納米硒對(duì)豌豆芽苗生理指標(biāo)與品質(zhì)的影響

肖 賢， 李 麗, ， 羅延延， 汪 園， 程 華， 程水源, *

(1.武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023；2.武漢輕工大學(xué) 國(guó)家富硒農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心， 湖北 武漢 430023)

引言

【研究意義】硒是人體必需的微量元素，同時(shí)也是植物生長(zhǎng)的有益元素[1-2]，人體缺硒將導(dǎo)致克山病和大骨節(jié)病，引起器官和組織退化，誘發(fā)心肌和關(guān)節(jié)病變，增加男性不育、前列腺癌、腎病等患病率[3]。我國(guó)是缺硒程度最嚴(yán)重的國(guó)家之一，70%以上的耕地處于缺硒狀態(tài)，其中約30%嚴(yán)重缺硒[4]。人體無(wú)法合成硒，從植物中獲取是主要途徑之一，利用外源硒處理作物使其完成硒的吸收、轉(zhuǎn)化和積累，提高可食用部位硒含量是缺硒地區(qū)補(bǔ)硒的有效方法[5]。豌豆(PisumsativumL.)是一種極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物，是用于糧食、蔬菜、飼料以及醫(yī)藥等多用途作物，含有豐富的蛋白質(zhì)、淀粉、不溶性膳食纖維、低脂肪，以及各種礦物質(zhì)和維生素，是我國(guó)重要的豆類作物之一[6-7]。芽苗菜是保健類食品，因培育方式簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、可控性強(qiáng)、培養(yǎng)周期短等優(yōu)勢(shì)常被用作植物硒轉(zhuǎn)化載體。豆類種子發(fā)芽過(guò)程因系列的生理、生化反應(yīng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)可得到優(yōu)化，同時(shí)活性成分的含量也增多，更有利于人體健康。大部分豆科植物富集硒的能力強(qiáng)，將豌豆種子發(fā)芽后通過(guò)硒強(qiáng)化用以培育新型的富硒豌豆芽苗菜，可作為高效的補(bǔ)硒產(chǎn)品，用于改善缺硒人群的健康狀況。【前人研究進(jìn)展】HOSSAM[8]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硒酸鈉葉施處理有助于改善鹽脅迫對(duì)豇豆生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及生化性狀造成的負(fù)面影響。DANIELA等[9]研究表明，亞硒酸鈉浸種處理能有效提高鷹嘴豆的總異黃酮含量、苯丙氨酸解氨酶活性與抗氧化能力。DAI等[10]研究發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鈉基施處理可顯著提高水稻對(duì)硒的吸收，5 mg/kg以下的低濃度硒能促進(jìn)植株生長(zhǎng)、提高水稻產(chǎn)量、增強(qiáng)抗氧化酶活性，水稻中的主要硒形態(tài)為硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究多集中于以毒性強(qiáng)的無(wú)機(jī)硒(亞硒酸鈉和硒酸鈉)為外源硒，而關(guān)于毒性低、易吸收的納米硒在豆科植物方面的研究報(bào)道尚少。目前，植物富硒的機(jī)理尚未完全闡明?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，探明生物納米硒[11]對(duì)豌豆芽苗的生長(zhǎng)、品質(zhì)、抗氧化酶活性和組織中硒含量的影響，為豌豆芽苗的高效富硒栽培方法的建立、富硒代謝機(jī)理的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

豌豆(PisumsativumL.)品種為湖北大菜豌，購(gòu)自于市場(chǎng)；生物納米硒，購(gòu)自湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院；維生素C檢測(cè)試劑盒，購(gòu)自南京建成生物工程研究所。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年12月2—20日在武漢輕工大學(xué)人工氣候箱中進(jìn)行。生物納米硒用量設(shè)置10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L 4個(gè)處理，以不施納米硒為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。育苗盤(pán)放置在以上4個(gè)處理和對(duì)照處理的溶液中進(jìn)行水培。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

水培試驗(yàn)采用長(zhǎng)寬高34 cm×25 cm×4.5 cm、孔徑0.3 cm×0.3 cm的育苗盤(pán)，盤(pán)中溶液體積1 L。培養(yǎng)芽苗時(shí)，蒸餾水浸泡后挑選顆粒飽滿的豌豆種子播種于育苗盤(pán)中，蓋上紗布(保持紗布濕潤(rùn)，豆苗出芽1 cm后取出紗布)，放置于人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，底盤(pán)中的溶液2 d更換1次。培養(yǎng)箱參數(shù)設(shè)置[12]：24℃光照16 h、20℃黑暗8 h，相對(duì)濕度為40%，光通量密度為300 μmol/(m2·s)。從培養(yǎng)到收獲約為18 d，此時(shí)芽苗已達(dá)商品收獲時(shí)期。采收后樣品進(jìn)行分裝保存用于相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

生物量測(cè)定采用鮮重稱量法，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量采用分光光度法測(cè)定[13]，維生素C含量采用試劑盒法測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[13]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[13]，總黃酮含量采用分光光度法測(cè)定[14]，谷胱甘肽(GSH)含量采用分光光度法測(cè)定[15]，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[13]，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[13]，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測(cè)定[13]，總硒含量采用原子熒光光譜法測(cè)定[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013和DPS 7.05對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，采用Duncan新復(fù)極差法(P<0.05)檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性，應(yīng)用Origion 9.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米硒處理豌豆芽苗的生物量及色素含量

由表1可知，10 μmol/L、20 μmol/L和40 μmol/L納米硒處理組的生物量較對(duì)照分別顯著增加23.1%、23.4%和14.8%；80 μmol/L納米硒處理后，生物量比對(duì)照有所下降，降幅為17.3%，表明高濃度納米硒處理對(duì)豌豆芽苗生長(zhǎng)有顯著的抑制作用。40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理顯著提高豌豆芽苗的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，與對(duì)照相比，40 μmol/L納米硒處理下3種光合色素含量分別提高57.0%、54.7%和38.5%，80 μmol/L納米硒處理后各色素含量較對(duì)照分別增加82.1%、75.4%和59.1%。

表1 納米硒處理豌豆芽苗的生物量及色素含量

2.2 納米硒處理豌豆芽苗的品質(zhì)

2.2.1 維生素C 由圖1A可知，與對(duì)照相比，20 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的維生素C提升效果顯著，分別提高127.9%和80.7%；10 μmol/L和40 μmol/L納米硒處理的分別提高51.4%和47.8%，但未達(dá)顯著性差異水平。

2.2.2 可溶性糖 由圖1B可知，與對(duì)照相比，10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的可溶性糖含量分別增加101.9%、33.4%、23.5%和35.8%，其中10 μmol/L納米硒處理的增加顯著。

2.2.3 可溶性蛋白 由圖1C可知，與對(duì)照相比，10 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的可溶性蛋白含量增加，分別提高41.3%、48.7%和105.1%，其中以80 μmol/L納米硒的處理效果最佳，較對(duì)照差異顯著；20 μmol/L納米硒處理的可溶性蛋白含量有所降低，降幅為14.3%，但差異不顯著。

2.2.4 總黃酮 由圖1D可知，與對(duì)照相比，10 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的總黃酮含量提高24.4%，達(dá)顯著差異；20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理分別降低5.4%、5.1%和1.6%，差異不顯著。

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.3 納米硒處理豌豆芽苗的GSH含量及抗氧化酶活性

2.3.1 GSH 由圖2A可知，與對(duì)照相比，40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的GSH含量提升效果最佳，增幅分別達(dá)52.8%和64.6%，差異達(dá)顯著水平；10 μmol/L和20 μmol/L納米硒處理的GSH含量差異不顯著，但分別比對(duì)照提高21.3%和26.8%。

2.3.2 SOD 由圖2B可知，40 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的SOD活性比對(duì)照提高7.3%，差異達(dá)顯著水平；其他濃度納米硒處理的SOD活性與對(duì)照相比差異均不顯著，其中，10 μmol/L納米硒處理的SOD活性較對(duì)照提高5.2%，20 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理的SOD活性較對(duì)照分別降低1.3%和2.2%。

2.3.3 POD 由圖2C可知，與對(duì)照比，40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理均能顯著提高豌豆芽苗的POD活性，增幅分別達(dá)36.0%和71.9%；10 μmol/L和20 μmol/L納米硒處理的分別降低16.0%和12.0%，差異不顯著。

2.3.4 CAT 由2D可知，與對(duì)照比，40 μmol/L納米硒處理豌豆芽苗的CAT活性提高49.7%，差異達(dá)顯著水平；80 μmol/L納米硒處理的顯著降低，減幅為22.9%；10 μmol/L和20 μmol/L納米硒處理的分別降低4.2%和9.3%，差異不顯著。

圖2 納米硒處理豌豆芽苗的GSH含量及抗氧化活性

2.4 納米硒處理豌豆芽苗的硒含量

由圖3可知，納米硒處理豌豆芽苗地上部和地下部的總硒含量均呈一定的劑量效應(yīng)，隨著外源硒施用濃度的增加，植株體內(nèi)硒含量逐漸增加。其中，10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L納米硒處理的地上部總硒含量分別是對(duì)照的3.52倍、4.85倍、6.44倍和7.77倍，差異達(dá)顯著水平；各處理豌豆芽苗地下部總硒含量較對(duì)照含量增加更明顯，分別是對(duì)照的14.89倍、26.52倍、52.22倍和110.05倍。就植株不同部位而言，根部比莖葉等地上部器官對(duì)納米硒的累積能力更強(qiáng)，含量更高，但二者對(duì)不同濃度納米硒處理的響應(yīng)方式一致。

圖3 納米硒處理豌豆芽苗的硒含量

3 討論

適宜濃度的外源硒處理對(duì)植物根系的生長(zhǎng)、產(chǎn)量的提高、光合作用能力的改善等有明顯促進(jìn)作用。10～40 μmol/L納米硒處理可顯著提高豌豆芽苗的生物量，促進(jìn)芽苗生長(zhǎng)，而高濃度80 μmol/L卻表現(xiàn)明顯的抑制作用。史祥賓等[17]研究表明，采用氨基酸硒溶劑1 000～4 000倍噴淋處理時(shí)，100～1 000倍浸種與300～1 000倍浸種可分別提高黃豆和綠豆芽的生物量，促進(jìn)胚軸、胚根的伸長(zhǎng)。葉綠素含量是衡量植物光合作用的重要指標(biāo)。MONICA等[18]研究發(fā)現(xiàn)，施用納米硒可提高番茄葉片中光合色素含量，并有助于維持高鹽脅迫條件下番茄植株的光合作用能力。但硒濃度過(guò)高將造成類囊體膜的損傷，影響光合色素合成，降低光合水平。試驗(yàn)中10～80 μmol/L納米硒處理均能促進(jìn)葉片中光合色素積累，且80 μmol/L納米硒處理后葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量最高，但與其他硒處理組差異不明顯。可見(jiàn)，一定濃度(10～40 μmol/L)納米硒處理能明顯改善豌豆芽苗的光合作用，促進(jìn)其生長(zhǎng)，高濃度80 μmol/L納米硒對(duì)其生長(zhǎng)有一定的抑制作用，但并未對(duì)其造成嚴(yán)重危害。

維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和總黃酮含量是園藝作物(蔬菜和果樹(shù))產(chǎn)品器官的重要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。有研究表明，外源亞硒酸鈉硒處理可提高豇豆豆莢中的可溶性糖和蛋白質(zhì)含量[8]，也能有效提高鷹嘴豆中的異黃酮含量[9]。本研究顯示，不同濃度納米硒處理對(duì)于豌豆芽苗營(yíng)養(yǎng)成分的含量有不同程度的提升作用。其中，低濃度的納米硒水培處理可有效增加維生素C、可溶性糖和總黃酮的含量；而可溶性蛋白含量則在高濃度(80 μmol/L)處理下達(dá)到最大值，且顯著高于其他處理?？扇苄蕴鞘侵匾募?xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而維生素C(抗壞血酸)和黃酮類是重要的非酶類抗氧化物質(zhì)，這些物質(zhì)通過(guò)不同途徑，均可在一定程度上改善細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)，進(jìn)而提高植物的耐硒富硒能力。

培育富硒豌豆芽苗菜，其體內(nèi)硒含量是重要的品質(zhì)衡量指標(biāo)。WANG等[19]研究表明，亞硒酸鈉、硒酸鈉、硒代蛋氨酸和化學(xué)納米硒分別在小麥開(kāi)花期(30 g/hm2)和玉米喇叭口期(60 g/hm2)進(jìn)行葉施處理后，小麥和玉米的籽粒、秸稈、根系以及殼/穗軸等不同組織中的硒含量顯著提高；HU等[20]發(fā)現(xiàn)，0 μmol/L、5 μmol/L、10 μmol/L、15 μmol/L和20 μmol/L亞硒酸鈉、化學(xué)納米硒和生物納米硒處理下，小麥根系對(duì)硒的吸收能力隨外源硒濃度的增加而增強(qiáng)。本研究中，納米硒處理后豌豆芽苗的地上部和地下部總硒含量顯著增加，且與施加的外源硒濃度成正相關(guān)關(guān)系，地上部與地下部的變化趨勢(shì)一致，但地下部硒含量明顯高于地上部，推測(cè)豌豆芽苗水培過(guò)程中，根系在吸收納米硒后可能大部分未能及時(shí)轉(zhuǎn)移至地上部，而在根部原位貯存或轉(zhuǎn)化成其他硒形態(tài)如硒代蛋氨酸，只有極少數(shù)運(yùn)輸?shù)降厣喜繀⑴c進(jìn)一步代謝反應(yīng)。

4 結(jié)論

一定濃度納米硒處理可促進(jìn)豌豆芽苗生物量的積累，改善光合作用，提升芽苗的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，提高抗氧化酶活性，增加芽苗的硒含量，是培育功能性富硒芽苗菜的有效方法。綜合各因素考慮，以40 μmol/L納米硒處理的效果最佳。