葉面噴施亞硒酸鈉對基質栽培辣椒產量和品質的影響

趙丹丹, 周滬生, 陳 鵬, 裴文霞, 袁先福, 汪建飛,2, 邢素芝,2*

(1.安徽科技學院 資源與環境學院,安徽 鳳陽 233100;2.農業農村部生物有機肥創制重點實驗室,安徽 蚌埠 233400)

目前研究已證實硒是構成哺乳動物體內30多種含硒蛋白質與含硒酶(如谷胱甘肽過氧化物酶、硫氧還原蛋白酶以及碘化甲腺原氨酸脫碘酶等)的重要組成成分,具有防衰老、抗腫瘤、抗毒等重要生理功能。硒是人體必需的微量元素,人體缺硒易導致多種疾病,已查證有40多種疾病都因缺硒引起,嚴重缺硒還會引發心肌病、心肌衰竭、大骨節病和克山病等[1-3]。這些病癥的發生多與當地土壤中硒含量較低、膳食中硒含量不足相關。據報道,中國缺硒地區高達72%,缺硒省份有22個,缺硒程度存在地域差異,部分地區極度缺硒[3-4]。正在開展的全國第三次土壤普查首次把總硒含量作為土壤理化性質必檢指標,足見國家對硒與人體健康的重視。近年來,隨著功能農業概念的普及推廣,通過富硒農產品適當補硒、消除“隱性饑餓”、促進身體健康的理念已被城鄉居民廣泛接受[5]。中國營養學會把硒列為15種人體必需的營養元素,建議成人每日硒攝入量為50～250 μg。科學補硒工作越來越受到重視,通過開發富硒農產品被認為是最佳的補硒方式[6]。

辣椒(Capsicumannuum)屬茄科(Solanaceae)辣椒屬(Capsicum)草本植物,又名海椒、辣子、辣角、辣茄等,是中國各地普遍種植的蔬菜品種之一。辣椒因其果實富含多種對人體有益的成分,如維生素C、維生素E、礦物質、氨基酸和抗氧化物質而深受大眾青睞[7-9]。趙玉玲等[10]對比了土壤穴施與葉面噴施硒肥兩種施肥方式,發現相比于土壤穴施,葉面噴施有機肥更有利于提高辣椒果實中總硒和有機硒含量以及果實中有機硒的轉化率。然而,富硒土壤生長的農產品不一定達到富硒標準[11],而不同的作物品種、生產環境、栽培方式需要采取不同的富硒技術,才能生產出硒營養達標的功能農產品。當前,在溫室或者植物工廠環境下,采用基質栽培的辣椒面積不斷擴大,如何在這一生產環境中,開發出相關的辣椒富硒生產技術,對于提高辣椒附加值、市場競爭力以及農戶增收都具有重要的意義。

本研究通過基質栽培試驗,開展噴施不同濃度的亞硒酸鈉對辣椒產量、總硒及有機硒含量、礦質元素含量以及營養品質指標影響的研究,在探討作物硒元素營養作用機理的同時,為溫室和工廠化生產富硒辣椒提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試辣椒品種為河南紅綠辣椒種業有限公司培育而成的“汴椒1號”,供試亞硒酸鈉(Na2SeO3,分析純)購于天津市福晨化學試劑廠,純度為99%。

1.2 栽培基質

將泥炭土、蛭石、珍珠巖按1∶1∶1質量比充分混勻,制成培育基質[12-15]。將混勻的基質裝入50個規格為18 cm(直徑)×20 cm(高)的塑料缽,裝入量以基質表面距盆缽口沿下方1 cm的位置為準。

1.3 基質盆栽辣椒

試驗在安徽科技學院種植科技園2號溫室大棚中進行。2019年11月12日,將辣椒種子催芽育苗;2020年1月9日,將辣椒苗移栽到預先裝好基質的培養缽中,每缽定植1株辣椒苗。統一進行日常水肥和病蟲害防治管理。

1.4 辣椒噴施亞硒酸鈉試驗方案

采用單因素完全隨機試驗設計,設置5個不同質量濃度亞硒酸鈉處理,其含量分別為0(CK)、50、100、150、200 mg/L。每個處理3次重復,每缽噴施亞硒酸鈉溶液用量均為50 mL。

1.5 試驗實施

為減少試驗誤差,待盆栽辣椒進入初花期,從定植的50缽辣椒中選取植株長勢基本一致的25缽,用于試驗。

2020年4月24日,將同一濃度處理的5缽辣椒排成一排,5個處理濃度由低到高共排成5排。將250 mL亞硒酸鈉溶液(CK是蒸餾水)裝入手持噴霧器中,對同一處理的一排5缽辣椒噴施亞硒酸鈉溶液。噴施時,調整好噴霧速度和噴嘴方向,以保證富硒劑液滴盡可能均勻地分布在葉片上,同時,要保證同一處理的每株辣椒葉片上噴施的溶液量基本一致。噴施作業時按照亞硒酸鈉溶液濃度由低到高的順序進行。

分3次(2020年5月18日、6月1日、6月14日)采摘盆缽中長度達到7 cm及以上的辣椒果實,稱量鮮質量;同一缽辣椒前后3次采樣鮮果組成1個樣品,果質量累加值作為每缽辣椒的產量。每個處理選取產量居中的3個盆缽辣椒,作為試驗的平行樣本。

采摘的辣椒果實清洗晾干后,置于-4 ℃冰柜保存,鮮樣用于測定總糖和維生素C含量;同時根據需要從每個樣品中選取部分果實殺青、烘干,用于測定總硒、有機硒、礦質元素以及粗蛋白含量。

1.6 指標測定方法

總硒和有機硒含量測定參照國家標準GB 5009.93—2017《食品中硒的測定》;總糖含量采用硫酸蒽酮比色法測定;維生素C含量采用2,6-二氯靛酚法測定;粗蛋白質含量測定參照《土壤農化分析》中的方法;微量元素鈣、鎂、鐵、鋅、銅等含量測定分別參照國家標準GB 5009.92—2016《食品中鈣的測定》、GB 5009.241—2017《食品中鎂的測定》、GB 5009.90—2016《食品中鐵的測定》、GB 5009.14—2017《食品中鋅的測定》、GB 5009.13—2017《食品中銅的測定》。

1.7 數據分析

采用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 噴施亞硒酸鈉對辣椒產量的影響

從圖1可以看出,隨著葉面噴施亞硒酸鈉濃度的增加,辣椒產量呈現出先增后降的趨勢。噴施100 mg/L亞硒酸鈉的辣椒產量最高,3缽辣椒平均鮮果質量為617.9 g,比對照增產29%,差異顯著(P<0.05);隨著噴施亞硒酸鈉濃度的增加,辣椒產量則梯次下降。當噴施質量濃度為200 mg/L時,每缽辣椒的平均產量只有413.7 g,僅為對照產量的86.4%,減產顯著(P<0.05)。可見,噴施50～100 mg/L亞硒酸鈉可以提高辣椒產量,而亞硒酸鈉質量濃度超過150 mg/L時,則會抑制辣椒產量的增加。

2.2 噴施亞硒酸鈉對辣椒果實硒含量的影響

葉面噴施不同質量濃度的亞硒酸鈉對辣椒果實中硒含量、形態都有一定的影響(表1)。由表1可以看出,隨著葉面噴亞硒酸鈉質量濃度的梯次增加,辣椒果實中總硒含量也逐步增加;相較于低濃度亞硒酸鈉處理,高濃度處理辣椒果實中總硒含量的增幅則呈現下降趨勢。本試驗中最高濃度亞硒酸鈉噴施處理的辣椒果實中總硒含量亦達到最大值,平均含量為2.322 mg/kg DW。當噴施低于100 mg/L亞硒酸鈉時,辣椒果實中有機硒含量隨著噴施溶液濃度的增加而快速增加;當噴施大于100 mg/L亞硒酸鈉時,辣椒果實中有機硒含量則不再增加,而是呈現一定的波動狀態。

表1 噴施不同濃度亞硒酸鈉辣椒果實中總硒和有機硒含量Table 1 Total and organic selenium contents in pepper fruits sprayed with sodium selenite of different concentrations

回歸擬合分析發現,辣椒果實中總硒含量(YTSe)、有機硒含量(YOSe)與葉面噴施亞硒酸鈉質量濃度(x)之間存在著較顯著的二次多項式相關性,其回歸方程為YTSe=-0.103 1x2+1.223 2x-1.204 1,R2=0.918 0;YOSe=-0.116 0x2+1.082 5x-1.040 3,R2=0.881 5。

表1數據還表明,辣椒果實中有機硒占總硒的百分比隨著噴施亞硒酸鈉濃度的增加呈現出先升后降的趨勢。當亞硒酸鈉噴施質量濃度為50 mg/L時,辣椒果實中有機硒占總硒比例為78.1%,是5個處理中的最高值;當亞硒酸鈉噴施質量濃度為100 mg/L時,辣椒果實中有機硒占總硒比例降為76.9%,降幅有限;噴施150、200 mg/L亞硒酸鈉時,辣椒果實中有機硒占總硒比例分別為69.5%、63.0%,均低于70%。

2.3 噴施不同濃度亞硒酸鈉對辣椒果實中礦質元素含量的影響

從表2可以看出,辣椒果實中Ca的含量隨著葉面噴施亞硒酸鈉溶液質量濃度的增加而增加,且質量濃度高于100 mg/L的3個處理辣椒果實中Ca含量均顯著高于對照(P<0.05)。不同質量濃度亞硒酸鈉噴施處理的辣椒果實中的Mg含量均低于對照,但各處理間差異不顯著(P>0.05)。辣椒果實中微量元素Fe的含量隨著噴施硒濃度的增加而增加,且4個施用硒肥的處理均顯著高于不施硒肥的對照(P<0.05)。微量元素Zn、Cu的含量則隨著葉面噴施亞硒酸鈉溶液濃度的增加呈先增后降趨勢,當噴施質量濃度為150 mg/L時,辣椒果實中Zn的含量為37.29 mg/kg,Cu的含量為48.33 mg/kg,均為各處理中的最高值,顯著高于對照(P<0.05)。

表2 噴施不同濃度亞硒酸鈉對辣椒礦質元素含量的影響Table 2 Effects of spraying different concentrations of sodium selenite on the content of mineral elements in pepper

2.4 噴施不同濃度亞硒酸鈉對辣椒果實品質的影響

由表3可知,葉面噴施亞硒酸鈉對辣椒果實中粗蛋白、總糖和維生素C含量等3項品質指標均有一定的影響。施用亞硒酸鈉4個處理的辣椒果實中粗蛋白的含量均有所增加,且噴施質量濃度為50、100 mg/L處理組顯著高于不施硒肥的對照組(P<0.05);噴施亞硒酸鈉的質量濃度高于100 mg/L后,辣椒果實中粗蛋白的含量又呈現下降態勢,但差異不顯著(P<0.05)。辣椒果實中維生素C含量受噴施亞硒酸鈉濃度影響的響應趨勢與粗蛋白含量的變化規律相似,即施用亞硒酸鈉的辣椒果實中維生素C的含量均高于對照,其中質量濃度為100 mg/L的處理辣椒中維生素C含量最高,平均值為34.90 mg/100 g FW,顯著高于不施硒肥的對照(P<0.05),但高濃度(>100 mg/L)的亞硒酸鈉對維生素C含量的增加卻有抑制作用。與對粗蛋白、維生素C含量的影響不同,隨著亞硒酸鈉質量濃度的增加,辣椒果實中總糖的含量一直呈現增加趨勢,施硒各處理的總糖含量依次比對照(CK)提高2.70%、8.10%、19.59%和58.78%,亞硒酸鈉噴施質量濃度為200 mg/L的處理辣椒果實總糖含量最高,平均值為2.35 mg/kg FW,顯著高于對照(P<0.05)。

表3 噴施不同濃度亞硒酸鈉對辣椒果實品質的影響Table 3 Effects of spraying different concentrations of sodium selenite on pepper fruit quality

3 結論與討論

目前硒元素還沒有明確為植物生長發育所必需的營養元素,但眾多研究表明,低濃度硒具有促進植物生長、提高植物耐受能力的功能。本試驗結果與這一提法吻合,當葉面噴施50～100 mg/L亞硒酸鈉溶液時,可以顯著提高基質栽培辣椒的產量。這可能與硒可促進植物抗氧化系統功能發揮、提高光合效率、修復對環境脅迫造成的膜結構損傷密切相關[16]。Haghighi等[17]研究發現,在春夏季節溫室中高溫環境下,施用適量的硒可以提高辣椒葉片POD(過氧化物酶)和SOD(超氧化物歧化酶)活性,降低MDA(丙二醛)含量,有利于開花坐果,減少高溫引起的落花落果,促進產量的提高。

需要指出的是,硒作為一種有益的微量元素,其有益與毒害作用之間的閾值較小,大部分植物在高濃度硒環境下表現出中毒現象,即呈現出“低濃度促進、高濃度抑制”的劑量效應[18-19]。本試驗發現,當噴施亞硒酸鈉質量濃度高于150 mg/L時,對辣椒增產有抑制作用。噴施硒肥5 d后,2個高濃度處理的辣椒葉片出現了米粒至黃豆大小的淡黃色失綠斑點,之后逐漸壞死、焦枯,且噴施濃度越高,葉片上中毒壞死的斑點越多。這種毒害作用直接影響到葉片的光合作用,最終會影響辣椒產量。因此,在生產實踐中,要根據作物品種和環境條件,通過試驗確定作物適宜的噴硒濃度與劑量,才能保證在獲得富硒農產品的同時,農作物的產量不降低甚至增產。

噴施硒肥的主要目的是增加辣椒果實中硒含量,生產富硒農產品,滿足人們對硒營養的需求。本試驗條件下,隨著噴施亞硒酸鈉濃度的增加,辣椒果實中總硒的含量逐漸增加。伴隨著總硒含量的增加,辣椒果實中有機硒的含量也相應增加。特別地,當噴施亞硒酸鈉質量濃度大于100 mg/L時,辣椒果實中有機硒含量不再相應增加,而呈現出一定的波動(表1)。隨著噴施亞硒酸鈉濃度的增加,辣椒果實中有機硒占總硒的比例逐步下降,說明從葉片轉移到果實中的硒越多,以無機形態存在的量就更多。中華人民共和國供銷合作行業標準《富硒農產品》(GH/T 1135—2017)規定,富硒蔬菜(以干質量計)的標準是總硒含量為0.10～1.00 mg/kg,硒代氨基酸占總硒的比例大于65%。顯然,本試驗中噴施濃度為200 mg/L的處理的辣椒果實中兩項指標均不達標。硒鹽的毒理研究表明,無機硒均具有較大的毒性,有機硒化合物毒性低,生物利用率高。因此,從食物安全的角度考慮,不宜噴施高濃度的硒肥。

施用硒肥還可以影響植物對礦質營養元素的吸收與利用,進而影響到食用器官中礦質營養元素的含量[20]。王晉民等[21]研究發現,葉面噴施硒肥可不同程度提高胡蘿卜Ca、Mg、Fe、K等礦質元素的含量;Wen[22]指出高濃度硒(Se)對作物食用器官中Ca、Mg和Zn含量有負面影響,然而,適宜的硒濃度則具有積極影響。本試驗結果也表明,適宜濃度的亞硒酸鈉溶液,可以提高辣椒果實中Ca、Mg、Fe、Zn、Cu的含量,而濃度較高時,除了Fe元素,其他4個元素的含量均有下降態勢。李磊等[23]研究表明,隨著噴施硒溶液濃度的上升辣椒果實中Ca的含量呈上升趨勢,Mg的含量呈先下降后上升態勢,Fe、Cu的含量則呈現逐漸下降的趨勢,這與本試驗結果存在較大差異。Ragályi等[24]研究發現,隨著灌溉水中硒含量的增加,不同蔬菜食用器官中Mg、Fe、Zn、Cu等元素的含量變化因蔬菜品種、土壤類型不同有較大的差異。Longchamp等[20]添加不同濃度、不同形態的硒進行水培玉米試驗,發現無論硒的形態與濃度如何,對玉米植株中鐵的積累都沒有影響;添加低濃度的硒對Ca、Mg、Zn、Mn、Cu等元素含量沒有影響;添加高濃度的硒酸鹽則有利于玉米植株中Ca、Mg、Zn、Mn、Cu元素積累,而亞硒酸鹽或者是硒酸鹽/亞硒酸鹽混合物則傾向于減少Ca、Mg、Zn、Mn、Cu元素積累,且2種鹽的混合物對元素積累的抑制作用更顯著。王建偉[25]研究也發現,無論是土施,還是葉面噴施硒肥,對玉米、小麥產量及生物量均無顯著影響,對2種作物籽粒的N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu等大中微量元素含量也無顯著影響;而單獨土施,對馬鈴薯、小白菜、大豆等作物的產量、生物量及可食部位上述9種礦質元素含量無顯著影響。不難看出,硒對作物食用器官中礦質元素含量的影響,因作物種類、栽培方式、硒肥形態及其用量用法、土壤類型等因素不同而存在較大差異,有待于進一步全面而深入的研究。

本試驗還發現,葉面噴施亞硒酸鈉可以提高辣椒果實粗蛋白、總糖、維生素C等品質指標含量,但高濃度的亞硒酸鈉對粗蛋白、維生素C含量有抑制效應。這與李磊等[23]研究結果基本一致。陳蓉等[26]研究表明,臍橙通過葉面施硒能提高果實中的可溶性糖、維生素C的含量。龔天芝等[27]研究發現,核桃施入一定量的外源硒,能夠提高核桃果實品質。武文玥等[28]研究表明,隨著亞硒酸鈉濃度的增加,甜蕎籽粒的蛋白質含量與還原糖含量均呈升高的趨勢。王晉民等[21]研究表明,隨著施用硒濃度增加,胡蘿卜中維生素C含量呈下降趨勢。院金謁等[29]研究發現,適量的硒使大蒜中還原糖含量下降。顯然,硒對作物品質的影響也受到作物種類與品種、施用方法與用量等多種因素的影響。

葉面噴施適量的亞硒酸鈉溶液可以提高溫室環境下基質栽培辣椒果實的產量和品質。在一定的噴施濃度范圍內,隨著硒濃度的增加,辣椒產量顯著增加,總硒和有機硒含量增加,果實中礦質營養元素含量以及粗蛋白、維生素C、總糖等品質指標含量均呈上升態勢。但噴施高濃度的亞硒酸鈉會造成辣椒減產,且果實中硒的總量超標,有機硒占比下降,粗蛋白和維生素C含量的提升也受到抑制。綜上,在本試驗條件下,既能增加基質栽培辣椒果實中總硒和有機硒含量,又有利于提高品質和產量,保證食品安全,節約硒肥投入成本,葉面噴施50～100 mg/L亞硒酸鈉為宜。