施硒對紫甘薯硒素累積及產量和品質的影響研究

郭文慧 劉 慶 史衍璽

施硒對紫甘薯硒素累積及產量和品質的影響研究

郭文慧 劉 慶 史衍璽

（青島農業大學資源與環境學院，青島 266109）

以紫甘薯為試驗材料，通過大田試驗研究不同品種紫甘薯對外源硒吸收和分配特征，并分析了施硒對紫甘薯產量和品質的影響。結果表明：施硒可顯著提高紫甘薯薯塊硒含量（P＜0.05）。不同品種紫甘薯差異達到顯著水平。日本新紫、寧紫2號、日本凌紫、越南紫4個品種對外源硒的富集能力較強。施硒顯著提高紫甘薯各器官硒累積量（P＞0.05），其大小順序為薯塊＞莖＞葉。本試驗施硒量下，使浙紫1號、越南紫產量降低，徐8008、紫菁2號的產量升高，對其他8個品種產量影響不顯著。施硒可顯著提高薯塊中N、P含量，降低B含量，對K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn含量影響不顯著。施硒對紫甘薯的商品率、花青素與可溶性糖含量影響不顯著但可顯著提高可溶性蛋白含量。

紫甘薯 硒 累積 產量 品質

硒于1817年被瑞典化學家berlius發現和命名［1］。作為人體必須的微量元素，硒具有清除體內自由基、抗膜脂過氧化、防衰老、提高機體免疫力的作用［2］，人體的多種疾病與缺硒有關［3］。我國有2 ／3的地區處于缺硒地帶［4］，我國成人硒攝入量遠遠低于生物需要量40μg／d以及我國營養學會推薦的成人50 μg／d的要求［5-7］。目前，通過作物施用外源硒生產富硒食品已經成為人體補硒的安全有效途徑［8］。

大量的研究結果表明，不同作物對硒元素的吸收和累積規律不同［5-7］。施硒可以提高水稻、小麥、花生、大豆等糧油作物和小白菜、茄子、黃瓜等蔬菜的硒含量［8-10］，適宜的外源硒供給能促進植株生長、提高產量、改善作物品質。甘薯是我國的重要糧食作物，紫甘薯作為一種新型甘薯，富含的花青素具有天然抗氧化性和清除自由基等生理活性作用［11］，其保健功能越來越受到重視，市場需求量日益增加。陸國權等［12］研究了浙江省5個地區甘薯塊根中硒含量在0.12 ～0.16 mg／kg 之間，邢丹英等［13］通過不同外源硒強化甘薯富硒技術，可使甘薯塊根中的硒含量達到0.37 mg／kg，但是迄今為止，鮮見對紫甘薯富硒能力及硒對紫甘薯品質效應影響的報道。本研究以12個品種紫甘薯為試驗材料，通過大田試驗方法，研究了12個品種紫甘薯的富硒能力差異，硒元素在紫甘薯體內的累積分配特征以及施硒對紫甘薯塊根產量和商品率、礦質營養元素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等品質指標的影響，為指導富硒紫甘薯生產，改善紫甘薯營養結構和開發富硒紫甘薯保健產品提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗分別于2012、2013年5～10月在青島市城陽區百埠莊試驗基地進行。試驗地土壤為砂姜黑土，供試土壤的基本理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗方案

選用生產上大面積推廣種植的12個紫甘薯品種：日本新紫、萬紫56、京薯6號、紫菁2號、寧紫2號、浙紫1號、徐8008、寧紫1號、日本凌紫、濟黑1號、越南紫、贛榆10-14。試驗設置不施硒（Se0）和基施亞硒酸鈉10 g／667 m2（Se1）2個處理，每個處理重復3次。每個處理共24個小區，小區面積32 m2，每小區分6壟，壟寬0.80 m，長40 m，壟高0.30 m，密度控制為50 000株／hm2，隨機區組排列，區組內順序排列，試驗田周邊設保護行。按N 90 kg／hm2（尿素），P2O590 kg／hm2（過磷酸鈣），K2O 135 kg／hm2（硫酸鉀）于起壟前一次性施入作肥底亞硒酸鈉隨肥底一次性施入。選取大小基本一致的秧苗于2012年5月15日栽插，期間進行常規管理，10月20日收獲。2013年以同樣的試驗方案重復1年，試驗用苗來自河南清風甘薯育苗基地。

1.3 樣品采集與指標測定

1.3.1 樣品采集與處理

甘薯收獲期，按小區分別全部收獲，折算成單位面積產量，并記錄單株薯塊鮮重、單株薯塊數、單薯重、商品薯（單個薯塊重大于50 g）個數。每小區隨機取15株紫甘薯，分別記錄每株紫甘薯薯塊、莖、葉的鮮重。將15株樣品的薯塊、莖、葉充分混合各取500 g鮮樣。將采集的鮮樣分別用去離子水洗凈擦干，各取300 g于105℃殺青，70℃烘干，稱重，磨細過80目篩備用。剩余薯塊鮮樣用于紫甘薯花青素含量、可溶性糖含量及可溶性蛋白含量的測定。

1.3.2 樣品硒及其它理化成分分析

紫甘薯總硒含量測定方法參照GB 5009.93—2010食品中硒的測定［14］；土壤總硒量測定參照NY／T 1104—2006土壤中全硒量的測定［15］；N采用濃硫酸-雙氧水法消解-凱氏定氮儀測定；P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B 采用消解-電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP7500）測定；溶性多糖的測定采用蒽酮—硫酸比色法［16］；花青素的測定采用pH 3.0的檸檬酸—磷酸氫二鈉緩沖液法［17］；可溶性蛋白的測定采用GB 5905—1982的半微量凱氏定氮法［18］。

1.4 相關參數計算及數據處理

硒利用率＝（施硒后紫甘薯硒累積量-不施硒處理紫甘薯硒累積量）×100／外源硒施用量×100%。

硒敏感指數＝不施硒處理薯塊產量／施硒處理薯塊產量。即以不施硒為基數，分析施硒后對紫甘薯薯塊生物量的影響及程度［19］。敏感性指數大于1，表示施硒可導致甘薯產量降低，敏感性指數小于1，表示施硒可使甘薯產量增加。

薯塊商品率＝試驗小區薯重50 g以上的紫甘薯個數／試驗小區全部薯塊個數×100%。

試驗所得數據應用Excel2003、DPS7.5軟件進行統計、單因素方差分析、用LSD法進行顯著性檢驗，顯著性水平設定為ɑ＝0.05。

2 結果與分析

2.1 不同品種紫甘薯富硒能力差異

不同品種紫甘薯薯塊硒含量見圖1。由圖1可知，Se0處理下，不同品種紫甘薯薯塊硒含量的范圍為0.017～0.166 mg／kg，不同品種之間薯塊硒含量差異顯著，該處理下不同品種紫甘薯富硒能力由大到小的順序為：日本新紫＞萬紫56＞紫菁2號＞京薯6號＞浙紫1號＞徐8008＞寧紫2號＞寧紫1號＞濟黑1號＞越南紫＞日本凌紫＞贛榆10-14。Se1處理下，各品種紫甘薯薯塊中硒含量均顯著性提高，薯塊硒含量的范圍為0.105～0.495 mg／kg，不同品種紫甘薯薯塊硒含量仍具有顯著性差異。Se1處理下不同品種紫甘薯富硒能力大小順序為：日本新紫＞寧紫2號＞日本凌紫＞越紫＞萬紫56＞紫菁2號＞濟黑1號＞浙紫＞徐8008＞寧紫1號＞京薯6號＞贛榆10-14。

圖1 不同品種紫甘薯薯塊硒含量

2.2 不同品種紫薯對硒的累積和分配

不同品種紫甘薯各器官對硒的累積量見表2。由表2可知，施硒顯著提高了紫甘薯莖、葉以及薯塊中硒元素的累積量。Se1處理下地上部硒元素累積量的均值是Se0處理的1.2～7.75倍，薯塊中硒元素累積量的均值為Se0處理的1.2～21.45倍。從其絕對含量上看，薯塊硒元素累積量從32.49～285.34μg／m2提高到273.46～1306.26μg／m2。紫甘薯各器官硒累積量的順序為薯塊＞莖＞葉。紫甘薯對外源硒的利用率范圍為1.2% ～11.1%，其中薯塊對外源硒的利用率范圍是0.5%～7.3%，不同品種之間對硒的利用率存在顯著性差異。

表3顯示的是不同品種紫甘薯各器官中硒的分配率。由表3可知，Se0處理下，紫甘薯薯塊累積的硒占植株總累積量的49.16%～74.37%之間。Se1處理下，紫甘薯薯塊累積的硒占植株總累積量的47.38%～69.02%之間。薯塊中硒累積量占植株總累積量的比例略有所下降，但施硒使薯塊中硒元素的累積量顯著升高，薯塊仍然是硒元素的主要貯存器官。

表2 不同品種紫甘薯各器官對硒的累積

表3 不同品種紫甘薯各器官中硒的分配

2.3 不同品種紫甘薯產量及硒敏感性差異

參考唐忠厚等［19］在甘薯研究中提出的鉀敏感型指數的概念，本研究提出了紫甘薯硒敏感性指數指標，即以不施硒處理下薯塊塊根產量與施硒處理下薯塊塊根產量的比值高低以衡量不同品種紫甘薯產量對硒的敏感性差異。

表4顯示了不同品種紫甘薯施硒前后產量差異及硒敏感性指數。日本新紫、萬紫56、京薯6號、寧紫2號、寧紫1號、日本凌紫、濟黑1號、贛榆10-14這8個品種硒敏感指數在0.92～1.05之間，此類品種對硒的敏感性較弱，施硒對此類品種紫甘薯產量影響不顯著。浙紫1號、越紫2個品種硒敏感指數分別為1.11、1.18，施硒使浙紫1號、越南紫分別減產9.60%、15.22%；徐8008、紫菁2號硒敏感性指數為0.87、0.83，施硒使徐8008增產14.65%，紫菁2號增產20.61%。

表4 不同品種紫甘薯產量差異

2.4 施硒對不同品種紫甘薯相關品質指標的影響

表5顯示的是施硒對紫甘薯礦質元素含量的影響。由表可知，不同品種紫薯礦質元素的含量相差較大。施硒顯著提高了紫甘薯的N含量，顯著降低了薯塊中B 含量。施硒對薯塊中P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn的含量無顯著影響。

表6顯示的是施硒對紫甘薯商品率、花青素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量的影響。施硒處理下紫菁2號、徐8008的商品率顯著提高。施硒降低了日本新紫、京薯6號、浙紫1號、越南紫的商品率但未達到顯著性水平。施硒使紫菁2號、徐8008花青素含量顯著降低，使寧紫2號、濟黑1號、越南紫花青素含量有所升高。施硒對其他品種紫甘薯花青素含量影響不顯著。施硒后，寧紫2號、日本凌紫可溶性糖含量略有升高，日本新紫、浙紫1號、濟黑1號可溶性糖含量略有降低，但均未達到顯著水平。施硒顯著提高了所有品種甘薯的薯塊可溶性蛋白含量。

表5 硒對不同品種紫甘薯礦質元素含量的影響

表6 硒對不同品種紫甘薯品質的影響

3 討論

3.1 紫甘薯對硒元素的吸收與分配

已有研究表明，硒傾向于在植物的營養體中富集。如王其兵等［25］的研究證明，花生硒的分配趨向生長旺盛的器官，收獲期花生植株不同器官的貯量以果仁＞葉＞果殼＞莖＞根，含量分布為果仁＞根＞果殼＞莖＞葉。周鑫斌等［26］水稻上的研究發現，土壤不施Se時植株各器官Se含量順序依次為根＞葉≈莖＞籽粒，土壤施亞硒酸鹽后植株各器官Se含量則為根＞籽粒＞葉＞莖，表現出Se向籽粒富集的特征。本試驗中，施硒后紫甘薯各器官硒的累積量遠遠高于不施硒處理，表明施用外源硒是提高紫甘薯薯塊硒含量的有效方法。從品種之間富硒能力差異的比較來看，12個品種紫甘薯的富硒能力存在顯著差異，其中日本新紫、寧紫2號、日本凌紫、越南紫4個紫甘薯品種富硒能力較強。從紫甘薯不同器官對硒的積累量比較來看，無論是否施用外源硒，各器官硒累積量的順序均為薯塊＞莖＞葉，表明薯塊是紫甘薯累積硒元素的主要器官，這與硒傾向于在植物營養體富集的結論是一致的。

3.2 施硒對紫甘薯產量與養分吸收的影響

雖然在一定范圍內施硒可以提高作物的抗氧化能力，改善作物品質和提高作物產量，但過量施硒會對作物生長產生毒害［24-26］。本試驗對不同品種紫甘薯施硒后的綜合表現進行比較，發現施硒可使浙紫1號、越南紫兩個品種減產，紫菁2號、徐8008增產，其他品種產量變化對施硒與否表現不明顯，反映出不同品種紫甘薯對硒的敏感性和耐受性存在差異。不同地區主栽紫甘薯品種的最佳施硒量還應進一步深入研究。

養分吸收方面，施硒顯著提高了紫甘薯薯塊中氮的含量，可推斷硒與氮在紫甘薯的吸收過程中可能存在協同效應，從而促進了氮的代謝過程。已有研究證實硒以Se-Met、Se-Cys等多種硒代氨基酸的形式參與蛋白質合成［7］，這也可以進一步解釋施硒增加紫甘薯薯塊中可溶性糖含量的原因。施硒后薯塊中硼含量的顯著降低可能是由于紫甘薯對硒和硼的吸收存在競爭效應。

3.3 施硒對紫甘薯商品率、花青素與可溶性糖含量的影響

本研究將50 g以上的紫甘薯作為商品薯計算商品率。研究發現施硒提高了紫菁2號、徐8008的商品率，降低了越南紫、浙紫1號的商品率。施硒對紫甘薯商品率的影響和對產量的影響表現出一定的正相關性。由此推斷，施硒可能通過影響紫甘薯根系的發育從而使紫甘薯的產量構成發生改變，最終影響了紫甘薯的產量。花青素含量的影響方面，施硒使浙紫1號、越南紫的花青素含量有所升高，紫菁2號、徐8008花青素含量有所降低，與施硒對紫甘薯產量的影響規律恰好相反。其原因一方面可能是由于紫甘薯產量變化的稀釋效應造成的，另一方面則可能是施硒影響了紫甘薯花青素代謝過程所導致。對可溶性糖含量的影響，施硒使寧紫2號、日本凌紫的可溶性糖含量有所升高，浙紫1號、日本新紫、濟黑1號可溶性糖含量略有降低，但均未達到顯著水平。紫甘薯薯塊中可溶性糖含量與花青素含量的相關性與前人結論也不一致，這可能和不同紫甘薯品種間表現存在差異有關。施硒對紫甘薯花青素與可溶性糖含量之間的關系有待進一步研究。

4 結論

施用外源硒可以顯著提高薯塊中的硒含量。日本新紫、寧紫2號、日本凌紫、越南紫富硒能力較強，當土壤亞硒酸鈉施用量為10 g／667m2時，日本新紫薯塊中硒含量可達0.495 mg／kg。紫甘薯不同器官對硒累積能力順序表現為薯塊＞莖＞葉，薯塊是紫甘薯硒元素貯存的主要器官。不同品種紫甘薯對硒的敏感性不同。徐8008、紫菁2號兩個紫甘薯品種對硒的敏感性較強，且具有明顯的增產效應。施硒可以顯著提高薯塊中N、P的含量降低B的含量。施硒對紫甘薯的商品率、花青素含量的影響與產量效應呈正相關關系。施硒對薯塊花青素含量、可溶性糖含量無顯著影響但可以顯著提高薯塊可溶性蛋白含量。

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Effects of Applying Selenium on the Accumulation of Selenium，Yield，and Quality of Purple Sweetpotato

Guo Wenhui Liu Qing Shi Yanxi
（College of Resources and Environment of Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109）

Using purple sweetpotato as test materials，field experiment was conducted to study the absorption and distribution characteristics of exogenous selenium and effects of selenium application on yield and quality of purple sweetpotato.The results showed that the exogenous Se application significantly increased the selenium content of purple sweetpotato root-tuber（P ＜0.05），and the difference among the different types of sweetpotato reached to the significant level.Ribenxinzi，Ningzi2，Ribenlingzi and Yuenanzi had stronger selenium enrichment ability.Selenium application could significantly improve selenium accumulation amount of all organs of purple sweetpotato，and the order selenium content in different purple sweetpotato organs was root-tuber＞stem＞leaf.The exogenous selenium application increased the yield of Xu 8008，Zijing2 but decreased the yield of Zhezi1 and Yuenanzi and there was no significantly effect on the yield of the other types of sweetpotato.The exogenous selenium application increased the content of N，P and decreased the content of B of the root-tuber significantly，but had no significantly affect the content of K，Ca，Mg，S，Fe，Mn，Cu，Zn of the root-tuber.The exogenous selenium application had no significant effect on the commodity rate，anthocyanin content，soluble content but increased the soluble protein content significantly.

purple sweetpotato，selenium，accumulation，yield，quality

S531

A

1003-0174（2016）09-0031-07

現代農業產業技術體系建設專項（CARS-11-B-14），公益性行業科研專項（201303106）

2014-12-25

郭文慧，女，1988年出生，碩士，植物營養學

劉慶，男，1972年出生，副教授，土壤學