硒肥對植物工廠水培生菜生長及品質的影響

孫崇慶　馬曉春　高艷明　李建設

摘 要： 以奶油生菜（‘荷蘭富蘭德里）為試驗材料，通過在植物工廠水培營養液中添加相同硒含量（0.5 mg·L-1）的硒酸鈉、亞硒酸鈉、硒代甲硫氨酸和農用硒肥4種硒肥，研究施用不同硒肥對生菜營養生長、品質以及硒含量的影響。結果表明，施用農用硒肥可促進生菜的營養生長，提高生菜品質及硒含量。施用硒代甲硫氨酸作為硒肥能夠顯著提高生菜的可溶性蛋白（增加1.1倍）、氨基酸（增加44.12%）、纖維素（增加18.95%）和硒含量（增加441.5倍），并且有效降低生菜的硝酸鹽含量（減少23.23%），但是不利于水培生菜的生長，并且降低了生菜的產量（減少51.67%）。施用硒酸鈉、亞硒酸鈉和農用硒肥均能顯著提高水培生菜的維生素C（分別增加57.58%、36.58%、30.67%）和硒含量（分別增加8.13倍、36.02倍、43.02倍），降低生菜的硝酸鹽含量（分別減少34.09%、29.32%、20.87%），并有利于生菜的生長和提高生菜的產量（分別增加17.5%、21.67%、40%）。相比之下，農用硒肥的效果要更好，且農用硒肥與其他3種硒肥相比價格最便宜。植物工廠生產富硒生菜營養液農用硒肥適宜質量分數為0.5 mg·L-1。

關鍵詞： 生菜;植物工廠;水培;品質;硒含量

中圖分類號：S636.2? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1673-2871（2020）06-024-06

Abstract： In order to produce selenium enriched lettuce， buttered lettuce （fulandri） was used as the experimental material. The effects of different selenium fertilizers on the growth， quality and selenium content of lettuce were studied by adding the same selenium concentration （0.5mg·L-1） of sodium selenate， sodium selenite， selenomethionine and agricultural selenium fertilizer into the hydroponic nutrient solution of plant factory.The results showed that the application of agricultural selenium fertilizer can promote the growth of lettuce， improve the quality and selenium content of lettuce. Application of selenomethionine as selenium fertilizer can significantly increase? the soluble protein by 1.1 times， amino acid incresed by 44.12% ， cellulose by 18.95%and selenium content by? 441.5 times of lettuce， and effectively reduce the nitrate content by 23.23% of lettuce， but it is not conducive to the growth of Hydroponic Lettuce， and it reduces the yield by 51.67% of lettuce. The application of sodium selenate， sodium selenite and agricultural selenium fertilizer can significantly increase the vitamin C by 57.58%， 36.58% and 30.67% respectively and selenium content by 8.13 times， 36.02 times and 43.02 times respectively of hydroponic lettuce， reduce the nitrate content by 34.09%， 29.32% and 20.87% respectively of lettuce， and they are conducive to the growth of lettuce and increase the yield by 17.5%， 21.67%， 40% respectively of lettuce. Compared with other fertilizers， the effect of agricultural selenium fertilizer is better， and the price of agricultural selenium fertilizer is the cheapest compared with other three selenium fertilizers. The plant factory produces selenium enriched lettuce with 0.5 mg·L-1 selenium fertilizer application.

Key words： Lettuce; Plant factory; Hydroponics; Quality; Selenium content

生菜（Lactuca sativa）屬菊科萵苣屬萵苣種，學名葉用萵苣。生菜屬于低溫型植物，喜歡冷涼氣候，露地多在早春、秋季種植[1]。而植物工廠內的水培生菜則不受季節限制，四季均可種植，而且品質高，周期短，無病蟲害，無連作障礙[2]，還能避免農藥殘留，深受人們的喜愛[3]。

硒是人體必需微量元素，是延長人類壽命最重要的礦物質營養素[4]，具有預防心血管病[5-6]、防治癌癥[7]等作用，被世界科學家譽為人體微量元素中的“防癌之王”。人體缺硒易引起一系列疾病，一個地區食物和土壤中硒含量的高低與癌癥的發病率有直接關系。聯合國糧農組織制定了人體日常膳食硒供給量應有400 μg·d-1。中國是一個缺硒大國，2/3 的人口嚴重缺硒，如北京市人均攝入量僅為60 μg·d-1，東北大部分地區人均攝入量僅有10 μg·d-1，是心臟病、克山病、大骨節病的高發區。補充硒可以提高機體免疫力，有效預防各種疾病的發生，人體補充硒主要通過食用亞硒酸鈉片及其強化食鹽等無機藥劑。大量研究表明，無機硒具有蓄積性毒性和致突變作用，使用劑量難以控制，且吸收率低、毒性大、副作用大。相比之下，有機硒具有毒性低、生物利用率高等優點，因此，近年來人們開始尋找天然有機硒化物，將其作為補硒的來源[8-9]，富硒農產品自然成了首選。增加農產品中的硒含量，進而開發富硒食品，是綠色農業發展主導趨勢的需要，同時富硒農產品的開發將大大提高農產品的附加值，促進農產區地域經濟的發展。依托現代化園藝設施來水培或水耕蔬菜，實現優質高產蔬菜的周年供應，正成為都市農業的一個發展趨勢[10]。筆者以奶油生菜為試驗材料，開展施用微量元素硒的植物工廠水培對比試驗，探討不同硒肥對生菜生長與果實品質的影響，通過合理的施用硒肥，對生菜的含硒水平與營養品質進行調控，篩選適宜的硒肥，以提高生菜的營養品質，為富硒生菜產業發展提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年4—6月在寧夏賀蘭園藝產業園科研開發區植物工廠內進行，海拔1 110.14 m，年平均氣溫9.7 ℃，無霜期125 d左右，年日照時數2 935.5 h。

1.2 供試用水

試驗水培用水為寧夏賀蘭園藝產業園供自來水，pH值7.83，EC值0.80 mS·cm-1。

1.3 供試硒肥

試驗所用的的硒肥有：硒酸鈉（Na2SeO4），亞硒酸鈉（Na2SeO3），硒代甲硫氨酸（C5H11NO2Se）和農用硒肥。農用硒肥為天津市漢邦植物保護劑有限責任公司生產的種植用有機硒素（包裝規格：200 g·袋-1;硒含量≥0.5%;存在形式：有機硒，形態：固態）。

1.4 供試營養液配方

試驗以改良Hoagland水培試驗配方和Arnon通用微量元素營養配方[11]為基礎配方，具體配方如下：Hoagland水培試驗配方為Ca（NO3）2·4H2O用量1 000 mg·L-1，KNO3用量500 mg·L-1，MgSO4·7H2O 用量360 mg·L-1，NH4H2PO4用量80 mg·L-1，KH2PO4用量100 mg·L-1;Arnon微量元素營養配方為H3BO3、MnSO4 ·4H2O、ZnSO4 ·7H2O、CuSO4·5H2O、（NH4）6Mo7O24·4H2O、EDTA-2NaFe（含Fe 14%）用量依次為2.86、2.13、0.22、0.08、0.02、20.00～40.00 mg·L-1。

1.5 試驗設計

生菜供試品種為‘荷蘭富蘭德里，種子購于北京云靴科技有限責任公司;生菜種子在充分浸濕的海綿上播種7 d后在2葉1心時移栽到育苗苗床上;在育苗床上育苗7 d后生菜出現4～5片真葉時定植到PE泡沫板栽培槽上。試驗所用植物工廠長16.6 m，寬14.0 m，高2.9 m。水培使用PE泡沫板栽培槽作為水培試驗裝置，栽培槽長為4.8 m，寬為40 cm，深5 cm，共4層;栽培水箱長0.98 m，寬75 cm，深30 cm。試驗在植物工廠內進行，光源為白色LED燈（產品名稱：T8一體化植物燈管;產品型號：ZWNT84D-LED19-96;輸入電壓：120～240 V;額定功率：18 W;功率因數：0.9全光譜）。試驗共設4個硒肥處理：T1硒酸鈉，T2亞硒酸鈉，T3硒代甲硫氨酸，T4農用硒肥，以0添加為對照，4種硒肥中的硒元素濃度相同，硒元素濃度均為0.5 mg·L-1，以不添加硒作為試驗對照，每個處理3株，3次重復，在水培營養液中添加4種硒肥。之后每隔14 d補充1次相應的硒肥，35 d后收獲，進行各項指標的測定。

1.6 測定指標與方法

1.6.1 生菜生長形態指標測定 每個試驗小區標記5株長勢良好的生菜植株，每隔5 d測定生菜的株高、葉綠素含量、葉面積、葉片數。株高用卷尺從植株基部起測量至植株的生長點頂端。葉面積采用葉面積測量儀進行測定。 葉綠素含量采用丙酮乙醇混合法測定[ 12]。

1.6.2 生菜生理指標測定 干物質積累：（地上部、地下部干鮮質量）;計算根冠比：根干質量/地上部干質量。在采收前，每一床架上選取3株，稱取地上、地下部鮮質量，然后采用烘干法測定干質量。丙二醛含量的測定：在植株生長盛期分別取5株植物上的葉片，采用高俊鳳[13]的方法進行測量。根系活力的測定：采用TTC法，在生菜采收后測定1次[13]。電導率采用浸泡法測定。

1.6.3 生菜品質測定 可溶性總糖采用蒽酮比色法測定;還原糖采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定;維生素C采用鉬藍比色法測定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定;氨基酸含量采用茚三酮比色法測定;淀粉含量采用蒽酮比色法測定;纖維素含量采用蒽酮比色法測定;硝酸鹽含量采用水楊酸-硫酸比色法測定[14]。

1.6.4 硒元素測定 各處理取5株，每株生菜采收后（根、葉）烘干，然后粉碎測定總硒含量。

1.6.5 產量測定 各處理取5株，稱鮮質量，然后以20顆生菜的鮮質量作為產量。

1.7 數據統計與分析

試驗數據使用Excel 2003進行統計，使用DPS軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同硒肥處理對生菜株高、葉面積和葉片數的影響

如圖1所示，生菜的株高隨生長發育的進行而不斷地長高。4月24日測量第1次數據（4月14日定植），各處理之間已有差異。隨著生菜植株的生長發育，各處理之間生菜株高的差異越來越大，使用硒酸鈉、亞硒酸鈉和農用硒肥，明顯能夠促進植株的增高。在定植10 d后，T3與其他4個處理的生菜株高已經存在顯著差異;定植30 d后，CK的株高與T1、T2和T4相比存在顯著性差異。5月19日，T4的生菜株高最高，達到了13.7 cm;CK的生菜株高達到了12.4 cm;T3的株高最低，僅為6.1 cm，且顯著低于CK。T4的生菜株高比CK的生菜株高高了10.48%。說明施用農用硒肥能夠有效地促進株高的增長。

如圖2所示，生菜的葉面積隨時間的推移而不斷增大。4月24日測量第一次數據（4月14日定植），各處理之間已有顯著差異。隨著生菜植株的生長發育，各處理之間生菜葉面積的差異越來越大，使用硒酸鈉、亞硒酸鈉和農用硒肥，明顯能夠增大生菜的葉面積。在定植15 d后，T3與其他4個處理的生菜葉面積已經存在顯著差異;定植20 d后，CK的葉面積與T4相比存在顯著性差異。5月19日，T4的生菜葉面積最高，達到了246.24 cm2;CK的生菜葉面積達到了193.3 cm2;T3的葉面積最低，僅為82.6 cm2，且顯著低于CK。T4的生菜葉面積比CK的生菜葉面積高了27.39%。說明施用農用硒肥能夠有效地促進生菜葉面積的增長。

如圖3所示，生菜的葉片數隨生長發育的進行而不斷增加。4月24日測量第1次數據（4月14日定植），除CK以外的各處理之間無顯著差異。隨著生菜植株的生長發育，各處理之間生菜葉片數的差異越來越大，使用硒酸鈉、亞硒酸鈉和農用硒肥，明顯能夠增加生菜的葉片數。在定植15 d后，T3與其他4個處理的生菜葉片數已經存在顯著差異;定植20 d后，CK的葉片數與T4相比存在顯著性差異。5月19日，T4的生菜葉片數最高，達到了40片;CK的生菜葉片數達到了37.3片;T3的葉片數最低，僅為26片，且顯著低于CK。T4的生菜葉片數比CK的生菜葉片數增加了7.24%。說明施用農用硒肥能夠有效地促進生菜葉片數的增加。

2.2 不同硒肥處理對生菜植株葉綠素的影響

由表1可以看出，CK與T3的葉綠素a含量最高，且顯著高于其他處理，分別為5.83、5.88 mg·L-1;T1的葉綠素a含量最低，為2.82 mg·L-1。CK的葉綠素b含量最高，為4.66 mg·L-1，顯著高于其他處理，其他各處理之間無顯著差異。T3處理的類胡蘿卜素含量最高，為1.13 mg·L-1，顯著高于其他處理，其他各處理之間無顯著差異。CK的葉綠素總含量最高，為1.41 mg·L-1;T3次之，為1.15 mg·L-1;T1葉綠素含量最低，為0.63 mg·L-1。說明使用硒肥處理會降低生菜中葉綠素的含量。

2.3 不同硒肥處理對生菜生理指標的影響

由表2可以看出，T1的根系活力最高，T4的根系活力最低，其他3個處理之間無顯著差異。CK與T3的丙二醛含量最高，分別為3.35、3.53 μmol·g-1，顯著高于其他3個處理。T4的電導率最高，T3的電導率最低，分別為0.52、0.33 μS·cm-1，其他3個處理之間無顯著差異。說明T4的生菜生長環境與其他4個處理相比最好，最有利于生菜的生長發育。

2.4 不同處理對生菜根系的影響

根系是生菜植株吸收養分的根本器官，其發育狀況會直接影響植物的生長以及生菜的產量和品質。由表3可以看出，各處理生菜植株根系根總長表現為：T1>T4>T3>CK>T2，其中，T1的根總長與T2的根總長存在顯著差異，T1根總長最長，為2 546.01 cm，T2根總長最短，僅為1 743.93 cm，T1的根總長較T2增加45.99%。T1、T3、T4處理之間無顯著差異。根總表面積表現為：T3>T4>CK>T2>T1，T3的根總表面積最大，為642.27 m2，T1的根總表面積最小，為429.04 m2，T3的根總表面積比T1大了49.7%。T3與T4處理之間無顯著差異。根總體積表現為：T4>T3>T2>CK>T1，T4的根總體積最大，為26.98 m3，T1的根總體積最小，僅為14.93 m3，T4的根總體積比T1大了80.71%。根平均直徑表現為：T4>T3>CK>T2>T1，T4的根平均直徑最大，為0.87 cm，T1的根平均直徑最小，為0.76 cm，T4的根平均直徑比T1大了14.47%。說明T4處理對生菜植株根系生長發育的促進效果最好。

2.5 不同處理對生菜干物質累積量和產量的影響

如表4所示，T4處理的單株葉鮮質量和葉的干物質積累量以及20株產量均最高，分別為：0.17 kg、7.32 g、3.36 kg，分別較CK提高了13.33%、33.33%、40%;T3處理的單株葉鮮質量和葉的干物質積累量以及20株產量均最低，分別為0.06 kg、3.5 g、1.16 kg。T3的單株根鮮質量和根的干物質積累量以及根冠比最大，分別為12.26 g、0.47 g、13.39%。說明T4處理能夠提高生菜的干物質積累量并提高生菜的產量，進而增加生菜的經濟效益。

2.6 不同處理對生菜品質的影響

如表5所示，施用硒肥能夠提高生菜中的維生素C、可溶性蛋白和還原糖含量，降低生菜中的硝酸鹽含量，并能顯著提高生菜品質。其中，維生素C含量表現為T1>T2>T4>T3>CK，T1含量最高，為139.82 mg·100 g-1;CK含量最低，為88.73 mg·100 g-1。硝酸鹽含量表現為CK>T4>T3>T2>T1，CK與其他4個處理存在顯著差異。可溶性蛋白表現為T3>T4>T2>T1>CK，T3含量最高，為1.98 mg·g-1;CK含量最低，為0.94 mg·g-1。T3的氨基酸含量最高，為3.43 mg·100 g-1;T1的氨基酸含量最低，為1.54 mg·100 g-1。T4的還原糖含量最高，為44.24 mg·g-1 ;CK的還原糖含量最低，為24.24 mg·g-1，其他3個處理之間無顯著差異。T1和T4的可溶性糖含量最高，分別為5.23、5.44 mg·g-1;T2的可溶性糖含量最低，為3.27 mg·g-1。淀粉含量5個處理之間無顯著差異。T4的纖維素含量顯著高于其他4個處理，達到了23.89 mg·g-1;T1的纖維素含量最低，為12.4 mg·g-1。綜上所述，T4處理較其他處理而言，能較大程度提高生菜的品質。

2.7 不同處理對生菜中硒積累的影響

如表6所示，施用硒肥能夠顯著提高生菜葉和根中的硒含量，其中T3的葉和根中硒含量最高，分別為212.4、163.68 mg·kg-1 ，其可食部分葉片中的硒含量超標，不在《食品中硒限量衛生標準》范圍內;CK的葉和根中硒含量最低，分別為0.48、1.81 mg·kg-1。生菜葉中的硒含量高低表現為：T3>T4>T2>T1>CK，生菜根中的硒含量高低表現為：T3>T2>T4>T1>CK。綜上所述，在《食品中硒限量衛生標準》范圍內，T4處理最有利于生菜中的硒積累。

3 討論與結論

隨著人們越來越重視和關注硒的生物學意義并開展了大量的研究工作，富硒食品也隨之出現。施加硒能有效改善蔬菜品質，尚慶茂等[15]試驗結果表明，加硒能促進水培生菜莖葉中總糖、還原糖、葉綠素、維生素C含量的提高，提高生菜的品質;王晉民等[16]研究發現，葉面施加硒，胡蘿卜肉質根中總糖、胡蘿卜素、粗纖維含量等均有不同程度的提高，產量也有一定程度的增加。施加硒不僅能提高蔬菜中糖含量，也能提高氨基酸含量;馮兩蕊等[17]對生菜噴施加硒溶液提高了生菜可食用部位的氨基酸和維生素C含量;史衍璽等[18]試驗表明，施加硒能增加結球白菜體內必需氨基酸含量和氨基酸總量，其中苯丙氨酸和精氨酸較對照分別增加1.0倍和2.5倍。由此可見，施加硒能提高蔬菜氨基酸尤其是人體必需氨基酸含量，從而提高蔬菜中優質蛋白質的合成[19]。硒主要分布在除脂肪外的所有組織中，而以肝、胰、腎、心、脾、牙釉質和指甲中含量最多。1976年召開的第1屆硒在生物學和醫學中作用國際學術討論會上，推薦成人每日硒的最低需要量為60 μg，營養學專家指出，人體中血硒的含量標準值為0.11 μg·mL-1，低于此值有可能發生缺硒癥[20]。中國營養學會及FAO ∕ WHO ∕ IAEA 聯合專家委員會1989年正式確定人體對硒的適宜攝入量為50～250 μg·d-1，相對應的全血硒量為0.10～0.34 mg·L-1，安全劑量為400 μg·d-1，中毒劑量為800 μg·d-1[21]，由于硒的需要量與中毒量之間范圍小，所以我國根據科學研究的成果制定了GB13105—1991《食品中硒限量衛生標準》，其中蔬菜中的硒限量標準為≤0.1 μg·g-1[22]。在本試驗中，除硒代甲硫氨酸處理的生菜中的含硒量超標外，其他處理的生菜中的硒含量均在蔬菜的硒限量范圍內。黃雪梅等[23]研究不同濃度亞硒酸鈉對水培生菜富硒品質的影響，發現0.5 mg·L-1 Na2SeO3可以提高生菜中有機硒、維生素和總酚含量。盧敏敏[24]研究不同濃度硒對水培生菜品質的影響，發現低濃度硒（≤0.50 mg·L-1） 提高了生菜品質，而高濃度硒（≥0.50 mg·L-1） 抑制了生菜的生長并降低了生菜品質。杜振宇等[25]研究發現，我國大部分蔬菜可食用部分硒含量普遍偏低，可見開發富硒蔬菜的必要。

本試驗結果表明，施用農用硒肥能夠提高生菜的株高、葉面積、葉片數以及產量，分別較對照提高了10.48%、27.39%、7.24%和40%。施用硒肥均能夠顯著提高生菜中的硒積累量;在蔬菜的硒安全含量范圍內，施用農用硒肥，生菜葉中的硒積累量最大，較對照而言，提高了43.02倍。

硒肥對植物生長的影響因硒種類的不同而有明顯差異。施用農用硒肥，可顯著增加生菜中維生素C的含量，并顯著降低生菜中硝酸鹽的含量。施用硒酸鈉、亞硒酸鈉和農用硒肥有效增加了生菜的營養生長與品質，其中農用硒肥處理效果最佳;施用農用硒肥可以顯著增加生菜單株質量，并提高生菜的產量;施用農用硒肥也提高了生菜中的可溶性蛋白、氨基酸和纖維素的含量，但對淀粉含量無顯著影響;施用硒代甲硫氨酸作為硒肥顯著抑制了生菜的生長和發育，降低了生菜的產量，但是能顯著提高生菜品質。

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