外源硒對谷子植株體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶及品質(zhì)的影響

張?zhí)m蘭， 孫冬雪， 龐立欣， 張愛軍，3

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定 071000； 2.國家北方山區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，河北保定 071001；3.河北省山區(qū)研究所，河北保定 071000)

硒是動(dòng)植物生存必需的微量元素之一，其最主要的功能是抗氧化作用，主要是通過谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，簡稱GSH-Px)實(shí)現(xiàn)[1]。GSH-Px是生物體內(nèi)一種重要的含硒酶[2]，它能催化氧化型谷胱甘肽(GSSG)生成還原型谷胱甘肽(GSH)[3]，消除自由基，分解有毒的過氧化物。趙耀等研究表明，適量濃度的硒可提高GSH-Px的活性[4-7]；趙決建等研究證明，適量硒可提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量[8-12]；耿建梅等研究指出，不同品種谷子對硒的敏感反應(yīng)不同[13]；王永會(huì)等研究不同生長期不同施硒濃度對谷子的影響[14-15]。適量施硒可增強(qiáng)作物光合作用，提高組織可溶性蛋白質(zhì)吸收量，進(jìn)而促進(jìn)作物生長，提高產(chǎn)量，但其作用受硒形態(tài)、施用時(shí)期以及作物類別等因素影響較大[16-17]。本研究通過室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)合的方式，探索同一濃度的硒肥在不同品種谷子不同時(shí)期進(jìn)行葉面噴灑，對谷子植株中GSH-Px活性、谷子品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，為探尋一種高效安全的富硒谷子生產(chǎn)途徑提供重要的理論支撐和現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)條件和材料

試驗(yàn)于河北省太行山東麓的唐縣丘陵山區(qū)進(jìn)行，該試驗(yàn)地的氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，雨熱同期。

試驗(yàn)時(shí)間：2014年6月至2016年10月。谷子于2014年6月4日播種，6月20日間苗。

供試土壤理化性狀：pH值為7.75，有機(jī)質(zhì)含量為 12.93 g/kg，土壤全硒量為0.226 mg/kg，土壤有效硒含量為10.78 μg/kg，全氮含量為0.87 g/kg，堿解氮含量為 13.56 mg/kg，全磷含量為 0.697 g/kg，有效磷含量為 44.3 mg/kg，速效鉀含量為 50.6 mg/kg。

試驗(yàn)材料：冀谷19(矮88×冀谷12)，硒含量為 0.109 mg/kg；冀谷21(矮88×安472)，硒含量為 0.136 mg/kg。

供試肥料：亞硒酸鈉(分析純)，由天津市福晨化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以品種為主區(qū)，即選用冀谷19、冀谷21這2個(gè)品種，以谷子不同時(shí)期進(jìn)行施硒處理為副區(qū)，即在拔節(jié)期噴施硒肥定為T1處理，在孕穗期噴施硒肥定為T2處理，在齊穗期噴施硒肥定為T3處理。試驗(yàn)中每個(gè)葉面噴施硒肥處理的濃度是固定的，為30 g/hm2，噴施500 mL。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，共設(shè)18個(gè)處理。處理后每10 d取樣1次，并于處理前取樣對照(CK)，連續(xù)取4次，其他操作同常規(guī)的管理措施，成熟期小區(qū)谷子全部收獲測產(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 測定指標(biāo) 酶活性指標(biāo)：在拔節(jié)期、孕穗期、齊穗期分別取樣，測定谷子株體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶活性。

品質(zhì)指標(biāo)：測定谷子籽粒粗蛋白含量。

產(chǎn)量指標(biāo)：試驗(yàn)小區(qū)實(shí)測計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.2 測定方法 谷胱甘肽過氧化物酶活性的測定參照鄧修惠等的方法[18-19]，粗蛋白含量的測定采用凱氏定氮法[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0和Excel 2007進(jìn)行處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長期施硒對谷子植株中GSH-Px活性的影響

2.1.1 拔節(jié)期施硒對谷子植株中GSH-Px活性的影響 由表1可以看出，T1處理GSH-Px活性總體上呈先升后降的變化趨勢，且施硒處理后變化幅度不同，品種間略有差異。冀谷19在處理后10～40 d，施硒處理后的GSH-Px活性比CK均有所增加，增加幅度在9%～16%，且在30 d時(shí)增加到最大值，達(dá)423.5 U/mg。冀谷21中GSH-Px活性的變化趨勢與冀谷19相似，30 d時(shí)比CK增加19.6%。可見在酶活性方面，冀谷21較冀谷19敏感。

通過品種間對比可知，在CK組，冀谷19植株中 GSH-Px 活性與冀谷21植株中相比略低。但是冀谷19經(jīng)過葉面施硒處理后，株體中GSH-Px活性高于同期CK冀谷21。進(jìn)行類似比較可知，冀谷21經(jīng)過葉面施硒處理后，植株中 GSH-Px 活性高于同期CK冀谷19。由此可見，在谷子拔節(jié)期進(jìn)行濃度為30 g/hm2的硒處理能夠彌補(bǔ)谷子植株中 GSH-Px 活性受谷子品種造成的差異影響。

表1 T1硒處理對谷子植株中GSH-Px活性的影響

注：同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同時(shí)間段內(nèi)不同處理對谷子植株中GSH-Px活性影響的差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.1.2 孕穗期施硒對谷子植株中GSH-Px活性的影響 由表2可以看出：T2處理GSH-Px活性隨時(shí)間延長呈先升后降的趨勢，且施硒處理后變化幅度不同，品種間略有差異。冀谷19在處理后10～30 d內(nèi)，經(jīng)過硒處理的GSH-Px活性與CK相比，均有所增加，且增加幅度分別為7.8%、8.7%、5.8%，且在 20 d 時(shí)達(dá)到最大值427.9 U/mg。冀谷21植株中 GSH-Px 活性的變化趨勢與冀谷19相似，增加幅度在9%～17%，且在20 d時(shí)達(dá)到最大值421.6 U/mg。在酶活性方面，冀谷21較冀谷19敏感。

通過品種間對比可知，在CK組，同期冀谷19植株中GSH-Px活性與冀谷21植株中GSH-Px活性相比略高。但是冀谷21經(jīng)過葉面施硒處理后，植株中GSH-Px活性高于同期CK冀谷19。類似比較可知，冀谷19經(jīng)過葉面施硒處理后，植株中GSH-Px活性明顯高于同期CK冀谷21。由此可見，在谷子孕穗期進(jìn)行濃度為30 g/hm2的硒處理同樣能夠彌補(bǔ)谷子植株中GSH-Px活性受谷子品種造成的差異影響。

表2 T2硒處理對谷子植株中GSH-Px活性的影響

注：“—”表示數(shù)據(jù)未測。下表同。

2.1.3 齊穗期施硒對谷子植株中GSH-Px活性的影響 由表3可以看出，T3處理GSH-Px活性總體呈先升后降的變化趨勢，且經(jīng)過硒處理后變化幅度不同，品種間略有差異。冀谷19在處理后10～20 d內(nèi)，施硒處理后GSH-Px活性比CK均有所增加，增加幅度分別為17.6%、29.9%，且在20 d時(shí)增加到最大值，為483.2 U/mg。冀谷21植株中GSH-Px活性的變化趨勢與冀谷19相似，20 d時(shí)比CK增加33.4%。在酶活性方面，冀谷21較冀谷19敏感。

通過品種間對比可知，在CK組，冀谷19植株中 GSH-Px 活性與冀谷21植株中相比略低，但是冀谷19經(jīng)過葉面施硒處理后，植株中GSH-Px活性高于同期CK冀谷21。類似比較可知，冀谷21經(jīng)過葉面施硒處理后，植株中 GSH-Px 活性明顯高于同期CK冀谷19。由此可見，在谷子齊穗期進(jìn)行濃度為30 g/hm2的硒處理同樣能夠彌補(bǔ)谷子植株中GSH-Px活性受谷子品種造成的差異影響。

表3 T3硒處理對谷子植株中GSH-Px活性的影響

綜合以上分析可得，在谷子拔節(jié)期、孕穗期和齊穗期內(nèi)隨著硒肥處理時(shí)間的延長，冀谷19、冀谷21植株中GSH-Px活性均有所增加，且差異達(dá)到顯著水平。冀谷21植株中GSH-Px活性的增加幅度大于冀谷19，可能是不同品種的谷子對硒肥作出反應(yīng)的靈敏程度不同。2個(gè)品種谷子植株中GSH-Px活性在谷子拔節(jié)期30 d、孕穗期及齊穗期20 d時(shí)達(dá)到最大值，且GSH-Px活性比CK的要高。通過CK組與硒處理組不同品種谷子的同期對比可知，在谷子拔節(jié)期、孕穗期和齊穗期內(nèi)進(jìn)行濃度為30 g/hm2的硒處理后均能彌補(bǔ)谷子植株中GSH-Px活性受谷子品種造成的差異影響。

2.2 不同時(shí)期施硒對谷子籽粒中粗蛋白含量的影響

由圖1可知，不同時(shí)期的硒處理對籽粒中粗蛋白含量有不同程度的影響。在冀谷19中，T1、T2和T3時(shí)期處理作物與對照相比，籽粒中粗蛋白的含量均呈顯著增加，增幅在 20.6%～29.2%。在3個(gè)處理生長時(shí)期中，以T2時(shí)期處理作物的增幅最大，其粗蛋白含量為9.1%，比對照提高29.2%。在冀谷21中，只有T2時(shí)期的處理作物籽粒中粗蛋白含量顯著增加，其粗蛋白含量為8.7%，比對照增加12.0%。

由此可見，2個(gè)品種的谷子均是在T2時(shí)期硒處理下籽粒中粗蛋白含量達(dá)到峰值。這可能由于谷子的T2時(shí)期(孕穗期)是干物質(zhì)形成的主要時(shí)期[19]，在此時(shí)期硒肥的噴施有利于谷子體內(nèi)粗蛋白的形成與積累，從而使得在谷子T2時(shí)期的硒處理作物，粗蛋白含量與對照相比顯著增加。而不同時(shí)期的硒處理對籽粒中粗蛋白含量影響程度不同，則可能是谷子各生育期對硒肥作出反應(yīng)的靈敏程度不同所導(dǎo)致的。

綜合以上分析可得，對冀谷19、冀谷21 2個(gè)谷子品種，通過葉面噴施的施肥方式，在谷子孕穗期用濃度為30 g/hm2的硒肥處理谷子，可以顯著提高谷子籽粒中粗蛋白的含量。

2.3 不同時(shí)期施硒對谷子產(chǎn)量的影響

由圖2可知，不同時(shí)期硒處理對冀谷19和冀谷21產(chǎn)量的影響大體呈先增加后減少的趨勢。處理后，2個(gè)品種谷子產(chǎn)量與對照相比均有不同程度的增加，且2個(gè)品種的產(chǎn)量均在T2時(shí)期處理后達(dá)到最大值，分別為3 923.0、3 924.3 kg/hm2，增幅分別為3.6%、2.8%。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是：對谷子進(jìn)行硒處理的3個(gè)時(shí)期中，在T2生長時(shí)期處理的硒肥其施肥時(shí)期符合谷子的生長特點(diǎn)，肥效發(fā)揮較好，可以促進(jìn)籽粒生長，從而出現(xiàn)增產(chǎn)效果最為顯著的結(jié)果。

雖然不同時(shí)期硒處理對2個(gè)品種產(chǎn)量的影響大體相似，但是對各自產(chǎn)量的影響程度有所不同。在冀谷19的硒處理中，處理時(shí)期為T1、T2的作物產(chǎn)量同對照相比顯著增加，其產(chǎn)量分別為3 871.3、3 923.0 kg/hm2，與對照相比增幅分別為2.3%、3.6%；在冀谷21的硒處理中，只有處理時(shí)期為T2的作物產(chǎn)量同對照相比顯著增加，其產(chǎn)量為 3 924.3 kg/hm2，與對照相比增幅為2.8%。出現(xiàn)這種差異，可能是由于谷子的品種差異造成的。

綜合以上分析可得，對冀谷19、冀谷21 2個(gè)谷子品種，通過葉面噴施的施肥方式，在孕穗期采用濃度為30 g/hm2的硒肥處理谷子，可以顯著提高谷子產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)表明，外源硒能夠顯著提高植株體內(nèi)的GSH-Px活性，這與付冬冬等研究的結(jié)論[7，21-23]相似。在谷子的不同生長時(shí)期，用同一濃度的硒肥(30 g/hm2)處理谷子，結(jié)果顯示不同生長時(shí)期的硒肥處理對谷子植株中GSH-Px活性的影響存在著時(shí)間效應(yīng)。在谷子拔節(jié)期，當(dāng)硒肥處理時(shí)間為 30 d 時(shí)，2個(gè)谷子品種植株中GSH-Px活性達(dá)到最大值；在谷子的孕穗期和齊穗期，當(dāng)硒肥處理時(shí)間為20 d時(shí)，2個(gè)谷子品種植株中GSH-Px活性達(dá)到最大值，當(dāng)處理時(shí)間延長到30 d時(shí)，其酶活性開始呈下降的趨勢。

以谷子為試驗(yàn)材料，在孕穗期進(jìn)行濃度為30 g/hm2的葉面施硒，可以顯著提高谷子籽粒中粗蛋白的含量并顯著提高谷子產(chǎn)量，這與劉慶等研究的結(jié)果[24]有所不同，其研究表明，通過葉面噴施一定劑量范圍的亞硒酸鈉溶液，對小麥產(chǎn)量影響不大；與不施硒相比，施硒可提高籽粒中粗蛋白含量，但差異不顯著；不同施硒時(shí)期對小麥籽粒中的粗蛋白含量也有一定的影響，但差異也未達(dá)顯著水平。這可能與作物類別、作物生長期特點(diǎn)等因素有關(guān)。

通過以上結(jié)論綜合分析可得，針對冀谷19、冀谷21 2個(gè)谷子品種，通過葉面噴施的施肥方式，在谷子孕穗期用濃度為 30 g/hm2的硒肥處理作物時(shí)間達(dá)20 d時(shí)，可以顯著提高冀谷19、冀谷21植株中GSH-Px活性、籽粒中粗蛋白的含量以及谷子的產(chǎn)量。針對谷子對外源硒的敏感程度，冀谷19在改善品質(zhì)與提高產(chǎn)量方面比冀谷21敏感。