土壤外源補硒對油菜硒吸收轉運累積的影響

王凱 包立 栗麗 譚福民 孟令宇 張乃明

摘要：硒與人體健康密切相關，對于土壤缺硒的區域，通過外源補硒是否可以產出富硒農產品成為近期研究的熱點。盆栽試驗采用完全隨機區組設計，以油菜為研究對象，以硒酸鈉、亞硒酸鈉作為2種形態的硒源，共設Se0、Se1、Se2、Se3、Se4等5個處理水平，硒添加量分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/kg，每個處理設3次重復，研究土壤外源補硒對油菜硒吸收轉運累積的影響。結果表明，在硒酸鈉處理下，有利于提高油菜生物量、硒含量和轉運系數等各項指標，2.0 mg/kg 為硒酸鈉處理的最適濃度，此時油菜硒含量為0.12 mg/kg，達到GH/T 1135—2017《富硒農產品》中規定的0.10～1.00 mg/kg（蔬菜類以干質量計）。由此可見，可以通過土壤外源補硒達到培育富硒油菜的目的。

關鍵詞：硒;油菜;產量;轉運系數;外源補硒

中圖分類號： S634.306 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0079-05

硒（Se）是人體必需的微量元素，人體的健康與否與硒含量息息相關[1-3]。研究發現，人體的40多種疾病與缺硒有關[4]，人體缺硒會造成貧血、癌癥、肝炎、腦血管疾病、白內障、心肌變性、肌營養不良等[5-7]。在多種補硒方法中，通過飲食來補充硒的方式被廣泛關注[8]，通過日常飲食如糧食作物、蔬菜等來攝取微量元素硒，因此，提高作物中的硒水平顯得尤為重要[9]。土壤中硒的存在形式多種多樣，有Se2-、Se0、Se4+、Se6+等，各種價態的硒均能夠促進作物的生長[10]，不同形態及濃度的外源硒肥對不同作物中硒的吸收和轉運的影響不同[11-16]。作物可以將土施或葉面噴施的無機硒轉化為有機硒[17]，人體通過土壤-植物-生物體這一鏈條來補充硒，而植物在這一過程中對硒的吸收轉運受到許多因素的影響[18]。油菜是十字花科富硒作物，在我國的種植面積和產量均居世界首位。目前，關于硒對油菜影響的研究很多，外源添加硒肥對油菜各方面指標及產量都有影響[19-21]，油菜通過對硒鹽的吸收轉運，將其轉化為有機硒，既可以作為蔬菜、菜籽油供人體攝取，又可以實現對油菜合理高效的利用，從而更充分發揮這一富硒作物的價值。

我國除湖北恩施、陜西紫陽是富硒地區外，全國約有3/4的面積屬于低硒、缺硒地區，特別是從東北到西南走向形成了一條低硒帶，涉及22個省的751個縣（市），影響人口約7億人[22]。中國營養學會調查報告顯示，中國營養學會、國際硒學會推薦的硒日最低攝入量分別為50、60 μg[23]，我國成人每日硒攝入量僅為26.63 μg，分別僅達到最低推薦量的53.26%、44.38%。在人們開發各類富硒農產品的過程中，如何在農業生產中通過硒肥施用來提高作物硒含量和產量值得思考。本研究通過盆栽試驗，研究外源補硒對油菜生長及硒吸收轉運累積的影響，旨在分析硒在油菜體內的含量及分配，以期闡明硒在油菜中的吸收轉運機制，更好地發揮富硒作物的作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為石灰性褐土，其基本理化性狀如下：pH值7.63，有機質含量7.12 mg/kg，速效氮含量81.51 mg/kg，速效磷含量8.51 mg/kg，速效鉀含量93.59 mg/kg，Se含量0.133 mg/kg。

供試作物為甘藍型油菜，品種為四月蔓，全生育期為40 d。供試硒源為硒酸鈉和亞硒酸鈉。

1.2 試驗方案

盆栽試驗于2018年4月15日在山西農業大學資源與環境學院日光溫室內進行。采用完全隨機區組設計，共設Se0、Se1、Se2、Se3、Se4等5個處理水平，硒添加量分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/kg，每個處理3次重復，隨機排列。

所用塑料盆的規格為27.5 cm×18 cm，每盆裝風干土5 kg，分別施入25 g有機肥、0.25 g氮（N）、0.5 g P2O5、0.4 g K2O作基肥（有機肥為腐熟的雞糞，化肥分別為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀）。各處理按照設定濃度將硒溶液均勻噴入土壤，與土混合均勻后裝盆，保持土壤含水量為田間持水量的70%，充分混勻后，平衡2周。每盆播種15粒，1周后間苗至5株。油菜生長期間每天根據實際情況定量澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的70%。在油菜收獲期一次性采收，用于各項指標的測定。

1.3 樣品的采集與測定

植株樣品于收獲時一次性采收，帶回實驗室后先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水洗滌，洗凈的油菜樣品用吸水紙吸干表面殘留的水分后將植株地上部、地下部分開，分別裝于紙袋中。部分植株樣品稱鮮質量后，在烘箱中于105 ℃殺青2 h，再于 55～60 ℃ 烘干至恒質量，分別測定油菜地上部、地下部干質量，將油菜樣品粉碎后測定其硒含量。

各指標的測定方法如下：土壤理化性質用常規方法測定;油菜植株干物質量采用烘干稱質量法測定;植株硒含量采用氫化物發生-原子熒光光譜法測定，先用HNO3-HClO4（體積比為4 ∶ 1）消解，再用6 mol/L鹽酸還原;根系活力用2，3，5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法測定。相關公式如下：

轉運系數=油菜地上部硒含量/油菜地下部硒含量;

地上部或地下部吸收效率=（地上部或地下部硒含量×生物量）/（土壤中硒含量×土壤質量）×100%。

1.4 數據處理與分析

用Excel 2010、SPSS 18.0統計分析軟件進行數據處理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 外源補硒對油菜生長的影響

2.1.1 外源補硒對油菜生物量的影響 由圖1、圖2、圖3可以看出，不同硒處理水平對油菜地上部生物量、地下部生物量、總生物量的影響基本一致。在硒酸鈉的Se1、Se2處理下，植株產量與對照（Se0）相比顯著上升;在Se3、Se4處理下，植株產量則較對照有所下降。在硒酸鈉的Se1處理下，油菜各項指標均達到最大值，Se2處理的根鮮質量相對于Se1處理顯著下降，而枝鮮質量、總鮮質量無顯著差異。在Se4處理下，枝鮮質量、總鮮質量均顯著低于未施硒對照，但同處理下的根鮮質量與對照相比差異不顯著。在亞硒酸鈉處理下，各指標均顯著高于對照，均在Se3處理下達到最大值，與對照相比差異顯著，與Se4處理間差異不顯著。

2.1.2 外源補硒對油菜生長的影響 如圖4所示，在不同硒水平處理下，各處理油菜的根冠比與對照相比均顯著提高，但在2種不同硒鹽處理下的變化趨勢明顯不同，在硒酸鈉的Se1處理下出現峰值，除Se0處理外，其他各處理間的根冠比均未表現出顯著差異。在亞硒酸鹽處理下，油菜根冠比隨處理濃度的增加而不斷增大，但Se1處理與Se0處理相比差異不顯著，其他3個處理與Se0處理相比差異顯著，但3個處理間無顯著差異。

如圖5所示，在硒酸鈉處理下，在Se2處理下根系活力達到峰值，之后隨著硒酸鹽處理濃度的上升，根系活力下降，除在Se4處理下根系活力低于對照但表現不顯著外，其余3個處理的根系活力均顯著高于對照。在亞硒酸鹽處理下，根系活力隨處理濃度的增加表現出緩慢上升的趨勢，在Se3處理下達到最大值，且與對照相比差異顯著，與Se2、Se4處理無顯著差異。

2.2 外源補硒對油菜硒含量及轉運系數的影響

2.2.1 外源補硒對油菜地上部和地下部硒含量的影響 如圖6所示，隨著硒含量的升高，油菜地上部、地下部硒含量都呈上升趨勢，且均在Se4處理時達到最大值。在不同硒酸鈉處理間，油菜硒含量差異顯著，與對照組相比，Se4處理地上部硒含量增加了87.57倍，地下部硒含量增加了36.43倍。在亞硒酸鈉不同含量處理下，油菜地上部、地下部各處理間硒含量差異顯著;與對照處理相比，地上部硒含量增加了1.13～29.67倍，地下部硒含量增加了3.59～50.53倍，Se4處理下地上部、地下部硒含量均達到最大值，分別為26.67、38.56 μg/kg。在硒酸鈉處理下，Se3和Se4處理油菜地上部分硒含量分別為118.02、276.34 μg/kg，均達到GH/T 1135—2017《富硒農產品》中規定的0.10～1.00 mg/kg。由此可見，在同一水平下，硒酸鈉處理對油菜地上部、地下部硒含量的提升效果比亞硒酸鈉更好。

2.2.2 外源補硒對油菜硒轉運系數的影響 油菜硒轉運系數指油菜的地上部硒含量與地下部硒含量之比，表示硒從地下部分向地上部分運輸和富集的能力[24]。從圖7可以看出，隨著硒酸鈉含量的不斷提高，硒的轉運系數也相應增大，在Se4處理處達到最大值，與對照相比差異顯著。施硒處理的轉運系數>1，表明油菜對硒主要富集在地上部分。與對照相比，Se1、Se2、Se3、Se4處理的硒轉運系數分別增加了7.83%、12.65%、57.23%、89.76%，且處理Se0、Se1、Se2之間無顯著差異;Se4處理的硒轉運系數比Se3處理提高了20.69%，且二者之間存在顯著差異（P<0.05）。與對照組相比，亞硒酸鈉各處理的油菜硒轉運系數差異顯著，Se0處理的油菜轉運系數達到最大值，為1.64;隨著亞硒酸鈉含量的升高，硒轉運系數先顯著降低后顯著升高，油菜根部轉運硒至地上部的能力顯著降低，說明外源添加硒酸鹽對油菜硒的轉運效果更好。

2.3 外源補硒對油菜硒積累量及吸收率的影響

2.3.1 外源補硒對油菜地上部和地下部分硒積累

量的影響 如圖8所示，隨著土壤中硒鹽含量的增加，油菜地上部、地下部硒積累量都有所上升，且都在Se4處理下達到最大值。在硒酸鹽的Se4處理下，與對照相比，油菜地上部硒的積累量增加了77.14倍，地下部硒的積累量增加了4.55倍，各處理間差異顯著。在硒酸鈉的同一濃度處理下，地上部硒的積累量是地下部的1.01～14.22倍，兩者之間差異明顯，表明油菜體內硒的積累量主要集中在地上部。亞硒酸鈉處理與硒酸鈉處理油菜地上部、地下部硒積累量的趨勢類似，各處理間差異顯著，且在Se4處理下油菜地上部硒積累量達到最大值，為207.52 μg/株，為對照組的34.88倍，地下部硒積累量也達到最大值，為62.86 μg/株，是對照組的92.44倍。由此可見，硒酸鈉對油菜地上部、地下部硒累積量的提升效果較好。

2.3.2 外源補硒對油菜硒吸收率的影響 油菜對土壤中硒酸鹽的吸收方式為主動運輸，不需要能量[15]，吸收率取決于油菜根細胞對于硒的選擇性吸收。由圖9可知，在硒酸鈉處理下，硒的吸收率在Se1處理下最高，達到44.53%，與對照組相比增加了9.45倍，之后呈下降趨勢。Se1處理的吸收率與Se2、Se3、Se4處理相比分別增加了8.14%、38.21%、28.44%。在亞硒酸鈉處理下，油菜對硒的吸收率隨著亞硒酸鈉濃度的增加先顯著升高后顯著下降，在 Se3處理下達到最大值，占施入硒總量的6.01%。結果表明，在硒酸鈉處理下，油菜硒的吸收率相對較高，說明當施入硒酸鈉時，低濃度的硒會提高油菜對硒的吸收率，高濃度的硒會抑制其對硒的吸收率。

3 討論

3.1 外源補硒對油菜生物量的影響

朱祝軍等的研究結果表明，當營養液中加入低濃度硒（Se濃度≤1.0 mg/L）時，促進了小白菜的生長，加入高濃度硒（Se濃度≥2.5 mg/L）則抑制了小白菜的生長[25]。Biacs試驗發現，硒在低濃度時對胡蘿卜產量有益，而高濃度則有毒害作用[26]。本試驗結果與之一致，在硒酸鹽的Se1、Se2處理下，油菜生物量、根冠比、根系活力顯著高于對照處理，在較低含量下就可以表現出最大增產效果，而在高含量Se4處理下，油菜枝鮮質量、總鮮質量顯著低于對照，原因可能是Se4處理對油菜有毒害作用，使油菜的根系活力下降，抑制了油菜生物量的累積。油菜根冠比沒有隨著施硒水平的上升而出現明顯變化，但是油菜根部生物量累積的變化小于鮮質量的變化，可能由于根對硒酸鹽處理的耐受性更高。亞硒酸鹽與硒酸鹽處理的油菜增產效果相仿，但油菜對亞硒酸鹽處理的生理效應區間（0～2 mg/kg）更大，在高水平（Se4處理）下依舊對油菜表現出顯著的增產;根冠比與生物量的變化一致，根部的質量增加明顯高于地上部。劉媛媛等研究發現，以亞硒酸鹽形式被植物吸收的硒主要停留在根部[27]，表明Se4+可能在根部發生某種形式的聚集。在不同含量硒處理下，油菜根系活力變化與鮮質量水平的變化基本一致，這與郭璐的試驗結果相一致，表明2.5 mg/kg亞硒酸鹽對作物生長有一定的促進作用[28]。

3.2 外源補硒對油菜硒累積量及吸收轉運的影響

硒酸鈉、亞硒酸鈉處理都可以促進油菜地上部、地下部硒含量和累積量的提高，該試驗結果與趙文龍等的研究結果[29-31]一致。在硒酸鈉的Se3、Se4處理下，油菜均可達到富硒食用農產品的硒含量指標，而亞硒酸鈉均沒有達到富硒農產品標準。在硒酸鈉處理下，油菜地上部硒含量始終高于地下部，但轉運系數變化不大，Se0、Se1、Se2處理間無顯著差異，原因可能是地上部、地下部硒含量同時增大。周成河等研究發現，一定濃度的硒溶液對藤茶硒含量有促進作用，達到一定濃度時，硒的轉運系數變化不再明顯[32]。亞硒酸鈉則相反，轉運系數除對照外都小于1，這也是在亞硒酸鈉處理下油菜地下部硒含量高于地上部的原因。相比之下，硒酸鈉處理的油菜硒累積量效果更好，硒酸鈉Se4處理的地上部硒累積量是亞硒酸鈉Se4處理的6.66倍，吸收率在Se1處理下達到最高值，且隨著濃度升高逐漸下降，可能是高濃度硒對油菜根部生長起抑制作用，從而降低了油菜對硒的吸收率，在亞硒酸鈉處理下，吸收率也出現了類似趨勢，在Se3處理下吸收率達到最大值。Li等通過研究發現，低濃度的硒能夠促進植物根尖細胞的分裂，從而加快根的生長速度，而高濃度的硒會降低植物根細胞的分裂速度，對根的生長起抑制作用[33]。

4 結論

2種硒鹽均具有促進油菜生物量累積的作用，當硒酸鹽處理濃度為0.5、1.0 mg/kg時，對油菜生物量的提升效果明顯，但未達到富硒農產品硒含量的標準，亞硒酸鹽對油菜生物量的提升效果相對較緩慢。

硒酸鈉對油菜硒含量的提升效果明顯，當用量為2.0、4.0 mg/kg時，油菜均可達到富硒食用農產品標準，硒酸鈉含量為2.0 mg/kg時的效果最好，此時油菜硒含量達到0.12 mg/kg。在硒酸鈉處理下，油菜硒主要富集在地上部，轉運系數大于1，且隨著硒酸鈉濃度的增加而加大，最大增幅率為89.94%。不同含量的硒酸鈉大幅度提升了油菜地上部、地下部硒積累量，與對照相比最多分別增加了77.14、4.55倍。亞硒酸鈉處理后，油菜地下部轉運硒至地上部的能力較弱，只有小部分轉運至地上部，大部分積累在根部。

參考文獻：

[1]Sehwarz K，Foltz C M. Selenium as an integral part of factor 3 against dietary necrotic liver degenergation[J]. Joumal of the Ameriean Chemical Society，1957，79：3292-3293.

[2]Rotruck J，Pope A，Ganther H，et al. Selenium：biochemical role as a component of glutathione peroxidase[J]. Science，1973，179：588-590.

[3]Toan D Q. 有機肥施用對土壤-植物體系中硒生物有效性的影響及其機理[D]. 咸陽：西北農林科技大學，2019.

[4]Rayman M P. Selenium and human health[J]. Lancet，2012，379：1256-1268.

[5]喬 斌. 黃芪對硒的富集轉運特性研究[D]. 保定：河北農業大學，2013.

[6]Combs G F. Selenium in global food systems[J]. British Journal of Nutrition，2001，85：517-547.

[7]Méplan C，Hesketh J.The influence of selenium and selenoprotein gene variants on colorectal cancer risk[J]. Mutagenesis，2012，27：177-186.

[8]賈朝佩. 作物對外源硒的吸收效果及外源硒對作物生物量的影響研究[D]. 合肥：安徽農業大學，2010.

[9]黃青青. 水稻和小麥對硒的吸收、轉運及形態轉化機制[D]. 北京：中國農業大學，2015.

[10]Fernández-Martínez A，Charlet L.Selenium environmental cycling and bioavailability：a structural chemist point of view[J]. Rev Environ Sci Biol，2009，8 （1）：81-110.

[11]Banuelos G S，Lin Z Q. Phytoremediation management of selenium-laden drainage sediments in the San Luis Drain：a greenhouse feasibil-itystudy[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2005，62（3）：309-316.

[12]Keskinen R，Turakainen M，Hartikainen H. Plant availability of soilselenate additions and selenium distribution within wheat and ryegrass[J]. Plant and Soil，2010，333（1/2）：301-313.

[13]Panfili F，Manceau A，Sarret G，et al. The effect of phytostabilization on Zn speciation in a dredged contaminated sediment using scanning electron microscopy，X-ray fluorescence，EXAFS spectroscopy，and principal components analysis[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta，2005，69（9）：2265-2284.

[14]張 妮. 不同價態外源硒對小麥硒吸收與轉運的影響[D]. 石河子：石河子大學，2016.

[15]王曉芳，陳思楊，羅 章，等. 植物對硒的吸收轉運和形態轉化機制[J]. 農業資源與環境學報，2014，31（6）：539-544.

[16]楊純光，鄧正春，謝 輝，等. 油菜富硒高產栽培技術[J]. 作物研究，2017，31（7）：789-790，802.

[17]滕世輝，李曉霞，曹洪祥，等. 葉面噴硒對稻米產量和含硒量影響研究初報[J]. 農學學報，2015，5（11）：1-3.

[18]李金峰，聶兆君，趙 鵬，等. 土壤-植物系統中硒營養的研究進展[J]. 南方農業學報，2016，47（5）：649-656.

[19]段曼莉. 4種蔬菜對不同價態外源硒吸收、轉運和生物有效性差異的研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2011.

[20]張 馳，周大寨，吳永堯，等. 硒對油菜苗期生長和生理生化指標的影響[J]. 湖北農業科學，2007，46（3）：363-365.

[21]陳火云，王加冕，汪 歡，等. 硒葉面肥對油菜農藝性狀、產量和籽粒硒含量影響的初步研究[J]. 長江大學學報（自然版），2018，15（2）：5-8，4.

[22]王紅艷. 微量元素硒的生理功能綜述[J]. 宿州師專學報，2003（3）：77-79.

[23]周勛波，吳海燕，洪延生，等. 作物施硒研究進展[J]. 中國農業科技導報，2002（6）：45-50.

[24]姜超強，沈 嘉，徐經年，等. 不同富硒土壤對烤煙生長及硒吸收轉運的影響[J]. 西北植物學報，2014，34（11）：2303-2308.

[25]朱祝軍，錢瓊秋. 硒對小白菜生長和養分吸收的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2003，9（3）：353-358.

[26]Biacs P A.Daood H G，Kodar I.Effect of Mo，Se，Zn and Cr treat-ments on the yield，element concentration and carotenoid content of carrot[J]. J Agric Food Chen，1995，43：589-591.

[27]劉媛媛，孟凡喬，吳文良，等. 植物中硒的含量、影響因素及形態轉化研究[J]. 農業資源與環境學報，2014，31（6）：533-538.

[28]郭 璐. 作物對外源硒酸鹽和亞硒酸鹽動態吸收的差異及其機制研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2014.

[29]趙文龍，胡 斌，王嘉薇，等. 磷與四價硒的共存對小白菜磷、硒吸收及轉運的影響[J]. 環境科學學報，2013，33（7）：2020-2026.

[30]王海波，王孝娣，毋應龍，等. 設施葡萄對硒的吸收運轉及積累特性[J]. 果樹學報，2011，28（6）：972-976.

[31]王玉榮，賈 瑋，胡承孝，等. 油菜硒的富集特征及其與土壤硒的關系[J]. 環境科學學報，2018，38（1）：336-342.

[32]周成河，許 敏，頓春垚，等. 硒肥濃度對藤茶硒含量及生長發育的影響[J]. 食品工業科技，2017，38（2）：127-131.

[33]Li H F，Mc Grath S P，Zhao F J. Selenium uptake，translocation and speciation in wheat supplied with selenate or selenite[J]. New Phytologist，2008，178：92-102.