土壤施用硒礦粉對蘿卜苗硒含量及生理生化的影響

李 陽，吉力力·麥麥提，萬佐璽，李亞東，楊蘭芳*

（1.湖北大學資源環境學院，湖北 武漢 430062；2.湖北民族大學生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000）

硒是人體必需的微量元素之一，人體缺硒會導致多種疾病，如克山病、大骨節病、心血管疾病等［1-3］。另外，硒元素在抗病毒、抗癌、免疫功能調節等方面也發揮著積極作用［4-5］。可見，適當增加硒的攝入量，對人類維持身體健康具有重要意義。國內不少學者對不同施硒方式所達到的富硒效果進行了重點研究，主要包括不同濃度土壤施硒、葉面施硒條件下植物的硒含量及在植物體內的硒分配和轉運［6-8］。研究發現，適量施硒對作物的生長發育起促進作用，過量施硒對作物的生長發育起抑制作用［9-11］。其主要表現在作物的硒含量、生物量、品質、保護性酶等方面。硒是植物生長發育的有益元素之一，且植物是將無機硒轉化為有機硒的載體［12-13］。因此，研究硒對植物生長發育的影響具有重要的理論和現實意義。

人體硒主要通過飲食從農產品中獲得，因此富硒農產品的開發不僅具有經濟效益，而且對改善人們健康狀況和提升生活質量具有重要作用，從而也帶來一定的社會效益。目前，主要是通過施用含硒肥料來提高農產品的硒含量，其來源受到限制。硒礦作為一種天然硒資源，其硒的生物有效性尚不清楚，探究硒礦中硒的生物有效性，可以為富硒農產品的開發提供廉價的硒資源。為此，本研究通過土壤施硒礦粉的盆栽試驗，測定蘿卜苗的硒含量、生物量以及相關營養品質和生理指標，探討硒礦粉對蘿卜苗生長發育的影響，為富硒農產品的開發和硒礦資源的利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蘿卜品種為‘九斤王’，為福建省南平市建陽區曉富種子有限公司生產。所用土壤為棕紅壤，在發生分類中屬于鐵鋁土綱，濕熱鐵鋁土亞綱，紅壤土類，棕紅壤亞類。土壤采回后在通風陰涼處鋪成薄層自然風干，剔除植物殘體和石塊并過5 mm篩裝于大塑料桶中備盆栽試驗之用。硒礦材料來源于湖北省恩施土家族苗族自治州雙河鎮漁塘壩村，采回后自然風干，粉碎過0.15 mm篩，裝于塑料瓶中備用。原土含硒0.24 mg/kg，硒礦粉含硒675.2 mg/kg、有機質423.45 g/kg。供試土壤有機質、總氮、總磷含量分別為19.64、0.882、0.592 g/kg，堿解氮、銨態氮、硝態氮、有效磷、速效鉀含量分別為162、49.48、61.74、9.27、60.2 mg/kg，陽離子交換量為9.19 cmol/kg，pH為6.42。

1.2 試驗方法

試驗所用盆缽為圓臺形塑料缽，高15.5 cm，底部直徑12 cm，口徑22 cm。根據有關土壤施硒盆栽試驗的文獻［6，14-15］和本試驗供試硒礦粉硒含量（675.2 mg/kg），設置了7個處理：F0（CK）、F3、F5、F10、F20、F25、F50，分別為施加硒礦粉0（對照）、3、5、10、20、25和50 g/kg，硒礦粉裝盆拌土時與土壤混合均勻。每盆播種15粒蘿卜種子，每處理3個重復。土壤中施用N、P2O5、K2O分別為300、100、200 mg/kg作基肥（用硫酸銨、磷酸二氫鉀、氯化鉀配制成含N、P2O5、K2O分別為30、10、20 mg/mL的混合溶液，拌土時按每千克土加入10 mL，拌勻）。于2020年7月27日播種，每盆裝土3.0 kg，灌水至土壤含水量為20%。每天進行常規的水分管理與病蟲害管理，視土壤含水量狀況，每日早晚進行補水0～200 mL。所有盆缽放置在長方形推車上，雨天推進遮雨棚內，非雨天推到網室下。蘿卜苗于2020年9月27日收獲。試驗場地位于武漢市湖北大學校園內沙湖邊。

1.3 指標的測定

于2020年9月中旬（9月16、24、27日）采樣，選擇靠近植株頂部長勢大致相同、未受病蟲災害的葉片作為樣品進行采集。

分析測試方法：（1）采用氫化物發生-原子熒光法測定植物樣品中的硒含量［16］；（2）采用苯酚-濃硫酸顯色分光光度法測定可溶性糖含量［17］；（3）采用鉬酸銨分光光度法測定維生素C（Vc）含量［18］；（4）葉綠素：樣品用95%乙醇提取，通過分光光度法測定提取液在470、649、665 nm處的吸光度，計算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量［17］；（5）利用高錳酸鉀容量法測定過氧化氫酶（CAT）活性［17］。（6）采用硫代巴比妥酸顯色多波長分光光度法測定丙二醛（MDA）含量［17］。

運用Excel 2013計算平均值與標準差、作圖和進行t檢驗，運用SPSS 23.0進行單因素方差分析和多重比較（LSD法），顯著水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 土壤施硒礦粉對蘿卜苗硒含量的影響

由圖1可知，蘿卜苗中硒含量隨著土壤硒礦粉施用量的增加呈現顯著上升的趨勢，土壤經過不同濃度硒礦粉處理后，蘿卜苗中硒含量分別達到 了1.01、2.02、2.96、6.39、10.60、20.02 μg/g。其分別較對照提高了4.37、9.72、14.73、32.93、55.29、105.35倍。相關分析表明，蘿卜苗硒含量與土壤硒礦粉施用量呈極顯著的線性正相關。（y=0.4029x-0.3357，r=0.9884，P＜0.01）。

圖1 施硒礦粉對蘿卜苗硒含量的影響

2.2 土壤施硒礦粉對蘿卜苗生物量的影響

由表1可知，不同濃度硒礦粉處理下，蘿卜苗的濕重、干重與對照相比均存在顯著差異（P＜0.05）。硒礦粉處理組蘿卜苗濕重較對照顯著降低21.725%～69.609%，硒礦粉處理組蘿卜苗干重較對照顯著降低28.605%～60.441%。生物量均以F50處理組最低，說明過量施用硒礦粉對蘿卜苗的生物量起抑制作用。

2.3 土壤施硒礦粉對蘿卜苗品質的影響

由表2可知，硒礦粉的施用水平對蘿卜苗葉片Vc含量影響顯著（P＜0.05），其中F3、F5 、F10、F20、F25處理組顯著增加了葉片Vc的含量，其分別較對照增加了14%、7%、70%、52%、39%。在F10處理組達最大值，而高施硒礦粉處理F50則顯著降低了葉片Vc的含量，其較對照降低了5%。相關分析表明，土壤硒礦粉施入量與蘿卜苗葉片Vc含量呈顯著的二次函數相關（r=0.833，P＜0.05）。

表1 土壤施硒礦粉對蘿卜苗生物量的影響

由表2可知，F10和F20的可溶性糖含量顯著高于對照和其他處理，且以F10可溶性糖含量最高，較對照增加50%，而F50的可溶性糖含量最低，顯著低于對照和其他處理，較對照低28.2%。

表2 施硒礦粉對蘿卜苗品質的影響 （mg/g）

2.4 土壤施硒礦粉對蘿卜苗葉片過氧化氫酶活性的影響

圖2 施硒礦粉對蘿卜苗葉片過氧化氫酶活性的影響

由圖2可知，土壤施硒礦粉顯著影響蘿卜苗葉片的CAT活性。除F50處理組與對照無顯著差異外，其余處理的CAT活性均顯著低于對照。說明外源性硒礦粉顯著降低了蘿卜苗葉片的保護酶活性，降低了蘿卜苗的抗氧化作用，減弱了蘿卜苗生長發育過程中的抗逆性，這可能是由于硒礦粉施入土壤后對土壤結構造成一定影響，進而影響到蘿卜苗的生長發育。如果去掉對照，只將施硒礦粉的處理進行相關分析，那么蘿卜苗葉片的CAT活性與土壤硒礦粉施用量呈極顯著的線性相關（y=0.069x+16.14，r=0.998，P＜0.01）。

2.5 土壤施用硒礦粉對蘿卜苗葉片丙二醛含量的影響

由圖3可知，各處理的MDA含量各不相同。同對照相比，F10和F25的MDA顯著降低，而F20顯著增加，其余處理與對照無顯著差異。

圖3 施硒礦粉對蘿卜苗葉片丙二醛含量的影響

2.6 土壤施硒礦粉對蘿卜苗葉片光合色素含量的影響

由表3可知，土壤施硒礦粉對蘿卜苗葉片光合色素含量及構成有顯著影響。適當施用硒礦粉可增加蘿卜苗的光合色素含量，而過量施加硒礦粉則會降低光合色素含量。F10的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量均最高，顯著高于對照和其余處理，分別比對照增加了31.8%、55.6%、36.2%和26.8%；F50的光合色素含量最低，顯著低于對照和其余處理，其葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量分別比對照低24.4%、16.7%、23.4%和21.9%。在葉綠素a與葉綠素b的比值中，除了F25與對照無顯著差異外，其余處理的比值均低于對照。說明適量施硒可以通過促進礦質元素吸收、調節酶活性等作用對葉綠素的合成產生促進作用，而過量施硒對葉綠素的合成起抑制作用。

表3 土壤施硒礦粉處理下蘿卜苗期葉片的光合色素含量

2.7 土壤施用硒礦粉條件下蘿卜苗葉片光合色素與可溶性糖含量的關系

為了認識土壤施用硒礦粉條件下，蘿卜苗葉片光合色素與可溶性糖含量的關系，將蘿卜苗葉片光合色素含量與可溶性糖含量進行了相關分析，從表4可見，無論是葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b，還是類胡蘿卜素，它們都與可溶性糖含量呈線性正相關，相關系數均達到了極顯著水平。說明在土壤施用硒礦粉條件下，蘿卜苗葉片光合色素與可溶性糖含量變化具有一致性，硒礦粉中的硒能夠影響植物的光合作用。

表4 可溶性糖含量與光合色素的關系

3 討論

3.1 硒礦粉與蘿卜苗硒含量

植物對硒的吸收受植物種類、生長周期、硒源及施硒濃度、施硒方式、土壤類型等多種因素的影響，有研究表明葉面施硒效率高于土壤施硒［19-20］，所以要使作物通過土壤施硒達到富硒效果，應適量增加施硒量，但土壤施硒量應在保證作物正常生長發育的基礎上設定。中國營養協會推薦正常成年人每天硒的攝入量為50～250 μg，由此可見，本試驗可以使蘿卜苗達到富硒效果，以施硒礦粉10 g/kg處理最佳，按植物含水量90%折算，食用蘿卜苗200～800 g，就可以達到補硒的效果，且符合大眾的飲食規律，在食用高硒礦粉處理組蘿卜苗時應注意攝入量，避免硒中毒。土壤施用硒礦粉種早稻的田間試驗表明，早稻稻米和莖稈的含硒量均與土壤硒礦粉施用量呈線性正相關［21］，這與本試驗蘿卜苗含硒量與硒礦粉施用量呈線性正相關的結果一致，說明硒礦粉中的硒能夠被植物吸收利用，且具有提高植物硒含量的效果。此外，硒礦粉有速效和緩效的雙重作用，硒礦粉中的有效硒可以被植物直接吸收利用，非有效硒可以被微生物等轉化成有效硒［22］。與其他硒源相比，施硒礦粉具有資源容易獲得，價格低廉、供硒平緩而持久等優勢。今后應加強硒礦粉重金屬含量方面的研究，如果能通過健康安全風險合格評估，硒礦粉將會成為具有廣泛應用前景的硒資源。

3.2 硒礦粉與蘿卜苗產量

有關硒對植株生物量影響的報道較為復雜，較多認為適量施硒具有促進作用，而過量則會起抑制作用［23-24］，也有施硒對生物量無顯著影響的報道［25］。本試驗結果是土壤施硒礦粉對蘿卜苗的生物量不僅沒有增產，反而具有減產的作用。其可能原因：一是蘿卜苗的個體差異較大，蘿卜是以后期的蘿卜根為最終生長結果的，在苗期階段生物量不穩定；二是硒礦粉的硒是遲效性硒，在蘿卜苗期階段其作用可能還未充分發揮出來；三是硒一般具有抗氧化延緩衰老的生理功能［26］，會使苗期生長延遲，從而導致苗的生物量出現減產的作用，而后期反而會生長的更好；四是本試驗的最低施用量為3 g/kg，還是可能偏高，不能表現出低劑量的促進作用。由于有關硒增產作用的報道都是在較低的施用量下出現的，如在鴨兒芹的土壤施硒試驗中，當土壤施硒量為0.5 mg/kg時，生物量達到最高［27］；向日葵的田間試驗中，施硒300 g/hm2具有增產作用［24］，如果每公頃土重按225萬kg計算的話，這個用量相當于施硒0.13 mg/kg。根據供試硒礦粉的含硒量，折合成本試驗的土壤施硒則濃度為2.03～33.75 mg/kg，說明對蘿卜苗生物量起增產作用的低濃度未包含在其中，因此，要弄清硒礦粉對蘿卜生物量的影響，還應進行包括更低濃度、更廣范圍的試驗，找出硒適宜的施用量。蘿卜一般是以收獲蘿卜根為主，還須進行蘿卜成熟期的試驗來驗證硒礦粉對蘿卜生物量的影響。本試驗最高硒礦粉施用量的蘿卜苗產量顯著低于其余處理，也與上述文獻中施硒過量對生物量產生抑制作用的結果一致。

3.3 硒礦粉與蘿卜苗生理生化指標

本試驗Vc含量隨硒礦粉使用量增加呈先增后降的變化規律，與盆栽人參菜施硒和甜櫻桃葉面噴硒試驗的結果相一致［28-29］。說明硒進入植物體后會影響植物Vc的合成與代謝，適當施硒可以調節植物Vc的含量水平。

可溶性糖在植物生長過程中具有重要作用［30］。在盆栽大蒜與獼猴桃施硒試驗中，隨著施硒濃度的增加，植物體內可溶性糖含量呈現先增加后減少的趨勢［31-32］。本試驗施用10和20 g/kg的處理顯著增加了可溶性糖含量，施用50 g/kg則顯著降低了可溶性糖含量，盡管因為植物類型和硒源不同而與上述結果略有差別，但是總體上是一致的，說明硒礦粉中硒也能像化學硒一樣，影響植物可溶性糖含量，合適的施用水平可以增加植物的可溶性糖含量。

CAT是抗氧化酶系統的重要組成部分之一［33］。本試驗結果與杏鮑菇、梨樹、碎米薺的施硒試驗結果略有差異［34-36］。隨著硒礦粉施用量的增加，CAT的活性逐漸增強，并未呈現下降趨勢，這應該是本試驗施用的硒礦粉，其硒活性可能沒有化學形態的硒高，加之植物類型不同，植物體內酶活性對硒的響應靈敏性也會不同所致，但在一定范圍內，硒礦粉也同施用化學形態的硒一樣，可以增加CAT的活性。

MDA是植物衰老或在逆境條件下發生膜脂過氧化作用產生的過氧化產物之一，通常用來表示細胞膜脂過氧化程度和對逆境條件反應的強弱。在烤煙和花椰菜施硒試驗中，適量施硒有利于降低MDA的生成，當達到一定濃度后，隨著施硒濃度不斷加大，MDA的含量反而增高［37-38］。本試驗結果與上述結果具有一定相似性，低水平硒礦粉對蘿卜MDA含量無顯著影響，施用10和25 g/kg時則顯著降低了MDA含量，表明適宜的土壤硒礦粉施用水平也能降低植物的膜脂過氧化損傷，對植物起保護作用。

本試驗中，適量施硒礦粉的情況下可以增加蘿卜苗葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，這與大蒜的施硒試驗結果具有一致性［39］。說明硒礦粉中的硒也能影響植物光合色素的含量，從而影響植物的光合作用。在本試驗的土壤施用硒礦粉條件下，蘿卜苗葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素的含量均與葉片可溶性糖含量呈極顯著的線性正相關，說明硒礦粉對葉綠素的影響和可溶性糖的影響是一致的，從而證明硒礦粉中的硒能影響植物的光合作用。雖然硒礦粉降低了葉綠素a與葉綠素b的比值，但葉綠素與可溶性糖的一致性表明硒礦粉沒有改變葉綠素的光合能力。光合作用是葉綠素a和葉綠素b共同作用完成的，他們在一個合適的比例范圍內才有益于光合作用［40］，本試驗中硒礦粉影響二者比值，說明硒礦粉中的硒能通過調節二者構成來影響光合作用。

4 結論

土壤施用硒礦粉對蘿卜苗硒含量、生物量、Vc、可溶性糖、MDA、光合色素含量和CAT活性產生影響，表明硒礦粉施入土壤中，其中的硒能夠釋放出來對植物的生理生化代謝過程產生影響，證明硒礦粉中的硒具有明顯的生物活性。適量施用硒礦粉可以促進蘿卜苗的生長發育且達到蔬菜富硒標準。由于施用硒礦粉10 g/kg所達到富硒效果的蘿卜苗，更符合大眾飲食規律，蘿卜苗中Vc、可溶性糖和光合色素含量也都是在該處理時最高，且該施用量下的MDA含量顯著低于對照，因此在本試驗條件下，硒礦粉最佳使用量為10 g/kg。從植物的富硒效果和生理生化指標來看，硒礦粉可以作為一種生產富硒蘿卜苗的硒資源。