净光合速率，促进光合色素的生成[6]。外源硒还可以直接或间接的通过调节抗氧化酶活性来调控细胞间活性氧的清除[7]。可见施用适宜浓度的硒可以缓解生物及非生物胁迫对植物的伤害。

生菜(LactucasativaL.)，属于半耐寒性蔬菜，喜冷凉环境，可在15～20 ℃下正常生长。可生食，脆嫩爽口，略甜，营养丰富，深受消费者喜爱。目前，硒对重金属胁迫[8]和干旱胁迫[9]等植物非生物胁迫的耐性研究比较深入，而硒对高温胁迫下生菜生长和抗氧化酶的影响，鲜有报道。

本试验通过探究不同浓度硒对高温胁迫下生菜生长和抗氧化酶的影响，筛选出缓解生菜高温胁迫的适合硒浓度，为研究硒缓解生菜高温胁迫的机制提供理论依据，以促进水培生菜的产业化生产，节约资源，降低生产风险和成本，提高经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以北京农学院生菜课题组提供的不耐热品种‘北散生3号’生菜作为试验材料。

1.2 试验方法

选取颗粒饱满、无病害且大小均匀的200粒种子进行试验。将种子均匀放置在铺有定性滤纸并用去离子水浸湿的培养皿中，将培养皿移入光照培养箱中催芽，设置光照强度为200 μmol·m-2·s-1，光周期为12 h/12 h，昼夜温度为20 ℃/15 ℃，相对湿度为70%～75%，每2 d向其中补充适量去离子水。种子萌发后，将其播种于穴盘中，继续放置在上述培养箱中培养。待幼苗长至3叶1心时，挑选生长状况一致的植株，将其分别置于5个水培槽中，每个水培槽设置11株幼苗，并转移到温室进行培养，设置光照强度为200 μmol·m-2·s-1，光周期为12 h/12 h，昼夜温度为20 ℃/15 ℃，相对湿度为70%～75%。待幼苗长到6叶1心时，将其移入光照强度为200 μmol·m-2·s-1，光周期为12 h/12 h，昼夜温度为30 ℃/25 ℃，相对湿度为70%～75%的温室中进行高温处理。每天17:00使用小型喷雾器喷施去离子水和不同浓度硒(Na2SeO3)溶液。佩戴口罩及手套进行喷施，要求在叶面和叶背均匀喷施，以喷施液体附着在叶面，全部润湿但不滴落为准[10]。试验进行至第9天时取样，并测定相关的生长指标。采收后，将各处理的样品装袋、标记，及时保存在-80 ℃冰箱内测定生理指标。

本试验设置5个处理：CK，叶面喷施去离子水；T1,叶面喷施0.5 mg/L硒溶液；T2,叶面喷施1.0 mg/L硒溶液；T3，叶面喷施1.5 mg/L硒溶液；T4, 叶面喷施2.0 mg/L硒溶液。每个处理11株，重复3次。

1.3 测定方法

使用直尺测量各处理生菜植株的株高、根长、真叶数、最大叶片长度和最大叶片宽度。

使用吸水纸将植株表面的水分吸干，分为地上部和地下部称量其鲜质量。再将其放置于电热鼓风干燥箱(BGZ-140型，上海博讯医疗生物仪器股份有限公司)中，先于105 ℃杀青30 min,然后将温度调至80 ℃烘至恒质量后，分别称量样品地上部和地下部干质量，采用全株鲜质量和干质量计算含水量。

使用分光光度法[11]测定叶绿素含量，采用硫代巴比妥酸法[12]测定丙二醛(MDA)含量，采用过氧化氢紫外分光光度法[13]测定过氧化氢酶(CAT)含量，使用愈创木酚法[13]测定过氧化物酶(POD)含量，采用氮蓝四唑光还原法[13]测定过氧化物歧化酶(SOD)含量。

数据处理和显著性差异分析采用Excel 2016和SPSS Stastics 17(IBM，美国)等软件。

2 结果与分析

2.1 不同浓度硒对高温胁迫下生菜幼苗生长的影响

如表1所示，处理T3植株的株高是对照的1.57倍。植株的根长、地上部及地下部鲜质量、地上部及地下部干质量、真叶数、最大叶片宽度在处理T2达到峰值，分别是对照的1.46倍、2.01倍、4.17倍、1.70倍、3.00倍、1.22倍和1.22倍，但处理T3、T4略有降低。在喷施硒后，植株含水量有所提高，但喷施硒的浓度对其影响不显著。在外源硒处理下，植株的最大叶片长度与对照差异不显著。由此可知，外源喷施硒浓度为1.0 mg/L时，能显著缓解高温胁迫对水培生菜生长的影响。

2.2 不同浓度硒对高温胁迫下生菜幼苗叶绿素含量的影响

如图1所示，处理T1和T2使叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量显著提高。处理T2的叶绿素a、总叶绿素和类胡萝卜素含量为对照的1.20倍、1.20倍和1.21倍，且与其他处理相比叶绿素b含量达到最高，为对照的1.19倍。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量在处理T3和T4显著低于对照，处理T3最低，分别为对照的78.2%、72.5%、76.9%和83.3%。由此可知，喷施1.0 mg/L的硒溶液能够显著影响高温胁迫下生菜幼苗叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量。

2.3 不同浓度硒对高温胁迫下生菜丙二醛含量的影响

如图2所示，植株丙二醛含量随着喷施硒浓度的增加，呈现先降低后升高的趋势。对照的丙二醛含量最高，处理T2最低，为对照的65.9%，且处理T1与T2差异不显著。处理T3、T4丙二醛含量有所上升，但仍低于对照。以上结果表明，喷施外源硒能够显著降低水培生菜中丙二醛的含量，并且在喷施硒肥浓度为1.0 mg/L时，生菜叶片中丙二醛含量最低。

2.4 不同浓度硒对高温胁迫下生菜抗氧化酶活性

由图3可知,喷施硒肥处理后，叶片中SOD、POD、CAT的活性都有所升高，并随着喷施硒浓度的增加，都呈现先升高后降低的趋势。SOD和CAT的活性在处理T3达到最高，分别是对照的1.31倍和1.29倍，并且处理T2也使两者的活性有所增加。POD的活性在处理T2达到最高，为对照的1.54倍。SOD、POD、CAT的活性在处理T4相对于其他处理都有所下降，分别为其最高值的87.46%、77.81%和89.01%。以上结果表明，在喷施1.0 mg/L硒溶液时对高温胁迫下叶片抗氧化酶活性的缓解作用显著。

3 讨 论

高温胁迫会伤害植物体营养器官和生殖器官的组织及细胞结构[14]。低浓度的硒可以加强植物根细胞分生组织的减数分裂，使根长增加[15]。前人研究表明，外源施用1.0 mg/kg亚硒酸盐能够显著提高镉污染土壤中小白菜的生物量[16]。低浓度的外源硒对白术的生长有促进作用，而高浓度的硒具有抑制作用[17]。本研究中随着喷施硒浓度的提高，样品的株高、根长、地上部及地下部鲜质量、地上部及地下部干质量、真叶数和最大叶片宽度都呈现先升高后降低的趋势与此相一致，且以施用硒浓度为1.0 mg/L时，效果最为显著。

光合作用是对温度变化最敏感的生理过程[18]，高温胁迫抑制叶绿素的合成，导致叶绿素含量降低[1]。在高等植物中，光合色素主要包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素。有研究表明，当根部施硒浓度低于100 mg/L时，随着施硒浓度的增加，太阳花叶片中叶绿素含量逐渐升高[19]。但是高浓度的硒会导致叶绿素降解[5]。本研究中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量随着外源硒喷施浓度的增加，呈现先升高后降低的趋势与此一致。

丙二醛(MDA)是常用的膜脂过氧化指标。前人研究表明，施用1.0 mg/L亚硒酸钠溶液能够显著降低盐胁迫下小白菜幼苗的丙二醛含量[20]。在本研究中，发现施用1.0 mg/L的硒溶液能够清除高温胁迫下水培生菜中过量的活性氧使丙二醛的含量降低，与前人的研究一致。

活性氧的清除，细胞正常代谢的维持和植物抗逆性的提高离不开SOD、POD及CAT构成的抗氧化酶系统[4]。添加不同浓度亚硒酸钠显著提高了谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)的活性，显著降低了MDA和H2O2含量，表明亚硒酸钠可以提高玉米幼苗的抗氧化能力,从而增强玉米幼苗对镉胁迫的耐受性[21]。在浓度为0.1mg/L时，外源硒通过调节抗氧化能力,维持细胞膜稳定，来有效缓解镉胁迫对黑麦草的毒害现象[22]。在本研究中，发现在喷施1.0 mg/L的硒溶液时，高温胁迫下叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性显著提高。

综上所述，外源喷施硒肥能够有效缓解高温胁迫对水培生菜生长的影响，促进叶片产生叶绿素，保证叶片光系统的正常运行，加快去除植株体内的活性氧，降低叶片膜脂过氧化程度，减少高温胁迫对植株的氧化损伤。当施用硒浓度为1.0 mg/L时，效果最为显著。