外源施硒對土壤酶活性、大豆籽粒硒及氨基酸含量的影響

張久明，匡恩俊，宿慶瑞，遲鳳琴，李永順，石艷香，夏曉雨，夏杰，劉月輝，張守林，蓋如春，陳磊

1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江 哈爾濱 150086 2.黑龍江省土壤環(huán)境與植物營養(yǎng)重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150086 3.東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，黑龍江 哈爾濱 150030 4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院大豆研究所，黑龍江 哈爾濱 150086 5.黑龍江省嫩江市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，黑龍江 嫩江 161400 6.黑龍江省方正縣農(nóng)業(yè)技術推廣中心，黑龍江 方正150800

硒是人體必需的微量元素之一，對于維持人的生命活動具有十分重要的意義[1]。硒在人體和植物中發(fā)揮著重要的作用，我國約有1億多人口由于膳食中硒缺乏，造成人體處于缺硒狀態(tài)[2]。目前，國內(nèi)外關于通過外源施硒生產(chǎn)富硒糧食作物、富硒蔬菜、富硒水果、富硒茶、富硒中藥材等研究已取得一定成效[3-10]。外源施硒的方式一般包括土壤施硒、葉面噴施硒肥及硒肥拌種，3種施硒方式均能有效提高植物體內(nèi)硒的累積量[11-13]。陳火云等[14]研究結(jié)果顯示，土壤施硒、葉面噴施硒肥、土壤與葉面相結(jié)合施硒肥3種施硒方式均顯著提高了油菜籽粒中硒含量。劉敏等[15]研究表明水稻根系、莖葉和籽粒中的硒含量均與土壤硒含量成正比。施用硒肥能提高作物體內(nèi)硒含量，改善作物品質(zhì),但不同作物、同種作物的不同部位和不同品種間積累硒的能力有較大差異[16]。不同結(jié)莢習性大豆品種具有不同的株型結(jié)構(gòu),其光合產(chǎn)物的分配也有較大的差異，因而可能會進一步影響大豆植株對硒的吸收與分配[17，18]。硒肥的濃度也會對作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響，胡居吾[19]研究結(jié)果表明，適量的硒濃度可以提高大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)，并改善大豆的理化性狀。本研究以大豆作為試驗對象，通過外源施硒肥探究大豆富硒的有效路徑，以為富硒大豆的推廣提供科學依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試硒分無機硒和有機硒2類。無機硒的主要原料為黃驊市津驊添加劑有限公司提供的亞硒酸鈉(Na2SeO3，98%)；有機硒為生產(chǎn)硒酵母的殘留液。供試作物為當?shù)刂髟源蠖蛊贩N，分別為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院黑河分院選育的黑河43、黑科60、金源55和北安市昊疆農(nóng)業(yè)科學技術研究所選育的賀豆1號。

1.2 試驗設計

試驗基地在黑龍江省嫩江市農(nóng)業(yè)技術推廣中心園區(qū)內(nèi)，其土壤基本理化性狀見表1。采用大田試驗和盆栽試驗相結(jié)合的方式。大田試驗處理為CK(清水)、苗期噴施無機硒(Y1)、花期噴施無機硒(Y2)、花期噴施有機硒(Y3)和結(jié)莢期噴施無機硒(Y4)。試驗采用小區(qū)試驗，3次重復，小區(qū)試驗面積39m2，大豆品種為黑河43。同時，選擇當?shù)刂髟云贩N賀豆1、黑河43、黑科60、金源55大豆花期噴施無機硒，對比分析不同大豆品種對硒元素的富集差異。無機硒和有機硒的噴施濃度均為每666.7m230mg/L。

表1 試驗地基本理化性狀

盆栽試驗為大豆硒肥拌種，土壤采自田間試驗的同一地點。盆直徑30cm，高25cm，用土量5kg，每盆定植大豆3株，大豆生長期間噴施清水，每個處理3次重復，大豆品種為黑河43。每公頃大豆播種量用亞硒酸鈉(Na2SeO3，98%)與大豆種衣劑共同拌種，分別為B1(30g/hm2)、B2(45g/hm2)、B3(60g/hm2)。

1.3 檢測指標

土壤硒含量的測定：采用中華人民共和國環(huán)境保護標準HJ 680—2013《土壤和沉積物汞、砷、硒、鉍、銻的測定微波消解/原子熒光法》中推薦的HCl-HNO3消解，氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法測定，儀器為北京吉天AFS-933原子熒光光度計。

土壤酶活性的測定：大豆收獲期分別在各處理的小區(qū)0～20cm的土層進行土樣的采集，脲酶活性的測定采用靛酚比色法，蔗糖酶活性的測定采用二硝基水楊酸比色法，磷酸酶活性的測定采用磷酸苯二鈉比色法[20]。

大豆籽粒營養(yǎng)物質(zhì)含量測定：采用H2SO4-K2SO4-CuSO4消煮、半微量蒸餾法；大豆氨基酸含量測定：采用氨基酸自動分析儀；大豆硒含量測定：采用熒光法；大豆粗脂肪含量測定：采用索氏提取法。

本研究采用生物富集系數(shù)比較不同大豆品種對土壤中硒元素吸收與累積特性的差異，生物富集系數(shù)=生物體中的元素濃度/根系土中的元素濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、制圖和統(tǒng)計采用Excel 2010 和SPSS 22.0 軟件進行，顯著性檢驗采用單因素方差分析鄧肯(Duncan)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源施硒對大豆根際土壤酶活性的影響

由表2可知，在不同時期進行葉面施硒對大豆根際土壤酶活性的影響不同。與對照相比，Y1～Y3處理均增加了土壤蔗糖酶活性,其中Y2處理的土壤蔗糖酶活性最高,為79.8mg/(g·d),而Y4處理的土壤蔗糖酶活性較對照降低了15.4%，差異顯著。葉面噴施硒肥后，Y2處理的土壤脲酶活性比對照減少了14.7%，其余處理的土壤脲酶活性雖略有增加，但未達到顯著差異。葉面噴施硒肥對土壤磷酸酶活性有不同程度的影響，Y1～Y4土壤磷酸酶活性的增幅為2.3%～8.8%，說明葉面噴施硒肥總體上可以提高土壤磷酸酶的活性。

表2 不同施硒處理下的土壤酶活性

硒拌種處理B1、B2、B3的土壤蔗糖酶活性分別比對照提高51.6%、31.9%和24.5%，均顯著高于CK，但隨著硒拌種硒用量的增加，土壤蔗糖酶活性逐漸降低；土壤脲酶活性變化趨勢與蔗糖酶相同。硒拌種處理B1、B2、B3的土壤磷酸酶活性分別為49.8mg/(g·d)、46.5mg/(g·d)和47.7mg/(g·d)，較對照分別提高了33.5%、24.7%和27.9%，差異顯著。

2.2 外源施硒對大豆籽粒硒及氨基酸含量的影響

2.2.1 外源施硒對大豆籽粒硒含量的影響

從圖1可以看出，葉面噴施硒肥后，大豆籽粒中的硒含量有了顯著提高。CK的大豆籽粒硒含量為0.11mg/kg，Y1～Y4處理的大豆籽粒硒含量分別為0.12、0.26、0.17、0.67mg/kg，分別比對照提高了0.09、1.36、0.55、5.09倍。說明大豆不同生育時期噴施富硒葉面肥能明顯增加大豆籽粒中的硒含量。Y4處理(結(jié)莢期)噴無機硒可導致大豆籽粒硒含量偏高，達到了0.67mg/kg，其原因可能是大豆結(jié)莢期籽粒接近成熟，對硒的吸收轉(zhuǎn)化能力降低，導致無機硒富集在大豆籽粒中。而在開花期噴施無機硒的大豆富硒效果要好于有機硒。由此表明，在大豆開花期葉面噴無機硒可以提高大豆籽粒硒含量，大豆富硒效果最佳，其大豆籽粒硒含量為0.26mg/kg。

圖1 葉面施硒處理下大豆的籽粒硒含量 圖2 硒拌種處理下大豆籽粒硒含量

從圖2可以看出，硒拌種處理對大豆籽粒硒含量有不同程度的影響。CK處理的大豆籽粒硒含量為0.18mg/kg，B1、B2及B3處理的大豆籽粒硒含量分別比對照提高了2.8倍、2.7倍及3.6倍，大豆籽粒硒含量的順序為B3>B1>B2>CK，其中B3處理的大豆籽粒硒含量最高，達到了0.82mg/kg。由此表明，硒拌種處理可以明顯增加大豆籽粒硒含量，且隨著拌種硒濃度的增加，大豆籽粒硒含量也有增加的趨勢。

2.2.2 大豆不同品種間籽粒硒元素富集的差異

相同作物不同基因型品種對硒的聚集能力也具有差異性。為了比較不同品種大豆的富硒能力，本研究采用生物富集系數(shù)比較不同大豆品種對土壤中硒元素吸收與累積特性的差異。從表3可以看出，不同品種大豆的硒富集系數(shù)不同。以賀豆1號的硒富集系數(shù)最高，富集系數(shù)為0.40，其次是金源55，生物富集系數(shù)為0.37，黑河43和黑科60生物富集能力低于前兩者。由以上分析可以得出，不同品種大豆之間，賀豆1號和金源55號的聚硒能力較強。因此，選擇富硒大豆品種時，不僅要考慮大豆產(chǎn)量增加的多少，也應考慮富硒能力的強弱。

表3 大豆不同品種間籽粒硒元素富集的差異

2.2.3 外源施硒對大豆籽粒氨基酸含量的影響

大豆含有多種人體必需的氨基酸，可以提高人體的免疫力。在大豆收獲后，對大豆成熟籽粒中的氨基酸含量進行測定，結(jié)果(見表4)表明，葉面施硒總體上可以提高大豆籽粒中多種氨基酸的含量，氨基酸的總量增加4.2%～8.4%，其中Y3處理(開花期噴施有機硒)的氨基酸總量最大，為377.4mg/g，各處理對增加氨基酸總量的效果表現(xiàn)為Y3>Y2>Y4>Y1>CK。同樣，硒拌種處理總體上可以提高大豆籽粒氨基酸的含量，B1、B2和B3處理的氨基酸總量較對照分別提高了3.4%、1.5%和2.4%，其中B1處理的大豆籽粒氨基酸總量增加最為顯著。

表4 不同施硒處理下大豆的籽粒氨基酸含量

葉面施硒處理中，Y2處理的蛋氨酸含量較CK提高了3.9%，其余處理的蛋氨酸含量下降幅度在3.9%～11.8%之間，除胱氨酸和蛋氨酸2種氨基酸含量有明顯下降外，其余大多數(shù)氨基酸含量都有不同程度的增加。硒拌種各處理除大豆蛋氨酸含量以及酪氨酸含量略有下降外，大豆籽粒中各種氨基酸含量總體上均高于對照。賴氨酸是人體必需的氨基酸之一，它能夠促進人體的發(fā)育，增強免疫力以及提高中樞神經(jīng)功能。本研究中所有葉面噴硒處理大豆籽粒中賴氨酸都有明顯的增加，增加范圍為3.2%～6.9%，硒拌種處理較對照大豆籽粒賴氨酸也均有不同程度提高，所以硒有促進賴氨酸合成的作用。綜合以上結(jié)果分析表明，Y3和B1處理相對其他處理較對照提高氨基酸總量和賴氨酸具有明顯的作用。

2.2.4 外源施硒對大豆產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，葉面施硒后大豆籽粒的百粒重較CK處理增加，差異顯著(P<0.05)，表明外源富硒對大豆產(chǎn)量的增長具有促進作用。CK處理的大豆產(chǎn)量為2058.1kg/hm2，而葉面施硒處理大豆增產(chǎn)幅度在2.4%～10.5%之間，其中Y2處理的大豆產(chǎn)量增幅最大，達到了10.5%。硒拌種處理B1、B2、B3大豆的產(chǎn)量，較對照分別提高了10.9%、14.6%和15.0%,表明外源施硒對大豆的產(chǎn)量的增長具有一定的促進作用。

表5 不同外源施硒處理下的大豆產(chǎn)量

3 討論

外源施硒對土壤酶活性結(jié)果顯示，Y4(結(jié)莢期無機硒)處理的土壤蔗糖酶及Y2(花期無機硒)處理的土壤脲酶活性低于CK，其余時期處理的各種土壤酶活性總體上高于CK，其中Y3(花期有機硒)時期處理的各種土壤酶活性較高。硒拌種處理的各種土壤酶活性均高于CK，但蔗糖酶和脲酶活性隨著硒拌種用量的增加而逐漸降低。以上結(jié)果顯示，除部分處理外，不同施硒方式對提高土壤酶活性均有促進作用。史雅靜等[21]和許舒嫻[22]研究發(fā)現(xiàn)，施用外源硒能提高土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。李慶國等[23]研究發(fā)現(xiàn)，根系活力提高，根系代謝增強，根系分泌物增加，促進了土壤蔗糖酶的分泌及土壤微生物的繁殖，從而提高了土壤蔗糖酶活性，與本研究結(jié)果具有一致性。

本研究結(jié)果顯示，葉面噴施硒后，大豆籽粒硒含量在0.12～0.67mg/kg之間，均高于CK；硒拌種處理后，B1、B2及B3處理的大豆籽粒硒含量分別較對照提高了2.8倍、2.7倍及3.6倍，表明大豆施用外源硒均可以提高大豆籽粒硒含量。孫學映等[24]發(fā)現(xiàn)葉面施硒可以提高大豆籽粒硒含量，隨著噴硒量增加，硒含量快速提高，但過量噴硒，導致硒含量下降，噴硒時期以花期為最佳。唐玉霞等[16]和李文栓等[25]研究發(fā)現(xiàn)，浸種能提高小麥種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)，促進小麥根、芽生長及幼苗的發(fā)育，對提高小麥產(chǎn)量和小麥含硒量有一定的促進作用，但沒有達到富硒小麥0.2～0.3mg/kg的要求。朱薇等[26]和余江敏等[27]研究表明不同基因型的花生對硒的富集能力也不同，而基因型變異對種子硒含量有顯著影響[28]。本研究中不同品種大豆的硒富集系數(shù)大小排序為賀豆1號(0.40)>金源55號(0.37)>黑科60(0.25)>黑河43(0.21)，說明大豆不同品種之間對硒的富集能力同樣具有差異性。

施硒能夠不同程度地改善作物的品質(zhì)，楊莉等[29]和朱文東[30]研究施硒對水稻籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的影響，結(jié)果表明施硒提高了水稻的抗氧化能力，協(xié)調(diào)了抗氧化系統(tǒng)的動態(tài)平衡，促進對一些營養(yǎng)元素的吸收，增加籽粒中的氨基酸和蛋白質(zhì)含量。本試驗中不同的處理均提高了大豆籽粒中氨基酸，尤其是對增加大豆賴氨酸和氨基酸總量效果明顯。外源施硒不僅可以提供大豆籽粒氨基酸含量，同時促進大豆產(chǎn)量的增加。其原因是硒處理后，由于抗氧化酶促進系統(tǒng)的保護，減緩了膜脂過氧化對細胞的傷害，進而延緩了葉片生育后期的衰老，使葉片保持了較長時間的光合期，因此對提高大豆的產(chǎn)量具有一定的促進作用[31]。遲鳳琴等[32]研究結(jié)果表明，從水稻富硒類型上看，外源無機硒和有機硒都能明顯促進水稻對硒的積累。袁偉玲等[33]、李亞茹[34]研究發(fā)現(xiàn)，硒拌種在較低濃度下可以促進谷子產(chǎn)量的提高，而在較高濃度則會抑制谷子的產(chǎn)量，適宜濃度的硒可以提高小麥的產(chǎn)量[35]。本研究結(jié)果表明，隨著硒拌種濃度升高大豆產(chǎn)量有所提高，其原因是因為硒拌種可以增加大豆種子活力，提高根系活力，協(xié)調(diào)抗氧化系統(tǒng)的平衡，延緩大豆葉片生育后期的衰老，對大豆產(chǎn)量的提高具有促進作用。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同時期葉面施硒對大豆根際土壤酶的活性影響不同，而硒拌種處理則提高了大豆根際土壤酶的活性。不同大豆品種對硒的聚集能力也具有差異性，葉面施硒及硒拌種都可以提高大豆籽粒硒含量，使大豆籽粒硒含量達到富硒水平，且硒拌種處理的大豆籽粒富硒效果要好于葉面施硒。葉面施硒與硒拌種處理均在一定程度上提高了大豆多種氨基酸和總氨基酸含量，并對大豆產(chǎn)量的提高具有促進作用。