亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺生長的影響

麥淑華，楊 珖，仇 曙，李亞男，陳大清

（1.仲愷農業工程學院，a.園藝園林學院；b.農業與生物學院，廣州 510225；2.長江大學農學院，湖北 荊州 434000）

壺瓶碎米薺（Cardamine hupingshanensis）屬于十字花科碎米薺屬，為多年生草本，野外常見于林下、小溪淺水處或濕地，是一種理想的陰生觀葉植物［1］。壺瓶碎米薺不耐高溫，適宜的生長溫度為15～25 ℃［2］。已有報道顯示土壤中的硒（Se）可被壺瓶碎米薺超富集［3，4］。

硒是生物體必需的微量元素，與生長發育和衰老疾病休戚與共［5-7］。硒在自然界中以無機硒，一般指亞硒酸鈉（Na2SeO3）和硒酸鈉（Na2SeO4）的方式存在［8］，Na2SeO3以主動運輸的方式為植物吸收［9］，能直接轉化為有機硒儲存在植物體內［10，11］。前人在亞硒酸鈉對植物的生長及生理上已有一定研究，適量濃度的亞硒酸鈉可以促進植物的生長，并通過對礦質元素的吸收促進抗氧化酶的合成［12］。潘介春等［13］、馬紅梅等［14］、賈莉芳等［15］、Ren 等［16］、劉光財等［17］研究表明，適量的亞硒酸鈉可以提高植物的產量和品質，延緩衰老；李秀啟等［18］、董石峰等［19］研究表明，高濃度的亞硒酸鈉抑制種子的萌發，降低發芽率及植株的生物量，低濃度反之。為此，本研究通過添加外源Na2SeO3，初步探討硒對壺瓶碎米薺生長的影響，以期在利用十字花科植物修復硒污染地區方面提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料與脅迫處理

試驗所用壺瓶碎米薺種子由恩施土家族苗族自治州農業科學院提供；硒試劑為亞硒酸鈉分析純，由廣州源晶生物科技有限公司提供。

亞硒酸鈉濃度設置10 個水平，分別為0（CK）、10、20、30、40、50、100、150、200、400 mg/L。篩選完整飽滿的種子，在超凈工作臺上用70%乙醇浸泡5 min，無菌水洗滌3 次；再用4%次氯酸鈉（NaClO）浸泡10 min，無菌水洗滌5 次，接種到含有不同濃度亞硒酸鈉的MS 培養基中。每瓶培養基接種20粒種子，每處理3 次重復，在組培室中培養，光照度2 000 lx，光照時間16 h/d，溫度22 ℃/20 ℃（晝/夜）。

1.2 取樣與指標測定

在亞硒酸鈉處理期間，每天觀察記錄壺瓶碎米薺種子萌發及生長情況。脅迫結束時（處理25 d），統計發芽率和成苗率，并取樣。用去離子水洗凈壺瓶碎米薺植株根部的附著物，吸干表面水分。隨機選取每個處理組中10 株長勢一致的幼苗，測定株高和根長，稱取單株鮮重；置于烘箱中105 ℃殺青10 min 后，再于50 ℃烘干至恒重，干燥冷卻至室溫后稱取樣品干重。各指標均重復測定3 次，結果取平均值。

每組隨機選取3 株幼苗，用剪刀將植株的第2 片真葉剪碎，避開葉脈，各組重復3 次，裝入錫箔紙中并做好標記，經液氮冷凍后放置在-80 ℃冰箱中保存，用于生理指標測定。采用紫外吸收法測定鮮樣中的過氧化氫酶（CAT）活性，采用愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性［20］。

1.3 數據處理

發芽率和成苗率的計算公式：

采用Excel 2019 軟件進行數據處理，SPSS 22.0軟件對試驗數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺發芽和成苗的影響

從圖1 可以看出，不同濃度亞硒酸鈉處理均能使壺瓶碎米薺種子發芽和成苗，且亞硒酸鈉濃度對幼苗生長的影響為低促高抑。

圖1 Na2SeO3對壺瓶碎米薺種子發芽率、成苗率和起始黃化率的影響

在0～30 mg/L 的濃度范圍內，壺瓶碎米薺發芽率和成苗率隨亞硒酸鈉濃度升高而不斷增大，并在30 mg/L 時達最大值。當亞硒酸鈉濃度超過30 mg/L時，壺瓶碎米薺發芽率和成苗率隨著亞硒酸鈉濃度的升高而不斷降低，壺瓶碎米薺發芽率與成苗率受到抑制，并在400 mg/L 時達到最小值。當亞硒酸鈉濃度高于50 mg/L 時，植株開始出現黃化現象，且隨著亞硒酸鈉濃度的升高，黃化率不斷增大，當亞硒酸鈉濃度為400 mg/L 時，黃化率達最大值29.47%。

2.2 亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺幼苗生長的影響

壺瓶碎米薺幼苗的株高及根長與亞硒酸鈉的濃度密切相關。從圖2 可以看出，其株高在0～40 mg/L Na2SeO3濃度范圍內呈不斷上升的趨勢，并在40 mg/L時達到最大值3.96 cm，比對照高1.55 cm。在50～400 mg/L Na2SeO3濃度范圍內呈不斷下降趨勢，當濃度達到400 mg/L 時，株高明顯受到抑制，僅為1.41 cm。

圖2 Na2SeO3對壺瓶碎米薺株高的影響

經不同濃度亞硒酸鈉處理的壺瓶碎米薺幼苗（圖3），其根長在0～30 mg/L 濃度范圍內呈不斷上升的趨勢，并在30 mg/L 時達到最大值2.37 cm，比對照長1.25 cm。亞硒酸鈉濃度大于30 mg/L 時，其根長不斷下降，并在400 mg/L 時達到最小值0.89 cm，抑制作用明顯。

圖3 Na2SeO3對壺瓶碎米薺根長的影響

2.3 亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺幼苗干重和鮮重的影響

從表1 可以看出，經不同濃度亞硒酸鈉處理后，壺瓶碎米薺幼苗干重及鮮重在0～40 mg/L 濃度范圍內呈不斷升高的趨勢，并在40 mg/L 時達最大值，分別較對照高8.95 mg 和148.12 mg，顯著促進了植株的生長量。在50～400 mg/L 濃度范圍內，壺瓶碎米薺幼苗的干重及鮮重呈不斷下降趨勢，并在400 mg/L時受到顯著抑制，達到最小值，分別較對照低6.29 mg和7.51 mg。

表1 Na2SeO3對壺瓶碎米薺幼苗干重和鮮重的影響

2.4 亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺幼苗抗氧化酶系統的影響

2.4.1 亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺幼苗過氧化氫酶（CAT）活性的影響 Na2SeO3處理均提高了壺瓶碎米薺的CAT 活性（圖4）。0～40 mg/L 及 50～150 mg/L濃度范圍內，CAT 活性隨亞硒酸鈉濃度的上升而上升，并在150 mg/L 時達到最大值，CAT 活性是對照的2.3倍，差異顯著。當亞硒酸鈉濃度超過150 mg/L時，隨著濃度的增大，CAT 活性顯著降低。高濃度亞硒酸鈉處理下CAT 的活性比較高，說明幼苗在逆境下由于活性氧代謝加強使H2O2積累較多，需要產生更多的過氧化氫酶來抵御脅迫對植株的損傷。

圖4 Na2SeO3對壺瓶碎米薺CAT 活性的影響

2.4.2 亞硒酸鈉對壺瓶碎米薺幼苗過氧化物酶（POD）活性的影響 不同濃度Na2SeO3處理總體提高了 POD 活性（圖 5），0～30 mg/L 濃度處理時，POD活性呈先下降后上升的趨勢，40～400 mg/L 濃度處理時，POD 活性總體呈上升趨勢。其中400 mg/L 時POD 活性達到最大，是對照組的2.13 倍，差異顯著。說明高濃度亞硒酸鈉處理使壺瓶碎米薺幼苗體內組織活性老化，從而導致植株體內產生更多的過氧化物酶來對抗衰老。

圖5 Na2SeO3對壺瓶碎米薺POD 活性的影響

3 小結與討論

硒作為生物體生長發育必需的有益微量元素之一［21，22］，對植物的生長起著低促高抑的雙重作用［23］。明佳佳等［24］研究表明，低濃度硒鹽處理可顯著提高堇葉碎米薺的株高、根長及生物量；李秀啟等［18］研究表明，濃度大于200 mg/L 的Na2SeO3可抑制小麥種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數。本研究發現，0～40 mg/L Na2SeO3處理條件下，壺瓶碎米薺的發芽率和成苗率先增后減。30 mg/L 濃度處理下，其發芽率和成苗率達最高值，說明壺瓶碎米薺萌發和成苗的最佳Na2SeO3濃度為30 mg/L。當Na2SeO3濃度大于100 mg/L 時，其發芽率和成苗率均低于對照，抑制植株的生長發育。40 mg/L Na2SeO3處理下，其株高、干重及鮮重均達最高值，說明壺瓶碎米薺生長的最佳Na2SeO3濃度為40 mg/L。

劉新偉等［25］研究表明，10 μmol/L 硒鹽處理可顯著促進油菜幼苗的生長，并顯著提高幼苗的SOD、POD 和CAT 活性來提高根系活力，改善根系構型。李陽等［26］研究表明，高濃度硒鹽（100 mg/L）處理會顯著提高碎米薺體內的CAT、POD 及SOD 活性，在高濃度硒處理下抗氧化酶活性的增加有利于清除植物體內過量的活性氧，維持活性氧代謝平衡，使植物體能抵抗高濃度硒毒害。本研究中，Na2SeO3處理均提高了植株的CAT、POD 活性，抗氧化酶活性的提高，有助于幼苗在逆境條件下維持細胞正常代謝來提高植株對脅迫的適應能力。這與上述研究者的結果一致。

綜合分析結果表明，在0～30 mg/L Na2SeO3濃度范圍內，壺瓶碎米薺的發芽率、成苗率及根長明顯提高，并在 30 mg/L 時達最大值，在 40 mg/L Na2SeO3濃度處理下，其株高及生長量均達最大值。意味著在生產實踐中，可以在0～40 mg/L Na2SeO3濃度范圍內的硒污染地區種植壺瓶碎米薺，利用其硒超富集作用來快速修復硒污染土壤。