不同濃度硫、硒處理對(duì)莖瘤芥營養(yǎng)元素吸收和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

王麗霞，湯舉紅，羅慶熙，段九菊

（1.長江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 408000；2.西南大學(xué)園藝學(xué)院，重慶 400700；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，太原 030031）

莖瘤芥（Brassica juncea var.tumida）是我國南方地區(qū)主栽特色蔬菜之一，其膨大的莖既可鮮食，也是加工制作腌制榨菜的原料[1]。硒是人體必需的微量元素[2]，許多研究表明[3-4]：通過適量補(bǔ)硒，可提高人體免疫力，預(yù)防癌癥和心血管等疾病。通過植物施用硒鹽，將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)生物硒，是國際上采用植物硒化的有效方法[3-5]。硒雖是動(dòng)物所需的必要元素，卻不是植物的必需元素，硒通過與硫競爭植物細(xì)胞膜上透性酶的結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)入植物體。因而，周圍環(huán)境中硫濃度的高低會(huì)顯著影響硒的吸收與積累[6-7]。許多研究對(duì)蕓薹屬中的白菜、甘藍(lán)、芥菜等的施硒水平與施硒方式進(jìn)行了調(diào)查[8-9]，證明芥菜是一種典型富硒植物[10-12]。而作為芥菜變種的莖瘤芥對(duì)硫、硒的生理響應(yīng)還未見報(bào)道。本試驗(yàn)通過對(duì)土壤施用不同濃度硫、硒鹽，研究其對(duì)莖瘤芥自身養(yǎng)分積累及膨大莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響。通過利用主成分分析和因子分析[13-14]，從原始數(shù)據(jù)中提取出三個(gè)主要的礦質(zhì)營養(yǎng)因子，研究這三個(gè)礦質(zhì)營養(yǎng)因子與莖瘤芥營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)性，通過營養(yǎng)因子得分了解硒、硫配施對(duì)莖瘤芥膨大莖礦質(zhì)元素含量與其營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)系，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中莖瘤芥的硫、硒肥施用提供科學(xué)理論研究與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在重慶涪陵區(qū)園藝場進(jìn)行，該地區(qū)是莖瘤芥的主要生產(chǎn)區(qū)，土壤為紫色土壤，其理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)14.12%，堿解氮112.65 mg·kg-1，速效磷32.74 mg·kg-1，速效鉀51.32 mg·kg-1，有效硒0.014 mg·kg-1。供試品種為涪雜1號(hào)。試驗(yàn)從2009年10月開始，先大田育苗，待幼苗長到四葉一心時(shí)，移栽盆中。莖膨大開始時(shí)（12月6日），進(jìn)行不同濃度S和Se處理，分3次澆灌根部（12月6日，12月13日，12月20日），第二年2月收獲全株。盆栽試驗(yàn)以每盆7 kg土壤裝盆（裝盆前土壤按667 m2尿素8 kg，過磷酸鈣80 kg，氯化鉀6 kg的用量施肥），施入S（以Na2SO4形式施入）的濃度梯度為0、50、100 mg·kg-1，Se（以Na2SeO3形式施入）的濃度梯度為0、1、3 mg·kg-1，共5個(gè)處理組合，分別表示為 S0Se0、S50Se1、S50Se3、S100Se1、S100Se3。每個(gè)處理5盆，隨機(jī)排列。

1.2 測定方法

植株采收后，取其地上部分用自來水沖洗干凈后，再用蒸餾水沖洗一遍，吸干水分，分別分離出膨大莖和葉。其中一部分膨大莖鮮樣切成小塊用液氮冷凍，保存在超低溫冰箱中用于營養(yǎng)成分的測定。剩余莖、葉在65℃烘箱中烘干24 h后，用于礦質(zhì)元素的測定。全氮、磷和鉀含量測定采用H2SO4-H2O2消化，全氮測定采用滴定法，全磷含量測定采用釩鉬黃吸光光度法，全鉀含量測定采用火焰光度法。鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鉬的測定采用HNO3-HClO4消化-AAS法[15]。硫含量測定采用HNO3-HClO4消化-硫酸鋇比濁法?？偽⒂袡C(jī)硒和無機(jī)硒含量測定采用高建忠等方法[16]。硼含量測定采用碳酸鈉熔融法-AAS法。游離氨基酸含量測定采用茚三酮顯色法，VC含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法，可溶性糖含量測定采用苯酚法，粗蛋白測定采用凱氏定氮法[17]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

通過對(duì)莖瘤芥礦質(zhì)營養(yǎng)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)矩陣轉(zhuǎn)化，采用主成分提取法，以特征值大于1為因子提取依據(jù)，提取出三個(gè)礦質(zhì)營養(yǎng)因子（X1、X2、X3），采用正交旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)因子載荷，以擴(kuò)大矩陣元素差異，使其公因子更有利于被解釋。保存因子得分，使其公因子成為新的變量（二次變量），可作為進(jìn)一步分析依據(jù)。通過公因子與膨大莖營養(yǎng)元素之間的相關(guān)分析，建立線性回歸模型。以因子得分為二次變量，進(jìn)一步分析礦質(zhì)營養(yǎng)與莖瘤芥品質(zhì)間相互關(guān)系，探討施用硒、硫鹽對(duì)莖瘤芥礦質(zhì)養(yǎng)分積累及品質(zhì)的影響。以上所有統(tǒng)計(jì)分析均通過SPSS10.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫、硒不同濃度處理對(duì)莖瘤芥葉片和膨大莖大量元素積累的影響

由表1可知，與對(duì)照相比（S0Se0），增施硫、硒可以促進(jìn)莖瘤芥葉片和膨大莖對(duì)氮、磷、鉀、硫的吸收，而硫含量增加最明顯。其中葉片氮含量增加8.4%～13.9%，膨大莖氮含量增加5.9%～13.2%，葉片磷含量增加1.1%～9.4%，膨大莖磷含量增加7.1%～13.8%，葉片鉀含量增加3%～8%，膨大莖鉀含量增加了1%，葉片硫含量增加1.2～1.9倍，膨大莖硫含量增加1.2～1.8倍。而對(duì)不同部位鈣和鎂含量的影響規(guī)律不明顯。

表1 不同硒、硫處理對(duì)莖瘤芥葉片和膨大莖大量元素積累的影響Table 1 Effect of S and Se treatments on the macroelement accumulation of the tuber mustard leaf and tuber (g·kg-1)

2.2 硫、硒不同濃度處理對(duì)莖瘤芥葉片和膨大莖微量元素積累的影響

由表2可以看出，不同硫、硒濃度處理，與對(duì)照相比（S0Se0），除鐵和硒元素含量變化較大外，其他5種元素含量變化不大。其中S50Se3處理效果最好，膨大莖和葉片中硒和鐵元素含量增加達(dá)到最大，其中葉片中硒和鐵的含量分別增加58倍和1.1倍，膨大莖中硒和鐵的含量分別增加52倍和2.7倍。

綜合表1、2可以看出，硫、硒配施對(duì)莖瘤芥礦質(zhì)營養(yǎng)積累的影響較大，施用硫、硒鹽對(duì)改善莖瘤芥食用營養(yǎng)品質(zhì)具有重要意義。

表2 不同硒、硫處理對(duì)莖瘤芥葉片和膨大莖微量元素積累的影響Table 2 Effect of S and Se treatments on the microelement accumulation of the tuber mustard leaf and tuber

2.3 不同濃度硫、硒處理對(duì)莖瘤芥膨大莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表3可以看出，增施硫、硒鹽，與不施硫、硒鹽（S0Se0）相比，均顯著提高膨大莖中有機(jī)硒含量，在硫濃度為50 mg·kg-1水平時(shí)，有機(jī)硒濃度隨硒水平的增加而顯著增加，從Se 1 mg·kg-1的64倍增加到3 mg·kg-1的82倍。而隨著硫濃度上升到100 mg·kg-1時(shí)，有機(jī)硒濃度隨硒水平增加而顯著降低，從硒1 mg·kg-1的43倍降低到3 mg·kg-1的32倍。由此表明，不同濃度的硫、硒在促進(jìn)相互吸收與抑制吸收之間存在一個(gè)閾值范圍。此外，不同濃度處理對(duì)氨基酸與可溶性糖含量的影響與有機(jī)硒的變化規(guī)律相似，但是各處理間除S50Se3處理顯著提高游離氨基酸和可溶性糖含量外，其余各處理間無顯著差異。在S50Se3濃度處理下，總氨基酸含量增加11%，可溶性糖含量增加1.3%。不同濃度處理對(duì)VC含量變化影響不明顯，各處理與對(duì)照相比均降低膨大莖VC含量，但是各處理之間均沒有顯著差異。各處理與對(duì)照相比，均顯著提高莖瘤芥膨大莖粗蛋白含量，分別使粗蛋白含量增加6.5%～12.3%，其中S50Se3和S100Se1處理效果最好。

表3 不同濃度硒、硫處理對(duì)莖瘤芥膨大莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 3 Effect of different S and Se treatments on the nutritional quality of tuber of mustard

2.4 莖瘤芥膨大莖營養(yǎng)狀況的因子分析

以莖瘤芥膨大莖的13種礦質(zhì)營養(yǎng)指標(biāo)（N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Se）之間的相關(guān)性為變量，通過主成分分析，對(duì)這13種營養(yǎng)因子進(jìn)行約化，以初始特征值大于1.0為因子提取依據(jù)，提取出三個(gè)主要因子（X1、X2、X3），由表4可知，這三個(gè)因子包含礦質(zhì)營養(yǎng)變量總方差的93.67%,其對(duì)13種礦質(zhì)元素的方差貢獻(xiàn)分別是58.27%、23.83%、11.58%。公因子方差解釋了這三個(gè)提取因子對(duì)13個(gè)變量關(guān)聯(lián)的可信度。其中對(duì)P、K、Ca、Mg、S、B、Mn、Zn、Mo、Se的方差比例均大于95%，N、Fe的方差比例大于等于80%，只有對(duì)Cu的方差比例較低，為62%，總體說明這種模型在闡明這三種因子與13種礦質(zhì)營養(yǎng)變量間的關(guān)聯(lián)時(shí)，有較高可信度。

表4 莖瘤芥膨大莖必需礦質(zhì)養(yǎng)分的三因子模型分析Table 4 Rotated factor loadings and communalities of a three factor model of essential mineral elements of the tuber mustard at different treatment levels

因子載荷顯示13種礦質(zhì)營養(yǎng)變量與提取出的因子間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。若以因子載荷大于0.86為關(guān)聯(lián)度強(qiáng)度的劃分，其中第一個(gè)因子X1占有變量總方差的58.27%，對(duì)P、K、S、Se元素有高的正載荷。第二個(gè)因子X2占有變量總方差的23.83%,對(duì)Mo元素有高的正載荷。第三個(gè)因子X3占有變量總方差的11.58%，對(duì)Ca、Fe元素有高的正載荷。

2.5 硒、硫不同濃度處理對(duì)莖瘤芥營養(yǎng)品質(zhì)與礦質(zhì)營養(yǎng)因子之間的相關(guān)性分析

通過多元線性回歸方程模擬，將莖瘤芥膨大莖營養(yǎng)品質(zhì)（有機(jī)硒、總氨基酸、維生素C、可溶性糖、粗蛋白）與其礦質(zhì)營養(yǎng)因子（X1、X2、X3）進(jìn)行線性回歸分析。表明莖瘤芥營養(yǎng)品質(zhì)與礦質(zhì)營養(yǎng)因子之間存在顯著相關(guān)。有機(jī)硒與礦質(zhì)營養(yǎng)因子間：Y=0.454+0.273X1（R2=0.919，F(xiàn)=202.359*），游離氨基酸與礦質(zhì)營養(yǎng)因子間：Y=5.018+0.183X1+0.077X3（R2=0.879，F(xiàn)=178.085*)，粗蛋白與礦質(zhì)營養(yǎng)因子間：Y=166.8+6.654X1-2.916X2+2.702X3（R2=0.880，F(xiàn)=108.819*），均存在顯著相關(guān)性。而維生素和可溶性糖與礦質(zhì)營養(yǎng)因子間無顯著相關(guān)性。

表5 不同硒、硫處理對(duì)莖瘤芥膨大莖礦質(zhì)營養(yǎng)因子得分的影響Table 5 Effect of different S and Se treatments on mineral nutrition factors of tuber of mustard

表5列出了礦質(zhì)營養(yǎng)因子對(duì)不同濃度處理的響應(yīng)得分。由表5可見，不同濃度處理對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)因子的得分不同，同時(shí)結(jié)合表4、5的分析可知：隨著硫、硒濃度增大，礦質(zhì)因子X1的得分也增大，S100Se1處理得分最高，隨后又隨硫、硒濃度增大而減小，表明S的增加促進(jìn)膨大莖對(duì)大量元素P、K、S的積累，硫、硒比率的增高也有助于膨大莖有機(jī)硒積累和總氨基酸、粗蛋白含量的增加；而對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)因子X2而言，隨著硫濃度的增大得分值減小，隨著硒濃度的增加而得分值變大，表明硒鹽能夠促進(jìn)微量元素鉬的積累，同時(shí)降低膨大莖中粗蛋白含量。礦質(zhì)營養(yǎng)因子X3只有在低濃度的硫、硒配施中得分為正值，其余處理中得分為負(fù)值，表明低濃度的硫、硒鹽有助于膨大莖鈣、鐵元素的積累，隨著硫濃度和硒濃度的增加，膨大莖中鈣、鐵元素含量降低，粗蛋白和氨基酸含量也降低。

3 討論與結(jié)論

硒是人體所需的微量元素，通過對(duì)植物施用硒素的生物強(qiáng)化作用，提高植物可食用部位硒素含量，是人類補(bǔ)硒的有效方式。硫是植物生長必需的大量元素，硒與硫是同族元素，化學(xué)性質(zhì)相似，被植物以相同的方式吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，因而植物對(duì)不同濃度的硫、硒吸收效率不同。Mikkelsen和Wan在對(duì)大麥和水稻的研究中提出，培養(yǎng)基質(zhì)中低濃度的硫和硒之間存在協(xié)同效應(yīng)[18]。Pilon-Smits等對(duì)印度芥菜的研究中發(fā)現(xiàn)硫、硒的協(xié)同作用與ATP硫酸化酶的活性有關(guān)[19]。而Kopsell和Randle等研究表明硫、硒離子之間存在著拮抗作用，環(huán)境中硒的存在降低硫的含量[20]。White等研究表明，在硒和硫的代謝中存在對(duì)蛋白結(jié)合位點(diǎn)的競爭，硒代謝產(chǎn)物如硒代半胱氨酸、硒代蛋白質(zhì)等會(huì)抑制硫的吸收和代謝[21]。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，隨著硫濃度的升高，葉片和膨大莖的硫濃度均增加，但硒吸收與硫和硒的比率有關(guān)，硫硒濃度的低比率（S 50 mg·L-1，Se 3 mg·L-1，S/Se=17）更有利葉片和莖中硒的積累，同時(shí)也促進(jìn)無機(jī)硒向有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化，而高濃度硫（S 100 mg·L-1）與硒（Se 3 mg·L-1）的配施（S/Se=33），葉片和莖中的硒積累相對(duì)降低，同時(shí)也降低有機(jī)硒含量，這可能與高濃度硫使植物體內(nèi)硫含量增加，干擾硒的吸收和代謝有關(guān)，這與王昌全等的試驗(yàn)結(jié)果相一致[14]。

不同硫、硒濃度配施對(duì)植物礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收及營養(yǎng)品質(zhì)成分含量均有較大影響。Shinmachi等研究發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)┯昧蛩睾?，顯著影響其對(duì)硒和鉬的吸收和分布，這與硫運(yùn)轉(zhuǎn)家族基因的表達(dá)有關(guān)[22]。Banelos等研究表明，施用有機(jī)硒素可促進(jìn)草莓對(duì)硒、鈣、磷、鋅、錳等元素的吸收[3]。綜合分析本試驗(yàn)研究結(jié)果，選擇以S50Se1為推薦硫硒素施用量，該處理雖不是莖瘤芥膨大莖有機(jī)硒含量最大處理，但是該處理既可促進(jìn)膨大莖磷、鉀、硫含量，也可提高鈣、鐵含量，雖然降低微量元素鉬的吸收，但對(duì)莖瘤芥營養(yǎng)品質(zhì)的提高有促進(jìn)作用。

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