外源硒浸種對油菜幼苗根系生長及生理特性的影響

(山西師范大學生命科學院， 山西 臨汾 041004)

近年來，硒(Se)作為重要的微量元素之一，其防癌抗癌、抗氧化性、拮抗金屬性等多種生物活性越來越被人們關(guān)注[1-4]。隨著對元素硒的深入研究，國內(nèi)外針對很多種農(nóng)作物進行了外源硒的相關(guān)試驗，并了解到不同硒源以及不同硒濃度對種子萌發(fā)、根系活力、酶活性、葉綠素含量的影響[5-10]。油菜作為重要的設(shè)施栽培蔬菜，具有較高的營養(yǎng)價值，一直深受人們的喜愛[11]，然而關(guān)于外源硒對油菜幼苗根系生長及生理特性影響的研究還鮮有報道。因此，本試驗以油菜幼苗為研究對象，研究了不同濃度硒浸種對油菜幼苗根系生長及生理特性的影響，旨在為開發(fā)富硒蔬菜、進一步完善油菜栽培管理技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為小油菜幼苗，品種為“五月慢”。

1.2 試驗方法

試驗在山西師范大學校內(nèi)實驗室中進行。試驗設(shè)0.5 mg·L-1(Se 0.5)、1.0 mg·L-1(Se 1.0)、2.0 mg·L-1(Se 2.0)、4.0 mg·L-1(Se 4.0)、8.0 mg·L-1(Se 8.0)的Se浸種5個濃度，以去離子水浸種為對照(Se 0)。選取顆粒飽滿，大小、色澤一致的種子，用0.1%KMnO4溶液消毒10 min，再用去離子水洗凈，于陰涼處陰干，然后分成等量的6分，用不同濃度的硒處理溶液浸種10 h后，將浸種完成的種子播種到裝有洗凈河沙的72孔穴盤中。幼苗長至2片真葉時，將穴盤放于裝有1/2霍格蘭溶液[12]的培養(yǎng)盤中進行培養(yǎng)。培養(yǎng)期間定時澆灌霍格蘭營養(yǎng)液，并保持幼苗均處于相同環(huán)境。待幼苗長至4葉1心時，分別對油菜幼苗根系進行形態(tài)和生理指標的測定。

1.3 測定方法

根系形態(tài)指標的測定：每個處理取10株均勻健壯、長勢一致的幼苗植株根系，洗凈，用根系掃描儀測定總根長、根表面積，用稱重法測定根系干重。

根系SOD的活性測定: 氮藍四唑(NBT)法[13]。

根系POD的活性測定：愈創(chuàng)木酚法[13]。

根系MDA含量的測定：硫代巴比妥酸法[14]。

根系可溶性糖的測定:苯酚法[14]。

1.4 分析方法

試驗數(shù)據(jù)用Excel軟件和SAS數(shù)據(jù)分析軟件進行統(tǒng)計分析并進行LSD多重比較，結(jié)果用平均值±標準誤差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源硒浸種對油菜幼苗根系生長的影響

從表1可知，與清水浸種相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸種能增加油菜幼苗根系的總根長，其中0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1外源硒浸種分別增大了22.09%、50.09%、69.13%、28%(p<0.01)；8.0 mg·L-1外源硒浸種使根系總根長降低了16.17%(p<0.01)。

與清水浸種相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種可以增加油菜根系的表面積，其中0.5、1.0、2.0 mg·L-1外源硒浸種分別增加了9.73%、35.84%、38.94%(p<0.01)；4.0～8.0 mg·L-1外源硒浸種分別使根系面積減少了13.72%、15.93%(p<0.01)。

與清水浸種相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸種能增加根系干重，其中0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1外源硒浸種分別增大了14.43%、25.77%、39.18%、13.4%(p<0.01)；8.0 mg·L-1外源硒浸種使根系干重減少了10.31%，但不明顯(p>0.01)。

表1 外源硒浸種對油菜幼苗根系生長的影響

外源硒浸種濃度/(mg·L-1)總根長/cm根表面積/mm2根系干重/mgSe0.010.14±0.73D420.04±5.76C0.97±0.03DSe0.512.38±0.06C460.93±0.06B1.11±0.06BSe1.015.22±0.03B570.59±0.03A1.22±0.03BSe2.017.15±0.03A583.60±0.03A1.35±0.03ASe4.012.98±0.06C362.43±0.06D1.10±0.06CSe8.08.50±0.03E353.13±0.03D0.87±0.03D

注：表內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同一行中數(shù)據(jù)右側(cè)字母相同者表示差異不顯著(p>0.01)；不同字母代表差異極顯著(p<0.01)。

以上結(jié)果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯的增加油菜幼苗根系總長度、根系表面積和干重，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度大。分別為69.13%、38.94%、39.18%。高濃度的外源硒浸種可以使根系生長受到抑制，濃度越高，抑制作用越強。其中8.0 mg·L-1外源硒浸種分別使總根長、根表面積和干重降低了16.17%、15.93%、10.31%。

2.2 外源硒浸種對油菜幼苗根系活力的影響

植物根系活力水平直接影響地上部的生長和營養(yǎng)狀況，圖1顯示：與對照相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使油菜幼苗的根系活力增加(p<0.01)，增加幅度分別為34.36%、86.92%、254.53%。4.0 mg·L-1外源硒浸種能使根系活力下降9.59%，但沒有達到顯著水平(p>0.01)，8.0 mg·L-1外源硒浸種能使根系活力下降39.36%，而且達到顯著水平(p<0.01)。

圖1 外源硒浸種對油菜幼苗根系活力的影響

以上結(jié)果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯的增加油菜幼苗根系活力，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度大。高濃度的外源硒浸種可以使根系下降，而且濃度越高，下降幅度越大。

2.3 外源硒浸種對油菜幼苗根系抗氧化酶活性的影響

SOD和POD是植物體主要的保護性酶，它們可以清除自由基，有效抑制自由基對植物體的氧化損傷，從而實現(xiàn)防御外界環(huán)境脅迫對植物體所造成的傷害。

2.3.1外源硒浸種對油菜幼苗根系SOD酶活性的影響

從圖2可知：與清水浸種相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使油菜幼苗的根系SOD酶的活性增加(p<0.01)，增加幅度分別為：48.87%、99.17%、100.06%。4.0～8.0 mg·L-1外源硒浸種能使根系SOD酶活性下降4.45%、24.55%，而且達到顯著水平(p<0.01)。

圖2 外源硒浸種對油菜幼苗根系SOD酶活性的影響

2.3.2外源硒浸種對油菜幼苗根系POD酶活性的影響

從圖3可知：與清水浸種相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使油菜幼苗的根系POD酶的活性增加(p<0.01)，增加幅度分別為11.17%、38.75%、48.14%，4.0 mg·L-1外源硒浸種能使其根系POD酶活性增加6.94%，但沒有達到顯著水平(p>0.01)。8.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使根系POD酶的活性下降16.85%(p<0.01)。

圖3 外源硒浸種對油菜幼苗根系POD酶活性的影響

以上結(jié)果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯地增加油菜幼苗根系保護酶活性，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度最大。高濃度的外源硒浸種可以使根系保護酶活性明顯下降，而且濃度越高，下降幅度越大。

2.4 外源硒浸種對油菜幼苗根系MDA含量的影響

MDA是植物膜脂過氧化的指標，它的積累反映了膜脂過氧化程度的大小，MDA含量越低，說明膜質(zhì)過氧化越輕。從圖4可知：與清水浸種相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸種能不同程度地使油菜幼苗的根系MDA含量下降，下降幅度分別為5.23%、33.92%、55.09%、0.73%，其中除0.5、4.0 mg·L-1外源硒浸種外，1.0～2.0 mg·L-1外源硒浸種MDA含量下降達到顯著水平(p<0.01)，且以2.0 mg·L-1外源硒浸種下降幅度最大。8.0 mg·L-1外源硒浸種能使其根系MDA含量比清水浸種處理明顯增加35.90%(p<0.01)。

以上結(jié)果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯的降低油菜幼苗根系MDA含量，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種降低幅度最大。高濃度的外源硒浸種可以使油菜幼苗根系膜質(zhì)過氧化程度增加。

圖4 外源硒浸種對油菜幼苗根系MDA含量的影響

2.5 外源硒浸種對油菜幼苗根系可溶性糖含量的影響

糖是高等植物主要代謝產(chǎn)物之一，其中可溶性糖對植物體的生長、抗性形成等生理過程有調(diào)節(jié)作用。從圖5可知：與清水浸種相比，0.5～8.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯地使油菜幼苗的根系可溶性含量增加(p<0.01)，增加幅度分別為33.68%、146.18%、124.37%、44.69%、24.82%。

圖5 外源硒浸種對油菜幼苗根系可溶性糖含量的影響

以上結(jié)果表明：一定濃度的外源硒浸種可以明顯地增加油菜幼苗根系可溶性糖含量，而且增加幅度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，其中以1.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度最大。

3 結(jié)論與討論

外源硒浸種對油菜幼苗根系的生長和生理有明顯的影響。與清水浸種相比，外源硒浸種濃度為0.5～2.0 mg·L-1時，根系總根長、根表面積、根干重隨著硒濃度的增大而增大，且當外源硒浸種濃度為2.0 mg·L-1時，油菜幼苗根系形態(tài)指標達到最優(yōu)；然后隨著浸種濃度的增大，根系形態(tài)指標明顯下降。根據(jù)可溶性糖實驗的測定結(jié)果可知，隨著硒濃度的增大，可溶性糖的含量呈先增加后減少的趨勢，并且當浸種濃度為1.0～2.0 mg·L-1時達到最大含量。這與根系的形態(tài)指標變化基本一致。這可能是因為可溶性糖作為光合作用的初級產(chǎn)物，參與油菜幼苗合成淀粉、纖維素、脂肪和蛋白質(zhì)等大分子化合物，進而有效改善了根系的形態(tài)指標。

SOD和POD酶是生物體中重要的抗氧化酶，對植物體具有保護作用。2種保護酶活性隨浸種濃度增加而增加，其中2.0 mg·L-1外源硒浸種時油菜根系中SOD和POD酶的活性最高，對根系生長有促進作用；但隨著硒濃度增加，對根系產(chǎn)生毒害作用，SOD和POD酶的活性也隨之降低，從而抑制油菜幼苗根系生長。

MDA為植物器官發(fā)生膜脂過氧化作用的終端，與清水浸種相比，低濃度外源硒浸種能有效降低油菜幼苗根系MDA含量，且以2.0 mg·L-1時MDA含量最低，即該濃度下油菜幼苗根系膜質(zhì)過氧化最輕，最利于其生長，但隨處理濃度增加，MDA含量會大幅度增加，從而對油菜幼苗生長產(chǎn)生抑制。

綜上所述，與清水浸種相比，低濃度的外源硒浸種，能增加幼苗保護酶活性，降低膜質(zhì)過氧化，從而促進油菜幼苗生長，而高濃度的外源硒浸種，能降低幼苗保護酶活性，增加膜質(zhì)過氧化，從而抑制油菜幼苗生長，而試驗證明：1.0～2.0 mg·L-1外源硒浸種，油菜幼苗根系生長、生理指標均達到最佳。而本試驗研究所得結(jié)論將為提高油菜產(chǎn)量提供科學依據(jù)。