噴施納米硒對谷子幼苗生理特性及農藝性狀的影響

劉雨杉，許佳昕，尹美強，溫銀元，孫 敏，張毓宜，石 堯

（山西農業(yè)大學農學院，山西太谷030801）

硒（Selenium，Se）是稀有元素，不僅能提高人體免疫力，還能預防大部分心腦血管疾病[1]，但硒作為人體必需元素只能從食物中攝取，因此，植物體內轉化生成的有機硒便成為人體硒的直接來源[2]。

國內外越來越多的研究表明，硒對植物的生長發(fā)育具有重要影響。唐巧玉等[3]研究表明，添加適量硒對大豆苗期生長發(fā)育有一定的促進作用，株高隨硒肥濃度的升高而增加。鐘松臻等[4]研究發(fā)現(xiàn)，外源硒提高了水稻和杏鮑菇抗氧化酶SOD、POD、CAT活性，降低了膜脂過氧化物質MDA 含量。周進財?shù)萚5]、劉新偉等[6]研究表明，亞硒酸鹽顯著提高油菜幼苗SOD、POD 和CAT 活性，同時顯著降低根系的MDA 含量。此外，脯氨酸作為重要的滲透調節(jié)物質，是植物抗逆性的重要指標之一[7]。

谷子（Setaria italica）起源于我國，是世界上最早出現(xiàn)的栽培農作物之一，作為一種藥食兩用的優(yōu)質雜糧，具有耐寒、耐旱等特點，富含多種人體所必需的營養(yǎng)物質且易吸收[8]。研究發(fā)現(xiàn)，適量的外源硒對谷子生理特性提升、營養(yǎng)品質改善和產(chǎn)量提高具有促進作用，也有利于富硒功能食品谷子的生產(chǎn)[9]。

本試驗采用盆栽試驗，以張雜谷10 號和晉谷45 號幼苗為試驗材料，噴施不同用量納米硒，對株高、莖粗和干物質量以及7 d 內抗氧化酶活性、MDA和脯氨酸含量進行分析，探究谷子幼苗生長發(fā)育和過氧化酶系統(tǒng)對硒的響應，為富硒谷子優(yōu)良品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為張雜谷10 號、晉谷45 號，均由山西農業(yè)大學農學院谷子栽培課題組提供。試驗硒肥是蘇州硒谷科技有限公司生產(chǎn)的納米硒。

試驗土質為丹麥品氏泥炭土（pH 值6.0），內含硝態(tài)氮0.78 g/kg、銨態(tài)氮0.56 g/kg、磷（P2O5）1.53 g/kg、鉀（K2O）2.64 g/kg、鎂（MgO）0.28 g/kg。

1.2 試驗方法

本試驗為盆栽試驗，于2019 年7—8 月在山西農業(yè)大學農學院植物生理實驗室進行。2019 年7 月6 日播種，選用37 cm×30 cm×8 cm 塑料種植盆，每個品種播種4 盆，每盆播種完整飽滿的種子144 粒，共8 盆。谷子出苗后三葉期（2019 年7 月19 日）噴施硒肥，設置3 個噴硒量，分別為15（T1）、30（T2）、45 g/hm（2T3），以噴施同體積清水為對照（CK）。培養(yǎng)期均以自來水澆灌，每次澆水量保持一致，除硒肥外不追施任何營養(yǎng)物質。培養(yǎng)于RDN 型人工氣候箱中，培養(yǎng)條件為溫度25 ℃，相對濕度45%，光照22 000 lx，晝/夜14 h/10 h。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 農藝性狀調查 谷子噴硒7 d 后，測定株高、莖粗，后將地上部分與地下部分分開，清水沖洗干凈，于80 ℃烘箱烘干48 h，測定其干質量。10 個重復。

1.3.2 生理指標測定 于谷子噴硒1、3、5、7 d 后，取谷子倒二葉鮮樣，參考文獻[10]的方法進行SOD、POD、CAT活性及MDA、脯氨酸含量測定。3 次重復。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析及多重比較，采用Microsoft Excel 2010 軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同施硒量對谷子幼苗農藝性狀的影響

葉面噴施不同用量硒肥能提高張雜谷10 號、晉谷45 號幼苗的株高、莖粗。由表1 可知，在施硒量為30 g/hm2（T2）處理下，2 個品種的株高均達到最大，較對照分別增加了17.39%和12.36%，且與對照相比差異顯著（P＜0.05）。T2 處理下2 個品種的莖粗也均達到最大，較對照分別增加了16.92%和12.23%，其中，張雜谷10 號與對照相比差異顯著（P＜0.05），晉谷45 號與對照未達到顯著水平。

表1 不同施硒量對谷子幼苗農藝性狀的影響

硒肥對不同品種谷子地上部與根部的影響程度不同。2 個品種地上部干質量和總干質量均在施硒量30 g/hm2（T2）處理達到最大，且差異極顯著（P＜0.01）。而根系干質量均在施硒量為15 g/hm2（T1）時達到最大，且差異極顯著（P＜0.01）。說明硒肥對谷子總干質量的影響與對地上部干質量影響一致。

綜上所述，苗期葉面噴施30 g/hm2（T2）的硒肥，有利于谷子幼苗株高、莖粗的增加和干物質積累，促進谷子生長發(fā)育。

2.2 不同施硒量對谷子幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖1 可知，不同施硒量處理張雜谷10 號和晉谷45 號的幼苗SOD 和POD 活性均在T2 處理時最大，CAT 活性在T1 處理時最大，且均在T3 處理時活性最小。說明外源硒處理低用量促進、高用量抑制。值的注意的是，SOD 活性在1～3 d 緩慢增強，3～5 d 快速提高，5 d 后達到最大，而后趨于穩(wěn)定；而POD 和CAT 活性則在1～3 d 快速提高，3 d時達到最大，而后呈下降趨勢。說明谷子抗氧化系統(tǒng)前期由SOD 發(fā)揮作用，而后由POD 和CAT 發(fā)揮抗氧化作用。綜合2 個谷子品種，晉谷45 號的抗氧化酶活性優(yōu)于張雜谷10 號。

2.3 不同施硒量對谷子幼苗過氧化產(chǎn)物的影響

由圖2 可知，葉面噴硒處理下相較于對照組降低了谷子幼苗丙二醛（MDA）的含量，其中，張雜谷10 號在T2 處理下MDA 含量最低，晉谷45 號在T3處理時最低，但各處理間差異不顯著。7 d 內MDA含量呈先降低后升高趨勢，均在5 d 時達到最低，此時晉谷45 號的MDA 含量低于張雜谷10 號。說明噴硒提高了谷子對膜脂過氧化產(chǎn)物的清除效率且未對幼苗造成傷害，且晉谷45 號對膜脂過氧化物的清除能力優(yōu)于張雜谷10 號。

2.4 不同施硒量對谷子幼苗滲透調節(jié)物質的影響

脯氨酸是一種理想的滲透調節(jié)物質。由圖3 可知，在T1 和T2 處理后7 d 內，脯氨酸含量先降低后升高，其中，張雜谷10 號在T1 處理后5 d 脯氨酸含量最低，較對照減少了32.61%；晉谷45 號在T2 處理后3 d 脯氨酸含量最低，較對照減少了34.12%。而T3 處理和對照的脯氨酸含量在7 d 內持續(xù)增加，表明高施硒量對谷子造成脅迫，促使幼苗體內脯氨酸含量的積累，以此來維持滲透平衡和細胞膨壓，保護膜系統(tǒng)免受逆境傷害。值得注意的是，晉谷45 號在硒處理后更為敏感，隨施硒量增加，脯氨酸含量變幅較大。

3 結論與討論

適量外源硒肥可促進植株生長發(fā)育。適量濃度硒肥處理增加了黃瓜植株的根干質量，而較高水平硒處理下抑制生長[11]。仰路希等[12]、YIN 等[13]研究結果表明，硒對人參菜和水稻的株高、根長及生物量均有低濃度促進、高濃度抑制的效果。本試驗結果表明，T2 處理為最佳施硒量，谷子幼苗的株高、莖粗、干物質量均顯著提高，T1 處理促進效果次之，T3 處理抑制幼苗生長。這與萬鷹昕等[14]、LIU 等[15]、繆樹寅等[16]的研究結果一致，外源硒肥可促進水稻、小麥的生長，而過量的硒肥會抑制植株生物量的積累。

抗氧化酶系統(tǒng)是植物體內保持正常生理功能的重要調節(jié)系統(tǒng)，其主要作用是保護細胞膜結構功能的完整性。SOD 可以特異將植物體內的活性氧轉化為H2O2，POD 和CAT 可以進一步清除H2O2，防止膜脂過氧化產(chǎn)生MDA[17-18]。王永會等[19]研究表明，0～45 g/hm2硒處理下，SOD、POD 活性隨著施硒量的增加呈先升高后降低的趨勢。蘆文杰等[20]研究發(fā)現(xiàn)，適量硒可顯著提高PEG 脅迫下谷子的SOD、POD 活性，降低MDA 含量。穆婷婷等[21]研究表明，谷子不同生育時期SOD、POD 活性均隨外源硒濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低趨勢。本試驗中發(fā)現(xiàn)，谷子的SOD、POD、CAT 活性隨施硒量的升高呈先升高后降低趨勢，MDA 含量呈先降低后升高趨勢，這與前人研究結果一致。值得注意的是，葉面噴施后3～5 d，SOD 活性顯著升高而后平緩，而POD 和CAT活性在1～3 d 快速上升，3～5 d 顯著下降，而后平緩；表明SOD 作為抗氧化系統(tǒng)的第一道防線，而后由POD 和CAT 發(fā)揮抗氧化作用。

脯氨酸作為重要的滲透調節(jié)物質，在植物體內游離脯氨酸含量反映了植株應對逆境的生理變化情況，逆境脅迫強或早衰的植株體內脯氨酸含量高。因此，測定脯氨酸含量可以作為反映氧化衰老的生理指標[21]。施過量硒肥可提高花椰菜苗期脯氨酸的含量，產(chǎn)生保護和抵抗性狀，增強植物抗逆性[22]。本試驗結果表明，施硒肥15、30 g/hm2處理下，2 個品種谷子幼苗葉片脯氨酸含量在7 d 內呈先降低后升高趨勢，說明低用量硒處理后即可增強抗逆性，延緩谷子衰老，這與穆婷婷[23]與宋家永等[24-25]研究結果相似，說明低用量硒處理后有利于提高幼苗存活率，促進谷子幼苗生長。

本研究以張雜谷10 號和晉谷45 號為試驗材料，當外源納米硒用量為30 g/hm2（T2）時，對谷子幼苗的生長促進效應最強；7 d 內抗氧化酶活性發(fā)現(xiàn)，SOD 作為第一道抗氧化防線先發(fā)揮作用，隨后由POD 和CAT 發(fā)揮功效，且外源硒低用量促進、高用量抑制；硒肥降低了MDA含量，在7 d 內呈現(xiàn)先降低后極速升高的趨勢，且各處理間無顯著差異；低用量硒肥降低脯氨酸含量，而高用量硒肥對谷子幼苗造成脅迫。晉谷45 號的各生化指標均優(yōu)于張雜谷10 號，晉谷45 號可作為富硒谷子選育的材料。