土壤外源補硒對油菜硒吸收轉運累積的影響

王凱 包立 栗麗 譚福民 孟令宇 張乃明

摘要：硒與人體健康密切相關，對于土壤缺硒的區(qū)域，通過外源補硒是否可以產出富硒農產品成為近期研究的熱點。盆栽試驗采用完全隨機區(qū)組設計，以油菜為研究對象，以硒酸鈉、亞硒酸鈉作為2種形態(tài)的硒源，共設Se0、Se1、Se2、Se3、Se4等5個處理水平，硒添加量分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/kg，每個處理設3次重復，研究土壤外源補硒對油菜硒吸收轉運累積的影響。結果表明，在硒酸鈉處理下，有利于提高油菜生物量、硒含量和轉運系數(shù)等各項指標，2.0 mg/kg 為硒酸鈉處理的最適濃度，此時油菜硒含量為0.12 mg/kg，達到GH/T 1135—2017《富硒農產品》中規(guī)定的0.10～1.00 mg/kg（蔬菜類以干質量計）。由此可見，可以通過土壤外源補硒達到培育富硒油菜的目的。

關鍵詞：硒;油菜;產量;轉運系數(shù);外源補硒

中圖分類號： S634.306 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0079-05

硒（Se）是人體必需的微量元素，人體的健康與否與硒含量息息相關[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，人體的40多種疾病與缺硒有關[4]，人體缺硒會造成貧血、癌癥、肝炎、腦血管疾病、白內障、心肌變性、肌營養(yǎng)不良等[5-7]。在多種補硒方法中，通過飲食來補充硒的方式被廣泛關注[8]，通過日常飲食如糧食作物、蔬菜等來攝取微量元素硒，因此，提高作物中的硒水平顯得尤為重要[9]。土壤中硒的存在形式多種多樣，有Se2-、Se0、Se4+、Se6+等，各種價態(tài)的硒均能夠促進作物的生長[10]，不同形態(tài)及濃度的外源硒肥對不同作物中硒的吸收和轉運的影響不同[11-16]。作物可以將土施或葉面噴施的無機硒轉化為有機硒[17]，人體通過土壤-植物-生物體這一鏈條來補充硒，而植物在這一過程中對硒的吸收轉運受到許多因素的影響[18]。油菜是十字花科富硒作物，在我國的種植面積和產量均居世界首位。目前，關于硒對油菜影響的研究很多，外源添加硒肥對油菜各方面指標及產量都有影響[19-21]，油菜通過對硒鹽的吸收轉運，將其轉化為有機硒，既可以作為蔬菜、菜籽油供人體攝取，又可以實現(xiàn)對油菜合理高效的利用，從而更充分發(fā)揮這一富硒作物的價值。

我國除湖北恩施、陜西紫陽是富硒地區(qū)外，全國約有3/4的面積屬于低硒、缺硒地區(qū)，特別是從東北到西南走向形成了一條低硒帶，涉及22個省的751個縣（市），影響人口約7億人[22]。中國營養(yǎng)學會調查報告顯示，中國營養(yǎng)學會、國際硒學會推薦的硒日最低攝入量分別為50、60 μg[23]，我國成人每日硒攝入量僅為26.63 μg，分別僅達到最低推薦量的53.26%、44.38%。在人們開發(fā)各類富硒農產品的過程中，如何在農業(yè)生產中通過硒肥施用來提高作物硒含量和產量值得思考。本研究通過盆栽試驗，研究外源補硒對油菜生長及硒吸收轉運累積的影響，旨在分析硒在油菜體內的含量及分配，以期闡明硒在油菜中的吸收轉運機制，更好地發(fā)揮富硒作物的作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為石灰性褐土，其基本理化性狀如下：pH值7.63，有機質含量7.12 mg/kg，速效氮含量81.51 mg/kg，速效磷含量8.51 mg/kg，速效鉀含量93.59 mg/kg，Se含量0.133 mg/kg。

供試作物為甘藍型油菜，品種為四月蔓，全生育期為40 d。供試硒源為硒酸鈉和亞硒酸鈉。

1.2 試驗方案

盆栽試驗于2018年4月15日在山西農業(yè)大學資源與環(huán)境學院日光溫室內進行。采用完全隨機區(qū)組設計，共設Se0、Se1、Se2、Se3、Se4等5個處理水平，硒添加量分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/kg，每個處理3次重復，隨機排列。

所用塑料盆的規(guī)格為27.5 cm×18 cm，每盆裝風干土5 kg，分別施入25 g有機肥、0.25 g氮（N）、0.5 g P2O5、0.4 g K2O作基肥（有機肥為腐熟的雞糞，化肥分別為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀）。各處理按照設定濃度將硒溶液均勻噴入土壤，與土混合均勻后裝盆，保持土壤含水量為田間持水量的70%，充分混勻后，平衡2周。每盆播種15粒，1周后間苗至5株。油菜生長期間每天根據(jù)實際情況定量澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的70%。在油菜收獲期一次性采收，用于各項指標的測定。

1.3 樣品的采集與測定

植株樣品于收獲時一次性采收，帶回實驗室后先用自來水沖洗干凈，再用蒸餾水洗滌，洗凈的油菜樣品用吸水紙吸干表面殘留的水分后將植株地上部、地下部分開，分別裝于紙袋中。部分植株樣品稱鮮質量后，在烘箱中于105 ℃殺青2 h，再于 55～60 ℃ 烘干至恒質量，分別測定油菜地上部、地下部干質量，將油菜樣品粉碎后測定其硒含量。

各指標的測定方法如下：土壤理化性質用常規(guī)方法測定;油菜植株干物質量采用烘干稱質量法測定;植株硒含量采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定，先用HNO3-HClO4（體積比為4 ∶ 1）消解，再用6 mol/L鹽酸還原;根系活力用2，3，5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法測定。相關公式如下：

轉運系數(shù)=油菜地上部硒含量/油菜地下部硒含量;

地上部或地下部吸收效率=（地上部或地下部硒含量×生物量）/（土壤中硒含量×土壤質量）×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010、SPSS 18.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 外源補硒對油菜生長的影響

2.1.1 外源補硒對油菜生物量的影響 由圖1、圖2、圖3可以看出，不同硒處理水平對油菜地上部生物量、地下部生物量、總生物量的影響基本一致。在硒酸鈉的Se1、Se2處理下，植株產量與對照（Se0）相比顯著上升;在Se3、Se4處理下，植株產量則較對照有所下降。在硒酸鈉的Se1處理下，油菜各項指標均達到最大值，Se2處理的根鮮質量相對于Se1處理顯著下降，而枝鮮質量、總鮮質量無顯著差異。在Se4處理下，枝鮮質量、總鮮質量均顯著低于未施硒對照，但同處理下的根鮮質量與對照相比差異不顯著。在亞硒酸鈉處理下，各指標均顯著高于對照，均在Se3處理下達到最大值，與對照相比差異顯著，與Se4處理間差異不顯著。

2.1.2 外源補硒對油菜生長的影響 如圖4所示，在不同硒水平處理下，各處理油菜的根冠比與對照相比均顯著提高，但在2種不同硒鹽處理下的變化趨勢明顯不同，在硒酸鈉的Se1處理下出現(xiàn)峰值，除Se0處理外，其他各處理間的根冠比均未表現(xiàn)出顯著差異。在亞硒酸鹽處理下，油菜根冠比隨處理濃度的增加而不斷增大，但Se1處理與Se0處理相比差異不顯著，其他3個處理與Se0處理相比差異顯著，但3個處理間無顯著差異。

如圖5所示，在硒酸鈉處理下，在Se2處理下根系活力達到峰值，之后隨著硒酸鹽處理濃度的上升，根系活力下降，除在Se4處理下根系活力低于對照但表現(xiàn)不顯著外，其余3個處理的根系活力均顯著高于對照。在亞硒酸鹽處理下，根系活力隨處理濃度的增加表現(xiàn)出緩慢上升的趨勢，在Se3處理下達到最大值，且與對照相比差異顯著，與Se2、Se4處理無顯著差異。

2.2 外源補硒對油菜硒含量及轉運系數(shù)的影響

2.2.1 外源補硒對油菜地上部和地下部硒含量的影響 如圖6所示，隨著硒含量的升高，油菜地上部、地下部硒含量都呈上升趨勢，且均在Se4處理時達到最大值。在不同硒酸鈉處理間，油菜硒含量差異顯著，與對照組相比，Se4處理地上部硒含量增加了87.57倍，地下部硒含量增加了36.43倍。在亞硒酸鈉不同含量處理下，油菜地上部、地下部各處理間硒含量差異顯著;與對照處理相比，地上部硒含量增加了1.13～29.67倍，地下部硒含量增加了3.59～50.53倍，Se4處理下地上部、地下部硒含量均達到最大值，分別為26.67、38.56 μg/kg。在硒酸鈉處理下，Se3和Se4處理油菜地上部分硒含量分別為118.02、276.34 μg/kg，均達到GH/T 1135—2017《富硒農產品》中規(guī)定的0.10～1.00 mg/kg。由此可見，在同一水平下，硒酸鈉處理對油菜地上部、地下部硒含量的提升效果比亞硒酸鈉更好。

2.2.2 外源補硒對油菜硒轉運系數(shù)的影響 油菜硒轉運系數(shù)指油菜的地上部硒含量與地下部硒含量之比，表示硒從地下部分向地上部分運輸和富集的能力[24]。從圖7可以看出，隨著硒酸鈉含量的不斷提高，硒的轉運系數(shù)也相應增大，在Se4處理處達到最大值，與對照相比差異顯著。施硒處理的轉運系數(shù)>1，表明油菜對硒主要富集在地上部分。與對照相比，Se1、Se2、Se3、Se4處理的硒轉運系數(shù)分別增加了7.83%、12.65%、57.23%、89.76%，且處理Se0、Se1、Se2之間無顯著差異;Se4處理的硒轉運系數(shù)比Se3處理提高了20.69%，且二者之間存在顯著差異（P<0.05）。與對照組相比，亞硒酸鈉各處理的油菜硒轉運系數(shù)差異顯著，Se0處理的油菜轉運系數(shù)達到最大值，為1.64;隨著亞硒酸鈉含量的升高，硒轉運系數(shù)先顯著降低后顯著升高，油菜根部轉運硒至地上部的能力顯著降低，說明外源添加硒酸鹽對油菜硒的轉運效果更好。

2.3 外源補硒對油菜硒積累量及吸收率的影響

2.3.1 外源補硒對油菜地上部和地下部分硒積累

量的影響 如圖8所示，隨著土壤中硒鹽含量的增加，油菜地上部、地下部硒積累量都有所上升，且都在Se4處理下達到最大值。在硒酸鹽的Se4處理下，與對照相比，油菜地上部硒的積累量增加了77.14倍，地下部硒的積累量增加了4.55倍，各處理間差異顯著。在硒酸鈉的同一濃度處理下，地上部硒的積累量是地下部的1.01～14.22倍，兩者之間差異明顯，表明油菜體內硒的積累量主要集中在地上部。亞硒酸鈉處理與硒酸鈉處理油菜地上部、地下部硒積累量的趨勢類似，各處理間差異顯著，且在Se4處理下油菜地上部硒積累量達到最大值，為207.52 μg/株，為對照組的34.88倍，地下部硒積累量也達到最大值，為62.86 μg/株，是對照組的92.44倍。由此可見，硒酸鈉對油菜地上部、地下部硒累積量的提升效果較好。

2.3.2 外源補硒對油菜硒吸收率的影響 油菜對土壤中硒酸鹽的吸收方式為主動運輸，不需要能量[15]，吸收率取決于油菜根細胞對于硒的選擇性吸收。由圖9可知，在硒酸鈉處理下，硒的吸收率在Se1處理下最高，達到44.53%，與對照組相比增加了9.45倍，之后呈下降趨勢。Se1處理的吸收率與Se2、Se3、Se4處理相比分別增加了8.14%、38.21%、28.44%。在亞硒酸鈉處理下，油菜對硒的吸收率隨著亞硒酸鈉濃度的增加先顯著升高后顯著下降，在 Se3處理下達到最大值，占施入硒總量的6.01%。結果表明，在硒酸鈉處理下，油菜硒的吸收率相對較高，說明當施入硒酸鈉時，低濃度的硒會提高油菜對硒的吸收率，高濃度的硒會抑制其對硒的吸收率。

3 討論

3.1 外源補硒對油菜生物量的影響

朱祝軍等的研究結果表明，當營養(yǎng)液中加入低濃度硒（Se濃度≤1.0 mg/L）時，促進了小白菜的生長，加入高濃度硒（Se濃度≥2.5 mg/L）則抑制了小白菜的生長[25]。Biacs試驗發(fā)現(xiàn)，硒在低濃度時對胡蘿卜產量有益，而高濃度則有毒害作用[26]。本試驗結果與之一致，在硒酸鹽的Se1、Se2處理下，油菜生物量、根冠比、根系活力顯著高于對照處理，在較低含量下就可以表現(xiàn)出最大增產效果，而在高含量Se4處理下，油菜枝鮮質量、總鮮質量顯著低于對照，原因可能是Se4處理對油菜有毒害作用，使油菜的根系活力下降，抑制了油菜生物量的累積。油菜根冠比沒有隨著施硒水平的上升而出現(xiàn)明顯變化，但是油菜根部生物量累積的變化小于鮮質量的變化，可能由于根對硒酸鹽處理的耐受性更高。亞硒酸鹽與硒酸鹽處理的油菜增產效果相仿，但油菜對亞硒酸鹽處理的生理效應區(qū)間（0～2 mg/kg）更大，在高水平（Se4處理）下依舊對油菜表現(xiàn)出顯著的增產;根冠比與生物量的變化一致，根部的質量增加明顯高于地上部。劉媛媛等研究發(fā)現(xiàn)，以亞硒酸鹽形式被植物吸收的硒主要停留在根部[27]，表明Se4+可能在根部發(fā)生某種形式的聚集。在不同含量硒處理下，油菜根系活力變化與鮮質量水平的變化基本一致，這與郭璐的試驗結果相一致，表明2.5 mg/kg亞硒酸鹽對作物生長有一定的促進作用[28]。

3.2 外源補硒對油菜硒累積量及吸收轉運的影響

硒酸鈉、亞硒酸鈉處理都可以促進油菜地上部、地下部硒含量和累積量的提高，該試驗結果與趙文龍等的研究結果[29-31]一致。在硒酸鈉的Se3、Se4處理下，油菜均可達到富硒食用農產品的硒含量指標，而亞硒酸鈉均沒有達到富硒農產品標準。在硒酸鈉處理下，油菜地上部硒含量始終高于地下部，但轉運系數(shù)變化不大，Se0、Se1、Se2處理間無顯著差異，原因可能是地上部、地下部硒含量同時增大。周成河等研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的硒溶液對藤茶硒含量有促進作用，達到一定濃度時，硒的轉運系數(shù)變化不再明顯[32]。亞硒酸鈉則相反，轉運系數(shù)除對照外都小于1，這也是在亞硒酸鈉處理下油菜地下部硒含量高于地上部的原因。相比之下，硒酸鈉處理的油菜硒累積量效果更好，硒酸鈉Se4處理的地上部硒累積量是亞硒酸鈉Se4處理的6.66倍，吸收率在Se1處理下達到最高值，且隨著濃度升高逐漸下降，可能是高濃度硒對油菜根部生長起抑制作用，從而降低了油菜對硒的吸收率，在亞硒酸鈉處理下，吸收率也出現(xiàn)了類似趨勢，在Se3處理下吸收率達到最大值。Li等通過研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的硒能夠促進植物根尖細胞的分裂，從而加快根的生長速度，而高濃度的硒會降低植物根細胞的分裂速度，對根的生長起抑制作用[33]。

4 結論

2種硒鹽均具有促進油菜生物量累積的作用，當硒酸鹽處理濃度為0.5、1.0 mg/kg時，對油菜生物量的提升效果明顯，但未達到富硒農產品硒含量的標準，亞硒酸鹽對油菜生物量的提升效果相對較緩慢。

硒酸鈉對油菜硒含量的提升效果明顯，當用量為2.0、4.0 mg/kg時，油菜均可達到富硒食用農產品標準，硒酸鈉含量為2.0 mg/kg時的效果最好，此時油菜硒含量達到0.12 mg/kg。在硒酸鈉處理下，油菜硒主要富集在地上部，轉運系數(shù)大于1，且隨著硒酸鈉濃度的增加而加大，最大增幅率為89.94%。不同含量的硒酸鈉大幅度提升了油菜地上部、地下部硒積累量，與對照相比最多分別增加了77.14、4.55倍。亞硒酸鈉處理后，油菜地下部轉運硒至地上部的能力較弱，只有小部分轉運至地上部，大部分積累在根部。

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