硒對常見蔬菜種子萌發(fā)的影響及在植株中的分布

胡 婷，李文芳，向昌國,3,*，張汝嬌

（1.吉首大學 林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000；2.吉首大學城鄉(xiāng)資源與規(guī)劃學院，湖南 張家界 427000；3.吉首大學 生態(tài)旅游湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000）

?

硒對常見蔬菜種子萌發(fā)的影響及在植株中的分布

胡 婷1，李文芳2，向昌國1,3,*，張汝嬌2

（1.吉首大學 林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000；2.吉首大學城鄉(xiāng)資源與規(guī)劃學院，湖南 張家界 427000；3.吉首大學 生態(tài)旅游湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000）

摘 要：分析不同質量濃度的 Na2SeO3對蔬菜種子萌發(fā)的影響及硒在蔬菜不同器官中的分布，采用種子萌發(fā)實驗和盆栽實驗，應用氫化物發(fā)生-原子熒光法測定總硒，透析法分析有機硒。結果表明：隨著Na2SeO3質量濃度的升高，蔬菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、簡易活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)均呈先上升后下降的趨勢，但個體之間存在一定差異。綠豆在2.5 mg/L的處理液條件下各項活力指標達到最好，但隨著Na2SeO3質量濃度升高，其各項指標開始下降。蔬菜植株中總硒含量隨著澆灌液中Na2SeO3質量濃度的增加呈明顯的上升趨勢，在10.0 mg/L的高硒環(huán)境下對硒的富集能力為：上海青＞快菜＞茄子＞辣椒＞西 紅柿。茄子、辣椒、西紅柿3 種蔬菜不同部位中硒含量分布存在顯著差異，其中m（有機硒）≥1/2m（總硒）。實驗結果可為篩選最適宜水培液中Na2SeO3質量濃度和選擇適宜培育的富硒蔬菜種類，以及選擇硒含量高的部位進食提供理論依據(jù)。

關鍵詞：硒濃度；蔬菜；種子發(fā)芽指數(shù)；有機硒

湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金項目（12K110）

硒是人和動物必需的微量元素之一[1]，目前全國72%的縣市存在不同程度的缺硒狀況[2]。人體主要通過食物攝取來補充硒元素，蔬菜在居民的日常生活中占有舉足輕重的地位，是人們日常飲食中的必需品。蔬菜在自然界硒循環(huán)生態(tài)鏈和無機硒轉化為有機硒中起著至關重要的作用[3]，因此蔬菜中的硒是人類營養(yǎng)硒的主要來源，直接影響到人類的硒營養(yǎng)狀況[4-6]。從各地土壤硒含量狀態(tài)看，Se4＋為土壤中主要硒形態(tài)，約占40%以上，Se6＋存在硒不到10%[7]。選擇Na2SeO3為外源硒對象，分析不同質量濃度Na2SeO3處理液對不同蔬菜種子萌發(fā)的影響，篩選最適水培液質量濃度?；诓煌参锬臀圆煌巴N植物不同部位硒分布差異[8]，探究適宜培養(yǎng)的富硒蔬菜種類及最適補硒食品部位。上海青、綠豆芽為常見莖葉類蔬菜適宜于水培種植，長豆角為豆角類蔬菜，通過分析硒對種子萌芽指標的影響篩選最適合的水培溶液質量濃度；分析常見芽菜綠豆芽對水溶液中硒的富集情況，有利于篩選培育富硒芽菜的最適硒質量濃度；通過盆栽實驗研究茄子、辣椒、西紅柿茄果類蔬菜以及上海青、快菜莖葉類蔬菜，分析不同硒質量濃度對其生長過程及轉運的影響，為富硒蔬菜的生產和開發(fā)富硒蔬菜產品提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

供試蔬菜種子為上海青（上?？篃?05）、長豆角（特長901）、綠豆（本地）、快菜（神龍536）、油麥菜（無斑香甜脆）。供試蔬菜植株為茄子、辣椒、西紅柿均為本地居民常種品種。

1.2方法

1.2.1 種子萌發(fā)實驗

實驗設置種子培養(yǎng)液中Na2SeO3溶液質量濃度為0、0.1、0.5、2.5、5.0、10.0、20.0、40.0、80.0 mg/L。發(fā)芽實驗參照GB/T 3543—1995《農作物種子檢驗規(guī)程》[9]，每處理100 粒種子，重復3 次。將各種處理溶液10 mL加入已滅菌的（直徑12 cm）培養(yǎng)皿中，種子用0.1% HgCl2滅菌后置于培養(yǎng)皿中，并在（25±1）℃的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，第2天開始統(tǒng)計發(fā)芽勢，第8天后統(tǒng)計各處理發(fā)芽勢（germination energy，GE）、發(fā)芽率（germination rate，GR）、發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI）、簡易活力指數(shù)（vigor index，VI）等指標。

式中：Gt為t d后的發(fā)芽數(shù)；Dt為發(fā)芽時間/d；Sx為發(fā)芽x d后的幼苗干質量/g。

1.2.2 盆栽實驗

采用隨機區(qū)組設計盆栽實驗，Na2SeO3澆灌液質量濃度為0、0.5、2.5、10.0、80.0 mg/L。取體積相同，形狀一致的花盆50 個（為了使實驗盡可能地處于相同的肥料狀況下）每盆約5 kg土壤，將土壤混合后裝入花盆后用水澆透。每組實驗使用10 個花盆，每個花盆栽種1～2 棵蔬菜苗（市場購入，選擇植株大小長勢相近）。每隔7 d在植株周邊澆灌一次Na2SeO3溶液，水量為200 mL，共澆灌5 次，60 d后采樣測定。

1.2.3 樣品測定

1.2.3.1 樣品處理

樣品采集后，清洗、烘干、粉碎。稱取1.000 g（精確到0.001 g），加10 mL硝酸冷浸過夜，加5 mL H2O2，電熱板上消解至澄清，加5 mL 6 mol/L鹽酸消解0.5 h。冷卻后從電熱板取下，定容至25 mL容量瓶，待測[10]。

1.2.3.2 樣品硒含量測定

大分子有機硒含量用透析法測定。稱取1.000 g（精確到0.001 g）置于規(guī)格為8 000～10 000 D的半透膜中，透析72 h[11]。透析完畢后進行消化處理同1.2.3.1節(jié)。

取10 mL待測液加1 mL HCl，混勻，靜置30 min，采用氫化物發(fā)生-原子熒光法進行測定總硒含量[12]。

2　結果與分析

2.1硒對種子萌發(fā)及發(fā)芽指數(shù)的影響

GR是確定作物播種量的重要依據(jù)，也是鑒定種子質量好壞的主要標志；GE表示種子發(fā)芽的整齊度；VI是表現(xiàn)種子活力比較全面的一項指標，它把種子的發(fā)芽能力和幼苗長勢綜合起來表示，指數(shù)數(shù)值高，種子活力大；GI是衡量種子萌發(fā)好壞的一個重要指標[13]。從表1比較3 種蔬菜種子發(fā)現(xiàn)上海青種子在Na2SeO3質量濃度1.0 mg/L 時GE達到最高85.2%，Na2SeO3質量濃度5.0 mg/L時GR達到最高92.0%，Na2SeO3質量濃度達到0.5 mg/L時GI達到最高67.3，Na2SeO3質量濃度達到10.0 mg/L及以上時種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢均低于對照組；長豆角種子在Na2SeO3質量濃度2.5 mg/L時GE達到最高81.7%，GR達到最高86.7%，Na2SeO3質量濃度達到1.0 mg/L時GI達到最高70.2，當Na2SeO3質量濃度達到10.0 mg/L時種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均低于對照組；綠豆在Na2SeO3質量濃度1.0～5.0 mg/L時GE達到最高100.0%，Na2SeO3質量濃度在0.5～5.0 mg/L時GR達到最高100.0%，Na2SeO3質量濃度達到0.5mg/L時GI達到最高88.9，當Na2SeO3質量濃度高于10.0 mg/L種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均低于對照組。3 種蔬菜種子的活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)在較低質量濃度處理液條件下呈小幅度上升趨勢，總體上隨著處理液質量濃度的升高種子的活力指數(shù)下降。其中上海青、長豆角、綠豆達到最高簡易活力指數(shù)的Na2SeO3質量濃度分別為0.5、0.1、1.0 mg/L。從發(fā)芽指數(shù)看3 種蔬菜種子間存在很大差異，但在總體上種子的發(fā)芽指數(shù)在較低質量濃度Na2SeO3處理液條件下具有促進作用，當質量濃度升高到一定值時發(fā)芽指數(shù)顯著下降。本研究的結果與彭誠等[14]研究在低質量濃度Na2SeO3溶液浸種的前提下，對白菜種子的各項生理指標均有促進作用，而在較高質量濃度Na2SeO3溶液下表現(xiàn)出抑制作用一致。王玉鳳等[15]發(fā)現(xiàn)低質量濃度的硒處理（0～4.0 mg/L）對番茄種子的萌發(fā)有促進作用。在硒質量濃度為4.0 mg/L時，其發(fā)芽率最大，種子萌發(fā)第7天時的芽鮮質量、根鮮質量、芽長、根長、芽干質量和根干質量也達到最大值；而高質量濃度的硒處理（＞4.0 mg/L）則表現(xiàn)為一定的抑制作用。對照產生抑制作用的質量濃度發(fā)現(xiàn)不同種子類型其抑制質量濃度不同。

表1　不同質量濃度Na2SSeeOO3溶液條件下3 種蔬菜種子的生長情況Table 1 Growth ssttaatus of three kinds of vegetable seeds at different NNaa2SSeeOO3concentrations

2.2不同質量濃度Na2SeO3對綠豆芽硒富集及生長的影響

圖1　不同質量濃度Na2SSeeOO3溶液條件下綠豆芽中硒含量Fig.1 Selenium contents in mung bean sprout at different Na2SeO3concentrations

由圖1可知，隨著Na2SeO3質量濃度的升高，綠豆芽中總硒含量也隨之升高，總體呈線性相關。綠豆在萌發(fā)過程中種子吸水后營養(yǎng)物質由凝膠態(tài)轉變?yōu)槿苣z態(tài)，進行一系列生化反應。Na2SeO3屬于無機態(tài)，具有一定的毒性，綠豆芽通過根部吸收，微量元素硒通過透析、轉化，以游離態(tài)形式通過根部細胞膜被植物吸收利用[16]。但是隨著Na2SeO3質量濃度的升高，對綠豆芽的生長產生一定的抑制作用，影響了綠豆芽對無機硒的吸收效果，因此從圖中直線斜率上看綠豆芽對硒的吸收效率逐漸降低，這與周大寨等[17]的研究結果一致。

圖2　不同質量濃度Na2SSeeOO3溶液條件下綠豆芽鮮質量變化Fig.2 Fresh weight of mung bean sprout at different Na2SeO3concentrations

由圖2可知，隨著處理液Na2SeO3質量濃度升高，綠豆芽的鮮質量呈先上升后下降的趨勢。當處理液質量濃度為2.5 mg/L時綠豆芽鮮質量達到最大，隨著質量濃度的升高綠豆芽的鮮質量呈顯著下降趨勢。低硒環(huán)境對綠豆芽的生長并不起抑制作用，反而有一定的促進作用，但是隨著Na2SeO3質量濃度增加綠豆芽會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，導致綠豆芽生長受到抑制。從綠豆芽鮮質量變化過程可以看出綠豆芽的最適生長質量濃度為2.5 mg/L，這與劉雁麗等[18]對芽菜的分析結果相近。因此低質量濃度硒環(huán)境較適宜培育富硒綠豆芽。

2.3不同蔬菜在相同條件下對Na2SeO3吸收能力的比較

在施加不同質量濃度外源硒條件下，不同蔬菜中總硒含量總體上隨著外源硒含量的增加而增加，但在不同蔬菜種間還存在一定差異。由圖3可知，上海青、快菜這些葉類蔬菜在低質量濃度外源硒條件下植株內總硒含量并沒有顯著增加特別快，當外源硒質量濃度從2.5 mg/L增大至10.0 mg/L時其植物吸收硒含量增加顯著。Na2SeO3溶液質量濃度高于10.0 mg/L的高硒環(huán)境下可以看出耐硒性為上海青＞快菜＞茄子＞辣椒＞西紅柿，說明上海青、快菜葉類植物的耐硒性要強于一般的蔬果即十字花科＞茄科。這與Fleming[19]、張楊楊[20]等的結果一致，因此發(fā)展葉類富硒蔬菜前景更可觀。

圖3　幾種蔬菜在澆灌不同質量濃度Na2SSeeOO3溶液的條件下植株中硒含量Fig.3 Selenium contents of several kinds of vegetables at different Na2SeO3concentrations

2.4不同蔬菜不同部位對Na2SeO3轉運能力的比較

表2　蔬菜不同部位中硒含量分布特征Table 2 Selenium distribution characteristics in different parts of vegetables

由表2可知，3 種蔬菜采于同一時間同一水平，其不同部位硒含量分布結果表明，茄子中：葉＞果＞莖＞根；辣椒中：根＞葉＞果＞莖；西紅柿中：根＞紅果＞老莖＞青果＞葉＞嫩莖。因此不同蔬菜總類其不同部位硒含量存在顯著差距，這與植物的代謝水平關系密切。在相同處理條件下分析茄子、辣椒、西紅柿3 種蔬菜植株不同部位中硒含量分布情況發(fā)現(xiàn)存在顯著差異，與Wan 等[21]研究發(fā)現(xiàn)同一植物不同部位吸收硒的能力各異，通常含量為非食用部位大于可使用部位。同時楊三東[22]研究發(fā)現(xiàn)紅三葉草成熟時各器官的硒含量：根＞葉＞種子＞莖。這一結果可能是由于硒在植株中的分布逐漸由生理活性低的部位向生理活性高的部位轉移的原因[23]。由于硒元素對于植株來說既具有有益性又具有毒性的雙向作用[24]，Biacs等[25]研究發(fā)現(xiàn)一般非硒積累植物含硒量＞50 mg/kg時，就會出現(xiàn)植株中毒，表現(xiàn)出生長緩慢、植株矮小、葉子失綠等中毒癥狀。因此合理施加硒肥，安全補硒必須要在了解植物的生理生化過程和對硒的吸收規(guī)律的基礎上實施。

表3　蔬菜中有機硒含量占總硒的百分比Table 3 Ratios betwen organic selenium content and total selenium in vegetables

由表3可知，3 種蔬菜在同樣條件下富硒能力差距顯著，其中茄子＞辣椒＞西紅柿。通過分析其中有機硒含量發(fā)現(xiàn)西紅柿＞茄子＞辣椒。基于有機硒的毒性要遠遠小于無機硒，因此最安全的補硒途徑是攝入足量的有機硒[26]。從實驗結果發(fā)現(xiàn)植物中有機硒含量占總硒含量79.57%以上，因此開發(fā)富硒蔬菜產品是安全有效的補硒途徑。由于不同蔬菜品種的差異，個體中總硒含量高并不代表有機硒含量高，因此選擇高效安全的補硒植物尤為重要。

3　結 論

上海青、長豆角、綠豆3 種蔬菜種子萌發(fā)的4 項指標（發(fā)芽率、發(fā)芽勢、簡易活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)）隨著Na2SeO3處理液質量濃度的增加呈先上升后下降的趨勢。這說明低質量濃度的Na2SeO3處理液對種子萌發(fā)具有促進作用，而高質量濃度的Na2SeO3處理液對種子萌發(fā)具有較強的抑制作用，不同種子在Na2SeO3處理液下的最適萌發(fā)質量濃度不同。

在10.0 mg/L的高硒環(huán)境下可以看出蔬菜植株的耐硒性為：上海青＞快菜＞茄子＞辣椒＞西紅柿。茄子、辣椒、西紅柿3 種蔬菜在同一時間同一水平處理下，其不同部位硒含量分布結果表明，茄子中：葉＞果＞莖＞根；辣椒中：根＞葉＞果＞莖；西紅柿中：根＞紅果＞老莖＞青果＞葉＞嫩莖。不同植物中有機硒含量所占總硒比例不盡相同，大分子有機硒比例均超過總硒的一半以上。

基于植物品種的多樣性、復雜性，要想得到更加準確的結論，還需對多種種子、植株進行大量實驗，從而進一步總結出硒在種子、植株生理生化過程中的具體機理。

參考文獻：

[1]劉慧超, 李春梅. 微量元素對人體和植物的作用[J]. 中國園藝文摘, 2009(2): 165-166.

[2]CORNELIS R. Handbook of trace element speciation[M]. England: John Wiley & Sons Publisher, 2002.

[3]劉錚. 中國土壤微量元素[M]. 南京: 江蘇科學出版社, 1996: 330-362.

[4]尚慶茂, 李平蘭. 硒在高等植物中的生理作用[J]. 植物生理學通報, 1998, 34(4): 284-288.

[5]熊又升, 袁家富, 侶國涵. 硒在農業(yè)生物學中的特殊地位分析[J]. 湖北農業(yè)科學, 2011, 50(2): 266-269.

[6]鄧英, 付德強, 楊艷梅, 等. 硒中毒的研究與防治[J]. 現(xiàn)代畜牧獸醫(yī), 2005(5): 43.

[7]張艷玲, 潘根興, 李正文, 等. 土壤-植物系統(tǒng)中硒的遷移轉化及低硒地區(qū)食物鏈中硒的調節(jié)[J]. 土壤與環(huán)境, 2002, 11(4): 388-391.

[8]趙春梅, 曹啟明, 唐群峰, 等. 植物富硒規(guī)律研究進展[J]. 熱帶農業(yè)科學, 2010, 30(7): 82-86.

[9]全國種子站, 浙江農業(yè)大學. GB/T 3543—1995 農作物種子檢驗規(guī)程[S]. 北京: 國家技術監(jiān)督局, 1995.

[10]茍體忠, 唐文華, 張文華, 等. 氫化物發(fā)生-原子熒光法測定植物樣品中的硒[J]. 光譜學與光譜分析, 2012, 32(5): 1401-1404.

[11]左銀虎. 富硒枸杞中硒形態(tài)分析[J]. 中國食物與營養(yǎng), 2008, 14(7): 55-56.

[12]劉明鐘. 原子熒光應用手冊[M]. 北京: 北京吉天儀器有限公司, 2012: 225-228.

[13]比尤利J D, 布萊克M. 種子萌發(fā)的生理生化: 第1卷 發(fā)育、萌發(fā)與生長[M]. 江蘇: 江蘇植物研究所, 1981: 1-4.

[14]彭誠, 丁莉, 王軍. 硒對白菜種子發(fā)芽率及幼苗生長的影響[J]. 湖北民族學院學報: 自然科學版, 2006, 24(1): 91-93.

[15]王玉鳳, 徐暄, 孫其文. 硒浸種對番茄種子萌發(fā)的影響[J]. 湖北農業(yè)科學, 2009, 48(10): 2461-2463.

[16]徐漢卿. 植物學[M]. 北京: 中國農業(yè)大學出版社, 1994: 42-53.

[17]周大寨, 朱玉昌, 張馳, 等. 硒浸種對蕓豆種子萌發(fā)的影響[J]. 湖北民族學院學報: 自然科學學報, 2007, 25(1): 91-93.

[18]劉雁麗, 吳峰, 宗昆, 等. 富硒芽菜的培育及幾種大眾蔬菜硒含量分析[J]. 江蘇農業(yè)科學, 2010(3): 204-206.

[19]FLEMING G A. Selenium in Irish soil and plants[J]. Soil Science, 1962, 94: 28-35.

[20]張楊楊, 焦自高, 艾希珍, 等. 硒對植物的生理作用及富硒瓜果研究進展[J]. 中國瓜菜, 2014, 27(1): 5-9.

[21]WAN H F, MIKKELESEN R L, PAGE A L. Selnium uptake by some agricultural crops from central California soil[J]. Environment Quality, 1988, 17: 269-272.

[22]楊三東. 紅三葉草中硒的生理生化及其富集規(guī)律研究[D]. 湖南: 湖南農業(yè)大學, 2005.

[23]吳建國. 冬小麥地上器官對硒元素吸收累積和分配研究[J]. 華北農學報, 1989, 4(4): 39-43.

[24]徐文. 硒的生物有效性及植物對硒的吸收[J]. 安徽農學通報, 2009, 15(23): 46-47.

[25]BIACS P A, DAOOD H G, KODAR L. Effect of Mo, Zn and Cr treatments on the yield,element concentration, and carotenoid content of carrot[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1998, 43: 589-591.

[26]ZHENG Jian, KOSMUS W. Retention study of inorganic and organic selenium compounds on a silica-based reversed phase column with mixed ion-pairing reagents[J]. Chromatographia, 2000, 51(5/6): 338-344.

Influence of Sodium Selenite on Seed Germination and Selenium Distribution of Common Vegetables

HU Ting1, LI Wenfang2, XIANG Changguo1,3,*, ZHANG Rujiao2
(1. Key Laboratory of Hunan Forest Products and Chemical Industry Engineering, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China; 2. College of Resources and Planning Sciences, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China; 3. Key Laboratory for Ecotourism of Hunan Province, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China)

Abstract:The influence of different concentrations of Na2SeO3on seed germination of common vegetable seeds and selenium distribution in different plant organs were analyzed. Seed germination experiments and pot experiments were conducted. The total selenium content was determined by hydride generation-atomic fluorescence spectrometry (HG-AFS), and organic selenium was analyzed by the dialysis method. The results showed that the germination potential, germination rates, simple vigor indices, and germination indices of bok choy, cowpea and mung bean increased initially, followed by a decrease with an increase in Na2SeO3concentration, but noticeable differences were observed among individuals. Mung beans treated with 2.5 mg/L Na2SeO3could achieve the best viability, which decreased at higher Na2SeO3concentrations. Total selenium contents in early-ripening Chinese cabbage, tomato, capsicum, eggplant and bok choy showed an obvious upward trend with increasing concentration of Na2SeO3, and their abilities to enrich selenium were in the descending order of bok choy > Chinese cabbage > eggplant > capsicum > tomato. Selenium was distributed significantly differently in various plant organs of eggplant, capsicum and tomato, with organic selenium accounting for no less than 50% of the total selenium amount. These results will provide a theoretical basis for screening optimum concentration of Na2SeO3and suitable vegetables for selenium enrichment.

Key words:selenium concentration; vegetable; germination index (GI); organic selenium

doi:10.7506/spkx1002-6630-201507009

中圖分類號：S153.6

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2015）07-0045-05

*通信作者：向昌國（1963—），男，教授，博士，主要從事土壤生態(tài)與旅游生態(tài)研究。E-mail：changguox@aliyun.com

作者簡介：胡婷（1988—），女，碩士研究生，主要從事林業(yè)工程研究。E-mail：328040128@qq.com

基金項目：湖南省教育廳科研基金資助項目（12C0298）；湖南省科技計劃項目（2011SK3140）；

收稿日期：2014-10-17