不同濃度CO2施肥對溫室番茄果實(shí)積硒效應(yīng)的影響

李 靖 ，孫 勝，2*，邢國明，2* ，侯雷平，2，張振花，劉 洋，袁宏霞，鄭金英

（1．山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西省設(shè)施蔬菜提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心，山西省設(shè)施園藝工程技術(shù)中心，山西 太谷 030801）

自從硒被發(fā)現(xiàn)及通過，近幾十年國內(nèi)外的研究表明，硒作為動物和人體的必要微量元素，無論是缺乏還是攝入過量均會引起不同疾病。如地方性的克山病、克汀病、大骨節(jié)病，這些都與缺硒有密切關(guān)系［1］。通過對蔬菜作物施硒處理使其吸收進(jìn)入食物鏈?zhǔn)侨梭w補(bǔ)硒最經(jīng)濟(jì)、安全、有效的途徑［2］。硒在植物體內(nèi)積累的同時對植物的生長及發(fā)育也會有顯著的影響。已有的研究表明一定濃度的硒對植物生長發(fā)育有著積極的促進(jìn)作用。在植物增產(chǎn)提質(zhì)方面有著顯著的功效。但是人及動植物在高硒濃度下均會受到毒害影響。

已有相關(guān)施硒試驗(yàn)表明：在對小白菜、番茄和蘿卜富硒處理［3］后發(fā)現(xiàn)其在一定限量范圍內(nèi)均對硒有較強(qiáng)的吸收與富集能力，都可以通過人工施硒處理使其富硒并達(dá)到為人體補(bǔ)充適量的硒、營養(yǎng)保健和預(yù)防疾病的目的。葉面施肥是調(diào)控植物營養(yǎng)與微量元素普遍采用的方法，而且有著較少接觸土壤、減少土壤吸收固定與污染以及提高植物利用率的優(yōu)點(diǎn)，而且通過葉面施硒也可顯著提高作物中的硒含量［4］。已有的研究證明，天然有機(jī)硒的生物活性比無機(jī)硒高，毒性比無機(jī)硒?。?］。因此研究農(nóng)作物以及蔬菜作物對硒的吸收和轉(zhuǎn)化，以及如何提高作物內(nèi)含硒量，特別是有機(jī)硒含量是非常有意義的課題。

已有的研究認(rèn)為磷與硫可以影響土壤硒含量豐富地區(qū)小麥籽粒中硒積累的水平［6］。苜蓿在酸性與堿性條件下的硒含量會與鉀肥的施用量呈正相關(guān)關(guān)系。樊文華等［7］試驗(yàn)結(jié)果得出，單一施硒和硒鈷配施均可明顯地提高番茄中硒和土壤中有效硒的含量。國外有人認(rèn)為蛋白質(zhì)、氨基酸和水溶性氮素可以促進(jìn)植物內(nèi)硒的吸收量，但是加入腐植酸則會降低植物中硒的含量［8］。同時，已有的研究也證明了CO2施肥對作物的生長、品質(zhì)及礦質(zhì)元素的吸收總量均有不錯的促進(jìn)作用。本文內(nèi)容則是研究不同濃度CO2施肥處理不同施硒水平下對溫室番茄果實(shí)內(nèi)積硒效應(yīng)結(jié)果及果實(shí)內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的影響。找出提高總硒、有機(jī)硒積累轉(zhuǎn)化的方式，以及提高番茄果實(shí)品質(zhì)的施肥組合方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站裝有二氧化碳施放系統(tǒng)的日光溫室內(nèi)進(jìn)行，番茄為栽培種“興海12號”。

1.2 試驗(yàn)處理

CO2濃度共設(shè)置4個處理，溫室內(nèi)分為4個隔間，單個小區(qū)面積 6 m×8 m。設(shè)各隔間CO2濃度依次為大氣濃度（CK）、（600±25）μmol·mol-1（T1）、（800±25）μmol·mol-1（T2）、（1 000±25）μmol·mol-1（T3）。在此基礎(chǔ)上每個隔間的番茄進(jìn)行包括空白在內(nèi)的4個硒水平的處理L0（清水）、L1（2 mg·kg-1）、L2（4 mg·kg-1）、L3（6 mg·kg-1）。具體為除了空白L0噴水作為對照，其它3個處理分別噴施2、4、6 mg·kg-1的亞硒酸鈉稀釋液。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。噴硒時間為坐果后進(jìn)行第一次噴施，以后每隔14 d噴施一次，共3次。噴施方式為葉面噴施。土壤基肥為腐熟的羊糞（總養(yǎng)分：有機(jī)質(zhì)24%～27%，氮0.7%～0.8%，磷0.45%～0.6%，鉀0.4%～0.5%），在種植前已均勻翻入地中。定植后采用復(fù)合肥（總養(yǎng)分：N+P2O5+K2O≥45%）追肥，隨每次澆水時施入。每隔間每次施用量為1 kg，番茄坐果后在此基礎(chǔ)上每次加施0.5 kg大量元素沖施肥（總養(yǎng)分：N+P2O5+K2O≥60%，硝態(tài)氮≥6%，鐵0.1%，鋅0.05%，錳0.05%，鉬0.01%，硼0.05%）。澆水間隔為10 d左右。

采成熟后的番茄果實(shí)樣品，烘干后測果實(shí)內(nèi)總硒與有機(jī)硒含量，鮮樣測果實(shí)相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 總硒及有機(jī)硒

硒以不同的化學(xué)形式存在于植物體中，包括無機(jī)硒和有機(jī)硒。番茄試樣中無機(jī)硒在 6 mol·L-1鹽酸水浴條件下提取，與有機(jī)硒分離，使用原子熒光光譜法測定無機(jī)硒的含量。有機(jī)硒含量為總硒與無機(jī)硒的差值。全硒與無機(jī)硒測定參考：GB 5009. 93—2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中硒的測定、DB 3301/T 117—2007稻米中有機(jī)硒和無機(jī)硒含量的測定 原子熒光光譜法測定［9］。

有機(jī)硒含量=全硒-無機(jī)硒含量

有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率=有機(jī)硒含量/全硒含量×100%

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo)測定

采用蒽酮法測可溶性糖含量、鉬藍(lán)比色法測維生素C含量、石油醚萃取法測番茄紅素含量、酸堿滴定法測可滴定酸含量［10-11］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理用 Excel 2010、SAS 8.1 軟件分別進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析（P＜0.05）作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度CO2施肥對番茄果實(shí)硒吸收轉(zhuǎn)化的影響

2.1.1 番茄果實(shí)總硒含量

從圖1可得，番茄CO2施肥后的各施硒水平的結(jié)果如下：硒水平為L0（空白）時各CO2濃度下果實(shí)總硒含量均很少，且各處理之間無明顯差異；硒水平為L1時，CO2施肥處理T2與T3相比CK有顯著提升，果實(shí)總硒含量分別上升32.85%與24.66%，且兩個CO2施肥處理之間也有顯著差異。但是T1與對照相比無明顯差異；當(dāng)硒水平為L2時，在CO2施肥處理下T1、T2、T3與對照相比均有顯著提升，分別達(dá)到25.00%、51.16%、27.91%。T1與T3間無顯著差異，但均與T2差異明顯；當(dāng)硒水平為L3時，CO2施肥處理下T1、T2、T3處理比對照均有顯著提升，分別達(dá)到15.88%、24.47%與11.51%，且各處理之間也有顯著差異?？梢钥闯觯咽┪笤诓煌瑵舛鹊腃O2施肥處理下除T1L1外在同一硒水平下隨著CO2濃度升高番茄果實(shí)內(nèi)總硒含量會顯著上升，而且在各施硒水平條件下T2相比CK增長幅度均達(dá)到最高。

圖1 番茄果實(shí)總硒含量

同時可以看出，在相同的CO2施肥環(huán)境中隨著施硒濃度的升高，果實(shí)內(nèi)總硒含量隨施硒濃度升高得到大幅度提升。并且在各CO2施肥處理下上升趨勢相同。所以番茄果實(shí)中硒含量的主要影響因素是植株本身被施硒量的多少，但是通過CO2施肥明顯可以提升在同一硒水平下番茄果實(shí)的總硒含量。綜合來看，在T2L3組合下，番茄果實(shí)中積累總硒含量最多達(dá)到 0.26 mg·kg-1。

2.1.2 番茄果實(shí)有機(jī)硒含量及轉(zhuǎn)化率

番茄果實(shí)內(nèi)有機(jī)硒是通過植株吸收硒后將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒，且有機(jī)硒的生物意義更大。結(jié)合圖2，通過對番茄CO2施肥后在不同的施硒水平番茄果實(shí)有機(jī)硒含量及變化分析結(jié)果如下：硒水平為L0空白時各CO2濃度下果實(shí)有機(jī)硒含量仍然很少，且各處理之間也無明顯差異；硒水平為L1時，各CO2施肥處理T1、T2與T3相比CK有顯著提升，果實(shí)總硒含量分別上升16.12%、75.51%與65.10%，其中T2與T3之間差異不顯著。但是與T1與有明顯差異；當(dāng)硒水平為L2時，在CO2施肥處理下T1、T2、T3與對照相比均有顯著提升，分別達(dá)到37.78%、84.92%、53.59%。T1、T2、T3兩兩互有顯著差異；當(dāng)硒水平為L3時，各CO2施肥處理T1、T2、T3與對照均有顯著提升，分別達(dá)到19.71%、29.24%與17.80%，且各處理之間也有顯著差異。

圖2 番茄果實(shí)有機(jī)硒含量

在相同的CO2施肥濃度下時，隨著施硒水平的升高果實(shí)內(nèi)有機(jī)硒含量呈倍數(shù)上升，可以看出，番茄果實(shí)內(nèi)有機(jī)硒含量隨著施硒水平的升高而顯著升高，并且在CO2施肥環(huán)境下有進(jìn)一步提升效果，并且效果顯著。其中CO2處理在T2時效果比其他處理有明顯優(yōu)勢。

從圖3可以看出，隨著硒濃度與CO2濃度的升高番茄果實(shí)中有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率也在升高。但在較高濃度CO2（T3）下，有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率在3個施硒處理（L1、L2、L3）之間已無明顯差異，這可能與轉(zhuǎn)化率接近100%有關(guān)系，此時的轉(zhuǎn)化率已達(dá)95%以上。

圖3 番茄果實(shí)有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率

2.2 不同CO2施肥配施不同硒處理對番茄果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

2.2.1 可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比

番茄果實(shí)內(nèi)糖與酸不僅是營養(yǎng)物質(zhì)，也影響到果實(shí)口感。因此糖酸含量是番茄果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)。從圖4可以看出，在CO2處理濃度為CK時，隨著施硒水平的升高番茄果實(shí)內(nèi)糖含量會有顯著提升，說明對番茄葉片施硒會使番茄內(nèi)可溶性總糖含量上升。不同CO2濃度配合不同硒濃度處理番茄果實(shí)內(nèi)可溶性糖含量均顯著提升，其中T2L3組合效果最好，相比CKL0組合提升了61.33%。

圖4 番茄果實(shí)可溶性糖含量

從圖5可以看出，無論是單獨(dú)施CO2氣體還是單獨(dú)葉片噴施亞硒酸鈉，果實(shí)內(nèi)可滴定酸含量均有顯著下降趨勢，并且隨著CO2與硒的量增大，果實(shí)內(nèi)可滴定酸的含量呈不斷下降趨勢且效果顯著。在不同的硒水平L0、L1、L2、L3下，隨著CO2施肥濃度的升高果實(shí)內(nèi)酸含量相比不施CO2的CK顯著下降。而在相同的CO2環(huán)境下，番茄葉面噴施硒后果實(shí)可滴定酸含量相比L0也有顯著下降趨勢，其中CO2為T2時L1、L2、L3之間沒有顯著差異，但均與T2L0有顯著差異。綜合來看，在T3L3時果實(shí)內(nèi)酸含量降到最低水平，相比CKL0下降了35.14%。

圖5 番茄果實(shí)可滴定酸含量

圖6 為果實(shí)糖酸比的結(jié)果，與果實(shí)內(nèi)可溶性總糖與可滴定酸含量有關(guān)系?？梢钥闯?，在各硒水平下隨著CO2施肥濃度升高果實(shí)糖酸比都呈顯著上升趨勢。而在不同的CO2施肥水平下果實(shí)施硒相比不施硒糖酸比均有顯著的提升，但在T1、T2、T3的CO2水平中均是L2相對其他處理效果更明顯，在此次試驗(yàn)中T3L2組合處理下番茄果實(shí)糖酸比相對其他處理最高，口感可能相對比來說會好一些。

圖6 番茄果實(shí)糖酸比

在一定范圍內(nèi)番茄施硒與施CO2氣肥可以提高果實(shí)內(nèi)可溶性總糖并且降低總酸量，從而提升糖酸比，這和前人［12］的研究結(jié)果一致。而本試驗(yàn)通過硒與CO2的配施可使上述效果得到進(jìn)一步提升。

2.2.2 維生素C及番茄紅素含量

人體無法自身合成維生素C與番茄紅素，二者是對人體有益的抗氧化物質(zhì)。并且番茄紅素也是西紅柿中相比其他蔬菜含量最高的營養(yǎng)物質(zhì)，對人體疾病免疫及抗衰老等有多方面的作用。所以番茄果實(shí)內(nèi)維生素C與番茄紅素含量也是番茄重要的品質(zhì)指標(biāo)。

圖7為CO2與硒配施后番茄果實(shí)內(nèi)維生素C含量的結(jié)果。在各硒水平下，隨著CO2濃度升高番茄果實(shí)內(nèi)維生素C含量均顯著提升，且都是T2的CO2處理濃度下優(yōu)勢最顯著。同時在各CO2處理水平下施硒均會對果實(shí)維生素C含量有提升效果，其中在CO2水平為CK、T1、T3時，L1與L2雖與L0有差異但二者之間無明顯差異，并且提升幅度相比L3來說也比較小。在T2L3組合下番茄維生素C含量最高，相比CKL0提升53.89%。

圖7 番茄果實(shí)維生素C含量

圖8 為CO2與硒配施后番茄果實(shí)內(nèi)含番茄紅素結(jié)果，硒水平為L0時，CO2施肥處理下T1、T2與T3相比CK有顯著提升，果實(shí)內(nèi)番茄紅素含量分別上升21.09%、41.88%與22.44%，其中T3與T1間差異不顯著但與T2及CK均有顯著差異。硒水平為L1時各CO2濃度下T1、T2、T3相比CK均有顯著提升，分別達(dá)到8%、32.65%、23.43%；當(dāng)硒水平為L2時，在CO2施肥處理下T2、T3與對照相比均有顯著提升，分別達(dá)到18.46%和6.43%。但是T1與CK間無顯著差異；當(dāng)硒水平為L3時，CO2施肥處理下T1、T2、T3各處理與對照比均有顯著提升，分別達(dá)到4.21%、66.13%與20.44%，且各處理之間也有顯著差異。而在相同CO2施肥水平下不同硒水平結(jié)果為：當(dāng)CO2為CK時，不同硒水平下L1、L2與L3相比L0有顯著提升，果實(shí)番茄紅素含量分別上升12.72%、31.87%與32.43%，其中L2與L3間差異不顯著但與L1及L0均有顯著差異。CO2為T1時各硒水平下L2、L3相比L0均有顯著提升，分別達(dá)到9.44%、13.97%，而L1與L0差異不明顯；當(dāng)CO2為T2時，L1、L2、L3各處理與對照均有顯著提升，分別達(dá)到5.39%、10.11%與55.06%，且各處理之間也有顯著差異；當(dāng)CO2為T3時，各硒水平下L1、L2、L3各處理與對照均有顯著提升，分別達(dá)到13.63%、14.62%與30.27%，但是其中L1與L2間差異不顯著，但與L3及L0均有顯著差異。綜合比較，T2L3組合配施處理下番茄果實(shí)內(nèi)番茄紅素含量最高，是CKL0的2.2倍。

圖8 番茄果實(shí)番茄紅素含量

3 討論與結(jié)論

作為植物光合作用的底物，CO2的濃度很大程度上影響著植物的生長與發(fā)育，對植物的光合速率有著重要的作用。本試驗(yàn)主要研究了CO2施肥對番茄果實(shí)硒積累的影響，也研究了CO2與硒的組合配施對番茄主要營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響。杜振宇等［12］對番茄葉面噴硒后得出隨噴硒量的增加，番茄在同一采收期含硒量均有增長趨勢的結(jié)論。

本試驗(yàn)中，在相同的CO2條件下葉面噴硒后隨著硒濃度升高均能夠使番茄果實(shí)內(nèi)總硒和有機(jī)硒含量升高，并且當(dāng)施硒濃度相同時隨著CO2濃度升高番茄果實(shí)內(nèi)總硒及有機(jī)硒都有顯著提升的效果且800 μmol·mol-1處理下效果最佳。有關(guān)于植物對亞硒酸鹽的吸收機(jī)制目前研究尚少，也無定論。但就目前研究情況來看，認(rèn)為吸收方式為主動運(yùn)輸并不依賴代謝［13-14］。我國有研究人員通過對水稻葉片吸收亞硒酸鈉特性研究發(fā)現(xiàn)，其在pH值較低、溫度較高環(huán)境下以被動運(yùn)輸方式進(jìn)入葉表細(xì)胞，而且低pH值與高溫也有助于亞硒酸鈉的吸收［15-16］。水稻的不同葉位葉片對吸收亞硒酸鹽影響的研究表明，充分伸展和正在伸展的葉片吸收亞硒酸鹽速率要高于成熟的老葉。CO2施肥可能提供了某種有利條件使得進(jìn)入番茄植株細(xì)胞內(nèi)的硒含量增高。在植物體中硒元素以多種化合物的形式存在，大體可分為有機(jī)態(tài)的硒與無機(jī)態(tài)的硒。而且硒主要的存在方式為有機(jī)硒，占比可達(dá)到80%以上［17］。有研究表明在 Se4+培養(yǎng)基上培養(yǎng)的蘿卜中大約95%的硒都轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)的硒［18］。本試驗(yàn)在相同的施硒環(huán)境下CO2施肥會使得番茄果實(shí)中有機(jī)硒及轉(zhuǎn)化率都顯著提升。當(dāng)然對植物內(nèi)硒以及有機(jī)硒絕對含量影響的主要因素還是在于施硒量。本試驗(yàn)中當(dāng)CO2施肥濃度一定時，有機(jī)硒的含量及轉(zhuǎn)化率也會隨番茄葉面施硒量的上升而上升，而杜振宇等［19］對茄子的施硒試驗(yàn)結(jié)果為：隨著施硒含量濃度的增加，硒含量會增加，但有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化率會下降，這與本試驗(yàn)的結(jié)果不同。而施和平等［20］此前對番茄施硒的結(jié)果為：高濃度硒對農(nóng)作物產(chǎn)生毒害，但在合適濃度下既促進(jìn)生長，又可合成有機(jī)硒化合物。諸多的研究表明，植物吸收的硒最終轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)和各種有機(jī)態(tài)硒，并且有其他新的存在形式也在被不斷發(fā)現(xiàn)中。硒是如何轉(zhuǎn)化為這些有機(jī)物，硒的這些轉(zhuǎn)化對植物本身及生理等有何功能等，所見報道還未能夠解釋清楚。在本試驗(yàn)的條件設(shè)置范圍內(nèi)番茄CO2的施肥處理表現(xiàn)出對硒的積累及有機(jī)硒轉(zhuǎn)化的促進(jìn)作用，但是植物內(nèi)硒吸收與轉(zhuǎn)化的調(diào)控機(jī)理目前的研究甚少。

已有的研究表明，合理的施硒濃度可以提高植株生長指標(biāo)以及產(chǎn)量指標(biāo)。邵旭日等［21］對番茄梯度施硒研究表明在一定施硒范圍內(nèi)維生素C、番茄紅素、糖酸比與施硒量呈正相關(guān)。通過對茄果類增施CO2的研究也已經(jīng)比較廣泛。本次試驗(yàn)在研究CO2對番茄硒積累及轉(zhuǎn)化的同時也比較了不同CO2與亞硒酸鈉的配施組合下成熟果實(shí)主要營養(yǎng)物質(zhì)含量，結(jié)果為單獨(dú)施亞硒酸鈉與CO2氣肥以及亞硒酸鈉與CO2的配施均使番茄營養(yǎng)品質(zhì)得到提升。果實(shí)內(nèi)維生素C、番茄紅素及可溶性總糖在組合T2L3（CO2濃度為 800 μmol·mol-1，硒濃度為 6 mg·L-1）時含量最高，提升顯著。在T3L2（CO2濃度為1 000μmol·mol-1，硒濃度為 4 mg·L-1）時有較高的糖酸比。

CO2作為植物生命來源影響著植物的大多數(shù)生命活動，精細(xì)化且深入的研究仍然需要。同時與硒有關(guān)的研究還在進(jìn)行，深究和利用植物中潛在進(jìn)行調(diào)控硒吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)、代謝和積累的基因和調(diào)控機(jī)制，并將此基因轉(zhuǎn)入相關(guān)目標(biāo)植物中使之高效表達(dá)，提高目標(biāo)植物中的硒含量。植物吸收和轉(zhuǎn)化硒（葉面施硒及土壤有效硒［9，22］）研究的深入將極大地推動富硒功能性食品、保健品等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為人類硒營養(yǎng)健康做出重要貢獻(xiàn)。