硒濃度對高溫脅迫下生菜抗氧化酶活性的影響

張巖松，黃皓婷，韓瑩琰，郝敬虹，秦曉曉，劉超杰，范雙喜

(北京農學院 植物科學技術學院，北京102206)

高溫脅迫可以使葉綠體結構受到破壞，葉綠素合成受到影響，進而引發葉綠體光系統Ⅱ(PS Ⅱ)受損，導致光合系統活性降低[1]。高溫脅迫時，植物體內活性氧產生和清除的動態平衡被打破，使植物生理生化代謝發生紊亂，導致植物組織出現膜脂過氧化現象[2]。作為膜脂過氧化反應的產物，丙二醛的堆積會對植物細胞膜造成進一步的損傷[3]。在進化過程中，植物逐漸形成了自我保護機制。由過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)構成的抗氧化酶系統，能夠清除逆境中植物體內產生的活性氧，減輕膜脂過氧化對植株造成的傷害，對維持植物正常代謝具有重要作用[4]。

硒是人類生長發育必需的微量元素。硒在全球分布廣泛但又極不均勻，全世界有2/3的地區缺硒，其中1/3是世界公認的嚴重缺硒地區，中國約72%的土壤存在不同程度的缺硒現象[5]。施用適宜濃度的硒溶液能夠促進植物生長發育，增加生物量，提高作物產量,但是過量的硒對植株生長具有抑制作用。噴施適量硒還可以提高植物的凈光合速率，促進光合色素的生成[6]。外源硒還可以直接或間接的通過調節抗氧化酶活性來調控細胞間活性氧的清除[7]。可見施用適宜濃度的硒可以緩解生物及非生物脅迫對植物的傷害。

生菜(LactucasativaL.)，屬于半耐寒性蔬菜，喜冷涼環境，可在15～20 ℃下正常生長。可生食，脆嫩爽口，略甜，營養豐富，深受消費者喜愛。目前，硒對重金屬脅迫[8]和干旱脅迫[9]等植物非生物脅迫的耐性研究比較深入，而硒對高溫脅迫下生菜生長和抗氧化酶的影響，鮮有報道。

本試驗通過探究不同濃度硒對高溫脅迫下生菜生長和抗氧化酶的影響，篩選出緩解生菜高溫脅迫的適合硒濃度，為研究硒緩解生菜高溫脅迫的機制提供理論依據，以促進水培生菜的產業化生產，節約資源，降低生產風險和成本，提高經濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以北京農學院生菜課題組提供的不耐熱品種‘北散生3號’生菜作為試驗材料。

1.2 試驗方法

選取顆粒飽滿、無病害且大小均勻的200粒種子進行試驗。將種子均勻放置在鋪有定性濾紙并用去離子水浸濕的培養皿中，將培養皿移入光照培養箱中催芽，設置光照強度為200 μmol·m-2·s-1，光周期為12 h/12 h，晝夜溫度為20 ℃/15 ℃，相對濕度為70%～75%，每2 d向其中補充適量去離子水。種子萌發后，將其播種于穴盤中，繼續放置在上述培養箱中培養。待幼苗長至3葉1心時，挑選生長狀況一致的植株，將其分別置于5個水培槽中，每個水培槽設置11株幼苗，并轉移到溫室進行培養，設置光照強度為200 μmol·m-2·s-1，光周期為12 h/12 h，晝夜溫度為20 ℃/15 ℃，相對濕度為70%～75%。待幼苗長到6葉1心時，將其移入光照強度為200 μmol·m-2·s-1，光周期為12 h/12 h，晝夜溫度為30 ℃/25 ℃，相對濕度為70%～75%的溫室中進行高溫處理。每天17:00使用小型噴霧器噴施去離子水和不同濃度硒(Na2SeO3)溶液。佩戴口罩及手套進行噴施，要求在葉面和葉背均勻噴施，以噴施液體附著在葉面，全部潤濕但不滴落為準[10]。試驗進行至第9天時取樣，并測定相關的生長指標。采收后，將各處理的樣品裝袋、標記，及時保存在-80 ℃冰箱內測定生理指標。

本試驗設置5個處理：CK，葉面噴施去離子水；T1,葉面噴施0.5 mg/L硒溶液；T2,葉面噴施1.0 mg/L硒溶液；T3，葉面噴施1.5 mg/L硒溶液；T4, 葉面噴施2.0 mg/L硒溶液。每個處理11株，重復3次。

1.3 測定方法

使用直尺測量各處理生菜植株的株高、根長、真葉數、最大葉片長度和最大葉片寬度。

使用吸水紙將植株表面的水分吸干，分為地上部和地下部稱量其鮮質量。再將其放置于電熱鼓風干燥箱(BGZ-140型，上海博訊醫療生物儀器股份有限公司)中，先于105 ℃殺青30 min,然后將溫度調至80 ℃烘至恒質量后，分別稱量樣品地上部和地下部干質量，采用全株鮮質量和干質量計算含水量。

使用分光光度法[11]測定葉綠素含量，采用硫代巴比妥酸法[12]測定丙二醛(MDA)含量，采用過氧化氫紫外分光光度法[13]測定過氧化氫酶(CAT)含量，使用愈創木酚法[13]測定過氧化物酶(POD)含量，采用氮藍四唑光還原法[13]測定過氧化物歧化酶(SOD)含量。

數據處理和顯著性差異分析采用Excel 2016和SPSS Stastics 17(IBM，美國)等軟件。

2 結果與分析

2.1 不同濃度硒對高溫脅迫下生菜幼苗生長的影響

如表1所示，處理T3植株的株高是對照的1.57倍。植株的根長、地上部及地下部鮮質量、地上部及地下部干質量、真葉數、最大葉片寬度在處理T2達到峰值，分別是對照的1.46倍、2.01倍、4.17倍、1.70倍、3.00倍、1.22倍和1.22倍，但處理T3、T4略有降低。在噴施硒后，植株含水量有所提高，但噴施硒的濃度對其影響不顯著。在外源硒處理下，植株的最大葉片長度與對照差異不顯著。由此可知，外源噴施硒濃度為1.0 mg/L時，能顯著緩解高溫脅迫對水培生菜生長的影響。

2.2 不同濃度硒對高溫脅迫下生菜幼苗葉綠素含量的影響

如圖1所示，處理T1和T2使葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著提高。處理T2的葉綠素a、總葉綠素和類胡蘿卜素含量為對照的1.20倍、1.20倍和1.21倍，且與其他處理相比葉綠素b含量達到最高，為對照的1.19倍。葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量在處理T3和T4顯著低于對照，處理T3最低，分別為對照的78.2%、72.5%、76.9%和83.3%。由此可知，噴施1.0 mg/L的硒溶液能夠顯著影響高溫脅迫下生菜幼苗葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量。

2.3 不同濃度硒對高溫脅迫下生菜丙二醛含量的影響

如圖2所示，植株丙二醛含量隨著噴施硒濃度的增加，呈現先降低后升高的趨勢。對照的丙二醛含量最高，處理T2最低，為對照的65.9%，且處理T1與T2差異不顯著。處理T3、T4丙二醛含量有所上升，但仍低于對照。以上結果表明，噴施外源硒能夠顯著降低水培生菜中丙二醛的含量，并且在噴施硒肥濃度為1.0 mg/L時，生菜葉片中丙二醛含量最低。

2.4 不同濃度硒對高溫脅迫下生菜抗氧化酶活性

由圖3可知,噴施硒肥處理后，葉片中SOD、POD、CAT的活性都有所升高，并隨著噴施硒濃度的增加，都呈現先升高后降低的趨勢。SOD和CAT的活性在處理T3達到最高，分別是對照的1.31倍和1.29倍，并且處理T2也使兩者的活性有所增加。POD的活性在處理T2達到最高，為對照的1.54倍。SOD、POD、CAT的活性在處理T4相對于其他處理都有所下降，分別為其最高值的87.46%、77.81%和89.01%。以上結果表明，在噴施1.0 mg/L硒溶液時對高溫脅迫下葉片抗氧化酶活性的緩解作用顯著。

3 討 論

高溫脅迫會傷害植物體營養器官和生殖器官的組織及細胞結構[14]。低濃度的硒可以加強植物根細胞分生組織的減數分裂，使根長增加[15]。前人研究表明，外源施用1.0 mg/kg亞硒酸鹽能夠顯著提高鎘污染土壤中小白菜的生物量[16]。低濃度的外源硒對白術的生長有促進作用，而高濃度的硒具有抑制作用[17]。本研究中隨著噴施硒濃度的提高，樣品的株高、根長、地上部及地下部鮮質量、地上部及地下部干質量、真葉數和最大葉片寬度都呈現先升高后降低的趨勢與此相一致，且以施用硒濃度為1.0 mg/L時，效果最為顯著。

光合作用是對溫度變化最敏感的生理過程[18]，高溫脅迫抑制葉綠素的合成，導致葉綠素含量降低[1]。在高等植物中，光合色素主要包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素。有研究表明，當根部施硒濃度低于100 mg/L時，隨著施硒濃度的增加，太陽花葉片中葉綠素含量逐漸升高[19]。但是高濃度的硒會導致葉綠素降解[5]。本研究中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量隨著外源硒噴施濃度的增加，呈現先升高后降低的趨勢與此一致。

丙二醛(MDA)是常用的膜脂過氧化指標。前人研究表明，施用1.0 mg/L亞硒酸鈉溶液能夠顯著降低鹽脅迫下小白菜幼苗的丙二醛含量[20]。在本研究中，發現施用1.0 mg/L的硒溶液能夠清除高溫脅迫下水培生菜中過量的活性氧使丙二醛的含量降低，與前人的研究一致。

活性氧的清除，細胞正常代謝的維持和植物抗逆性的提高離不開SOD、POD及CAT構成的抗氧化酶系統[4]。添加不同濃度亞硒酸鈉顯著提高了谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫轉移酶(GST)的活性，顯著降低了MDA和H2O2含量，表明亞硒酸鈉可以提高玉米幼苗的抗氧化能力,從而增強玉米幼苗對鎘脅迫的耐受性[21]。在濃度為0.1mg/L時，外源硒通過調節抗氧化能力,維持細胞膜穩定，來有效緩解鎘脅迫對黑麥草的毒害現象[22]。在本研究中，發現在噴施1.0 mg/L的硒溶液時，高溫脅迫下葉片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性顯著提高。

綜上所述，外源噴施硒肥能夠有效緩解高溫脅迫對水培生菜生長的影響，促進葉片產生葉綠素，保證葉片光系統的正常運行，加快去除植株體內的活性氧，降低葉片膜脂過氧化程度，減少高溫脅迫對植株的氧化損傷。當施用硒濃度為1.0 mg/L時，效果最為顯著。