硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥在發(fā)芽過(guò)程中的生理特征研究

馬麗佳, 張澤洲,2, 袁林喜*, 尹雪斌

1.江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心, 江蘇 蘇州 215123; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢), 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430074; 3.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院, 江蘇 蘇州 215123

硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥在發(fā)芽過(guò)程中的生理特征研究

馬麗佳1, 張澤洲1,2, 袁林喜1*, 尹雪斌3*

1.江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心, 江蘇 蘇州 215123; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢), 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430074; 3.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院, 江蘇 蘇州 215123

選取硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化種植獲得的小麥品種揚(yáng)麥16的低硒組A(硒含量5.245 μg/g)、高硒組B(硒含量47.850 μg/g)和非強(qiáng)化組CK(硒含量0.039 μg/g)為研究對(duì)象，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)芽過(guò)程中的發(fā)芽參數(shù)(芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、發(fā)芽率)、芽體的總硒和硒形態(tài)、酶[淀粉酶(AMS)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)]活力、總抗氧化能力(T-AOC)以及過(guò)氧化氫(H2O2)、丙二醛(MDA)含量的變化，探討硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化轉(zhuǎn)化的內(nèi)源硒對(duì)小麥發(fā)芽過(guò)程生理行為的影響。結(jié)果顯示，內(nèi)源硒對(duì)麥芽的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)沒(méi)有明顯影響，但適宜濃度的內(nèi)源硒有助于提高小麥的發(fā)芽率。高硒小麥籽粒可以通過(guò)發(fā)芽過(guò)程將部分內(nèi)源硒代蛋氨酸(SeMet)轉(zhuǎn)化為硒代胱氨酸(SeCys2)。內(nèi)源硒有助于增強(qiáng)α-淀粉酶、抗氧化酶(GSH-Px和SOD)的活力，同時(shí)，可提高麥芽的總抗氧化能力(T-AOC)、降低麥芽體內(nèi)H2O2和MDA的積累。

硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化；小麥；發(fā)芽；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶；總抗氧化能力

盡管尚不能確定硒是否為植物的必需營(yíng)養(yǎng)元素[1]，但可以明確的是，硒有助于促進(jìn)植物的生長(zhǎng)、提高其抗氧化能力[2,3]、抵制由內(nèi)部因素(如光合作用和呼吸作用中產(chǎn)生的氧自由基)和外部脅迫(如干旱、凍傷)對(duì)植物引起的氧化損傷[2]。此外，研究顯示，在低溫條件下，經(jīng)2 mg/L Na2SeO3溶液浸潤(rùn)后的苦瓜種子能夠提高發(fā)芽率并降低自身的氧化損傷[4]；在花生的發(fā)芽過(guò)程中適宜濃度的Na2SeO3溶液(3～6 mg/L)有助于芽體中超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)基因的表達(dá)及酶活性的提高，而高濃度的Na2SeO3溶液(12～24 mg/L)會(huì)顯著抑制下胚軸和主根的伸長(zhǎng)以及阻礙側(cè)根的生長(zhǎng)[5]；適宜濃度的硒溶液(15～60 μmol/L)可作為大米種子的引發(fā)劑，有助于提高其發(fā)芽率和幼苗生長(zhǎng)活力，而高濃度的硒溶液(90～105 μmol/L)則易對(duì)幼苗產(chǎn)生毒害作用[6]。研究表明，硒能夠提高小麥籽粒在干旱脅迫條件下的抵抗力[7,8]，有助于減少在低溫脅迫下小麥發(fā)芽過(guò)程中氧自由基和脂質(zhì)過(guò)氧化物的產(chǎn)生，并提高麥芽的生物量[9]；適量硒的添加有助于促進(jìn)小麥籽粒的生長(zhǎng)，減少在UV-B光線照射下引起的氧化損傷[10]。

但是，現(xiàn)有的研究集中在外源硒施用對(duì)作物種子發(fā)芽過(guò)程的影響，并未對(duì)經(jīng)硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化所獲得的富硒(或硒含量較高)種子的發(fā)芽過(guò)程中的生理特征變化開展研究。目前，在中國(guó)、芬蘭、印度、英國(guó)，通過(guò)土壤、葉面施加硒肥等硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化途徑能夠顯著提高作物籽粒中的硒含量[11～14]。其中，小麥?zhǔn)侨梭w攝入硒的主要來(lái)源之一[15～18]，硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化后的小麥籽粒不僅具有較高的硒含量，而且可以將外源無(wú)機(jī)硒轉(zhuǎn)化為硒代蛋氨酸(SeMet)[19]。

因此，本研究以硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的小麥籽粒為研究對(duì)象，探討內(nèi)源硒對(duì)籽粒發(fā)芽參數(shù)和生理特征的影響，以期為合理利用和開發(fā)硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化谷物提供參考。

1 材料和方法

1.1材料

1.1.1試驗(yàn)試劑 Se(IV)標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB 04-1751-2004，由國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供)；蛋白酶K、蛋白酶XIV、纖維素酶、硒代胱氨酸(SeCys2)、硒甲基硒代半胱氨酸(SeMeCys)、硒代蛋氨酸(SeMet)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均購(gòu)自德國(guó)Sigma公司；α-淀粉酶(AMS)、過(guò)氧化氫(H2O2)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-PX)、總抗氧化能力(T-AOC)試劑盒均購(gòu)自南京建成生物工程研究所；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.1.2試驗(yàn)材料 小麥品種為揚(yáng)麥16(由江蘇里下河地區(qū)農(nóng)科所培育和提供)，通過(guò)向土壤中施加專用硒肥(由天然高硒礦物活化制成，由蘇州硒谷科技有限公司提供)獲得了硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥低硒組A(硒含量5.245 μg/g)、高硒組B(硒含量47.850 μg/g)以及同一品種的非強(qiáng)化小麥對(duì)照組CK(硒含量0.039 μg/g)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1發(fā)芽處理與發(fā)芽參數(shù) 挑選飽滿、均一的小麥籽粒，置于5% NaClO溶液中浸泡5 min后立即用超純水(18.2 MΩcm)沖洗10次，然后在250 mL超純水中浸泡24 h(25℃)后放在發(fā)芽盤中，每個(gè)發(fā)芽盤中放500粒小麥，每組設(shè)置4個(gè)平行。將發(fā)芽盤放置在恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，避光，溫度20℃，濕度90%，定期補(bǔ)給發(fā)芽所需的水分。分別在發(fā)芽的第0天(24 h浸泡后)、第2天、第4天、第6天觀察后采取整株小麥芽樣品，樣品一部分于-20℃冷藏，用于酶活性及抗氧化性質(zhì)的研究，另一部分于50℃烘干后粉碎，用于測(cè)定麥芽總硒含量及硒形態(tài)。此外，選取在發(fā)芽第4天檢測(cè)發(fā)芽率(以100粒計(jì))，以及根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)(以20粒計(jì))。

1.2.2總硒含量與硒形態(tài)測(cè)定 樣品干燥粉碎后過(guò)100目篩，準(zhǔn)確稱取0.5～1.0 g樣品加入10 mL混酸(80%濃硝酸+20%高氯酸)中，熱消解后加入5 mL鹽酸、18.2 MΩcm超純水定容至25 mL，硼氫化鉀溶液作還原劑、5%鹽酸溶液為載流，采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法(北京吉天—9230)測(cè)定總硒含量[20]。

準(zhǔn)確稱取0.2 g經(jīng)干燥粉碎過(guò)100目篩的樣品，加入5 mL Tris-HCl，超聲波提取30 min，加入纖維素酶50 mg、蛋白酶K 0.4 mL、蛋白酶XIV 0.4 mL，氣浴恒溫振蕩器(50℃，250 r/min)中震蕩48 h，低溫高速離心機(jī)(1 000 r/min，4℃)離心30 min，收集上清液過(guò)0.22 μm水系膜，采用形態(tài)預(yù)處理-原子熒光聯(lián)用儀測(cè)量SeCys2、SeMeCys、SeMet、Se(IV)的含量(北京吉天AFS-9230-SPA-10-LC-20AB)[21,22]，其中SeCys2、SeMeCys、SeMet、Se(IV)的測(cè)試標(biāo)樣相對(duì)誤差(RSD)分別為5%、6%、10%和5%。

1.2.3AMS、GSH-Px、SOD、T-AOC、H2O2、MDA的測(cè)定 稱取0.5 g冷藏麥芽樣品加入4.5 mL 0.86%生理鹽水中，在冰水浴下制備組織勻漿，低溫高速離心(1 000 r/min，4℃)30 min，過(guò)0.22 μm水系膜，收集勻漿上清液。采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒測(cè)定麥芽上清液[5]，調(diào)節(jié)分光光度計(jì)(UV-2450 島津)波長(zhǎng)到660 nm、412 nm、550 nm、520 nm、405 nm和532 nm處分別測(cè)定樣品吸光度，依照試劑盒說(shuō)明書分別計(jì)算淀粉酶(AMS)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性、總抗氧化能力(T-AOC)以及過(guò)氧化氫(H2O2)、丙二醛(MDA)的含量。

1.2.4數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 19單因素方差分析法(ANOVA)、Duncan法進(jìn)行均數(shù)的多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥的發(fā)芽參數(shù)、總硒與硒形態(tài)特征

在發(fā)芽的第4天對(duì)發(fā)芽參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)，結(jié)果顯示硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥低硒組A和高硒組B的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)與對(duì)照組并沒(méi)有顯著性差異(P>0.05)。低硒組A的發(fā)芽率(77.33%±4.73%)顯著高于對(duì)照組CK(68.67%±1.53%)(P<0.05)，但高硒組B的發(fā)芽率(70.67%±4.93%)與對(duì)照組相比并沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。

低硒組A和高硒組B的小麥籽粒在發(fā)芽的第6天，全株芽體(包括芽、根和籽粒)中總硒含量相比未發(fā)芽籽粒分別增加了29.0%和36.8%(表2)，這可能是由于發(fā)芽過(guò)程中籽粒的部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗而引起質(zhì)量損失導(dǎo)致的。發(fā)芽過(guò)程中，硒在低硒組A中以硒代蛋氨酸(SeMet)的形式存在，占總硒的比例達(dá)到53%～69%；而在高硒組B中以硒代蛋氨酸(SeMet)和硒代胱氨酸(SeCys2)的形式存在，占總硒的比例達(dá)到40%～54%。盡管在不同發(fā)芽時(shí)期中硒的形態(tài)特征并未發(fā)生明顯變化，但硒代氨基酸在總硒中的占比隨發(fā)芽過(guò)程的進(jìn)行而逐步降低。

表1 發(fā)芽第4天麥芽根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)及籽粒發(fā)芽率(Duncan test，P<0.05)Table 1 Root length, sprout length and germination rate on the fourth day during wheat germination (Duncan test,P<0.05).

注：同列數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表2 不同發(fā)芽時(shí)期的全株芽體中總硒與硒形態(tài)特征Table 2 Total Se contents and Se-containing amino acids contents in germinated wheats during different times.

注：對(duì)照組CK的硒代氨基酸含量較低，未達(dá)到儀器檢出限；同列數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥的發(fā)芽生理指標(biāo)特征

不同發(fā)芽時(shí)期(第0天、第2天、第4天、第6天)中小麥的AMS、GSH-Px和SOD的變化情況如圖1所示。總體而言，發(fā)芽過(guò)程中淀粉酶的活力越來(lái)越強(qiáng)，在發(fā)芽的第6天，對(duì)照組CK、低硒組A、高硒組B的淀粉酶活力比第0天時(shí)分別增長(zhǎng)了128%、178%和120%。從發(fā)芽第2天開始，籽粒硒含量越高，淀粉酶活力越強(qiáng)(CK:13.57 U/mg，A:18.35 U/mg，B:23.46 U/mg，P<0.05)；盡管在發(fā)芽第6天，高硒組B的淀粉酶活性(27.93 U/mg)有所下降，但仍顯著高于對(duì)照組CK(23.73 U/mg)(圖1A)。

GSH-Px酶活力在發(fā)芽過(guò)程中均呈明顯上升趨勢(shì)，第6天時(shí)的GSH-Px酶活力較第0天分別提高了24.37倍(CK)、11.23倍(A)、7.71倍(B)，分別達(dá)到130.66 U/mg、174.19 U/mg和154.32 U/mg。但是，GSH-PX酶活力最高值出現(xiàn)在高硒組B的第4天，達(dá)到229.47 U/mg，隨后呈下降趨勢(shì)，到第6天下降至154.32 U/mg，而低硒組A和對(duì)照組CK依然呈上升趨勢(shì)(圖1B)。

圖1 發(fā)芽過(guò)程中AMS、GSH-Px、SOD變化特征(Duncan test，P<0.05)Fig.1 AMS, GSH-Px and SOD changes during wheat germination (Duncan test,P<0.05).

與之相反的是SOD酶活力整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖1C)：在第0天，低硒組A小麥SOD酶活力為692.62 U/mg，明顯高于對(duì)照組CK(595.70 U/mg)和高硒組B(573.65 U/mg)；在第2～4天，低硒組A的SOD酶活力下降到537.55 U/mg，幾乎與高硒組B為同一水平(529.30 U/mg)，但二者均顯著高于對(duì)照組CK(446.59 U/mg)(P<0.05)；到第6天，三者SOD酶活力達(dá)到相同水平。

生物體內(nèi)的各種抗氧化大分子、抗氧化小分子和抗氧化酶的總體水平體現(xiàn)了該體系內(nèi)的總抗氧化能力(T-AOC)。在發(fā)芽第0天，低硒組A、高硒組B的T-AOC明顯高于對(duì)照組CK(CK:2.12 U/mg，A:2.63 U/mg，B:2.43 U/mg,P<0.05)。在發(fā)芽第2、4、6天，3組小麥的T-AOC均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，高硒組B的T-AOC分別是對(duì)照組CK的1.81倍、1.76倍和1.23倍(P<0.05)，但低硒組A的T-AOC在發(fā)芽第2、4天與對(duì)照組CK相比無(wú)明顯差異(圖2A)，在第6天時(shí)，低曬組A的T-AOC低于對(duì)照組。

發(fā)芽第0天，3組小麥籽粒中的H2O2含量未表現(xiàn)出明顯差異(P>0.05)；第2天，低硒組A、高硒組B的H2O2含量明顯低于對(duì)照組CK(CK:21.15 mmol/g，A:17.33 mmol/g，B:5.95 mmol/g；P<0.05)；第4天，對(duì)照組CK、低硒組A和高硒組B的H2O2含量分別較第2天增長(zhǎng)了1.23倍、1.48倍和4.55倍，且處于同一水平；第6天，對(duì)照組CK繼續(xù)升高了6%，而低硒組A和高硒組B較第4天分別降低了36.8%和54.5%(圖2B)。

高硒組B在未發(fā)芽階段的MDA含量(0.59 μmol/g)顯著低于對(duì)照組CK(0.81 μmol/g)，低硒組A的MDA含量(0.71 μmol/g)與對(duì)照組CK相比沒(méi)有明顯差異；第4天，3組MDA含量分別較第2天上升了49%、195%和78%，低硒組A和高硒組B的MDA含量上升幅度較大；第6天，對(duì)照組CK和低硒組A的MDA含量繼續(xù)分別上升了114%、4%，而高硒組B的MDA含量則降低了6%，且低硒組A和高硒組B的MDA含量在第6天明顯低于對(duì)照組(P< 0.05)(圖2C)。

3 討論

圖2 發(fā)芽過(guò)程中T-AOC、H2O2、MDA變化特征(Duncan test，P<0.05)Fig.2 T-AOC, H2O2 and MDA changes during wheat germination (Duncan test, P<0.05).注：同一圖中同一發(fā)芽時(shí)間的不同處理中的不同字母表示差異顯著(P<0.05)。A.T-AOC; B.H2O2; C.MDA。

總體而言，對(duì)照組CK、低硒組A和高硒組B的整體發(fā)芽率在70%～80%之間，發(fā)芽率并不高，這可能與新收獲小麥籽粒存在休眠期有關(guān)[23]；但是，低硒組A(硒含量5.245 μg/g)的發(fā)芽率顯著高于其余兩組，這表明小麥籽粒中適宜濃度的硒可能有助于提高小麥的發(fā)芽率。此外，低硒組A中的硒形態(tài)主要是硒代蛋氨酸(SeMet)，而高硒組B中的硒形態(tài)主要是硒代蛋氨酸(SeMet)和硒代胱氨酸(SeCys2)，較為復(fù)雜，而且在發(fā)芽過(guò)程中低硒組A中的硒形態(tài)和占比基本維持不變，但高硒組B中的硒代氨基酸比例出現(xiàn)明顯下降，很可能是由于SeCys2在發(fā)芽過(guò)程中代謝轉(zhuǎn)化為甲基化物(如：硒甲基硒代半胱氨酸SeMeCys)揮發(fā)而導(dǎo)致的[24]。

有研究顯示硒的存在能夠提高淀粉的代謝活力、維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性[6]和細(xì)胞的完整性[25]，對(duì)小麥的發(fā)芽過(guò)程具有積極作用[26]。硒能夠?qū)χ参锏目寡趸赶到y(tǒng)產(chǎn)生影響，外源硒的添加能夠增強(qiáng)GSH-Px酶活力、降低脂質(zhì)過(guò)氧化物的含量[27～29]，同時(shí)也能夠提高SOD酶的活力[5,30]以清除超氧自由基。本研究中低硒組A和高硒組B的GSH-Px、SOD活力顯著高于對(duì)照組CK，從而導(dǎo)致其在清除發(fā)芽過(guò)程中產(chǎn)生的H2O2和O2-的能力顯著優(yōu)于對(duì)照組。但是，在本研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)硒含量越高，其GSH-Px活力越強(qiáng)，且發(fā)芽過(guò)程中GSH-Px活力整體呈上升趨勢(shì)，而SOD酶活力卻整體呈下降趨勢(shì)，這與Wang等[5]的研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)閃ang等的研究是通過(guò)添加外源無(wú)機(jī)硒(Na2SeO3)來(lái)研究花生的發(fā)芽過(guò)程，與本研究中的經(jīng)過(guò)硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化轉(zhuǎn)化的內(nèi)源硒在作物發(fā)芽過(guò)程中的代謝方式不同所導(dǎo)致的。同時(shí)，本研究中較高活力的GSH-Px酶的表達(dá)可以有效的清除H2O2和脂質(zhì)過(guò)氧化物，減少O2-的產(chǎn)生，從而可能降低了對(duì)SOD的需求[31]?？傮w而言，發(fā)芽后期(第4～6天)麥芽體內(nèi)的H2O2和MDA含量與未發(fā)芽籽粒相比均有明顯增加，表明發(fā)芽過(guò)程中產(chǎn)生了大量活性氧，會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)等生物大分子以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生氧化損傷[32, 33]。但本研究中的小麥發(fā)芽的第2天和第6天，麥芽體內(nèi)H2O2含量與硒含量呈負(fù)相關(guān)，且在發(fā)芽第6天時(shí)MDA含量與H2O2變化一致，這表明經(jīng)過(guò)生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化后在籽粒中存在的內(nèi)源硒能夠有效調(diào)節(jié)發(fā)芽過(guò)程中的生長(zhǎng)狀態(tài)并降低由硒引起的氧化脅迫[5]。

綜上所述，硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥在發(fā)芽過(guò)程中籽粒中適宜濃度的內(nèi)源硒有助于提高小麥發(fā)芽率、增強(qiáng)α-淀粉酶的活力、通過(guò)影響酶(GSH-Px、SOD)和非酶系統(tǒng)提高機(jī)體的總抗氧化能力(T-AOC)、降低發(fā)芽過(guò)程中的H2O2和MDA的積累。但是，硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化籽粒中的內(nèi)源有機(jī)硒是如何在發(fā)芽過(guò)程中從籽粒向不同組織部位轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的，以及如何通過(guò)發(fā)芽工藝開發(fā)硒生物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化小麥制品等工作尚需進(jìn)一步探究。

[1] Terry N, Zayed A M, de Souza M P,etal.. Selenium in higher plants[J]. Annu. Rev. Plant Phys.,2000,51(1):401-432.

[2] Hartikainen H. Biogeochemistry of selenium and its impact on food chain quality and human health[J]. J. Trace Elem. Med. Biol., 2005,18(4):309-318.

[3] El-Ramady H, Abdalla N, Alshaal T,etal.. Selenium and its role in higher plants[A].In: Pollutants in Buildings, Water and Living Organisms[M]. Berlin: Springer, 2015,235-296.

[4] Chen C C, Sung J M. Priming bitter gourd seeds with selenium solution enhances germinability and antioxidative responses under sub-optimal temperature[J]. Physiol. Plantarum., 2001,111(1):9-16.

[5] Wang G, Zhang H, Lai F,etal.. Germinating peanut (ArachishypogaeaL.) seedlings attenuated selenite-induced toxicity by activating the antioxidant enzymes and mediating the ascorbate-glutathione cycle[J]. J. Agric. Food Chem., 2016,64(6):1298-1308.

[6] Khaliq A, Aslam F, Matloob A,etal.. Seed priming with selenium: Consequences for emergence, seedling growth, and biochemical attributes of rice[J]. Biol. Trace Elem. Res., 2015,166(2):236-244.

[7] Nawaz F, Ashraf M Y, Ahmad R,etal.. Selenium (Se) seed priming induced growth and biochemical changes in wheat under water deficit conditions[J]. Biol. Trace Elem. Res., 2013,151(2):284-293.

[8] Nawaz F, Ashraf M Y, Ahmad R,etal.. Selenium (Se) regulates seedling growth in wheat under drought stress[J]. Adv. Chem. Ser.,2014 (3): 670-675.

[9] Chu J, Yao X, Zhang Z. Responses of wheat seedlings to exogenous selenium supply under cold stress[J]. Biol. Trace Elem. Res., 2010,136(3):355-363.

[10] Yao X, Chu J, Ba C. Antioxidant responses of wheat seedlings to exogenous selenium supply under enhanced ultraviolet-B[J]. Biol. Trace Elem. Res., 2010,136(1):96-105.

[11] Boldrin P F, Faquin V, Ramos S J,etal.. Soil and foliar application of selenium in rice biofortification[J]. J. Food Compos. Anal., 2013,31(2):238-244.

[12] Broadley M R, White P J, Bryson R J,etal.. Biofortification of UK food crops with selenium[J]. Proc. Nutr. Soc., 2006,65(2):169-181.

[13] Hawkesford M J, Zhao F. Strategies for increasing the selenium content of wheat[J]. J. Cereal Sci., 2007,46(3):282-292.

[15] Combs G F. Selenium in global food systems[J]. Brit. J. Nutr., 2001,85(5):517-547.

[16] Lyons G, Stangoulis J, Graham R. High-selenium wheat: Biofortification for better health[J]. Nutr. Res. Rev., 2003, 16(1): 45-60.

[17] Lyons G, Ortiz-Monasterio I, Stangoulis J,etal.. Selenium concentration in wheat grain: Is there sufficient genotypic variation to use in breeding [J]. Plant Soil,2005,269(1-2):369-380.

[18] Lyons G H, Lewis J, Lorimer M F,etal.. High-selenium wheat: Agronomic biofortification strategies to improve human nutrition[J]. J. Food Agric. Environ., 2004,22(1):171-178.

[19] Cubadda F, Aureli F, Ciardullo S,etal.. Changes in selenium speciation associated with increasing tissue concentrations of selenium in wheat grain[J]. J. Agric. Food Chem., 2010,58(4):2295-2301.

[20] Gao J, Liu Y, Huang Y,etal.. Daily selenium intake in a moderate selenium deficiency area of Suzhou, China[J]. Food Chem., 2011,126(3):1088-1093.

[21] Yuan L X, Zhu Y Y, Lin Z Q,etal.. A novel selenocystine-accumulating plant in selenium-mine drainage area in Enshi, China[J]. PLoS ONE, 2013,8:e656156.

[22] Mazej D, Falnoga I, Veber M,etal.. Determination of selenium species in plant leaves by HPLC-UV-HG-AFS[J]. Talanta, 2006, 68 (3): 558-568.

[23] Kashiwakura Y, Kobayashi D, Jikumaru Y,etal.. Highly sprouting-tolerant wheat grain exhibits extreme dormancy and cold imbibition-resistant accumulation of abscisic acid[J]. Plant Cell Physiol., 2016,57(4):715-732.

[24] Pilon-Smits E A, Quinn C F. Selenium metabolism in plants[A].In:Cell Biology of Metals and Nutrients[M]. Berlin: Springer, 2010,225-241.

[25] Feng R, Wei C, Tu S. The roles of selenium in protecting plants against abiotic stresses[J]. Environ. Exp. Bot., 2013,87:58-68.

[26] Akladious S A. Influence of different soaking times with selenium on growth, metabolic activities of wheat seedlings under low temperature stress[J]. Afr. J. Biotechnol., 2012,11(82):14792-14804.

[27] Cartes P, Gianfreda L, Mora M L. Uptake of selenium and its antioxidant activity in ryegrass when applied as selenate and selenite forms[J]. Plant Soil, 2005,276(1-2):359-367.

[28] Djanaguiraman M, Devi D D, Shanker A K,etal.. Seleninm-an antioxidative protectant in soybean during senescence[J]. Plant Soil,2005,272(1-2):77-86.

[29] Xue T, Hartikainen H, Piironen V. Antioxidative and growth-promoting effect of selenium on senescing lettuce[J]. Plant Soil, 2001,237(1):55-61.

[30] Sepp?nen M, Turakainen M, Hartikainen H. Selenium effects on oxidative stress in potato[J]. Plant Sci., 2003,165(2):311-319.

[31] Hartikainen H, Xue T, Piironen V. Selenium as an anti-oxidant and pro-oxidant in ryegrass[J]. Plant Soil, 2000,43(225):193-200.

[32] Fu J, Huang B. Involvement of antioxidants and lipid peroxidation in the adaptation of two cool-season grasses to localized drought stress[J]. Environ. Exp. Bot.,2001,45(2):105-114.

[33] Ríos J J, Blasco B, Cervilla L M,etal.. Production and detoxification of H2O2in lettuce plants exposed to selenium[J]. Ann. Appl. Biol., 2009,154(1):107-116.

StudyonPhysiologicalCharacterizationofSelenium-biofortifiedWheatDuringGermination

MA Lijia1, ZHANG Zezhou1,2, YUAN Linxi1*, YIN Xuebin3*

1.JiangsuBio-engineeringResearchCentreofSelenium,JiangsuSuzhou215123,China; 2.StateKeyLaboratoryofBiogeologyandEnvironmentalGeology,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China; 3.SuzhouInstituteforAdvancedStudies,UniversityofScienceandTechnologyofChina,JiangsuSuzhou215123,China

The selenium (Se)-biofortified wheat cultivar, Yangmai 16, with low-Se level A (5.245 μg Se/g), high-Se level B (47.850 μg Se/g) and control group CK (0.039 μg Se/g) were selected to germinate, and the germination parameters (root length, sprout length and germination rate), the total Se contents and Se species, and the physiological metabolism activities (AMS, GSH-Px, SOD, T-AOC, H2O2, MDA) were monitored during the different germination phases. The results revealed that there were no differences on root length and sprout length among the three groups, but increased germination rates could be observed with moderate Se contents in wheats. SeMet could be transformed into SeCys2in high-Se level B during germination. Moreover, the biofortified Se in group A and B could obviously improve the activities of AMS, GSH-Px and SOD, increase the capacity of T-AOC, and reduce the accumulation of H2O2and MDA.

selenium biofortification; wheat; germination; GSH-Px; T-AOC

2017-07-30;接受日期2017-08-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31400091)資助。

馬麗佳，碩士,研究方向?yàn)槲餇I(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化。E-mail：malijia@163.com。*通信作者：袁林喜，研究員，博士，研究方向?yàn)樯餇I(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化與應(yīng)用。E-mail: yuanlinxi001@gmail.com；尹雪斌，副教授，博士，研究方向?yàn)楣δ苻r(nóng)業(yè)研究與開發(fā)。E-mail: xbyin@ustc.edu.cn

10.19586/j.2095-2341.2017.0096