叶面喷施亚硒酸钠对基质栽培辣椒产量和品质的影响

赵丹丹, 周沪生, 陈 鹏, 裴文霞, 袁先福, 汪建飞,2, 邢素芝,2*

(1.安徽科技学院 资源与环境学院,安徽 凤阳 233100;2.农业农村部生物有机肥创制重点实验室,安徽 蚌埠 233400)

目前研究已证实硒是构成哺乳动物体内30多种含硒蛋白质与含硒酶(如谷胱甘肽过氧化物酶、硫氧还原蛋白酶以及碘化甲腺原氨酸脱碘酶等)的重要组成成分,具有防衰老、抗肿瘤、抗毒等重要生理功能。硒是人体必需的微量元素,人体缺硒易导致多种疾病,已查证有40多种疾病都因缺硒引起,严重缺硒还会引发心肌病、心肌衰竭、大骨节病和克山病等[1-3]。这些病症的发生多与当地土壤中硒含量较低、膳食中硒含量不足相关。据报道,中国缺硒地区高达72%,缺硒省份有22个,缺硒程度存在地域差异,部分地区极度缺硒[3-4]。正在开展的全国第三次土壤普查首次把总硒含量作为土壤理化性质必检指标,足见国家对硒与人体健康的重视。近年来,随着功能农业概念的普及推广,通过富硒农产品适当补硒、消除“隐性饥饿”、促进身体健康的理念已被城乡居民广泛接受[5]。中国营养学会把硒列为15种人体必需的营养元素,建议成人每日硒摄入量为50～250 μg。科学补硒工作越来越受到重视,通过开发富硒农产品被认为是最佳的补硒方式[6]。

辣椒(Capsicumannuum)属茄科(Solanaceae)辣椒属(Capsicum)草本植物,又名海椒、辣子、辣角、辣茄等,是中国各地普遍种植的蔬菜品种之一。辣椒因其果实富含多种对人体有益的成分,如维生素C、维生素E、矿物质、氨基酸和抗氧化物质而深受大众青睐[7-9]。赵玉玲等[10]对比了土壤穴施与叶面喷施硒肥两种施肥方式,发现相比于土壤穴施,叶面喷施有机肥更有利于提高辣椒果实中总硒和有机硒含量以及果实中有机硒的转化率。然而,富硒土壤生长的农产品不一定达到富硒标准[11],而不同的作物品种、生产环境、栽培方式需要采取不同的富硒技术,才能生产出硒营养达标的功能农产品。当前,在温室或者植物工厂环境下,采用基质栽培的辣椒面积不断扩大,如何在这一生产环境中,开发出相关的辣椒富硒生产技术,对于提高辣椒附加值、市场竞争力以及农户增收都具有重要的意义。

本研究通过基质栽培试验,开展喷施不同浓度的亚硒酸钠对辣椒产量、总硒及有机硒含量、矿质元素含量以及营养品质指标影响的研究,在探讨作物硒元素营养作用机理的同时,为温室和工厂化生产富硒辣椒提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试辣椒品种为河南红绿辣椒种业有限公司培育而成的“汴椒1号”,供试亚硒酸钠(Na2SeO3,分析纯)购于天津市福晨化学试剂厂,纯度为99%。

1.2 栽培基质

将泥炭土、蛭石、珍珠岩按1∶1∶1质量比充分混匀,制成培育基质[12-15]。将混匀的基质装入50个规格为18 cm(直径)×20 cm(高)的塑料钵,装入量以基质表面距盆钵口沿下方1 cm的位置为准。

1.3 基质盆栽辣椒

试验在安徽科技学院种植科技园2号温室大棚中进行。2019年11月12日,将辣椒种子催芽育苗;2020年1月9日,将辣椒苗移栽到预先装好基质的培养钵中,每钵定植1株辣椒苗。统一进行日常水肥和病虫害防治管理。

1.4 辣椒喷施亚硒酸钠试验方案

采用单因素完全随机试验设计,设置5个不同质量浓度亚硒酸钠处理,其含量分别为0(CK)、50、100、150、200 mg/L。每个处理3次重复,每钵喷施亚硒酸钠溶液用量均为50 mL。

1.5 试验实施

为减少试验误差,待盆栽辣椒进入初花期,从定植的50钵辣椒中选取植株长势基本一致的25钵,用于试验。

2020年4月24日,将同一浓度处理的5钵辣椒排成一排,5个处理浓度由低到高共排成5排。将250 mL亚硒酸钠溶液(CK是蒸馏水)装入手持喷雾器中,对同一处理的一排5钵辣椒喷施亚硒酸钠溶液。喷施时,调整好喷雾速度和喷嘴方向,以保证富硒剂液滴尽可能均匀地分布在叶片上,同时,要保证同一处理的每株辣椒叶片上喷施的溶液量基本一致。喷施作业时按照亚硒酸钠溶液浓度由低到高的顺序进行。

分3次(2020年5月18日、6月1日、6月14日)采摘盆钵中长度达到7 cm及以上的辣椒果实,称量鲜质量;同一钵辣椒前后3次采样鲜果组成1个样品,果质量累加值作为每钵辣椒的产量。每个处理选取产量居中的3个盆钵辣椒,作为试验的平行样本。

采摘的辣椒果实清洗晾干后,置于-4 ℃冰柜保存,鲜样用于测定总糖和维生素C含量;同时根据需要从每个样品中选取部分果实杀青、烘干,用于测定总硒、有机硒、矿质元素以及粗蛋白含量。

1.6 指标测定方法

总硒和有机硒含量测定参照国家标准GB 5009.93—2017《食品中硒的测定》;总糖含量采用硫酸蒽酮比色法测定;维生素C含量采用2,6-二氯靛酚法测定;粗蛋白质含量测定参照《土壤农化分析》中的方法;微量元素钙、镁、铁、锌、铜等含量测定分别参照国家标准GB 5009.92—2016《食品中钙的测定》、GB 5009.241—2017《食品中镁的测定》、GB 5009.90—2016《食品中铁的测定》、GB 5009.14—2017《食品中锌的测定》、GB 5009.13—2017《食品中铜的测定》。

1.7 数据分析

采用SPSS 19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 喷施亚硒酸钠对辣椒产量的影响

从图1可以看出,随着叶面喷施亚硒酸钠浓度的增加,辣椒产量呈现出先增后降的趋势。喷施100 mg/L亚硒酸钠的辣椒产量最高,3钵辣椒平均鲜果质量为617.9 g,比对照增产29%,差异显著(P<0.05);随着喷施亚硒酸钠浓度的增加,辣椒产量则梯次下降。当喷施质量浓度为200 mg/L时,每钵辣椒的平均产量只有413.7 g,仅为对照产量的86.4%,减产显著(P<0.05)。可见,喷施50～100 mg/L亚硒酸钠可以提高辣椒产量,而亚硒酸钠质量浓度超过150 mg/L时,则会抑制辣椒产量的增加。

2.2 喷施亚硒酸钠对辣椒果实硒含量的影响

叶面喷施不同质量浓度的亚硒酸钠对辣椒果实中硒含量、形态都有一定的影响(表1)。由表1可以看出,随着叶面喷亚硒酸钠质量浓度的梯次增加,辣椒果实中总硒含量也逐步增加;相较于低浓度亚硒酸钠处理,高浓度处理辣椒果实中总硒含量的增幅则呈现下降趋势。本试验中最高浓度亚硒酸钠喷施处理的辣椒果实中总硒含量亦达到最大值,平均含量为2.322 mg/kg DW。当喷施低于100 mg/L亚硒酸钠时,辣椒果实中有机硒含量随着喷施溶液浓度的增加而快速增加;当喷施大于100 mg/L亚硒酸钠时,辣椒果实中有机硒含量则不再增加,而是呈现一定的波动状态。

表1 喷施不同浓度亚硒酸钠辣椒果实中总硒和有机硒含量Table 1 Total and organic selenium contents in pepper fruits sprayed with sodium selenite of different concentrations

回归拟合分析发现,辣椒果实中总硒含量(YTSe)、有机硒含量(YOSe)与叶面喷施亚硒酸钠质量浓度(x)之间存在着较显著的二次多项式相关性,其回归方程为YTSe=-0.103 1x2+1.223 2x-1.204 1,R2=0.918 0;YOSe=-0.116 0x2+1.082 5x-1.040 3,R2=0.881 5。

表1数据还表明,辣椒果实中有机硒占总硒的百分比随着喷施亚硒酸钠浓度的增加呈现出先升后降的趋势。当亚硒酸钠喷施质量浓度为50 mg/L时,辣椒果实中有机硒占总硒比例为78.1%,是5个处理中的最高值;当亚硒酸钠喷施质量浓度为100 mg/L时,辣椒果实中有机硒占总硒比例降为76.9%,降幅有限;喷施150、200 mg/L亚硒酸钠时,辣椒果实中有机硒占总硒比例分别为69.5%、63.0%,均低于70%。

2.3 喷施不同浓度亚硒酸钠对辣椒果实中矿质元素含量的影响

从表2可以看出,辣椒果实中Ca的含量随着叶面喷施亚硒酸钠溶液质量浓度的增加而增加,且质量浓度高于100 mg/L的3个处理辣椒果实中Ca含量均显著高于对照(P<0.05)。不同质量浓度亚硒酸钠喷施处理的辣椒果实中的Mg含量均低于对照,但各处理间差异不显著(P>0.05)。辣椒果实中微量元素Fe的含量随着喷施硒浓度的增加而增加,且4个施用硒肥的处理均显著高于不施硒肥的对照(P<0.05)。微量元素Zn、Cu的含量则随着叶面喷施亚硒酸钠溶液浓度的增加呈先增后降趋势,当喷施质量浓度为150 mg/L时,辣椒果实中Zn的含量为37.29 mg/kg,Cu的含量为48.33 mg/kg,均为各处理中的最高值,显著高于对照(P<0.05)。

表2 喷施不同浓度亚硒酸钠对辣椒矿质元素含量的影响Table 2 Effects of spraying different concentrations of sodium selenite on the content of mineral elements in pepper

2.4 喷施不同浓度亚硒酸钠对辣椒果实品质的影响

由表3可知,叶面喷施亚硒酸钠对辣椒果实中粗蛋白、总糖和维生素C含量等3项品质指标均有一定的影响。施用亚硒酸钠4个处理的辣椒果实中粗蛋白的含量均有所增加,且喷施质量浓度为50、100 mg/L处理组显著高于不施硒肥的对照组(P<0.05);喷施亚硒酸钠的质量浓度高于100 mg/L后,辣椒果实中粗蛋白的含量又呈现下降态势,但差异不显著(P<0.05)。辣椒果实中维生素C含量受喷施亚硒酸钠浓度影响的响应趋势与粗蛋白含量的变化规律相似,即施用亚硒酸钠的辣椒果实中维生素C的含量均高于对照,其中质量浓度为100 mg/L的处理辣椒中维生素C含量最高,平均值为34.90 mg/100 g FW,显著高于不施硒肥的对照(P<0.05),但高浓度(>100 mg/L)的亚硒酸钠对维生素C含量的增加却有抑制作用。与对粗蛋白、维生素C含量的影响不同,随着亚硒酸钠质量浓度的增加,辣椒果实中总糖的含量一直呈现增加趋势,施硒各处理的总糖含量依次比对照(CK)提高2.70%、8.10%、19.59%和58.78%,亚硒酸钠喷施质量浓度为200 mg/L的处理辣椒果实总糖含量最高,平均值为2.35 mg/kg FW,显著高于对照(P<0.05)。

表3 喷施不同浓度亚硒酸钠对辣椒果实品质的影响Table 3 Effects of spraying different concentrations of sodium selenite on pepper fruit quality

3 结论与讨论

目前硒元素还没有明确为植物生长发育所必需的营养元素,但众多研究表明,低浓度硒具有促进植物生长、提高植物耐受能力的功能。本试验结果与这一提法吻合,当叶面喷施50～100 mg/L亚硒酸钠溶液时,可以显著提高基质栽培辣椒的产量。这可能与硒可促进植物抗氧化系统功能发挥、提高光合效率、修复对环境胁迫造成的膜结构损伤密切相关[16]。Haghighi等[17]研究发现,在春夏季节温室中高温环境下,施用适量的硒可以提高辣椒叶片POD(过氧化物酶)和SOD(超氧化物歧化酶)活性,降低MDA(丙二醛)含量,有利于开花坐果,减少高温引起的落花落果,促进产量的提高。

需要指出的是,硒作为一种有益的微量元素,其有益与毒害作用之间的阈值较小,大部分植物在高浓度硒环境下表现出中毒现象,即呈现出“低浓度促进、高浓度抑制”的剂量效应[18-19]。本试验发现,当喷施亚硒酸钠质量浓度高于150 mg/L时,对辣椒增产有抑制作用。喷施硒肥5 d后,2个高浓度处理的辣椒叶片出现了米粒至黄豆大小的淡黄色失绿斑点,之后逐渐坏死、焦枯,且喷施浓度越高,叶片上中毒坏死的斑点越多。这种毒害作用直接影响到叶片的光合作用,最终会影响辣椒产量。因此,在生产实践中,要根据作物品种和环境条件,通过试验确定作物适宜的喷硒浓度与剂量,才能保证在获得富硒农产品的同时,农作物的产量不降低甚至增产。

喷施硒肥的主要目的是增加辣椒果实中硒含量,生产富硒农产品,满足人们对硒营养的需求。本试验条件下,随着喷施亚硒酸钠浓度的增加,辣椒果实中总硒的含量逐渐增加。伴随着总硒含量的增加,辣椒果实中有机硒的含量也相应增加。特别地,当喷施亚硒酸钠质量浓度大于100 mg/L时,辣椒果实中有机硒含量不再相应增加,而呈现出一定的波动(表1)。随着喷施亚硒酸钠浓度的增加,辣椒果实中有机硒占总硒的比例逐步下降,说明从叶片转移到果实中的硒越多,以无机形态存在的量就更多。中华人民共和国供销合作行业标准《富硒农产品》(GH/T 1135—2017)规定,富硒蔬菜(以干质量计)的标准是总硒含量为0.10～1.00 mg/kg,硒代氨基酸占总硒的比例大于65%。显然,本试验中喷施浓度为200 mg/L的处理的辣椒果实中两项指标均不达标。硒盐的毒理研究表明,无机硒均具有较大的毒性,有机硒化合物毒性低,生物利用率高。因此,从食物安全的角度考虑,不宜喷施高浓度的硒肥。

施用硒肥还可以影响植物对矿质营养元素的吸收与利用,进而影响到食用器官中矿质营养元素的含量[20]。王晋民等[21]研究发现,叶面喷施硒肥可不同程度提高胡萝卜Ca、Mg、Fe、K等矿质元素的含量;Wen[22]指出高浓度硒(Se)对作物食用器官中Ca、Mg和Zn含量有负面影响,然而,适宜的硒浓度则具有积极影响。本试验结果也表明,适宜浓度的亚硒酸钠溶液,可以提高辣椒果实中Ca、Mg、Fe、Zn、Cu的含量,而浓度较高时,除了Fe元素,其他4个元素的含量均有下降态势。李磊等[23]研究表明,随着喷施硒溶液浓度的上升辣椒果实中Ca的含量呈上升趋势,Mg的含量呈先下降后上升态势,Fe、Cu的含量则呈现逐渐下降的趋势,这与本试验结果存在较大差异。Ragályi等[24]研究发现,随着灌溉水中硒含量的增加,不同蔬菜食用器官中Mg、Fe、Zn、Cu等元素的含量变化因蔬菜品种、土壤类型不同有较大的差异。Longchamp等[20]添加不同浓度、不同形态的硒进行水培玉米试验,发现无论硒的形态与浓度如何,对玉米植株中铁的积累都没有影响;添加低浓度的硒对Ca、Mg、Zn、Mn、Cu等元素含量没有影响;添加高浓度的硒酸盐则有利于玉米植株中Ca、Mg、Zn、Mn、Cu元素积累,而亚硒酸盐或者是硒酸盐/亚硒酸盐混合物则倾向于减少Ca、Mg、Zn、Mn、Cu元素积累,且2种盐的混合物对元素积累的抑制作用更显著。王建伟[25]研究也发现,无论是土施,还是叶面喷施硒肥,对玉米、小麦产量及生物量均无显著影响,对2种作物籽粒的N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu等大中微量元素含量也无显著影响;而单独土施,对马铃薯、小白菜、大豆等作物的产量、生物量及可食部位上述9种矿质元素含量无显著影响。不难看出,硒对作物食用器官中矿质元素含量的影响,因作物种类、栽培方式、硒肥形态及其用量用法、土壤类型等因素不同而存在较大差异,有待于进一步全面而深入的研究。

本试验还发现,叶面喷施亚硒酸钠可以提高辣椒果实粗蛋白、总糖、维生素C等品质指标含量,但高浓度的亚硒酸钠对粗蛋白、维生素C含量有抑制效应。这与李磊等[23]研究结果基本一致。陈蓉等[26]研究表明,脐橙通过叶面施硒能提高果实中的可溶性糖、维生素C的含量。龚天芝等[27]研究发现,核桃施入一定量的外源硒,能够提高核桃果实品质。武文玥等[28]研究表明,随着亚硒酸钠浓度的增加,甜荞籽粒的蛋白质含量与还原糖含量均呈升高的趋势。王晋民等[21]研究表明,随着施用硒浓度增加,胡萝卜中维生素C含量呈下降趋势。院金谒等[29]研究发现,适量的硒使大蒜中还原糖含量下降。显然,硒对作物品质的影响也受到作物种类与品种、施用方法与用量等多种因素的影响。

叶面喷施适量的亚硒酸钠溶液可以提高温室环境下基质栽培辣椒果实的产量和品质。在一定的喷施浓度范围内,随着硒浓度的增加,辣椒产量显著增加,总硒和有机硒含量增加,果实中矿质营养元素含量以及粗蛋白、维生素C、总糖等品质指标含量均呈上升态势。但喷施高浓度的亚硒酸钠会造成辣椒减产,且果实中硒的总量超标,有机硒占比下降,粗蛋白和维生素C含量的提升也受到抑制。综上,在本试验条件下,既能增加基质栽培辣椒果实中总硒和有机硒含量,又有利于提高品质和产量,保证食品安全,节约硒肥投入成本,叶面喷施50～100 mg/L亚硒酸钠为宜。