葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿富硒降鎘效果的影響

白旭琴，賈春云，李文栓，李亞敏，劉長(zhǎng)風(fēng)，韓秀云，褚美函，鞏宗強(qiáng)，李曉軍

（1. 中國(guó)科學(xué)院污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016；2. 沈陽(yáng)化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110142；3. 河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；4. 內(nèi)蒙古朵日納硒科生物技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；5. 中共杞縣縣委組織部，河南 開(kāi)封 475200；6. 沈陽(yáng)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110044）

硒是人體必需的14 種微量元素之一，是人體實(shí)現(xiàn)多種功能所需蛋白質(zhì)和酶的必要成分，包括抗氧化防御，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和產(chǎn)生甲狀腺激素［1］。研究表明，癌癥治療期間硒補(bǔ)充劑可用于支持免疫系統(tǒng)；補(bǔ)硒有助于低硒人群抵抗肺癌的威脅，具備顯著的生物學(xué)功效［2］。食物是人體獲取硒的主要來(lái)源，包括富硒水稻（Oryza sativa）、玉米（Zea mays）、蔬菜、肉等［3］。植物組織中的硒更容易被人體吸收，而植物組織中的硒形態(tài)與植物種類和施硒方式有關(guān)。硒在植物中大多以硒代蛋氨酸（selenomethionine，SeMet）和硒代半胱氨酸（selenocysteine，SeCys）的形式存在，其中小麥（Triticum aestivum）和水稻中富集的硒主要是以SeMet 為主［4］。超富集植物中硒主要是以甲基硒半胱氨酸（methylselenocysteine，MeSeCys）和SeCys 的形式儲(chǔ)存，而非富集植物中的主要硒有機(jī)化合物為SeMet［5-7］。農(nóng)藝上的生物強(qiáng)化措施是提高植物硒含量最有效的方式［8］，包括在土壤中施加硒肥、在葉面噴施硒肥、硒拌種、含硒培養(yǎng)液培養(yǎng)、莖稈注射硒肥等［9］。硒肥濃度和施加硒肥的方式是影響植物生長(zhǎng)特征和富硒性能的兩個(gè)重要因素，施加低濃度硒肥有利于促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量、品質(zhì)和抗氧化能力［10］，高濃度的硒會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生抑制作用，造成脅迫。土壤基施硒肥和葉面噴施硒肥是較為常用的兩種強(qiáng)化措施，且葉面噴施硒肥時(shí)植物富硒效果是土壤基施硒肥的8 倍［11］。因此，葉面噴施硒肥是最有效的植物富硒方式。

紫花苜蓿（Medicago sativa）是世界上廣泛分布且享有盛譽(yù)的優(yōu)良牧草，因其良好的環(huán)境適應(yīng)性、品種優(yōu)良性、高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和高產(chǎn)量，被譽(yù)為“牧草之王”［12］。紫花苜蓿對(duì)硒的吸收能力較強(qiáng)，是將無(wú)機(jī)硒有機(jī)化的優(yōu)良載體［13］。通過(guò)牧草-動(dòng)物-人體的食物鏈，實(shí)現(xiàn)人體的安全、高效補(bǔ)硒。同時(shí)，紫花苜蓿也是土壤中鎘的超富集植物之一，表現(xiàn)出較強(qiáng)的鎘耐受性，是修復(fù)鎘污染土壤的候選植物［14］。2021 年《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》［15］中指出影響農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的主要污染物是重金屬，其中鎘為首要污染物，亟需進(jìn)行鎘污染土壤的修復(fù)，緩解農(nóng)作物或其他經(jīng)濟(jì)作物對(duì)土壤鎘的累積效果。葉面噴施硒肥是降低植物中鎘累積效果的措施之一［16-17］。黃太慶等［18］發(fā)現(xiàn)施用含硒葉面肥能顯著降低中低濃度鎘污染稻田精米中的鎘含量，但對(duì)高濃度鎘污染稻田中的精米則無(wú)降鎘效果。葉面噴施硒含量為50 mg·kg-1時(shí)，苜蓿對(duì)硒肥的利用率最高；當(dāng)施硒量大于50 mg·kg-1時(shí)，苜蓿對(duì)硒肥的利用率降低［19］。因此，葉面噴施硒肥的農(nóng)藝措施在提高植物富硒水平的同時(shí)，可以降低植物中的鎘累積效果。

為了提高紫花苜蓿的富硒水平同時(shí)降低鎘累積效果，本研究選用草原三號(hào)（M. sativacv. Caoyuan No.3）和中苜一號(hào)（M. sativacv. Zhongmu No.1）紫花苜蓿為研究材料，分別種植于鎘濃度為1、10 mg·kg-1的土壤中，以清潔無(wú)污染土壤為對(duì)照組，在初花期檢測(cè)紫花苜蓿株高、生長(zhǎng)量、總硒、SeMet 含量和鎘含量等指標(biāo)，研究葉面噴施硒肥下紫花苜蓿對(duì)硒的富集和鎘累積效果，硒、鎘在紫花苜蓿各組織內(nèi)的分配規(guī)律及硒、鎘在不同組織部位累積效果的相關(guān)性，旨在尋找一種既能提高紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)，也能對(duì)鎘污染具備“解毒”效應(yīng)的牧草生產(chǎn)方式，為高品質(zhì)畜禽飼料的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年6 月在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)所用紫花苜蓿品種為草原三號(hào)（M. sativacv. Caoyuan No.3）和中苜一號(hào)（M. sativacv. Zhongmu No.1）。二者皆為培育品種，草原三號(hào)購(gòu)于蘭考孫葉農(nóng)資有限公司，中苜一號(hào)來(lái)源于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所。

供試土壤采自沈陽(yáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站。土壤為0～20 cm 表層土，土壤化學(xué)性質(zhì)如表 1所示。將取得的土壤去除雜質(zhì)，自然風(fēng)干后過(guò)2 mm 篩備用，然后加入氯化鎘（CdCl2，AR）溶液配制鎘濃度為1、10 mg·kg-1的鎘污染土壤，老化一個(gè)月后保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 土壤基本化學(xué)性質(zhì)Table 1 Chemical properties of soil

1.2 紫花苜蓿葉面噴施硒肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將兩種紫花苜蓿種子進(jìn)行預(yù)處理后，播種于塑料盆（高25 cm、直徑32 cm）中進(jìn)行培育，避光培養(yǎng)3 d，保持土壤濕度為田間最大持水量的50%～60%。每盆裝土10.00 kg，土壤中鎘初始配制濃度分別為0、1、10 mg·kg-1，每種處理設(shè)置3 個(gè)平行。從紫花苜蓿株高為20 cm 左右開(kāi)始噴施葉面肥（葉面富硒肥購(gòu)于內(nèi)蒙古朵日納硒科生物技術(shù)有限公司），每隔10 d 噴一次，共噴3 次。施硒梯度分別為0、50、100 mg·kg-1。紫花苜蓿生長(zhǎng)期間，進(jìn)行盆栽的肥料和水分管理：將氮肥（尿素）、磷肥（KH2PO4）和鉀肥（KCl）配制成復(fù)合肥施入盆中，保證每kg 土中含氮肥0.685 g，磷肥1.000 g，鉀肥0.533 g。采用自來(lái)水適時(shí)補(bǔ)充水分，保持各處理組的含水率基本一致。從紫花苜蓿的初花期開(kāi)始取樣并進(jìn)行各指標(biāo)檢測(cè)。

1.3 紫花苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)檢測(cè)方法

株高（cm）：在紫花苜蓿初花期測(cè)定株高，每盆選6 株，用皮卷尺測(cè)量高度。

生物量（g·pot-1）測(cè)定：紫花苜蓿初花期于各盆中選取6 株長(zhǎng)勢(shì)均勻的苜蓿，收獲后稱鮮重，105 ℃下殺青15 min 后，65 ℃下烘至恒重，獲取紫花苜蓿的生物量。

1.4 紫花苜蓿中鎘的提取及測(cè)定

稱取烘干后的根、莖和葉各0.20 g 到干凈的瓷坩堝中，加入20 mL 濃硝酸，在電熱板上消解。取消解后的5 mL 溶液至10 mL 離心管中，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES，美國(guó)安捷倫科技有限公司）測(cè)其鎘含量，鎘的回收率為96.0%～103.5%。

1.5 紫花苜蓿對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)計(jì)算

鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（translocation factor， TF）和富集系數(shù)（bioconcentration factor， BCF）按以下公式［20］計(jì)算：

1.6 紫花苜蓿中總硒和有機(jī)硒的提取及測(cè)定

總硒提取及測(cè)定［21］：分別稱取烘干后的植物根、莖和葉片0.20 g 到干凈的瓷坩堝中，加入20 mL 濃硝酸，在電熱板上消解。將消解完成后的樣品取出并稀釋，室溫下靜置10 min 后，倒入25 mL 比色管中定容。取靜置后的溶液5 mL 至10 mL 容量瓶中，加入2 mL 濃鹽酸，100 ℃下水浴加熱30 min 后靜置，冷卻后用超純水定容至刻度線，采用原子熒光光譜儀（Atomic Fluorescence Spectrometer-9700A，北京科創(chuàng)海光儀器有限公司）測(cè)總硒含量，硒的回收率為92.5%～104.0%。

硒代蛋氨酸（SeMet）提取及測(cè)定［22］：準(zhǔn)確稱取干燥樣品1.00 g 于25 mL 離心管中，加入10 mL Tris-HCl 緩沖液（30 mmol·L-1，pH 7.5），室溫下于超聲水浴中處理30 min。加入25 mg 蛋白酶后混勻［23］，置于（37±2） ℃的恒溫振蕩器（HZQ-C 空氣恒溫振蕩器，中國(guó)哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司）中轉(zhuǎn)速為260 r·min-1下振蕩酶解20 h，然后于5000 r·min-1下低溫高速離心10 min。用一次性注射器吸取1.5 mL 上清液至棕色液相小瓶中，采用液相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜儀（LC-NexION 300，美國(guó)珀金埃爾默公司）檢測(cè)硒代蛋氨酸（SeMet）的含量。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019 和OriginPro 9.1 處理數(shù)據(jù)、繪制圖表，運(yùn)用SPSS 26.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)特征的影響

與對(duì)照組相比，葉面噴施硒肥后，株高明顯增加（圖1）。鎘濃度為1 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)兩個(gè)品種紫花苜蓿的株高增幅分別為11.67%、15.38%；施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，株高增幅分別為4.78%、12.17%，比施硒量為50 mg·kg-1時(shí)有所下降。鎘濃度為10 mg·kg-1時(shí)，施硒量越高越有利于苜蓿生長(zhǎng)；施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比株高增幅分別為30.88%和38.50%。兩種紫花苜蓿相比較，各種施硒處理下草原三號(hào)的株高大于中苜一號(hào)，但是在鎘脅迫下，中苜一號(hào)株高增幅更明顯一些。

對(duì)照組中，兩種紫花苜蓿的生物量隨施硒量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，說(shuō)明施硒量過(guò)大會(huì)抑制紫花苜蓿的生長(zhǎng)；鎘脅迫下，施硒量與生物量呈正相關(guān)（圖1）。鎘濃度為1 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，50 mg·kg-1的硒處理下兩個(gè)品種紫花苜蓿的生物量增幅分別為11.25%、37.18%；100 mg·kg-1的硒處理下生物量增幅分別為65.94%、55.45%。與對(duì)照組相比，鎘濃度為10 mg·kg-1時(shí)，紫花苜蓿的生物量顯著降低（P＜0.05），施硒處理對(duì)生物量的增長(zhǎng)作用不顯著（P＞0.05）。兩種紫花苜蓿相比較，隨著施硒量的增加，草原三號(hào)生物量增幅更大。

2.2 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿硒富集效果的影響

鎘脅迫下，葉面噴施硒肥會(huì)提高紫花苜蓿根、莖、葉部位的總硒含量（圖2）。總硒含量與施硒量呈正相關(guān)，各組織中總硒含量：葉＞莖＞根。與未施硒相比，鎘含量為1 mg·kg-1、施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，根部總硒含量增幅分別為769.66%、637.53%，莖部增幅分別為295.70%、134.16%，葉片增幅分別為1474.99%、1229.81%。鎘含量為10 mg·kg-1、施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，根部總硒含量增幅分別為787.83%、665.22%，莖部增幅分別為265.81%、191.34%，葉片增幅分別為1631.78%、1306.65%。在外源硒的影響下，高濃度鎘污染土壤中紫花苜蓿的總硒含量增幅大于低濃度鎘污染，但低濃度鎘污染的總硒含量更大。兩種紫花苜蓿富硒效果相比較，中苜一號(hào)的總硒含量大于草原三號(hào)，但草原三號(hào)的增幅更大。

圖2 鎘脅迫下葉面施硒對(duì)紫花苜蓿不同組織中硒含量的影響Fig.2 Effect of foliar spraying of selenium fertilizer on selenium content in different organs of alfalfa under cadmium stress

鎘脅迫下，葉面施硒提高了紫花苜蓿根、莖、葉部位的SeMet 含量（圖2），SeMet 含量與總硒含量隨施硒量的變化一致，各組織中SeMet 含量：葉＞莖＞根。鎘含量為1 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為100 mg·kg-1的兩種苜蓿根部SeMet 含量增幅分別為1258.45%、1335.92%，莖部增幅分別為553.38%、351.38%，葉片增幅分別為2752.39%、2210.79%。鎘含量為10 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為100 mg·kg-1的兩種苜蓿根部SeMet含量增幅分別為1184.50%、1334.13%，莖部增幅分別為593.19%、535.15%，葉片增幅為2712.49%、2276.46%。在外源硒的影響下，高濃度鎘污染土壤中苜蓿的SeMet 含量增幅小于低濃度鎘污染土壤，說(shuō)明高濃度鎘脅迫會(huì)抑制苜蓿總硒向有機(jī)硒轉(zhuǎn)化。兩種紫花苜蓿富硒效果相比較，中苜一號(hào)根莖葉中SeMet 含量以及增幅均高于草原三號(hào)。

鎘脅迫下，噴施外源硒后紫花苜蓿根、莖、葉中有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率（有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率=SeMet/總硒）升高（表 2）。有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率：葉＞根＞莖，且在低濃度鎘污染土壤中紫花苜蓿的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率高于高濃度鎘污染土壤。草原三號(hào)在鎘含量為1 mg·kg-1、施硒量為100 mg·kg-1時(shí)葉片的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率最高，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)根、莖的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率較高。中苜一號(hào)的根、莖在鎘含量為1 mg·kg-1，100 mg·kg-1的硒處理下有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率最高；葉片則是在鎘含量為10 mg·kg-1，100 mg·kg-1的硒處理下有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率最高。兩種紫花苜蓿相比較，低濃度鎘污染下，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)，中苜一號(hào)莖、葉的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率高于草原三號(hào)，根部低于草原三號(hào)；高濃度鎘污染下，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)，中苜一號(hào)根莖葉的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率均高于草原三號(hào)。

2.3 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿中鎘累積效果的影響

紫花苜蓿根莖葉各組織中的鎘含量隨施硒量的增加顯著降低（圖3，P＜0.05），鎘含量分布：根＞葉＞莖，且草原三號(hào)各組織中鎘含量大于中苜一號(hào)。與未施硒相比，施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，紫花苜蓿根莖葉鎘含量最低。鎘濃度為1 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)，草原三號(hào)根莖葉中鎘含量降幅分別為39.27%、49.35%、56.47%，中苜一號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為37.77%、46.75%、54.02%；鎘濃度為10 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)，草原三號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為22.51%、28.44%、31.26%，中苜一號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為13.49%、21.93%、28.15%。鎘濃度為1 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，草原三號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為48.07%、63.95%、58.82%，中苜一號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為49.64%、63.17%、68.13%；鎘濃度為10 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，草原三號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為26.66%、31.68%、38.14%，中苜一號(hào)根莖葉鎘含量降幅分別為20.18%、32.17%、34.36%。施硒量為50 mg·kg-1時(shí)草原三號(hào)鎘含量降幅大于中苜一號(hào)，施硒量為100 mg·kg-1時(shí)中苜一號(hào)的鎘含量降幅更大。相同條件下，葉片中鎘含量的降幅最大。在外源硒的影響下，低濃度鎘脅迫比高濃度鎘脅迫更有效降低苜蓿中的鎘含量，中苜一號(hào)各組織中的鎘含量低于草原三號(hào)，說(shuō)明葉面施硒對(duì)中苜一號(hào)鎘累積的抑制作用更明顯。

圖3 鎘脅迫下葉面施硒對(duì)紫花苜蓿不同部位鎘含量的影響Fig.3 Effect of foliar spraying of selenium fertilizer on cadmium content in different organs of alfalfa under cadmium stress

表2 有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率Table 2 Conversion rate of organic selenium

2.4 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿鎘吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

轉(zhuǎn)運(yùn)和富集是衡量植物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的重要指標(biāo)之一。在外源硒的影響下，兩個(gè)品種紫花苜蓿的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和鎘富集系數(shù)均顯著下降（P＜0.05），鎘污染為1 mg·kg-1時(shí)最顯著（圖4）。鎘濃度為1 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)降幅分別為23.72%、18.33%，鎘富集系數(shù)降幅分別為53.68%、49.17%；施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)降幅分別為25.71%、29.67%，鎘富集系數(shù)降幅分別為61.42%、64.58%。低濃度鎘脅迫下，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)草原三號(hào)鎘轉(zhuǎn)運(yùn)和富集系數(shù)的降幅均大于中苜一號(hào)，施硒量為100 mg·kg-1時(shí)中苜一號(hào)鎘轉(zhuǎn)運(yùn)和富集系數(shù)的降幅均大于草原三號(hào)。鎘濃度為10 mg·kg-1時(shí)，與未施硒相比，施硒量為50 mg·kg-1時(shí)的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)降幅分別為8.83%、12.71%，鎘富集系數(shù)降幅分別為29.36%、24.49%；施硒量為100 mg·kg-1時(shí)，鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)降幅分別為10.05%、16.30%，鎘富集系數(shù)降幅分別為34.03%、33.18%。兩種紫花苜蓿相比較，高濃度鎘脅迫下中苜一號(hào)鎘轉(zhuǎn)運(yùn)和富集系數(shù)的降幅更大，葉面施硒對(duì)中苜一號(hào)紫花苜蓿的影響較大。在外源硒的影響下，低濃度鎘脅迫下鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高于高濃度鎘脅迫、鎘富集系數(shù)低于高濃度鎘脅迫，且葉面施硒量越高效果越明顯。中苜一號(hào)鎘富集及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均高于草原三號(hào)，在外源硒的影響下降幅也更大，更易受外源硒的影響。

圖4 鎘脅迫下葉面施硒對(duì)紫花苜蓿鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Fig.4 Effect of foliar spraying of selenium fertilizer on cadmium uptake and transport in alfalfa under cadmium stress

2.5 葉面噴施硒肥下紫花苜蓿中硒和鎘的累積效果相關(guān)性分析

鎘濃度為1 mg·kg-1、施硒量為50 mg·kg-1時(shí)，紫花苜蓿總硒、SeMet 含量和鎘含量相關(guān)性分析結(jié)果（圖5）表明，總硒與SeMet 顯著正相關(guān)（P＜0.05），鎘含量與總硒、SeMet 顯著負(fù)相關(guān)，硒-鎘之間有拮抗作用。中苜一號(hào)紫花苜蓿的硒-鎘相關(guān)系數(shù)小于草原三號(hào)，說(shuō)明中苜一號(hào)植株體內(nèi)硒-鎘拮抗作用強(qiáng)烈。鎘濃度為1 和10 mg·kg-1時(shí)，草原三號(hào)的硒-鎘相關(guān)系數(shù)相差不大，說(shuō)明草原三號(hào)施硒處理后硒-鎘之間的拮抗作用與鎘濃度相關(guān)性較差。中苜一號(hào)在鎘濃度為1 mg·kg-1時(shí)硒-鎘的相關(guān)系數(shù)最小，說(shuō)明在此條件下富硒降鎘效果最佳。低濃度鎘污染中硒-鎘拮抗作用顯著，富硒降鎘效果更好。

圖5 紫花苜蓿總硒、SeMet、鎘含量之間的相關(guān)性Fig.5 Correlation of total selenium， SeMet and cadmium content in alfalfa

3 討論

3.1 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)特征及富硒量的影響

葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿的株高和生物量有促進(jìn)作用，但濃度過(guò)高，紫花苜蓿生長(zhǎng)受到抑制，這與胡華鋒等［19］的研究結(jié)果一致，葉面施硒增加苜蓿的產(chǎn)草量，且產(chǎn)草量隨施硒量的增加先升后降。硒可以促進(jìn)植物的光合作用［24-25］，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。基于作物對(duì)硒的耐受性，外源硒可以影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育及其產(chǎn)量。低劑量硒補(bǔ)充有良好的促進(jìn)作用，而高劑量硒補(bǔ)充會(huì)引起毒性效應(yīng)［26］。施硒濃度過(guò)高造成紫花苜蓿細(xì)胞中硒的累積，硒與硫的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，在植物體內(nèi)具有相同的代謝途徑，競(jìng)爭(zhēng)參與生化反應(yīng)，造成植物生物量減少而無(wú)明顯癥狀［4］。葉面噴施硒肥促進(jìn)紫花苜蓿體內(nèi)硒含量以及SeMet 含量的增加，施硒量與紫花苜蓿中總硒和SeMet 含量顯著正相關(guān)，在各組織中的分布為：葉＞莖＞根，葉片的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率最高。葉面噴施硒肥后硒主要是通過(guò)氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，在葉綠體中通過(guò)硫的同化代謝途徑轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)硒儲(chǔ)存在植物體內(nèi)［27］，然后傳輸至根部。所以葉片中總硒及SeMet 含量最高，有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化率也最高。同等條件下，中苜一號(hào)的株高低于草原三號(hào)，但是生物量、根莖葉中總硒、SeMet 含量均高于草原三號(hào)，這與品種及遺傳物質(zhì)有關(guān)。

3.2 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿中鎘累積效果的影響

紫花苜蓿的鎘含量、鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和鎘富集系數(shù)均隨著施硒量的增加而降低，施硒量越高，下降越顯著，鎘含量的分布規(guī)律為：根＞葉＞莖。鎘含量與施硒量顯著負(fù)相關(guān)，低濃度鎘污染土壤比高濃度鎘污染更為顯著，與Jiang等［28］的試驗(yàn)結(jié)果一致。Jiang 等［28］的研究發(fā)現(xiàn)葉面施硒使糙米中的鎘降低了40.19%，然而在高濃度鎘污染土壤中降鎘效果被削弱，硒提高了水稻的抗氧化活性、谷胱甘肽和蛋白質(zhì)含量以及產(chǎn)量，降低了丙二醛和脯氨酸含量，影響鎘的累積，減少鎘向水稻莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)，但在高濃度鎘污染脅迫下，硒緩解效應(yīng)減弱。Xu 等［29］發(fā)現(xiàn)施硒可改變鎘脅迫下水稻的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、化學(xué)形態(tài)和抗氧化防御系統(tǒng)，從而影響鎘的累積和轉(zhuǎn)運(yùn)。富集系數(shù)越大，農(nóng)作物吸收某些重金屬的能力越強(qiáng)，越容易受到土壤重金屬污染的影響［30］。未施硒時(shí)，中苜一號(hào)的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)和富集系數(shù)小于草原三號(hào)，說(shuō)明草原三號(hào)受鎘污染的影響較大。施硒后中苜一號(hào)的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)和富集系數(shù)大于草原三號(hào)，說(shuō)明中苜一號(hào)的鎘累積效果更易受硒的影響。

3.3 葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿中鎘累積效果的影響機(jī)制

葉面噴施硒肥有助于紫花苜蓿硒的富集，降低鎘的累積。硒-鎘在植物中的作用機(jī)理如下： 1）鎘導(dǎo)致生物體內(nèi)活性氧的累積［31-32］，損害植物體內(nèi)的光合器官，抑制植物生長(zhǎng)［33］，硒的抗氧化作用降低了鎘產(chǎn)生的過(guò)量活性氧，使得植物細(xì)胞正常生長(zhǎng)繁殖，因此，硒抑制鎘脅迫；但在高濃度鎘脅迫下，硒對(duì)鎘的緩解作用減弱［34-37］。2）硒通過(guò)增加木質(zhì)素含量和細(xì)胞壁厚度來(lái)提高細(xì)胞壁的機(jī)械力，外源硒的含量越高，硒通過(guò)木質(zhì)素合成相關(guān)基因的表達(dá)越高，細(xì)胞壁木質(zhì)素含量就越高，從而抑制植物細(xì)胞對(duì)鎘的吸收［29，38-39］。添加外源硒下調(diào)水稻根部與鎘吸收相關(guān)的基因，上調(diào)木質(zhì)素相關(guān)的代謝物的基因來(lái)提高細(xì)胞壁木質(zhì)素的含量，釋放更多的官能團(tuán)，如C-O-C（或OH-或-O-）和CO（羧基、碳酰或酰胺）等來(lái)實(shí)現(xiàn)水稻根部鎘含量的降低［40-41］。3）添加外源硒后，植物體內(nèi)的硒和鎘可能會(huì)生成硒-鎘復(fù)合物，減少了植株對(duì)鎘的吸收轉(zhuǎn)移，從而降低其生理生化毒性［42］。硒對(duì)鎘脅迫的保護(hù)機(jī)制可能與消除代謝活躍的細(xì)胞部位的鎘有關(guān)，硒競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞上重金屬的特定結(jié)合位點(diǎn)，抑制重金屬在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化［36］。本研究中紫花苜蓿施硒處理后的富硒降鎘的機(jī)理有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

通過(guò)研究不同鎘污染濃度下葉面施硒對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)及硒、鎘累積效果的影響，獲得以下結(jié)論： 1）葉面施硒對(duì)兩個(gè)品種紫花苜蓿株高和生物量有促進(jìn)作用，同等條件下以中苜一號(hào)在鎘含量為1 mg·kg-1、施硒量為50 mg·kg-1時(shí)促進(jìn)效果最佳；2）葉面施硒顯著促進(jìn)了兩個(gè)品種紫花苜蓿各器官中硒的富集效果，同等條件下以中苜一號(hào)在鎘含量為1 mg·kg-1、施硒量為100 mg·kg-1時(shí)促進(jìn)效果最佳；3）施硒量與苜蓿各器官中鎘含量顯著負(fù)相關(guān)，與低濃度鎘污染相比，高濃度鎘污染下葉面噴施硒肥對(duì)紫花苜蓿的降鎘效果更為顯著（P＜0.05），同等條件下中苜一號(hào)的鎘含量低于草原三號(hào)。從株高、硒含量、鎘含量等指標(biāo)綜合來(lái)看，在鎘含量為1 mg·kg-1、施硒量為50 mg·kg-1時(shí)，中苜一號(hào)的富硒降鎘效果高于草原三號(hào)，品種優(yōu)勢(shì)明顯。