硒對蕓豆種子萌發(fā)、生理特性及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

史雅涵 杜天慶 翟紅梅 楊舒添 龔 芮 李宇航 路博宇 崔福柱 高志強

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，030801，山西晉中）

硒是人類和動物生命中所必需的微量元素之一，也是谷胱甘肽過氧化物酶分子中的重要組成部分[1]。雖然硒占人體體重不到萬分之一，但對人體有不可替代的作用[2]。缺硒會導(dǎo)致人體免疫力下降，容易引發(fā)克山病、大骨節(jié)病和心血管病等疾病，而硒攝入過量，會發(fā)生免疫功能調(diào)節(jié)障礙，促使腫瘤發(fā)生，還有可能出現(xiàn)硒中毒[3]。因此，補充適量硒對人體健康具有重要意義。有研究表明，缺硒多發(fā)生在以谷物類為主食的人群中，因為谷物類作物含硒量較低[4]，遠遠不能滿足人體的正常需要。我國的飲食習(xí)慣多以谷物類為主，因此通過施硒肥增加農(nóng)作物的含硒量，從人們飲食上解決缺硒問題，提高機體含硒量，從而達到補硒的目的。蕓豆是我國食用的主要豆類之一，含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，也是我國主要出口的食用豆類之一，其出口量在雜豆中占據(jù)第1位[5]，其貿(mào)易量占整個食用豆類出口量的20%～25%[6]。除了人們平時食用外，蕓豆在藥用和保健等方面也具有重要的利用價值[7]。因此，研究硒對蕓豆種子萌發(fā)、生理特性及營養(yǎng)品質(zhì)的影響具有重要意義。

目前，研究作物富硒的方法有拌種、浸種和葉面噴硒等，其中葉面噴硒在大田作物中應(yīng)用最廣泛[8]。葉面噴硒是通過作物的葉片直接轉(zhuǎn)運到作物的籽粒中，可減少對土壤的污染，富硒研究已廣泛應(yīng)用在玉米、谷子、大豆和小麥等作物上[9-12]。張馳等[13]研究表明，10～100μg/mL硒處理有利于提高花生種子的發(fā)芽率，而大于250μg/mL的硒處理效果相反。薛泰麟等[14]研究了小麥、玉米、大豆和油菜等作物，發(fā)現(xiàn)硒在這些作物體內(nèi)具有抗氧化作用，并證明硒主要是通過谷胱甘肽過氧化物酶來實現(xiàn)抗氧化作用的。施用一定量的硒可提高綠豆葉片的葉綠素含量、過氧化物酶（POD）活性和可溶性蛋白含量，降低丙二醛（MDA）含量[15]。郭靜成等[16]研究表明，施用一定濃度的硒可提高小麥、水稻和黃瓜等作物的還原型谷胱甘肽（GSH）含量，降低MDA含量，提高抗逆能力。還有研究表明，硒肥在一定程度上可改善作物的品質(zhì)，如燕麥[17]、大豆[18]、玉米[19]和谷子[20]等。

目前，關(guān)于硒對蕓豆影響的研究較少，通過研究硒對蕓豆種子萌發(fā)、生理特性及營養(yǎng)品質(zhì)的影響，確定最佳施硒量，為富硒蕓豆生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試蕓豆品種為“英國紅”，是當前山西省主要種植的出口創(chuàng)匯優(yōu)質(zhì)品種。所用的硒源為Na2SeO3（分析純，含量97%）。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 發(fā)芽試驗 試驗于2019年3月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)栽培實驗室進行。選取大小均勻、健康飽滿的蕓豆種子，采用Na2SeO3溶液浸種，設(shè)7個濃度梯度，分別為 0（J0）、7.5（J1）、15.0（J2）、22.5（J3）、30.0（J4）、37.5（J5）和 45.0mg/L（J6）（以純硒計算），重復(fù)4次，共28個處理。將消過毒的培養(yǎng)皿編號，將蕓豆種子用1%的氯化汞溶液浸種消毒5min，蒸餾水沖洗后，用濾紙吸干分別放入相應(yīng)濃度的Na2SeO3溶液中浸種6h，將處理后的種子放入鋪有2層含飽和水分濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中均勻擺入20粒種子。在恒溫培養(yǎng)箱25℃條件下模擬晝夜交替萌發(fā)試驗，每天噴灑蒸餾水，保持種子濕潤，培養(yǎng)7d，定期觀察并記錄種子發(fā)芽情況。

1.2.2 大田試驗 試驗于2019年5-8月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站（36°34′N，116°49′E）進行。采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)4個葉面噴施硒水平，分別是0（P0）、10（P1）、20（P2）和 30g/hm2（P3），P0為噴施等量清水對照，重復(fù)3次，共12個小區(qū)，每小區(qū)面積15m2（5m×3m）。分別在蕓豆的分枝期和開花期于葉片表面均勻噴施1L相應(yīng)含量的Na2SeO3溶液，每次噴施硒量為總量的1/2，即0、5、10、15g/hm2。播前施復(fù)合肥450kg/hm2，全部作基肥一次性施入，種植密度為225 000株/hm2。

1.3 樣品采集與指標測定

1.3.1 發(fā)芽指標 定期觀察并記錄種子的發(fā)芽情況，第3天計算發(fā)芽勢，第7天統(tǒng)計發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，并隨機測量4株的芽長，計算簡化活力指數(shù)。發(fā)芽勢（%）=（3d發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子總粒數(shù)）×100，發(fā)芽率（%）=（7d發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子總粒數(shù)）×100，發(fā)芽指數(shù)=∑（t時間發(fā)芽數(shù)/對應(yīng)發(fā)芽天數(shù)），簡化活力指數(shù)=第7天芽長/發(fā)芽率。

1.3.2 生理指標 于蕓豆開花期噴硒7d后對不同處理分別選取有代表性植株倒數(shù)第3片完全展開的復(fù)葉的中間葉片，進行生理指標的測定。采用愈創(chuàng)木酚法測定POD活性；采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量；采用二硫代二硝基苯甲酸（DTNB）與GSH顯色法測定GSH含量；采用丙酮乙醇混合浸提法[21]測定葉綠素含量。

1.3.3 硒含量 用硝酸∶雙氧水（3∶1）在微波消解儀中消解，利用ICP-MS（電感耦合等離子體－質(zhì)譜法）測定籽粒硒含量。

1.3.4 營養(yǎng)品質(zhì) 從每個處理中隨機稱取籽粒置于烘箱，60℃烘干至恒重后，研磨成粉末過篩，進行籽粒營養(yǎng)品質(zhì)測定。采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用間苯二酚法測定蔗糖含量；采用索氏提取法（即索克斯列特抽提法）測定粗脂肪含量；采用凱氏定氮法測定粗蛋白含量；采用蒽酮比色法測定粗淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)分析與作圖，用SPSS 16.0的新復(fù)極差法（Duncan）進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒浸種對蕓豆種子萌發(fā)的影響

由表1可知，硒浸種對蕓豆種子的萌發(fā)有促進作用。隨著硒浸種濃度的增加，蕓豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在處理J4達到最大值，且均顯著高于對照J0及其他處理（發(fā)芽指數(shù)除外）（P＜0.05），處理J2、J3、J4間發(fā)芽指數(shù)無顯著差異，但均顯著高于J0及其他處理（P＜0.05）。在處理J4下，蕓豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)相比J0分別提高了12.36%、17.31%、60.82%和91.34%。處理J4的蕓豆種子萌發(fā)最好。

表1 硒浸種對蕓豆種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of seed soaking with selenium on seed germination of kidney bean

2.2 葉面噴硒對蕓豆生理指標的影響

2.2.1 對蕓豆POD活性的影響 由圖1a可知，蕓豆POD活性隨葉面噴硒量的增加而升高，各噴硒處理下蕓豆POD活性均高于P0，分別提高了20.78%、29.69%和35.29%。在處理P3下蕓豆的POD活性達到最大，為125.18U/g，且顯著高于P0（P＜0.05），其次為P2處理，而處理P1和P0之間無顯著差異。

2.2.2 對蕓豆MDA含量的影響 由圖1b可知，蕓豆的MDA含量隨葉面噴硒量的增加呈降低趨勢，各噴硒處理下MDA含量均顯著低于對照P0（P＜0.05），處理P3的MDA含量最小，為45.5mmol/g，比P0減少了20.32%。處理P1、P2的MDA含量比P0分別減少了8.06%和14.71%。處理P2與P3間無顯著差異。

2.2.3 對蕓豆GSH含量的影響 由圖1c可知，蕓豆GSH含量隨葉面噴硒量的增加而增加，在處理P3時達到最大，為125.47μmol/g，顯著高于其他處理（P＜0.05），比對照P0增加32.34%，處理P1、P2的GSH含量相比P0分別增加了9.99%和21.90%。且各噴硒處理下蕓豆GSH含量均存在顯著差異（P＜0.05）。

2.2.4 對蕓豆葉綠素含量的影響 由圖1d可知，蕓豆葉綠素含量隨葉面噴硒量的增加而增加，在處理P3時達到最大，為2.70mg/g，且顯著高于其余處理（P＜0.05），比對照P0增加了7.92%，處理P1、P2的葉綠素含量相比P0分別增加了2.91%、3.96%。相對于其他處理，處理P3提高蕓豆葉綠素含量的效果最為明顯。

圖1 葉面噴硒對蕓豆生理指標的影響Fig.1 Effects of foliar selenium spraying on physiological indexes of kidney bean

2.3 葉面噴硒對蕓豆籽粒硒含量的影響

由圖2可知，葉面噴硒處理下的蕓豆籽粒硒含量相比對照P0顯著提高。隨著噴硒量的增加，蕓豆籽粒硒含量呈增加趨勢，在處理P3達到最大值，為0.22mg/kg，比P0增加了24.11%，且顯著高于其他處理（P＜0.05）。各葉面噴硒處理間蕓豆籽粒硒含量均存在顯著差異（P＜0.05），顯著高于P0。通過建立關(guān)系方程可以看出，葉面噴硒量與蕓豆籽粒硒含量的關(guān)系呈二次線性回歸，R2=0.9835。

圖2 葉面噴硒對蕓豆籽粒硒含量的影響Fig.2 The effects of foliar selenium spray on selenium content in kidney bean grains

2.4 葉面噴硒對蕓豆籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的影響

葉面噴硒后蕓豆籽粒營養(yǎng)品質(zhì)含量的變化如表2所示，隨著葉面噴硒量的增加，蕓豆籽粒的可溶性糖、蔗糖、粗脂肪、粗蛋白及粗淀粉含量逐漸增加，且均在處理P3達到最大值，相比對照P0分別顯著提高了23.65%、37.23%、75.00%、62.14%和32.21%（P＜0.05）。其中，蕓豆籽粒的P0處理可溶性糖含量顯著低于P2和P3處理；蕓豆籽粒的蔗糖含量在各處理下（P1除外）均顯著高于對照P0（P＜0.05）；各處理蕓豆籽粒的粗脂肪和粗蛋白含量均顯著高于P0（P＜0.05），但處理P2與P3間無顯著差異；各處理蕓豆籽粒粗淀粉含量均顯著高于P0，且各處理間均存在顯著差異（P＜0.05）。

表2 葉面噴硒對蕓豆營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 2 The effects of foliar selenium spraying on the nutritional quality of kidney bean

2.5 硒含量與蕓豆生理特性及營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)性

從表3可以看出，硒含量與POD活性、GSH含量呈極顯著正相關(guān)，與MDA含量呈極顯著負相關(guān)；與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，與蕓豆所有的營養(yǎng)品質(zhì)呈極顯著正相關(guān)。

表3 硒含量與蕓豆生理特性及營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of selenium content and kidney bean physiological characteristics and nutritional quality

3 討論

硒浸種對種子萌發(fā)起到促進作用。周大寨等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在硒浸種試驗中，當硒的質(zhì)量分數(shù)為15.0mg/L時，紅蕓豆種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢最大，隨著硒質(zhì)量分數(shù)的繼續(xù)增大，發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈下降趨勢。張凡等[23]研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的硒（6mg/L）浸種可顯著提高豇豆種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，促進豇豆苗菜生長，而高濃度硒浸種抑制豇豆生長。低濃度的硒可促進細胞膜的滲透調(diào)節(jié)，從而促進種子萌發(fā)，高濃度的硒會因其本身自由基性質(zhì)對細胞產(chǎn)生毒害作用，抑制種子的萌發(fā)。本研究發(fā)現(xiàn)蕓豆種子在30.0mg/L硒浸種濃度下萌發(fā)最好，濃度過高會抑制蕓豆種子萌發(fā)。種子萌發(fā)受多種因素影響，作物種類、浸種時間、溫度、培養(yǎng)方法與條件都會影響種子對硒的吸收。

本試驗表明，葉面噴硒可以有效提高蕓豆葉片的POD活性、GSH含量和葉綠素含量，降低MDA含量。有研究表明，在施用外源硒后能有效提高小麥[24]、蕓豆[25]和大豆[26]等作物葉片的POD活性，降低MDA含量。翟紅梅等[27]研究發(fā)現(xiàn)，施硒能有效提高紅蕓豆葉片的POD活性和GSH含量，降低MDA含量。硒可以調(diào)節(jié)抗氧化酶的活性，從而減少活性氧自由基；也可以通過形成硒蛋白來清除體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧自由基。有研究[28]表明，硒可以和GSH反應(yīng)形成硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸，最后合成含硒蛋白。因此，如果植物施硒，為了完成硒的同化以及清除體內(nèi)的活性氧自由基，將會產(chǎn)生更多的硫來合成GSH。臺培東等[29]以小麥為材料，用Na2SeO3溶液處理，發(fā)現(xiàn)硒可以促進葉綠素的積累及其前體的形成。外界環(huán)境很容易影響植物的光合系統(tǒng)，當植物受到環(huán)境脅迫時，葉綠體會被破壞，直接導(dǎo)致光合作用中斷。施用適宜濃度的硒，將會在一定程度上降低葉綠體被破壞的幾率，從而增加葉綠素含量[30-32]。有試驗[24]表明，合成葉綠素的重要物質(zhì)是卟啉，硒能通過調(diào)節(jié)卟啉的合成來提高葉綠素的含量。

本研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴硒可以有效提高蕓豆籽粒硒含量。施硒可以有效提高玉米[33]、大豆[26]和蕓豆[27]等作物籽粒中的硒含量。富硒豆類的硒含量標準為0.02～0.30mg/kg。本試驗中，在噴硒量為10和30g/hm2下蕓豆籽粒硒含量分別為0.09和0.22mg/kg，達到了富硒標準且未超出上限，并且未出現(xiàn)蕓豆損傷的現(xiàn)象。由于試驗?zāi)晗掭^短，需要多年的試驗來驗證本試驗結(jié)果。

施用適宜濃度的硒會提高籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴硒能夠有效提高蕓豆籽粒可溶性糖、蔗糖、粗脂肪、粗蛋白以及粗淀粉的含量。胡秋輝等[34]研究發(fā)現(xiàn)，噴施Na2SeO3顯著提高了大豆脂肪含量，但對大豆蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成影響不顯著。羅金華等[35]研究發(fā)現(xiàn)，紅小豆的蛋白質(zhì)含量隨硒肥質(zhì)量濃度的增加而逐漸增大，但脂肪含量的變化較小。鄭陽等[36]研究表明，富硒處理后糯玉米籽粒中淀粉、粗蛋白、粗脂肪和可溶性糖含量均有增加。葉面施硒后可以間接促進籽粒內(nèi)酸性轉(zhuǎn)化酶活性的提高[37]，在相同的時間內(nèi)增加糖積累量[38]。同時硒參與碳水化合物的代謝，可能會影響代謝過程中有關(guān)的生物酶活性，從而增加蕓豆籽?？扇苄蕴?、蔗糖和淀粉的含量[20]。而糖是合成脂肪的原料，蕓豆籽粒糖含量的增加也會促進脂肪含量的增加。硒參與碳水化合物代謝、氨基酸代謝和次級代謝，有助于改善營養(yǎng)品質(zhì)[39]。硒和硫的化學(xué)性質(zhì)相似[40]，施硒后，硒可以取代硫氨基酸中的硫原子，以硒代氨基酸的形式直接參與蛋白質(zhì)的合成；硒作為tRNA的組成成分，也可以參與轉(zhuǎn)運氨基酸以合成蛋白質(zhì)，高硒處理會阻礙蕓豆的正常生理代謝，同時也會導(dǎo)致粗蛋白含量的降低，本試驗中未出現(xiàn)粗蛋白含量降低的現(xiàn)象，可能是試驗中的最大噴硒量未達到高硒的狀態(tài)[41-42]。有研究表明，作物籽粒中粗脂肪和粗蛋白含量之間多為負相關(guān)關(guān)系，與本試驗結(jié)論不符。劉中奇等[43]研究發(fā)現(xiàn)，大豆籽粒發(fā)育過程中脂肪相對含量與蛋白質(zhì)相對含量呈顯著正相關(guān)，與本試驗結(jié)論一致。在本試驗中，蕓豆籽粒的粗脂肪和粗蛋白含量均增加，且粗脂肪與粗蛋白兩者之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這可能與脂肪和蛋白質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化速率有關(guān)，也可能與作物品種、土壤中有機質(zhì)含量和環(huán)境因素不同等有關(guān)，具體原因還有待進一步研究。

4 結(jié)論

適宜硒浸種濃度（0～30.0mg/L）能夠顯著促進蕓豆種子萌發(fā)，葉面噴硒處理有效提高了蕓豆生理特性、籽粒硒含量及營養(yǎng)品質(zhì)，為生產(chǎn)富硒蕓豆奠定了基礎(chǔ)。硒浸種在30.0mg/L時蕓豆種子發(fā)芽能力最好，葉面噴硒量為30g/hm2時蕓豆生理指標、籽粒硒含量及營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)。