外源氨基酸硒肥对黄瓜幼苗生长及抗氧化物指标的影响

蒋月喜，陈 琴，张 力，张润卿，陈振东，周生茂，李 洋，宋焕忠，文俊丽，蒋 哲，郭元元

(1.广西农业科学院蔬菜研究所，南宁 530007；2.浙江大学农业与生物技术学院，杭州 310058；3.广西大学农学院，南宁 530004)

【研究意义】黄瓜(CucumissativusL.)是葫芦科黄瓜属一年生蔓生植物，是一种营养丰富、鲜食与加工兼用的蔬菜。我国是黄瓜主要种植地，种植规模和产量均居世界首位，据联合国粮食及农业组织(FAO)统计，2019年我国黄瓜总产量达7034万t，占世界总产量的70%以上[1]。培育优质幼苗是蔬菜优质高产栽培能否取得成功的关键技术之一，幼苗生长状况对蔬菜中后期的生长影响显著，培育优质苗是实现蔬菜栽培高产高效的重要保障。硒(Se)是人体必需的微量元素之一[2-3]。对于植物而言，适宜浓度的硒素可促进植物生长发育，提高作物产量，同时还可改善作物品质，增强作物对逆境胁迫的抗性，抵抗重金属毒害，提高农产品的价值[4-5]。因此，探究外源硒肥对黄瓜幼苗生长及抗氧化物指标的影响，对保障黄瓜优质高产栽培具有重要意义。【前人研究进展】黄瓜苗期生长状况会显著影响植株的生长、花芽分化及果实发育，最终影响产量和品质[5]。目前黄瓜大多利用盘穴和基质进行育苗，在光温湿等不利因素胁迫下常出现徒长苗和老弱苗等，徒长苗常表现为下胚轴及节间伸长，叶片开展度增大，根冠比降低，叶片变薄，组织含水量提高，影响定植成活率，同时导致定植后植株对逆境的适应性减弱；而老弱苗常表现为根系不发达，老根、死根多，节间短，叶片小，生长点皱缩[6]。前人不仅对光温湿等物理因素对黄瓜育苗的影响进行了研究，同时也针对外源物质对黄瓜育苗的影响进行了大量探索。朱鹿坤等[7]研究结果表明，在红蓝光源基础上增加一定比例的绿光，能有效降低黄瓜幼苗的丙二醛(MDA)含量，显著促进黄瓜幼苗生长；红光在一定程度上会抑制植物节间过度生长[8]。在育苗过程中，针对性地添加外源物质可提高黄瓜幼苗的质量[9]。李峰等[10]研究结果表明，黄瓜苗期外源喷施不同浓度配比的氧化亚铁、缩节胺和磷酸二氢钾能有效控制幼苗高度，增强黄瓜长势，起到控制徒长的作用。水培法种植黄瓜，通过增加外源过氧化氢(H2O2)增强黄瓜的抗氧化系统，从而降低盐胁迫引起的氧化胁迫，减少损伤[11]。喷施适量的外源NO可促进黄瓜幼苗中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，缓解低温对黄瓜幼苗的影响，促进幼苗生长[12]。硒是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的重要组成部分，其可有效清除逆境胁迫所产生的自由基，减缓自由基引发的膜脂过氧化引起的细胞膜损伤[13]。范双喜等[14]研究表明，低浓度的外源氨基酸硒可提高黄瓜的硒、维生素C、可溶性糖和可溶性固形物等含量，同时增强逆境条件下黄瓜GSH-Px等抗氧化酶活性，降低膜脂过氧化产物及MDA水平。陈玉红和刘忠良[15]研究结果表明，水培液中添加低浓度硒可增加黄瓜的叶面积，促进根、茎、叶和瓜的生长，但浓度达2.00 mg/L时会抑制生长，研究同时发现黄瓜中的硒含量随硒添加量的增加而增加。饶玲等[16]通过施用外源蛋氨酸硒缓解了干旱胁迫对黄瓜幼苗生长的伤害，同时发现20 mg/L的蛋氨酸硒能显著降低干旱条件下黄瓜幼苗叶片中MDA和H2O2含量，增加叶片渗透调节物质的含量，提高叶片抗氧化相关酶的活性，以及抗氧化物质如谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(AsA)的含量，极大地提高了黄瓜幼苗的抗旱能力。【本研究切入点】前人的研究主要集中在硒素对黄瓜苗期抗逆缓解及富硒产品生产方面，对于非胁迫条件下的硒肥用量及其对黄瓜苗期影响的研究较少。【拟解决的关键问题】在正常育苗条件下，研究不同浓度硒肥对黄瓜幼苗农艺性状、渗透调节物质和抗氧化物质含量、抗氧化酶活性及硒富集的影响，以期获得黄瓜幼苗硒素富集规律及培育优质壮苗的硒浓度指标，为黄瓜高效优质育苗及栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为桂青1号黄瓜，由广西农业科学院蔬菜研究所提供。前期研究结果发现，桂青1号黄瓜富硒能力强，商品性状优良稳定。供试氨基酸硒叶面肥由南宁市博发科技有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2020年1—12月在广西农业科学院蔬菜研究所中试基地育苗棚进行。黄瓜种子用50～56 ℃温水浸泡8～10 min，期间不断搅拌，常温下浸种2 h捞出，沥干水分后装入发芽盒，置于29～32 ℃恒温箱催芽。露白后播入50孔穴盘，常规基质育苗，正常水肥管理。

试验采用随机区组设计，以氨基酸硒叶面肥作为硒源设8个硒浓度处理[0(CK)、2、4、6、8、10、12和14 mg/L]，每处理3个穴盘，共24个小区，在黄瓜幼苗生长至1叶1心期用不同浓度的硒进行喷施处理，共喷施1次，待幼苗生长至2叶1心期观测记录田间数据并采样(施硒后第12天)，采样时每小区随机取3个重复，每重复取10株幼苗进行混样。

1.2.2 测定指标及方法 ①黄瓜幼苗农艺性状测定。黄瓜苗期农艺性状指标按照《黄瓜种质资源描述规范和数据标准》进行观察记录，记录株高、株幅、下茎长、叶长、叶宽和根长共6个指标。②黄瓜幼苗营养品质及抗氧化酶活性测定。总叶绿素和可溶性蛋白含量及POD和CAT活性测定参照李合生[17]的方法。③黄瓜幼苗氧化还原相关物质。MDA、脯氨酸(Pro)和AsA含量测定参照南京建成试剂盒的方法；硒含量测定参照《食品安全国家标准 食品中硒的测定》(GB 5009.93—2010)。

1.3 统计分析

采用Excel 2016进行数据处理和作图，试验数据均采用SPSS 22.0进行相应分析，差异显著性采用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 氨基酸硒对黄瓜幼苗生长指标及总叶绿素含量的影响

由表1可知，随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗的株高、株幅、叶长、叶宽和根长等指标整体上均呈先升高后下降的变化趋势。当硒浓度为2 mg/L时显著(P<0.05，下同)增加了幼苗植株株高(18.83 cm)和株幅(18.50 cm)，分别较对照增加37.74%和40.47%。黄瓜幼苗下茎长在硒浓度为10 mg/L时达最高值(14.00 cm)，较对照显著增加170.79%，且10 mg/L处理与12和14 mg/L处理间差异不显著(P>0.05，下同)，空白对照的下茎长最短，为5.17 cm；硒浓度为2 mg/L时，黄瓜幼苗的叶长(7.77 cm)和叶宽(7.90 cm)达最高值，分别较对照增加1.83%和10.80%，与对照差异均不显著。黄瓜幼苗根长在硒浓度为2 mg/L时达最高值(13.80 cm)，较对照长18.25%，硒浓度2 mg/L处理与4、8和10 mg/L处理间根长差异不显著，但与其他浓度处理间差异达显著水平。黄瓜幼苗叶片总叶绿素含量也随着硒浓度的增加呈先升高后下降的变化趋势，以硒浓度6 mg/L处理时最高，为4.99 mg/g FW，较对照显著增加39.00%。

表1 氨基酸硒对黄瓜幼苗生长指标及总叶绿素含量的影响Table 1 Effects of amino acid selenium on growth indexes and total chlorophyll content of cucumber seedlings

2.2 氨基酸硒对黄瓜幼苗营养品质及氧化还原物质的影响

不同浓度硒肥对黄瓜幼苗根、茎、叶中AsA含量的影响较大。由图1可知，随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗根系和叶片中AsA含量呈先升高后降低的变化趋势，12 mg/L处理根系中AsA含量达最高值(290.91 mg/kg FW)，较对照增加79.45%，而叶片中AsA含量最高值出现在6 mg/L处理(227.27 mg/kg FW)，较对照增加36.36%，说明幼苗叶片对硒素的响应较根系敏感。在高浓度硒(14 mg/L)处理下黄瓜幼苗根系和叶片中的AsA含量均呈降低趋势，14 mg/L处理较对照根系和叶片中AsA含量变化分别为21.15%和-26.80%。在黄瓜幼苗茎秆中AsA含量也随硒浓度的增加呈先升高后降低的趋势，但变化幅度不大，对照与2、4、6、8和10 mg/L处理间差异均不显著。

图柱上不同小写字母表示差异显著，下同Different lowercase letters on the bar indicated significant difference(P<0.05), the same as below图1 不同硒浓度对黄瓜幼苗AsA含量的影响Fig.1 Effects of different selenium concentrations on AsA content in cucumber seedlings

可溶性蛋白和Pro作为植物体内重要的渗透调节物质，对保护细胞膜结构完整，维持细胞的渗透压平衡具有重要作用。由图2可知，总体上随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗根、茎和叶中可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的变化趋势，且叶片的可溶性蛋白含量较高，其次为根和茎。在根、茎和叶中，可溶性蛋白含量最高值均出现在6 mg/L处理，分别为3.21、1.69和9.47 mg/kg FW，分别较对照增加69.85%、124.69%和76.02%。当硒浓度为14 mg/L时可溶性蛋白含量低于对照，分别较对照降低39.71%、11.11%和60.78%，与总叶绿素含量变化相似。

图2 不同硒浓度对黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响Fig.2 Effects of different selenium concentrations on soluble protein content in cucumber seedlings

由图3可知，当硒浓度为10 mg/L时，黄瓜幼苗根系中的Pro含量达最高值(28.52 mg/kg FW)，与其他处理间差异显著，且较对照增加15.86%；当硒浓度为12 mg/L时，茎中Pro含量达最高值(35.94 mg/kg FW)，与其他各处理间差异显著，且较对照增加178.57%；当硒浓度为2 mg/L时，叶片中Pro含量达最高值(34.98 mg/kg FW)，与其他处理间差异显著，且较对照增加213.16%。

图3 不同硒浓度对黄瓜幼苗Pro含量的影响Fig.3 Effects of different selenium concentrations on Pro content in cucumber seedlings

2.3 氨基酸硒对黄瓜幼苗MDA含量的影响

MDA是植物膜脂质过氧化的产物，故可用各器官中MDA含量高低来衡量其膜质过氧化程度。由图4可知，随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗根、茎和叶中MDA含量均呈先降低后升高的变化趋势。在根和茎中MDA含量最小值均出现在6 mg/L处理，分别为13.90和13.10 nmol/kg FW，分别较对照减少65.90%和17.21%，且与其他处理间差异显著；叶片中MDA含量最小值出现在4 mg/L处理，为23.74 nmol/kg FW，较对照减少21.59%，与其他处理间差异显著。同时发现，根系中各处理的MDA含量始终低于对照，说明在黄瓜苗期喷施适当浓度的硒有利于缓解根系膜脂质的过氧化；而当硒浓度>10 mg/L时，茎和叶中的MDA含量均显著高于各自对照，分别较对照增加25.76%和21.59%，说明高浓度(>10 mg/L)的硒处理会增加膜脂质过氧化程度，同时也说明根对硒素的耐受能力大于茎和叶。

图4 不同硒浓度对黄瓜幼苗MDA含量的影响Fig.4 Effects of different selenium concentrations on MDA content in cucumber seedlings

2.4 氨基酸硒对黄瓜幼苗抗氧化酶系统的影响

SOD、POD和CAT是植物体内抗氧化系统的重要构成，在参与活性氧自由基清除、逆境和损伤的抵御修复方面发挥重要作用。由图5可知，随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗根和茎中的SOD活性呈先升高后降低的变化趋势，在根、茎和叶中，硒浓度在4 mg/L时SOD活性达最高，分别为1779.60、1989.58和1642.98 U/g FW，依次较相应对照显著增加677.76%、3734.25%和345.81%。在根和茎中，SOD活性的最低值均出现在对照，说明硒处理均不同程度地提高了根和茎的抗氧化能力。随着硒浓度增加至8～14 mg/L，作为适应性反应，根和茎中的SOD活性又呈小幅度的先升高后下降趋势，对硒毒害起到一定的缓解作用。叶片中SOD活性最低值出现在14 mg/L处理，说明SOD不足以抵御高浓度硒处理对幼苗叶片造成的损伤。

图5 不同硒浓度对黄瓜幼苗SOD活性的影响Fig.5 Effects of different selenium concentrations on SOD activity of cucumber seedlings

由图6可知，总体上黄瓜幼苗茎中的POD活性较高，其余依次为根和叶。随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗根和茎中的POD活性大体呈先升高后降低的趋势。在根、茎和叶中，硒浓度为12 mg/L时POD活性达最高值，分别为54 333.33、74 600.00和17 666.67 U/g FW，较各自对照显著增加279.07%、254.11%和24.41%。在根和茎中，POD活性最低值均出现在2 mg/L处理，而叶片中POD活性最低值出现在14 mg/L处理。

图6 不同硒浓度对黄瓜幼苗POD活性的影响Fig.6 Effects of different selenium concentrations on POD activity of cucumber seedlings

由图7可知，低浓度硒(0～6 mg/L)可不同程度地提高黄瓜幼苗根、茎和叶中的CAT活性，而高浓度硒(12～14 mg/L)处理则不同程度地抑制根和茎中的CAT活性。在根和茎中，硒浓度为10 mg/L时CAT活性达最高值，分别为61.20和79.56 U/g FW，较各自对照显著增加33.33%和766.67%。在叶片中，硒浓度为12 mg/L时CAT活性达最高值，为110.16 U/g FW，较对照显著增加140.0%。

图7 不同硒浓度对黄瓜幼苗CAT活性的影响Fig.7 Effects of different selenium concentrations on CAT activity of cucumber seedlings

2.5 氨基酸硒对黄瓜幼苗硒富集的影响

由图8可知，黄瓜幼苗根、茎和叶中硒含量随着外源硒浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势。当硒浓度为10 mg/L时黄瓜幼苗根、茎和叶中的硒含量均达最高值，分别较对照增加234.26%、137.14%和357.30%，其中根和茎中的硒含量显著高于对照，说明本研究条件下10 mg/L浓度为黄瓜幼苗根、茎和叶可承受的最大浓度。黄瓜幼苗各器官总硒含量排序为：根>茎>叶，根系对硒的富集能力最强。

图8 不同硒浓度对黄瓜幼苗各部位总硒含量的影响Fig.8 Effects of different selenium concentrations on total selenium content in various parts of cucumber seedlings

3 讨 论

在硒对蔬菜生长方面，大量研究表明低浓度硒对植物生长有促进作用，浓度过高会抑制植物生长[18-20]。本研究结果与前人相似，喷施适宜浓度的氨基酸硒叶面肥可对黄瓜幼苗生长起到促进作用，较低硒浓度(2～6 mg/L)的生长指标较好，浓度过高时(>10 mg/L)会对黄瓜幼苗生长及酶活性产生抑制作用，表现为徒长(幼苗下茎长增加)和叶色变黄(叶绿素含量降低)。下茎长的生长会受到光照、温度及内源激素的影响。前人研究发现，外源施加缩节胺能降低黄瓜幼苗内源赤霉素活性，而赤霉素能促进生长素的合成并抵制其降解[21]。本研究中在不改变光照和温度条件下，因施加外源硒导致黄瓜幼苗下胚轴生长，可能是硒元素能促进内源赤霉素提高和生长素活性所致。生产中可考虑采用低浓度氨基酸硒处理用于黄瓜壮苗培育，目前已在油菜[22]和芽苗菜[23]等多种蔬菜作物中应用。

总叶绿素是植物代谢过程中进行光合作用和同化物质的基础，叶绿素含量高植株的光合作用就强。研究表明，叶绿素对硒浓度敏感，因此可作为反映硒毒害程度的指标。在本研究中，低硒浓度(2～6 mg/L)可显著提高黄瓜幼苗总叶绿素含量。杜慧玲等[24]盆栽生菜叶面喷亚硒酸钠试验发现，适宜浓度外源硒(0～4 mg/L)可提高叶片中总叶绿素含量；孙协平等[25]用浓度为1 mg/L的硒代蛋氨酸处理阳光玫瑰葡萄，可提高其幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量。本研究结果与杜慧玲等[24]和孙协平等[25]的研究结论相似。不同植物对硒的耐受性不同，本研究中，当外源硒浓度>6 mg/L时总叶绿素含量开始下降，外源硒浓度>10 mg/L时低于或显著低于对照水平。

MDA作为膜脂过氧化产物，其含量可用来衡量细胞膜受损程度[26]。当植物遭受外界环境胁迫时，细胞膜受到损伤，导致膜脂过氧化，细胞内溶物外渗，产生并积累膜脂过氧化产物MDA[27]。本研究结果表明，硒浓度为2～14 mg/L时均可显著降低黄瓜幼苗根系中的MDA水平，且6 mg/L处理的作用效果最好；当硒浓度为4和6 mg/L 时可分别显著降低叶片和茎秆中的MDA含量；当硒浓度>10 mg/L时茎和叶中的MDA水平高于对照，膜系统受损程度增加，而根中的MDA水平并未高于对照。一方面说明黄瓜根系对硒素的耐受能力较茎和叶强，另一方面表明4～6 mg/L的硒浓度为减少黄瓜幼苗自由基损伤的适宜浓度。饶玲等[16]研究发现，20 mg/L 蛋氨酸硒可显著降低黄瓜幼苗叶片MDA含量；罗盛国等[28]研究发现，施用低浓度的亚硒酸钠可使黄瓜叶片中MDA降低。说明不同类型的外源硒对植物的影响程度不同。

植物体内的抗氧化酶系统主要包含SOD、CAT、POD和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等酶类。当植物遭受生物或非生物胁迫时，这几种酶在不同逆境条件下会产生不同的响应[29]。已有的研究表明，这些酶能引发膜脂过氧化、膜透性增加、生理生化指标异常等一系列问题，而包括SOD、POD、CAT和APX等在内的酶促抗氧化系统在清除过量活性氧、防止过氧化过程中扮演了重要角色。SOD在植物体中承担着清除细胞中多余超氧阴离子的任务，是植物对抗氧化的第一道防线；POD主要参与植物逆境胁迫中活性氧清除的过程，研究表明，当植物受到损伤时，POD可促进木质素和木栓质的生物合成和积累；而CAT在清除植物体内H2O2，延缓植物衰老发挥着重要作用[30]。本研究中低浓度硒(2～6 mg/L)可不同程度地提高黄瓜幼苗根、茎和叶中的SOD活性、根中POD活性和根、茎、叶中的CAT活性，而后随着硒浓度升高(8～14 mg/L)硒毒害作用加剧，作为适应性反应黄瓜幼苗中SOD、POD和CAT活性均呈先升高后下降的变化趋势。说明胁迫初期黄瓜幼苗抗氧化系统对低浓度硒有一定的防御应激反应，而随着胁迫大于10 mg/L，抗氧化系统遭到破坏，植株受害加重，与饶玲等[16]和熊仕娟等[26]的研究结果相似。

除酶促抗氧化系统外，包括抗AsA和Pro在内的非酶促抗氧化系统也在保持植物体内活性氧自由基代谢平衡的过程中发挥重要作用。在植物中，AsA能还原超氧自由基，清除H2O2，还可参与病原菌防御以及异源物质的消除[31]。本研究结果表明，低浓度硒(2～6 mg/L)可不同程度地提高黄瓜幼苗根系和叶片中的AsA含量及茎秆和叶片中的Pro含量，然后随着硒浓度增加(8～14 mg/L)，黄瓜幼苗根系和叶片中AsA含量及根、茎、叶中Pro含量均呈先升高后降低的趋势。研究发现，AsA小分子的特性会使其在植物体中转移[32]。俞乐等[33]研究发现，植物幼嫩部位(花、幼果、匍匐茎尖和块茎等)的AsA含量通常较高，在果实中也能达到极高的浓度；植物中AsA含量高低能影响碳代谢产物糖的合成与运输，进而影响植物生长及果实产量。以上发现说明，通过在苗期适当添加外源硒对植物中后期的生长及提高营养品质和产量有一定的促进作用。何丽烂等[34]研究表明，适当施用AsA可显著降低黄瓜幼苗子叶中膜脂过氧化物MDA含量。郭孝等[35]发现，硒可明显提高紫花苜蓿叶片中游离Pro、钾及总叶绿素含量，本研究结果与之相似，低浓度硒(2～6 mg/L)可明显提高黄瓜幼苗总叶绿素和Pro含量。

在硒素积累规律方面，本研究结果显示，随着硒浓度的增加，黄瓜幼苗根、茎和叶中总硒含量均呈先升高后降低的变化趋势，且幼苗各器官总硒含量排序为：根>茎>叶，根系对硒的富集能力最强。潘绍坤等[36]研究表明，随着土壤硒浓度的增加(0～100 mg/kg)，茄子幼苗根系中硒含量持续增加，而茎叶中硒含量呈先升高后降低的趋势；陈佳佳等[37]研究表明，通过增加营养液中的含硒量，黄瓜植株各部位的硒含量及硒累积量显著高于未施硒对照，同时均表现为根>茎>果实>叶片，本研究结果与潘绍坤等[36]和陈佳佳等[37]相似。

4 结 论

施用适当浓度外源硒可明显提高黄瓜苗期农艺性状(株高、株幅、叶长、叶宽、根长等)、生理(总叶绿素、抗坏血酸等)、渗透调节物质(可溶性蛋白、Pro等)指标，改善酶系统(SOD、POD、CAT)的良性运转，进而影响黄瓜整个生长过程，促进植物生长，提高果实品质及产量。黄瓜苗期在高浓度硒处理下，各生长和品质指标持续下降，呈现毒害作用。本研究中黄瓜幼苗可承受的最大硒浓度为10 mg/L，综合本试验结果，生产上可在黄瓜幼苗期喷施低浓度氨基酸硒肥(硒浓度6～8 mg/L)以培育壮苗。