外源氨基酸硒肥對黃瓜幼苗生長及抗氧化物指標的影響

蔣月喜，陳 琴，張 力，張潤卿，陳振東，周生茂，李 洋，宋煥忠，文俊麗，蔣 哲，郭元元

(1.廣西農業科學院蔬菜研究所，南寧 530007；2.浙江大學農業與生物技術學院，杭州 310058；3.廣西大學農學院，南寧 530004)

【研究意義】黃瓜(CucumissativusL.)是葫蘆科黃瓜屬一年生蔓生植物，是一種營養豐富、鮮食與加工兼用的蔬菜。我國是黃瓜主要種植地，種植規模和產量均居世界首位，據聯合國糧食及農業組織(FAO)統計，2019年我國黃瓜總產量達7034萬t，占世界總產量的70%以上[1]。培育優質幼苗是蔬菜優質高產栽培能否取得成功的關鍵技術之一，幼苗生長狀況對蔬菜中后期的生長影響顯著，培育優質苗是實現蔬菜栽培高產高效的重要保障。硒(Se)是人體必需的微量元素之一[2-3]。對于植物而言，適宜濃度的硒素可促進植物生長發育，提高作物產量，同時還可改善作物品質，增強作物對逆境脅迫的抗性，抵抗重金屬毒害，提高農產品的價值[4-5]。因此，探究外源硒肥對黃瓜幼苗生長及抗氧化物指標的影響，對保障黃瓜優質高產栽培具有重要意義。【前人研究進展】黃瓜苗期生長狀況會顯著影響植株的生長、花芽分化及果實發育，最終影響產量和品質[5]。目前黃瓜大多利用盤穴和基質進行育苗，在光溫濕等不利因素脅迫下常出現徒長苗和老弱苗等，徒長苗常表現為下胚軸及節間伸長，葉片開展度增大，根冠比降低，葉片變薄，組織含水量提高，影響定植成活率，同時導致定植后植株對逆境的適應性減弱；而老弱苗常表現為根系不發達，老根、死根多，節間短，葉片小，生長點皺縮[6]。前人不僅對光溫濕等物理因素對黃瓜育苗的影響進行了研究，同時也針對外源物質對黃瓜育苗的影響進行了大量探索。朱鹿坤等[7]研究結果表明，在紅藍光源基礎上增加一定比例的綠光，能有效降低黃瓜幼苗的丙二醛(MDA)含量，顯著促進黃瓜幼苗生長；紅光在一定程度上會抑制植物節間過度生長[8]。在育苗過程中，針對性地添加外源物質可提高黃瓜幼苗的質量[9]。李峰等[10]研究結果表明，黃瓜苗期外源噴施不同濃度配比的氧化亞鐵、縮節胺和磷酸二氫鉀能有效控制幼苗高度，增強黃瓜長勢，起到控制徒長的作用。水培法種植黃瓜，通過增加外源過氧化氫(H2O2)增強黃瓜的抗氧化系統，從而降低鹽脅迫引起的氧化脅迫，減少損傷[11]。噴施適量的外源NO可促進黃瓜幼苗中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性，緩解低溫對黃瓜幼苗的影響，促進幼苗生長[12]。硒是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的重要組成部分，其可有效清除逆境脅迫所產生的自由基，減緩自由基引發的膜脂過氧化引起的細胞膜損傷[13]。范雙喜等[14]研究表明，低濃度的外源氨基酸硒可提高黃瓜的硒、維生素C、可溶性糖和可溶性固形物等含量，同時增強逆境條件下黃瓜GSH-Px等抗氧化酶活性，降低膜脂過氧化產物及MDA水平。陳玉紅和劉忠良[15]研究結果表明，水培液中添加低濃度硒可增加黃瓜的葉面積，促進根、莖、葉和瓜的生長，但濃度達2.00 mg/L時會抑制生長，研究同時發現黃瓜中的硒含量隨硒添加量的增加而增加。饒玲等[16]通過施用外源蛋氨酸硒緩解了干旱脅迫對黃瓜幼苗生長的傷害，同時發現20 mg/L的蛋氨酸硒能顯著降低干旱條件下黃瓜幼苗葉片中MDA和H2O2含量，增加葉片滲透調節物質的含量，提高葉片抗氧化相關酶的活性，以及抗氧化物質如谷胱甘肽(GSH)和抗壞血酸(AsA)的含量，極大地提高了黃瓜幼苗的抗旱能力。【本研究切入點】前人的研究主要集中在硒素對黃瓜苗期抗逆緩解及富硒產品生產方面，對于非脅迫條件下的硒肥用量及其對黃瓜苗期影響的研究較少。【擬解決的關鍵問題】在正常育苗條件下，研究不同濃度硒肥對黃瓜幼苗農藝性狀、滲透調節物質和抗氧化物質含量、抗氧化酶活性及硒富集的影響，以期獲得黃瓜幼苗硒素富集規律及培育優質壯苗的硒濃度指標，為黃瓜高效優質育苗及栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為桂青1號黃瓜，由廣西農業科學院蔬菜研究所提供。前期研究結果發現，桂青1號黃瓜富硒能力強，商品性狀優良穩定。供試氨基酸硒葉面肥由南寧市博發科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2020年1—12月在廣西農業科學院蔬菜研究所中試基地育苗棚進行。黃瓜種子用50～56 ℃溫水浸泡8～10 min，期間不斷攪拌，常溫下浸種2 h撈出，瀝干水分后裝入發芽盒，置于29～32 ℃恒溫箱催芽。露白后播入50孔穴盤，常規基質育苗，正常水肥管理。

試驗采用隨機區組設計，以氨基酸硒葉面肥作為硒源設8個硒濃度處理[0(CK)、2、4、6、8、10、12和14 mg/L]，每處理3個穴盤，共24個小區，在黃瓜幼苗生長至1葉1心期用不同濃度的硒進行噴施處理，共噴施1次，待幼苗生長至2葉1心期觀測記錄田間數據并采樣(施硒后第12天)，采樣時每小區隨機取3個重復，每重復取10株幼苗進行混樣。

1.2.2 測定指標及方法 ①黃瓜幼苗農藝性狀測定。黃瓜苗期農藝性狀指標按照《黃瓜種質資源描述規范和數據標準》進行觀察記錄，記錄株高、株幅、下莖長、葉長、葉寬和根長共6個指標。②黃瓜幼苗營養品質及抗氧化酶活性測定。總葉綠素和可溶性蛋白含量及POD和CAT活性測定參照李合生[17]的方法。③黃瓜幼苗氧化還原相關物質。MDA、脯氨酸(Pro)和AsA含量測定參照南京建成試劑盒的方法；硒含量測定參照《食品安全國家標準 食品中硒的測定》(GB 5009.93—2010)。

1.3 統計分析

采用Excel 2016進行數據處理和作圖，試驗數據均采用SPSS 22.0進行相應分析，差異顯著性采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 氨基酸硒對黃瓜幼苗生長指標及總葉綠素含量的影響

由表1可知，隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗的株高、株幅、葉長、葉寬和根長等指標整體上均呈先升高后下降的變化趨勢。當硒濃度為2 mg/L時顯著(P<0.05，下同)增加了幼苗植株株高(18.83 cm)和株幅(18.50 cm)，分別較對照增加37.74%和40.47%。黃瓜幼苗下莖長在硒濃度為10 mg/L時達最高值(14.00 cm)，較對照顯著增加170.79%，且10 mg/L處理與12和14 mg/L處理間差異不顯著(P>0.05，下同)，空白對照的下莖長最短，為5.17 cm；硒濃度為2 mg/L時，黃瓜幼苗的葉長(7.77 cm)和葉寬(7.90 cm)達最高值，分別較對照增加1.83%和10.80%，與對照差異均不顯著。黃瓜幼苗根長在硒濃度為2 mg/L時達最高值(13.80 cm)，較對照長18.25%，硒濃度2 mg/L處理與4、8和10 mg/L處理間根長差異不顯著，但與其他濃度處理間差異達顯著水平。黃瓜幼苗葉片總葉綠素含量也隨著硒濃度的增加呈先升高后下降的變化趨勢，以硒濃度6 mg/L處理時最高，為4.99 mg/g FW，較對照顯著增加39.00%。

表1 氨基酸硒對黃瓜幼苗生長指標及總葉綠素含量的影響Table 1 Effects of amino acid selenium on growth indexes and total chlorophyll content of cucumber seedlings

2.2 氨基酸硒對黃瓜幼苗營養品質及氧化還原物質的影響

不同濃度硒肥對黃瓜幼苗根、莖、葉中AsA含量的影響較大。由圖1可知，隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗根系和葉片中AsA含量呈先升高后降低的變化趨勢，12 mg/L處理根系中AsA含量達最高值(290.91 mg/kg FW)，較對照增加79.45%，而葉片中AsA含量最高值出現在6 mg/L處理(227.27 mg/kg FW)，較對照增加36.36%，說明幼苗葉片對硒素的響應較根系敏感。在高濃度硒(14 mg/L)處理下黃瓜幼苗根系和葉片中的AsA含量均呈降低趨勢，14 mg/L處理較對照根系和葉片中AsA含量變化分別為21.15%和-26.80%。在黃瓜幼苗莖稈中AsA含量也隨硒濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，但變化幅度不大，對照與2、4、6、8和10 mg/L處理間差異均不顯著。

圖柱上不同小寫字母表示差異顯著，下同Different lowercase letters on the bar indicated significant difference(P<0.05), the same as below圖1 不同硒濃度對黃瓜幼苗AsA含量的影響Fig.1 Effects of different selenium concentrations on AsA content in cucumber seedlings

可溶性蛋白和Pro作為植物體內重要的滲透調節物質，對保護細胞膜結構完整，維持細胞的滲透壓平衡具有重要作用。由圖2可知，總體上隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗根、莖和葉中可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的變化趨勢，且葉片的可溶性蛋白含量較高，其次為根和莖。在根、莖和葉中，可溶性蛋白含量最高值均出現在6 mg/L處理，分別為3.21、1.69和9.47 mg/kg FW，分別較對照增加69.85%、124.69%和76.02%。當硒濃度為14 mg/L時可溶性蛋白含量低于對照，分別較對照降低39.71%、11.11%和60.78%，與總葉綠素含量變化相似。

圖2 不同硒濃度對黃瓜幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effects of different selenium concentrations on soluble protein content in cucumber seedlings

由圖3可知，當硒濃度為10 mg/L時，黃瓜幼苗根系中的Pro含量達最高值(28.52 mg/kg FW)，與其他處理間差異顯著，且較對照增加15.86%；當硒濃度為12 mg/L時，莖中Pro含量達最高值(35.94 mg/kg FW)，與其他各處理間差異顯著，且較對照增加178.57%；當硒濃度為2 mg/L時，葉片中Pro含量達最高值(34.98 mg/kg FW)，與其他處理間差異顯著，且較對照增加213.16%。

圖3 不同硒濃度對黃瓜幼苗Pro含量的影響Fig.3 Effects of different selenium concentrations on Pro content in cucumber seedlings

2.3 氨基酸硒對黃瓜幼苗MDA含量的影響

MDA是植物膜脂質過氧化的產物，故可用各器官中MDA含量高低來衡量其膜質過氧化程度。由圖4可知，隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗根、莖和葉中MDA含量均呈先降低后升高的變化趨勢。在根和莖中MDA含量最小值均出現在6 mg/L處理，分別為13.90和13.10 nmol/kg FW，分別較對照減少65.90%和17.21%，且與其他處理間差異顯著；葉片中MDA含量最小值出現在4 mg/L處理，為23.74 nmol/kg FW，較對照減少21.59%，與其他處理間差異顯著。同時發現，根系中各處理的MDA含量始終低于對照，說明在黃瓜苗期噴施適當濃度的硒有利于緩解根系膜脂質的過氧化；而當硒濃度>10 mg/L時，莖和葉中的MDA含量均顯著高于各自對照，分別較對照增加25.76%和21.59%，說明高濃度(>10 mg/L)的硒處理會增加膜脂質過氧化程度，同時也說明根對硒素的耐受能力大于莖和葉。

圖4 不同硒濃度對黃瓜幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of different selenium concentrations on MDA content in cucumber seedlings

2.4 氨基酸硒對黃瓜幼苗抗氧化酶系統的影響

SOD、POD和CAT是植物體內抗氧化系統的重要構成，在參與活性氧自由基清除、逆境和損傷的抵御修復方面發揮重要作用。由圖5可知，隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗根和莖中的SOD活性呈先升高后降低的變化趨勢，在根、莖和葉中，硒濃度在4 mg/L時SOD活性達最高，分別為1779.60、1989.58和1642.98 U/g FW，依次較相應對照顯著增加677.76%、3734.25%和345.81%。在根和莖中，SOD活性的最低值均出現在對照，說明硒處理均不同程度地提高了根和莖的抗氧化能力。隨著硒濃度增加至8～14 mg/L，作為適應性反應，根和莖中的SOD活性又呈小幅度的先升高后下降趨勢，對硒毒害起到一定的緩解作用。葉片中SOD活性最低值出現在14 mg/L處理，說明SOD不足以抵御高濃度硒處理對幼苗葉片造成的損傷。

圖5 不同硒濃度對黃瓜幼苗SOD活性的影響Fig.5 Effects of different selenium concentrations on SOD activity of cucumber seedlings

由圖6可知，總體上黃瓜幼苗莖中的POD活性較高，其余依次為根和葉。隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗根和莖中的POD活性大體呈先升高后降低的趨勢。在根、莖和葉中，硒濃度為12 mg/L時POD活性達最高值，分別為54 333.33、74 600.00和17 666.67 U/g FW，較各自對照顯著增加279.07%、254.11%和24.41%。在根和莖中，POD活性最低值均出現在2 mg/L處理，而葉片中POD活性最低值出現在14 mg/L處理。

圖6 不同硒濃度對黃瓜幼苗POD活性的影響Fig.6 Effects of different selenium concentrations on POD activity of cucumber seedlings

由圖7可知，低濃度硒(0～6 mg/L)可不同程度地提高黃瓜幼苗根、莖和葉中的CAT活性，而高濃度硒(12～14 mg/L)處理則不同程度地抑制根和莖中的CAT活性。在根和莖中，硒濃度為10 mg/L時CAT活性達最高值，分別為61.20和79.56 U/g FW，較各自對照顯著增加33.33%和766.67%。在葉片中，硒濃度為12 mg/L時CAT活性達最高值，為110.16 U/g FW，較對照顯著增加140.0%。

圖7 不同硒濃度對黃瓜幼苗CAT活性的影響Fig.7 Effects of different selenium concentrations on CAT activity of cucumber seedlings

2.5 氨基酸硒對黃瓜幼苗硒富集的影響

由圖8可知，黃瓜幼苗根、莖和葉中硒含量隨著外源硒濃度的增加呈先升高后降低的變化趨勢。當硒濃度為10 mg/L時黃瓜幼苗根、莖和葉中的硒含量均達最高值，分別較對照增加234.26%、137.14%和357.30%，其中根和莖中的硒含量顯著高于對照，說明本研究條件下10 mg/L濃度為黃瓜幼苗根、莖和葉可承受的最大濃度。黃瓜幼苗各器官總硒含量排序為：根>莖>葉，根系對硒的富集能力最強。

圖8 不同硒濃度對黃瓜幼苗各部位總硒含量的影響Fig.8 Effects of different selenium concentrations on total selenium content in various parts of cucumber seedlings

3 討 論

在硒對蔬菜生長方面，大量研究表明低濃度硒對植物生長有促進作用，濃度過高會抑制植物生長[18-20]。本研究結果與前人相似，噴施適宜濃度的氨基酸硒葉面肥可對黃瓜幼苗生長起到促進作用，較低硒濃度(2～6 mg/L)的生長指標較好，濃度過高時(>10 mg/L)會對黃瓜幼苗生長及酶活性產生抑制作用，表現為徒長(幼苗下莖長增加)和葉色變黃(葉綠素含量降低)。下莖長的生長會受到光照、溫度及內源激素的影響。前人研究發現，外源施加縮節胺能降低黃瓜幼苗內源赤霉素活性，而赤霉素能促進生長素的合成并抵制其降解[21]。本研究中在不改變光照和溫度條件下，因施加外源硒導致黃瓜幼苗下胚軸生長，可能是硒元素能促進內源赤霉素提高和生長素活性所致。生產中可考慮采用低濃度氨基酸硒處理用于黃瓜壯苗培育，目前已在油菜[22]和芽苗菜[23]等多種蔬菜作物中應用。

總葉綠素是植物代謝過程中進行光合作用和同化物質的基礎，葉綠素含量高植株的光合作用就強。研究表明，葉綠素對硒濃度敏感，因此可作為反映硒毒害程度的指標。在本研究中，低硒濃度(2～6 mg/L)可顯著提高黃瓜幼苗總葉綠素含量。杜慧玲等[24]盆栽生菜葉面噴亞硒酸鈉試驗發現，適宜濃度外源硒(0～4 mg/L)可提高葉片中總葉綠素含量；孫協平等[25]用濃度為1 mg/L的硒代蛋氨酸處理陽光玫瑰葡萄，可提高其幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量。本研究結果與杜慧玲等[24]和孫協平等[25]的研究結論相似。不同植物對硒的耐受性不同，本研究中，當外源硒濃度>6 mg/L時總葉綠素含量開始下降，外源硒濃度>10 mg/L時低于或顯著低于對照水平。

MDA作為膜脂過氧化產物，其含量可用來衡量細胞膜受損程度[26]。當植物遭受外界環境脅迫時，細胞膜受到損傷，導致膜脂過氧化，細胞內溶物外滲，產生并積累膜脂過氧化產物MDA[27]。本研究結果表明，硒濃度為2～14 mg/L時均可顯著降低黃瓜幼苗根系中的MDA水平，且6 mg/L處理的作用效果最好；當硒濃度為4和6 mg/L 時可分別顯著降低葉片和莖稈中的MDA含量；當硒濃度>10 mg/L時莖和葉中的MDA水平高于對照，膜系統受損程度增加，而根中的MDA水平并未高于對照。一方面說明黃瓜根系對硒素的耐受能力較莖和葉強，另一方面表明4～6 mg/L的硒濃度為減少黃瓜幼苗自由基損傷的適宜濃度。饒玲等[16]研究發現，20 mg/L 蛋氨酸硒可顯著降低黃瓜幼苗葉片MDA含量；羅盛國等[28]研究發現，施用低濃度的亞硒酸鈉可使黃瓜葉片中MDA降低。說明不同類型的外源硒對植物的影響程度不同。

植物體內的抗氧化酶系統主要包含SOD、CAT、POD和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等酶類。當植物遭受生物或非生物脅迫時，這幾種酶在不同逆境條件下會產生不同的響應[29]。已有的研究表明，這些酶能引發膜脂過氧化、膜透性增加、生理生化指標異常等一系列問題，而包括SOD、POD、CAT和APX等在內的酶促抗氧化系統在清除過量活性氧、防止過氧化過程中扮演了重要角色。SOD在植物體中承擔著清除細胞中多余超氧陰離子的任務，是植物對抗氧化的第一道防線；POD主要參與植物逆境脅迫中活性氧清除的過程，研究表明，當植物受到損傷時，POD可促進木質素和木栓質的生物合成和積累；而CAT在清除植物體內H2O2，延緩植物衰老發揮著重要作用[30]。本研究中低濃度硒(2～6 mg/L)可不同程度地提高黃瓜幼苗根、莖和葉中的SOD活性、根中POD活性和根、莖、葉中的CAT活性，而后隨著硒濃度升高(8～14 mg/L)硒毒害作用加劇，作為適應性反應黃瓜幼苗中SOD、POD和CAT活性均呈先升高后下降的變化趨勢。說明脅迫初期黃瓜幼苗抗氧化系統對低濃度硒有一定的防御應激反應，而隨著脅迫大于10 mg/L，抗氧化系統遭到破壞，植株受害加重，與饒玲等[16]和熊仕娟等[26]的研究結果相似。

除酶促抗氧化系統外，包括抗AsA和Pro在內的非酶促抗氧化系統也在保持植物體內活性氧自由基代謝平衡的過程中發揮重要作用。在植物中，AsA能還原超氧自由基，清除H2O2，還可參與病原菌防御以及異源物質的消除[31]。本研究結果表明，低濃度硒(2～6 mg/L)可不同程度地提高黃瓜幼苗根系和葉片中的AsA含量及莖稈和葉片中的Pro含量，然后隨著硒濃度增加(8～14 mg/L)，黃瓜幼苗根系和葉片中AsA含量及根、莖、葉中Pro含量均呈先升高后降低的趨勢。研究發現，AsA小分子的特性會使其在植物體中轉移[32]。俞樂等[33]研究發現，植物幼嫩部位(花、幼果、匍匐莖尖和塊莖等)的AsA含量通常較高，在果實中也能達到極高的濃度；植物中AsA含量高低能影響碳代謝產物糖的合成與運輸，進而影響植物生長及果實產量。以上發現說明，通過在苗期適當添加外源硒對植物中后期的生長及提高營養品質和產量有一定的促進作用。何麗爛等[34]研究表明，適當施用AsA可顯著降低黃瓜幼苗子葉中膜脂過氧化物MDA含量。郭孝等[35]發現，硒可明顯提高紫花苜蓿葉片中游離Pro、鉀及總葉綠素含量，本研究結果與之相似，低濃度硒(2～6 mg/L)可明顯提高黃瓜幼苗總葉綠素和Pro含量。

在硒素積累規律方面，本研究結果顯示，隨著硒濃度的增加，黃瓜幼苗根、莖和葉中總硒含量均呈先升高后降低的變化趨勢，且幼苗各器官總硒含量排序為：根>莖>葉，根系對硒的富集能力最強。潘紹坤等[36]研究表明，隨著土壤硒濃度的增加(0～100 mg/kg)，茄子幼苗根系中硒含量持續增加，而莖葉中硒含量呈先升高后降低的趨勢；陳佳佳等[37]研究表明，通過增加營養液中的含硒量，黃瓜植株各部位的硒含量及硒累積量顯著高于未施硒對照，同時均表現為根>莖>果實>葉片，本研究結果與潘紹坤等[36]和陳佳佳等[37]相似。

4 結 論

施用適當濃度外源硒可明顯提高黃瓜苗期農藝性狀(株高、株幅、葉長、葉寬、根長等)、生理(總葉綠素、抗壞血酸等)、滲透調節物質(可溶性蛋白、Pro等)指標，改善酶系統(SOD、POD、CAT)的良性運轉，進而影響黃瓜整個生長過程，促進植物生長，提高果實品質及產量。黃瓜苗期在高濃度硒處理下，各生長和品質指標持續下降，呈現毒害作用。本研究中黃瓜幼苗可承受的最大硒濃度為10 mg/L，綜合本試驗結果，生產上可在黃瓜幼苗期噴施低濃度氨基酸硒肥(硒濃度6～8 mg/L)以培育壯苗。