不同濃度硒對絲瓜生長·葉綠素含量及光合特性的影響

李慧敏，畢佳慧，張倩玉，張向豐，于 佳，高一帆，孫紅艷，王小云

(1.太原科技大學化學與生物工程學院，山西太原310024；2.山西農業大學水土保持科學研究所，山西太原 030013)

硒是人體所必需的微量營養元素[1]，研究表明，硒具有保護心臟、抗氧化、提高機體免疫能力、延緩衰老等多種生物學功能[2]；缺硒則可引起人體40多種疾病[3]。據報道，中國、泰國和埃及等國家，自然環境中硒含量非常低[4-5]；我國72%的地區硒含量匱乏，人均日硒攝入量26～32 μg[6]，遠低于標準的50～200 μg[7]。同時，硒也是生態環境中的重要元素，硒在動物、人體以及植物中的作用已被廣泛研究。植物施加適量的外源硒可有效改善其品質，研究外源硒對植物生長發育的影響，對于進一步研究硒對植物營養、生理生化和在抗逆境中的作用，以及通過施加外源硒來提高植物可食器官硒含量，從而通過食物鏈改善動物和人體內的硒營養狀況，具有非常重要的理論和實踐意義[8]。

2008年，楊紅麗等[9]田間試驗結果表明，西瓜噴施硒肥能顯著提高西瓜產量及西瓜果實硒含量。陳玉紅等[10]研究表明，低濃度硒可增加水培黃瓜的葉面積，促進黃瓜根系、莖和葉片的生長，但當外源硒的濃度達2.00 mg/L時此促進作用則變為抑制；隨后研究表明，添加一定量(0～4 mg/L)的外源硒能促進培養皿中濾紙上黃瓜種子的萌發，且品種之間存在顯著差異，但當硒濃度大于8.0 mg/L時則變為抑制作用，但品種之間差異不顯著[11]；筆者前期研究表明低硒處理使鎘毒害降低的黃瓜幼苗株高、莖粗和根長、生物積累量等生長相關指標有所增加，但當外源硒濃度大于2.5 μmol/L后，硒對鎘脅迫下黃瓜幼苗的生長將產生抑制作用，且隨著硒濃度的增加抑制程度增大[12]。梁春紅等[13]研究表明，適宜濃度的硒可顯著促進菜薹的膨大，增加其粗度，提高菜薹產量；硒也明顯提高了莖和葉的VC含量、游離氨基酸含量和葉片類胡蘿卜含量，硒處理可促進菜心植株對硫和硒的吸收，提高植株的硫和硒含量。硒對煙草種子萌發和幼苗生長的研究結果表明，低濃度硒對煙草種子發芽率、根系生長及光合色素含量均具有一定的促進作用，高濃度硒則表現為抑制作用[14]。同時，研究表明1.0 mg/L的亞硒酸鈉浸泡春小麥種子對其種子萌發和幼苗生長有促進作用，且其發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、幼苗根長以及干鮮重等指標均隨著硒濃度的升高呈先升高后下降的趨勢[15]。另外，硒對植物生長的影響在豌豆、大豆、水稻、靈芝等作物中也有研究，其影響程度不盡相同[16-19]。絲瓜是大眾性蔬菜之一，在我國南北均普遍種植，但現有絲瓜的產量和品質難以滿足市場多樣化的需求[20]。研究施加不同濃度的外源硒對絲瓜生長的影響及硒與絲瓜品質的關系十分必要，旨在為富硒絲瓜及逆境條件下絲瓜的安全生產提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試絲瓜品種為普遍栽培的品種“泰國中綠”，購自山東省濰坊市壽光市宏偉種業有限公司。

1.2 試驗方法種子預處理參考孫紅艷等[12]的方法，挑選大小均勻一致、飽滿的絲瓜種子，在50～55 ℃的溫水中浸泡15 min，置于鋪有3層濾紙的培養皿中，每皿15粒種子，分別加入相對應的處理液10 mL后放置于白天(25±2)℃、晚上(20±2)℃的光照培養箱中進行培養，光照強度600 μmol/(m2·s)，光周期10 h/d，每個處理重復3次。每天同一時間補充相應量的處理液，并做好相應記錄。種植10 d 后測量絲瓜幼苗芽長、根長、莖粗、根體積以及絲瓜葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量。

共設置6個處理：①對照CK(蒸餾水、0 μmol/L Se)；②1.0 μmol/L Se；③1.5 μmol/L Se；④2.0 μmol/L Se；⑤2.5 μmol/L Se；⑥5.0 μmol/L Se。Se以Na2SeO3溶液的形式加入。

1.3 測定項目與方法萌發相關指標的測定主要參考王素平[21]的方法。芽長：測量莖基部至苗最頂端的長度；莖粗：游標卡尺測定莖基部直徑；根長：測量根基部至根系最尖端的長度；根體積：采用體積排水法測定，即根系的體積等于其所排出同體積水的量。葉綠素含量采用Beligni等[22]的方法測定，即準確稱量葉片0.100 g，用10 mL提取液(乙醇∶丙酮∶水= 4.5∶4.5∶1)25 ℃黑暗提取24 h，過濾后用紫外分光光度計在OD 663、645和470 nm比色測定其吸光度，分別計算葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量。絲瓜葉片光合特性相關指標采用美國LICOR公司生產的LI-6400 光合儀測定，分別測定葉凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)。

2 結果與分析

2.1 不同濃度硒對絲瓜幼苗根長和芽長的影響由圖1可知，不同濃度外源硒處理對絲瓜幼苗根長和芽長具有不同程度的影響。外源添加1.0、1.5、2.0、2.5 μmol/L的硒能顯著促進絲瓜根長的生長，根長在硒濃度為2.0 μmol/L時達最大值；但隨著硒濃度增大至5.0 μmol/L時，絲瓜根系生長受阻，但與對照相比未達顯著水平。外源硒對絲瓜芽長生長的影響表現為僅在濃度2.0和2.5 μmol/L時顯著增加，與對照相比，分別增長28.5%和35.4%。從根長和芽長之和可以看出，隨著硒濃度的增加絲瓜長度先增加后減小，其增長百分比在硒濃度為2.0 μmol/L時達最大值55.6%，當濃度增至5.0 μmol/L 時對絲瓜生長具有抑制效應。表明外源添加硒對絲瓜幼苗根長的影響程度明顯大于芽長，低濃度硒處理有利于絲瓜幼苗的生長，高濃度則會抑制絲瓜幼苗的生長。

注：不同小寫字母表示不同硒濃度間差異顯著(P<0.05)

2.2 不同濃度硒對絲瓜幼苗莖粗的影響由圖2可知，外源硒對絲瓜幼苗莖粗具有促進作用，莖粗隨著硒濃度的增加而增粗，當硒濃度增至2.0 μmol/L時莖粗達最大值2.51 mm，與對照相比增長49.4%；但當硒濃度大于2.0 μmol/L后莖粗增長率有所下降，當濃度達5.0 μmol/L時與對照差異不顯著，表明硒濃度過高可能不再對絲瓜幼苗莖的生長具有增粗作用。

注：不同小寫字母表示不同硒濃度間差異顯著(P<0.05)

2.3 不同濃度硒對絲瓜幼苗根體積的影響外源硒對絲瓜幼苗根體積的影響隨著硒濃度的不同而有所變化，當硒濃度小于2.5 μmol/L時絲瓜幼苗根體積與對照相比均顯著增加，其增長率隨著硒濃度的增加而增大，硒濃度為2.0和2.5 μmol/L 時根體積較1.0和1.5 μmol/L顯著增加；但當硒濃度增大至5.0 μmol/L時根體積顯著減小并降低至對照水平，表明5.0 μmol/L硒對絲瓜幼苗根體積無顯著影響(圖3)。

注：不同小寫字母表示不同硒濃度間差異顯著(P<0.05)

2.4 不同濃度硒對絲瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響由圖4可知，外源硒對絲瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響在不同種類的葉綠素間略有差異。葉綠素a含量隨著硒濃度的增加逐漸增大，當硒濃度為1.5 μmol/L時葉綠素a含量與對照相比顯著增加，硒濃度為2.0 μmol/L時含量達最大值4.76 mg/g，但當硒濃度增至5.0 μmol/L時葉綠素a含量顯著降低，且低于對照；表明低濃度硒可能會增加絲瓜幼苗葉片葉綠素a含量，而高濃度硒則會降低絲瓜幼苗葉片葉綠素a含量。

注：不同小寫字母表示不同硒濃度間差異顯著(P<0.05)

不同濃度外源硒均使絲瓜幼苗葉片葉綠素b含量顯著增加，與對照相比其增長率在硒濃度為2.0 μmol/L時達最大值22.2%，當硒濃度為5.0 μmol/L時增長率顯著下降為10.1%(圖4)。同時，1.0、1.5和2.0 μmol/L的外源硒對絲瓜幼苗葉片類胡蘿卜素含量無顯著影響，但2.5和5.0 μmol/L的硒處理顯著降低了絲瓜幼苗葉片類胡蘿卜素含量。

2.5 不同濃度硒對絲瓜幼苗葉片光合特性的影響由表1可知，隨著硒濃度的增加，絲瓜幼苗凈光合速率Pn先升高后降低，在硒濃度低于2.0 μmol/L時與對照差異不顯著，而硒濃度為2.0和2.5 μmol/L時較對照分別顯著升高20.55%和12.33%,硒濃度為5.0 μmol/L時較對照下降12.33%；絲瓜幼苗葉片蒸騰速率Tr、氣孔導度Gs和胞間CO2濃度Ci的變化規律與Pn一致，硒濃度為1.0 μmol/L時與對照相比無顯著差異，隨著硒濃度的增加均為先升高后降低，但其中Pn、Tr和Ci在硒濃度為2.0 μmol/L時達最大值，而Gs在硒濃度為2.5 μmol/L時達最大值，當硒濃度為5.0 μmol/L時除Ci外其余光合特性指標均顯著低于對照。

表1 外源硒對絲瓜幼苗葉片光合參數的影響

3 結論與討論

微量元素硒在植物生長發育過程中具有非常重要的生理功能，硒能夠增加植物創傷組織的再生能力，并具有延緩細胞衰老、抗氧化和提高抗逆性的功能；一定濃度的硒可以促進園藝植物的生長發育，并提高其產量和品質[23]。硒在植物中的作用受硒類型、濃度、作用時間、作用方式和對植物作用部位等的影響，如低濃度亞硒酸鈉可以提高園藝植物根的粗度、莖的長度與葉的厚度。在高強度光照脅迫下，硒能夠延長生菜葉片的綠色保持時間[24]；另外，適量硒處理能促進園藝植物體中葉綠素的合成代謝，有利于園藝植物根、莖、葉的生長，提高葉片凈光合速率，延緩葉片衰老，改善樹體生長發育狀況，最終提高園藝植物的產量和品質[25]。但有關硒對絲瓜幼苗生長、葉綠素含量和光合特性的影響尚缺乏報道，故該研究采用培養皿中濾紙發芽培養絲瓜的方式，測定不同濃度的亞硒酸鈉對絲瓜幼苗根長、芽長、莖粗、根體積、葉綠素含量和光合特性的影響，分析外源硒對絲瓜幼苗生長的影響。

該試驗結果表明，低濃度硒處理對絲瓜幼苗生長具有一定的促進作用，與對照相比，1.0、1.5、2.0和2.5 μmol/L的外源硒顯著增加了絲瓜幼苗的根長、莖粗、根體積及葉綠素b含量，其增長百分比在2.0或2.5 μmol/L時達最大值，同時2.0和2.5 μmol/L的硒顯著促進了絲瓜芽長和整個植株的生長，1.5和2.0 μmol/L硒顯著提高了葉綠素a含量，表明適當的硒有利于葉綠素的形成；但當硒濃度達5.0 μmol/L時對絲瓜根長和植株的生長起到了抑制作用，并顯著降低了葉綠素a和類胡蘿卜素含量，對芽長、莖粗和根體積及葉綠素b含量的影響未達顯著水平。凈光合速率是反映植株葉片光合能力的重要生理指標[26]，在硒濃度為1.0 μmol/L時，Pn、Tr、Gs和Ci均和對照無顯著差異，當硒濃度為2.0～2.5 μmol/L時光合指標均顯著高于對照且達最大值；而當硒濃度增加至5.0 μmol/L 時除Ci外其余指標均顯著低于對照，表明此時硒引起的凈光合速率的降低是非氣孔因素所致，可能是光合機構受損?？梢?，1.0～2.5 μmol/L外源硒對絲瓜幼苗生長及葉綠素合成具有一定的促進作用，且隨著硒濃度的增加促進作用增加，2.0～2.5 μmol/L的硒對絲瓜幼苗生長的促進效果最佳；隨著硒濃度的再增加，外源硒對絲瓜生長的促進作用消失，甚至變為毒害作用，表明高濃度硒對絲瓜幼苗生長具有一定的傷害。因此，2.0或2.5 μmol/L硒濃度可作為外源硒促進絲瓜生長及緩解絲瓜非生物脅迫的代表性研究濃度，外源硒對絲瓜幼苗其他生理生化指標的影響，有待進一步研究和探討。