不同浓度硒对丝瓜生长·叶绿素含量及光合特性的影响

李慧敏，毕佳慧，张倩玉，张向丰，于 佳，高一帆，孙红艳，王小云

(1.太原科技大学化学与生物工程学院，山西太原310024；2.山西农业大学水土保持科学研究所，山西太原 030013)

硒是人体所必需的微量营养元素[1]，研究表明，硒具有保护心脏、抗氧化、提高机体免疫能力、延缓衰老等多种生物学功能[2]；缺硒则可引起人体40多种疾病[3]。据报道，中国、泰国和埃及等国家，自然环境中硒含量非常低[4-5]；我国72%的地区硒含量匮乏，人均日硒摄入量26～32 μg[6]，远低于标准的50～200 μg[7]。同时，硒也是生态环境中的重要元素，硒在动物、人体以及植物中的作用已被广泛研究。植物施加适量的外源硒可有效改善其品质，研究外源硒对植物生长发育的影响，对于进一步研究硒对植物营养、生理生化和在抗逆境中的作用，以及通过施加外源硒来提高植物可食器官硒含量，从而通过食物链改善动物和人体内的硒营养状况，具有非常重要的理论和实践意义[8]。

2008年，杨红丽等[9]田间试验结果表明，西瓜喷施硒肥能显著提高西瓜产量及西瓜果实硒含量。陈玉红等[10]研究表明，低浓度硒可增加水培黄瓜的叶面积，促进黄瓜根系、茎和叶片的生长，但当外源硒的浓度达2.00 mg/L时此促进作用则变为抑制；随后研究表明，添加一定量(0～4 mg/L)的外源硒能促进培养皿中滤纸上黄瓜种子的萌发，且品种之间存在显著差异，但当硒浓度大于8.0 mg/L时则变为抑制作用，但品种之间差异不显著[11]；笔者前期研究表明低硒处理使镉毒害降低的黄瓜幼苗株高、茎粗和根长、生物积累量等生长相关指标有所增加，但当外源硒浓度大于2.5 μmol/L后，硒对镉胁迫下黄瓜幼苗的生长将产生抑制作用，且随着硒浓度的增加抑制程度增大[12]。梁春红等[13]研究表明，适宜浓度的硒可显著促进菜薹的膨大，增加其粗度，提高菜薹产量；硒也明显提高了茎和叶的VC含量、游离氨基酸含量和叶片类胡萝卜含量，硒处理可促进菜心植株对硫和硒的吸收，提高植株的硫和硒含量。硒对烟草种子萌发和幼苗生长的研究结果表明，低浓度硒对烟草种子发芽率、根系生长及光合色素含量均具有一定的促进作用，高浓度硒则表现为抑制作用[14]。同时，研究表明1.0 mg/L的亚硒酸钠浸泡春小麦种子对其种子萌发和幼苗生长有促进作用，且其发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗根长以及干鲜重等指标均随着硒浓度的升高呈先升高后下降的趋势[15]。另外，硒对植物生长的影响在豌豆、大豆、水稻、灵芝等作物中也有研究，其影响程度不尽相同[16-19]。丝瓜是大众性蔬菜之一，在我国南北均普遍种植，但现有丝瓜的产量和品质难以满足市场多样化的需求[20]。研究施加不同浓度的外源硒对丝瓜生长的影响及硒与丝瓜品质的关系十分必要，旨在为富硒丝瓜及逆境条件下丝瓜的安全生产提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试丝瓜品种为普遍栽培的品种“泰国中绿”，购自山东省潍坊市寿光市宏伟种业有限公司。

1.2 试验方法种子预处理参考孙红艳等[12]的方法，挑选大小均匀一致、饱满的丝瓜种子，在50～55 ℃的温水中浸泡15 min，置于铺有3层滤纸的培养皿中，每皿15粒种子，分别加入相对应的处理液10 mL后放置于白天(25±2)℃、晚上(20±2)℃的光照培养箱中进行培养，光照强度600 μmol/(m2·s)，光周期10 h/d，每个处理重复3次。每天同一时间补充相应量的处理液，并做好相应记录。种植10 d 后测量丝瓜幼苗芽长、根长、茎粗、根体积以及丝瓜叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。

共设置6个处理：①对照CK(蒸馏水、0 μmol/L Se)；②1.0 μmol/L Se；③1.5 μmol/L Se；④2.0 μmol/L Se；⑤2.5 μmol/L Se；⑥5.0 μmol/L Se。Se以Na2SeO3溶液的形式加入。

1.3 测定项目与方法萌发相关指标的测定主要参考王素平[21]的方法。芽长：测量茎基部至苗最顶端的长度；茎粗：游标卡尺测定茎基部直径；根长：测量根基部至根系最尖端的长度；根体积：采用体积排水法测定，即根系的体积等于其所排出同体积水的量。叶绿素含量采用Beligni等[22]的方法测定，即准确称量叶片0.100 g，用10 mL提取液(乙醇∶丙酮∶水= 4.5∶4.5∶1)25 ℃黑暗提取24 h，过滤后用紫外分光光度计在OD 663、645和470 nm比色测定其吸光度，分别计算叶绿素a、b和类胡萝卜素含量。丝瓜叶片光合特性相关指标采用美国LICOR公司生产的LI-6400 光合仪测定，分别测定叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度硒对丝瓜幼苗根长和芽长的影响由图1可知，不同浓度外源硒处理对丝瓜幼苗根长和芽长具有不同程度的影响。外源添加1.0、1.5、2.0、2.5 μmol/L的硒能显著促进丝瓜根长的生长，根长在硒浓度为2.0 μmol/L时达最大值；但随着硒浓度增大至5.0 μmol/L时，丝瓜根系生长受阻，但与对照相比未达显著水平。外源硒对丝瓜芽长生长的影响表现为仅在浓度2.0和2.5 μmol/L时显著增加，与对照相比，分别增长28.5%和35.4%。从根长和芽长之和可以看出，随着硒浓度的增加丝瓜长度先增加后减小，其增长百分比在硒浓度为2.0 μmol/L时达最大值55.6%，当浓度增至5.0 μmol/L 时对丝瓜生长具有抑制效应。表明外源添加硒对丝瓜幼苗根长的影响程度明显大于芽长，低浓度硒处理有利于丝瓜幼苗的生长，高浓度则会抑制丝瓜幼苗的生长。

注：不同小写字母表示不同硒浓度间差异显著(P<0.05)

2.2 不同浓度硒对丝瓜幼苗茎粗的影响由图2可知，外源硒对丝瓜幼苗茎粗具有促进作用，茎粗随着硒浓度的增加而增粗，当硒浓度增至2.0 μmol/L时茎粗达最大值2.51 mm，与对照相比增长49.4%；但当硒浓度大于2.0 μmol/L后茎粗增长率有所下降，当浓度达5.0 μmol/L时与对照差异不显著，表明硒浓度过高可能不再对丝瓜幼苗茎的生长具有增粗作用。

注：不同小写字母表示不同硒浓度间差异显著(P<0.05)

2.3 不同浓度硒对丝瓜幼苗根体积的影响外源硒对丝瓜幼苗根体积的影响随着硒浓度的不同而有所变化，当硒浓度小于2.5 μmol/L时丝瓜幼苗根体积与对照相比均显著增加，其增长率随着硒浓度的增加而增大，硒浓度为2.0和2.5 μmol/L 时根体积较1.0和1.5 μmol/L显著增加；但当硒浓度增大至5.0 μmol/L时根体积显著减小并降低至对照水平，表明5.0 μmol/L硒对丝瓜幼苗根体积无显著影响(图3)。

注：不同小写字母表示不同硒浓度间差异显著(P<0.05)

2.4 不同浓度硒对丝瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响由图4可知，外源硒对丝瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响在不同种类的叶绿素间略有差异。叶绿素a含量随着硒浓度的增加逐渐增大，当硒浓度为1.5 μmol/L时叶绿素a含量与对照相比显著增加，硒浓度为2.0 μmol/L时含量达最大值4.76 mg/g，但当硒浓度增至5.0 μmol/L时叶绿素a含量显著降低，且低于对照；表明低浓度硒可能会增加丝瓜幼苗叶片叶绿素a含量，而高浓度硒则会降低丝瓜幼苗叶片叶绿素a含量。

注：不同小写字母表示不同硒浓度间差异显著(P<0.05)

不同浓度外源硒均使丝瓜幼苗叶片叶绿素b含量显著增加，与对照相比其增长率在硒浓度为2.0 μmol/L时达最大值22.2%，当硒浓度为5.0 μmol/L时增长率显著下降为10.1%(图4)。同时，1.0、1.5和2.0 μmol/L的外源硒对丝瓜幼苗叶片类胡萝卜素含量无显著影响，但2.5和5.0 μmol/L的硒处理显著降低了丝瓜幼苗叶片类胡萝卜素含量。

2.5 不同浓度硒对丝瓜幼苗叶片光合特性的影响由表1可知，随着硒浓度的增加，丝瓜幼苗净光合速率Pn先升高后降低，在硒浓度低于2.0 μmol/L时与对照差异不显著，而硒浓度为2.0和2.5 μmol/L时较对照分别显著升高20.55%和12.33%,硒浓度为5.0 μmol/L时较对照下降12.33%；丝瓜幼苗叶片蒸腾速率Tr、气孔导度Gs和胞间CO2浓度Ci的变化规律与Pn一致，硒浓度为1.0 μmol/L时与对照相比无显著差异，随着硒浓度的增加均为先升高后降低，但其中Pn、Tr和Ci在硒浓度为2.0 μmol/L时达最大值，而Gs在硒浓度为2.5 μmol/L时达最大值，当硒浓度为5.0 μmol/L时除Ci外其余光合特性指标均显著低于对照。

表1 外源硒对丝瓜幼苗叶片光合参数的影响

3 结论与讨论

微量元素硒在植物生长发育过程中具有非常重要的生理功能，硒能够增加植物创伤组织的再生能力，并具有延缓细胞衰老、抗氧化和提高抗逆性的功能；一定浓度的硒可以促进园艺植物的生长发育，并提高其产量和品质[23]。硒在植物中的作用受硒类型、浓度、作用时间、作用方式和对植物作用部位等的影响，如低浓度亚硒酸钠可以提高园艺植物根的粗度、茎的长度与叶的厚度。在高强度光照胁迫下，硒能够延长生菜叶片的绿色保持时间[24]；另外，适量硒处理能促进园艺植物体中叶绿素的合成代谢，有利于园艺植物根、茎、叶的生长，提高叶片净光合速率，延缓叶片衰老，改善树体生长发育状况，最终提高园艺植物的产量和品质[25]。但有关硒对丝瓜幼苗生长、叶绿素含量和光合特性的影响尚缺乏报道，故该研究采用培养皿中滤纸发芽培养丝瓜的方式，测定不同浓度的亚硒酸钠对丝瓜幼苗根长、芽长、茎粗、根体积、叶绿素含量和光合特性的影响，分析外源硒对丝瓜幼苗生长的影响。

该试验结果表明，低浓度硒处理对丝瓜幼苗生长具有一定的促进作用，与对照相比，1.0、1.5、2.0和2.5 μmol/L的外源硒显著增加了丝瓜幼苗的根长、茎粗、根体积及叶绿素b含量，其增长百分比在2.0或2.5 μmol/L时达最大值，同时2.0和2.5 μmol/L的硒显著促进了丝瓜芽长和整个植株的生长，1.5和2.0 μmol/L硒显著提高了叶绿素a含量，表明适当的硒有利于叶绿素的形成；但当硒浓度达5.0 μmol/L时对丝瓜根长和植株的生长起到了抑制作用，并显著降低了叶绿素a和类胡萝卜素含量，对芽长、茎粗和根体积及叶绿素b含量的影响未达显著水平。净光合速率是反映植株叶片光合能力的重要生理指标[26]，在硒浓度为1.0 μmol/L时，Pn、Tr、Gs和Ci均和对照无显著差异，当硒浓度为2.0～2.5 μmol/L时光合指标均显著高于对照且达最大值；而当硒浓度增加至5.0 μmol/L 时除Ci外其余指标均显著低于对照，表明此时硒引起的净光合速率的降低是非气孔因素所致，可能是光合机构受损。可见，1.0～2.5 μmol/L外源硒对丝瓜幼苗生长及叶绿素合成具有一定的促进作用，且随着硒浓度的增加促进作用增加，2.0～2.5 μmol/L的硒对丝瓜幼苗生长的促进效果最佳；随着硒浓度的再增加，外源硒对丝瓜生长的促进作用消失，甚至变为毒害作用，表明高浓度硒对丝瓜幼苗生长具有一定的伤害。因此，2.0或2.5 μmol/L硒浓度可作为外源硒促进丝瓜生长及缓解丝瓜非生物胁迫的代表性研究浓度，外源硒对丝瓜幼苗其他生理生化指标的影响，有待进一步研究和探讨。