外源硒浸種對油菜幼苗根系生長及生理特性的影響

(山西師范大學生命科學院， 山西 臨汾 041004)

近年來，硒(Se)作為重要的微量元素之一，其防癌抗癌、抗氧化性、拮抗金屬性等多種生物活性越來越被人們關注[1-4]。隨著對元素硒的深入研究，國內外針對很多種農作物進行了外源硒的相關試驗，并了解到不同硒源以及不同硒濃度對種子萌發、根系活力、酶活性、葉綠素含量的影響[5-10]。油菜作為重要的設施栽培蔬菜，具有較高的營養價值，一直深受人們的喜愛[11]，然而關于外源硒對油菜幼苗根系生長及生理特性影響的研究還鮮有報道。因此，本試驗以油菜幼苗為研究對象，研究了不同濃度硒浸種對油菜幼苗根系生長及生理特性的影響，旨在為開發富硒蔬菜、進一步完善油菜栽培管理技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為小油菜幼苗，品種為“五月慢”。

1.2 試驗方法

試驗在山西師范大學校內實驗室中進行。試驗設0.5 mg·L-1(Se 0.5)、1.0 mg·L-1(Se 1.0)、2.0 mg·L-1(Se 2.0)、4.0 mg·L-1(Se 4.0)、8.0 mg·L-1(Se 8.0)的Se浸種5個濃度，以去離子水浸種為對照(Se 0)。選取顆粒飽滿，大小、色澤一致的種子，用0.1%KMnO4溶液消毒10 min，再用去離子水洗凈，于陰涼處陰干，然后分成等量的6分，用不同濃度的硒處理溶液浸種10 h后，將浸種完成的種子播種到裝有洗凈河沙的72孔穴盤中。幼苗長至2片真葉時，將穴盤放于裝有1/2霍格蘭溶液[12]的培養盤中進行培養。培養期間定時澆灌霍格蘭營養液，并保持幼苗均處于相同環境。待幼苗長至4葉1心時，分別對油菜幼苗根系進行形態和生理指標的測定。

1.3 測定方法

根系形態指標的測定：每個處理取10株均勻健壯、長勢一致的幼苗植株根系，洗凈，用根系掃描儀測定總根長、根表面積，用稱重法測定根系干重。

根系SOD的活性測定: 氮藍四唑(NBT)法[13]。

根系POD的活性測定：愈創木酚法[13]。

根系MDA含量的測定：硫代巴比妥酸法[14]。

根系可溶性糖的測定:苯酚法[14]。

1.4 分析方法

試驗數據用Excel軟件和SAS數據分析軟件進行統計分析并進行LSD多重比較，結果用平均值±標準誤差表示。

2 結果與分析

2.1 外源硒浸種對油菜幼苗根系生長的影響

從表1可知，與清水浸種相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸種能增加油菜幼苗根系的總根長，其中0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1外源硒浸種分別增大了22.09%、50.09%、69.13%、28%(p<0.01)；8.0 mg·L-1外源硒浸種使根系總根長降低了16.17%(p<0.01)。

與清水浸種相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種可以增加油菜根系的表面積，其中0.5、1.0、2.0 mg·L-1外源硒浸種分別增加了9.73%、35.84%、38.94%(p<0.01)；4.0～8.0 mg·L-1外源硒浸種分別使根系面積減少了13.72%、15.93%(p<0.01)。

與清水浸種相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸種能增加根系干重，其中0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1外源硒浸種分別增大了14.43%、25.77%、39.18%、13.4%(p<0.01)；8.0 mg·L-1外源硒浸種使根系干重減少了10.31%，但不明顯(p>0.01)。

表1 外源硒浸種對油菜幼苗根系生長的影響

外源硒浸種濃度/(mg·L-1)總根長/cm根表面積/mm2根系干重/mgSe0.010.14±0.73D420.04±5.76C0.97±0.03DSe0.512.38±0.06C460.93±0.06B1.11±0.06BSe1.015.22±0.03B570.59±0.03A1.22±0.03BSe2.017.15±0.03A583.60±0.03A1.35±0.03ASe4.012.98±0.06C362.43±0.06D1.10±0.06CSe8.08.50±0.03E353.13±0.03D0.87±0.03D

注：表內數據為平均值±標準差；同一行中數據右側字母相同者表示差異不顯著(p>0.01)；不同字母代表差異極顯著(p<0.01)。

以上結果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯的增加油菜幼苗根系總長度、根系表面積和干重，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度大。分別為69.13%、38.94%、39.18%。高濃度的外源硒浸種可以使根系生長受到抑制，濃度越高，抑制作用越強。其中8.0 mg·L-1外源硒浸種分別使總根長、根表面積和干重降低了16.17%、15.93%、10.31%。

2.2 外源硒浸種對油菜幼苗根系活力的影響

植物根系活力水平直接影響地上部的生長和營養狀況，圖1顯示：與對照相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使油菜幼苗的根系活力增加(p<0.01)，增加幅度分別為34.36%、86.92%、254.53%。4.0 mg·L-1外源硒浸種能使根系活力下降9.59%，但沒有達到顯著水平(p>0.01)，8.0 mg·L-1外源硒浸種能使根系活力下降39.36%，而且達到顯著水平(p<0.01)。

圖1 外源硒浸種對油菜幼苗根系活力的影響

以上結果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯的增加油菜幼苗根系活力，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度大。高濃度的外源硒浸種可以使根系下降，而且濃度越高，下降幅度越大。

2.3 外源硒浸種對油菜幼苗根系抗氧化酶活性的影響

SOD和POD是植物體主要的保護性酶，它們可以清除自由基，有效抑制自由基對植物體的氧化損傷，從而實現防御外界環境脅迫對植物體所造成的傷害。

2.3.1外源硒浸種對油菜幼苗根系SOD酶活性的影響

從圖2可知：與清水浸種相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使油菜幼苗的根系SOD酶的活性增加(p<0.01)，增加幅度分別為：48.87%、99.17%、100.06%。4.0～8.0 mg·L-1外源硒浸種能使根系SOD酶活性下降4.45%、24.55%，而且達到顯著水平(p<0.01)。

圖2 外源硒浸種對油菜幼苗根系SOD酶活性的影響

2.3.2外源硒浸種對油菜幼苗根系POD酶活性的影響

從圖3可知：與清水浸種相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使油菜幼苗的根系POD酶的活性增加(p<0.01)，增加幅度分別為11.17%、38.75%、48.14%，4.0 mg·L-1外源硒浸種能使其根系POD酶活性增加6.94%，但沒有達到顯著水平(p>0.01)。8.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯使根系POD酶的活性下降16.85%(p<0.01)。

圖3 外源硒浸種對油菜幼苗根系POD酶活性的影響

以上結果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯地增加油菜幼苗根系保護酶活性，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度最大。高濃度的外源硒浸種可以使根系保護酶活性明顯下降，而且濃度越高，下降幅度越大。

2.4 外源硒浸種對油菜幼苗根系MDA含量的影響

MDA是植物膜脂過氧化的指標，它的積累反映了膜脂過氧化程度的大小，MDA含量越低，說明膜質過氧化越輕。從圖4可知：與清水浸種相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸種能不同程度地使油菜幼苗的根系MDA含量下降，下降幅度分別為5.23%、33.92%、55.09%、0.73%，其中除0.5、4.0 mg·L-1外源硒浸種外，1.0～2.0 mg·L-1外源硒浸種MDA含量下降達到顯著水平(p<0.01)，且以2.0 mg·L-1外源硒浸種下降幅度最大。8.0 mg·L-1外源硒浸種能使其根系MDA含量比清水浸種處理明顯增加35.90%(p<0.01)。

以上結果表明：低濃度的外源硒浸種可以明顯的降低油菜幼苗根系MDA含量，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸種降低幅度最大。高濃度的外源硒浸種可以使油菜幼苗根系膜質過氧化程度增加。

圖4 外源硒浸種對油菜幼苗根系MDA含量的影響

2.5 外源硒浸種對油菜幼苗根系可溶性糖含量的影響

糖是高等植物主要代謝產物之一，其中可溶性糖對植物體的生長、抗性形成等生理過程有調節作用。從圖5可知：與清水浸種相比，0.5～8.0 mg·L-1外源硒浸種能明顯地使油菜幼苗的根系可溶性含量增加(p<0.01)，增加幅度分別為33.68%、146.18%、124.37%、44.69%、24.82%。

圖5 外源硒浸種對油菜幼苗根系可溶性糖含量的影響

以上結果表明：一定濃度的外源硒浸種可以明顯地增加油菜幼苗根系可溶性糖含量，而且增加幅度呈現先增加后減小的趨勢，其中以1.0 mg·L-1外源硒浸種增加幅度最大。

3 結論與討論

外源硒浸種對油菜幼苗根系的生長和生理有明顯的影響。與清水浸種相比，外源硒浸種濃度為0.5～2.0 mg·L-1時，根系總根長、根表面積、根干重隨著硒濃度的增大而增大，且當外源硒浸種濃度為2.0 mg·L-1時，油菜幼苗根系形態指標達到最優；然后隨著浸種濃度的增大，根系形態指標明顯下降。根據可溶性糖實驗的測定結果可知，隨著硒濃度的增大，可溶性糖的含量呈先增加后減少的趨勢，并且當浸種濃度為1.0～2.0 mg·L-1時達到最大含量。這與根系的形態指標變化基本一致。這可能是因為可溶性糖作為光合作用的初級產物，參與油菜幼苗合成淀粉、纖維素、脂肪和蛋白質等大分子化合物，進而有效改善了根系的形態指標。

SOD和POD酶是生物體中重要的抗氧化酶，對植物體具有保護作用。2種保護酶活性隨浸種濃度增加而增加，其中2.0 mg·L-1外源硒浸種時油菜根系中SOD和POD酶的活性最高，對根系生長有促進作用；但隨著硒濃度增加，對根系產生毒害作用，SOD和POD酶的活性也隨之降低，從而抑制油菜幼苗根系生長。

MDA為植物器官發生膜脂過氧化作用的終端，與清水浸種相比，低濃度外源硒浸種能有效降低油菜幼苗根系MDA含量，且以2.0 mg·L-1時MDA含量最低，即該濃度下油菜幼苗根系膜質過氧化最輕，最利于其生長，但隨處理濃度增加，MDA含量會大幅度增加，從而對油菜幼苗生長產生抑制。

綜上所述，與清水浸種相比，低濃度的外源硒浸種，能增加幼苗保護酶活性，降低膜質過氧化，從而促進油菜幼苗生長，而高濃度的外源硒浸種，能降低幼苗保護酶活性，增加膜質過氧化，從而抑制油菜幼苗生長，而試驗證明：1.0～2.0 mg·L-1外源硒浸種，油菜幼苗根系生長、生理指標均達到最佳。而本試驗研究所得結論將為提高油菜產量提供科學依據。