施硒對茄子生長、硒含量與富硒能力的影響

程芮琪,楊蘭芳

(湖北大學資源環(huán)境學院, 湖北 武漢 430062)

0 引言

硒(Se)作為人體必不可少的微量礦質(zhì)元素,參與人體內(nèi)多種重要物質(zhì)的代謝過程[1]。在提高免疫力、防毒解毒、延緩衰老、防治心腦血管疾病等方面起著重要的作用[2]。我國和世界的缺硒和低硒區(qū)分布甚廣[3],我國主要土類中低硒土類占75.6%[4]。環(huán)境缺硒嚴重影響生命健康,會導致人畜心、肝、腎、肌肉等多種組織的病變,如克山病、大骨節(jié)病、牲畜白肌病等[5],缺硒也與各種心臟疾病和多種癌癥有關[6],適當補硒即可有效預防缺硒反應病,也可起到防癌、延緩 衰老、增免疫力、防心血管病等方面的作用[7]。人體只能從外界汲取硒,而植物性的硒源最為安全有效,因此食用富硒植物是人體補硒的重要途徑[8-9]。通過人為施硒提高農(nóng)產(chǎn)品的硒含量是改善人體硒水平的有效手段。茄子別名落蘇,是茄科茄屬的一年生草本植物[10]。茄子耐濕耐熱、適應性強、產(chǎn)量高,是南方地區(qū)主要栽培的蔬菜之一。茄果作為其主要的食用部分,除具有蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、鈣、磷、鐵等多種營養(yǎng)成分[11],其紫色果皮還具有豐富的維生素P和花青素,對保持人體健康起著重要的作用。若通過茄子自身的生理作用將外源硒轉(zhuǎn)化至茄果中,從而生產(chǎn)富硒茄子,其保健功能將會更加顯著[12]。因此如何有效實現(xiàn)茄子增硒具有重要的研究意義。目前,關于通過外源施硒來實現(xiàn)茄子增硒的研究較少,且大部分研究多采用同種施硒方式,探討不同施硒濃度對茄子硒含量的影響[13-15]。關于不同施硒方式對茄子硒含量和富硒能力影響方面的比較研究尚少見報道。本研究采用土壤施硒和葉面施硒兩種方式,認識施硒方式對茄子硒含量和硒富集的影響,為富硒蔬菜產(chǎn)品的研發(fā)和豐富食物硒來源提供參考。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 供試土壤

供試土壤采自大冶耕地表層,土壤采回后在室內(nèi)攤開成薄層晾干,并隨時翻動剔除植物殘體和石塊等雜物。晾干后過5 mm篩混勻,裝入大塑料桶中備盆栽試驗之用。從中取約500 g研磨過1 mm篩,裝于塑料瓶中備分析基本理化性質(zhì)之用,從過1 mm篩的樣品中取約50 g研磨過0.15 mm篩,裝于小塑料瓶中備化學分析之用。供試土壤有機質(zhì)含量為35.12 g·kg-1,pH值為6.53,堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為97.97、8.28和56.38 mg·kg-1,全硒含量為0.12 mg·kg-1。

1.1.2 供試植物

本實驗供試植物為茄子(SolanummelongenaL.),為茄科茄屬植物,是種植較廣泛的大眾化蔬菜植物。種苗從淘寶網(wǎng)購于一畝三分地農(nóng)家種苗店,種苗高約10 cm,有4～6片葉。

1.2 盆栽實驗

所用盆缽為高20 cm的5 L塑料桶,每盆裝過5 mm的供試土壤5 kg。

設置不施硒、土壤施硒和葉面施硒3個處理,每個處理設置3個重復。以亞硒酸鈉為硒源,配制成含硒1.2 mg·mL-1的貯備液。土壤施硒處理的施硒量為3 mg·kg-1土,在拌土裝盆時每盆加入此儲備液10 mL與土壤混合均勻。

底肥N、P、K的用量分別為250、100、200 mg·kg-1,用氯化銨、磷酸二氫鉀和硫酸鉀配制成含N、P、K分別為25、10、20 mg·mL-1的混合液,拌土裝盆時每盆加入此溶液40 mL與土壤混合均勻。

盆栽試驗于2022年5月14日拌土裝盆移栽,移栽后澆足水分,將盆缽放在可移動推車上,每天進行水分管理和觀察植物生長狀況。雨天將推車放在遮雨棚下防止雨水影響,非雨天將推車推在露天網(wǎng)室下。茄苗移栽后27 d時,2022年6月10日進行葉面施硒處理,吸取0.5 mL硒貯備液于小噴壺里,再加水100 mL搖勻。將葉面施硒的3盆重復排成一排,把小噴壺里的溶液盡量均勻噴灑在3盆茄子的葉面上。噴灑結(jié)束后,將盆缽依舊放回推車上,與其他盆缽一樣進行日常管理。10 d之后的6月20日即移栽后37 d時,再進行一次葉面噴硒處理,噴硒量和噴施方法與第一次相同。

1.3 株高和生物量的測定

1.3.1 株高測量

本實驗從茄苗移栽后18 d開始測量株高,從土面到茄子植株頂端的高度作為株高,每隔4～7 d測量一次株高,一直到收獲時為止。

1.3.2 生物量的測定

管理至2022年8月10日收獲植物。收獲前測量株高后,齊土面剪斷植株,地上部分按莖、葉、果分開,按重復做好標記。然后再將盆缽中的土壤連同根系倒在塑料盆中,揉碎土壤,挑選出根系,裝入自封袋中,按重復標記清楚。將茄莖、葉、果和根系帶回實驗室,分別清洗干凈。將清洗干凈的茄果切成薄片裝于燒杯中并做好標記,莖和根系分別剪成小于1 cm的小段裝入紙袋中,并做好標記,葉子剪碎后裝入紙袋并做好標記。最后將他們放進鼓風干燥箱中,在70 ℃下烘干。烘干后取出放進干燥器中冷卻后,分別在百分之一電子天平上稱重,由此獲得的茄子莖、葉、果和根系凈干重即為茄子莖、葉、果和根系生物量。

1.4 樣品制備

1.4.1 植物樣品制備

測定生物量后的茄子莖、葉、果和根系分別用粉碎機磨成細粉,過40目篩后,裝入塑料瓶中備分析之用。

1.4.2 土壤樣品制備

將挑選出根系后的盆栽土在塑料盆中混合均勻,按四份法取約500 g土,按重復做好標記帶回室內(nèi),攤開在干凈塑料盤中風干,然后磨細過1 mm篩,混合均勻裝入塑料瓶中備用。從過1 mm篩的土樣中取約50 g磨細過0.15 mm篩后混合均勻,裝入小自封袋內(nèi)備用。

1.5 化學分析

土壤有機質(zhì)含量、pH、堿解氮、速效磷、速效鉀等基本理化性質(zhì)用常規(guī)法測定[16],土壤硒含量用氫化物發(fā)生原子熒光法測定[17],植物硒含量用氫化物發(fā)生原子熒光法測定[18]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2007計算平均值、標準差和作圖,用SPSS 26進行方差分析和多重比較,多重比較用LSD法,顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硒對茄子生長的影響

2.1.1 施硒對茄子株高的影響

由圖1可見,茄子株高隨生長時間呈增加的趨勢,前期株高增加速度較快,后期生長較慢。在移栽41 d前即葉面施硒結(jié)束4 d之前,3個處理的茄子株高平均值之間沒有明顯差異,從移栽41 d之后,葉面施硒處理的茄子株高生長速度變慢,明顯比對照和土壤施硒處理低。在葉面施硒處理中,從葉面施硒結(jié)束開始,茄子株高就呈現(xiàn)出平穩(wěn)緩慢增長的模式,而對照和土施處理到移栽71 d才開始呈現(xiàn)出平穩(wěn)緩慢增長的模式。

圖1 施硒對茄子株高的影響

用相同時間下施硒處理的茄子株高與對照的株高之差除以對照的株高所得的百分率表示施硒處理茄子的株高對比率。圖1還表明,葉面施硒處理結(jié)束之前,茄子株高對比率在正負10%之間波動,而葉面施硒處理后,葉面施硒的株高對比率小于零,并隨時間進程急劇下降,到61 d達到最低,然后處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。土壤施硒處理的對比率在67 d都處于時正時負的波動狀態(tài),從67 d直到收獲,處于2%的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.2 施硒對茄子生物量的影響

表1表明,與對照相比,兩種施硒方式均未對茄子的總生物量產(chǎn)生顯著影響。就各部位而言,兩種施硒方式均未對茄子根、莖、葉的生物量產(chǎn)生顯著影響,但均顯著提高了茄子果的生物量,其中葉面施硒處理相比對照提高了34.4%,土壤施硒處理提高了30.7%。兩種施硒方式之間相比,茄子總生物量和各部位生物量均無顯著差異。

表1 不同施硒方式下茄子的生物量 g

2.2 施硒對茄子硒含量與分布的影響

施硒處理茄子各部位的硒含量如表2所示,對照茄子的硒含量在0.1～0.4 mg·kg-1之間,葉施硒下的茄子硒含量在0.1～5.2 mg·kg-1之間,土施硒下茄子的硒含量在1.0～2.5 mg·kg-1之間。與對照相比,葉施硒顯著增加了茄子根、葉、果的硒含量,分別是對照硒含量的4.0、15.3、10.9倍,但是對茄子莖的硒含量沒有顯著影響;土施硒使茄子根、莖、葉、果的硒含量均顯著增加,分別是對照的4.1、5.4、6.7、3.0倍。

表2 施硒處理茄子的硒含量

根的硒含量中,葉施和土施均顯著高于對照,但兩種施硒方式之間無顯著差異。莖的硒含量中,土施顯著高于對照,但葉施與對照之間無顯著差異。茄子葉和果的硒含量中,均呈葉施>土施>對照,且差異顯著。

對照下,莖的硒含量最低,果含量最高,根與葉之間差異不顯著。葉施下,葉硒含量最高,莖最低,呈葉>果>根>莖的規(guī)律。土施下,以葉的硒含量最高,莖最低,呈葉>根>果>莖的規(guī)律。

2.3 施硒對茄子富硒量和富硒率的影響

硒含量指單位數(shù)量的物質(zhì)中所含硒的數(shù)量,是一種相對指標,如果硒含量高但生物量低,則硒的吸收富集能力也不會太強。因此僅通過茄子的硒含量并不足以清楚地反映出其對硒的吸收富集能力。富硒量和富硒率比硒含量更能反映出茄子吸收富集硒能力。

本文中用茄子的硒含量乘以茄子的生物量,得到茄子吸收硒的總量作為富硒量,各部位的富硒量占總富硒量的百分數(shù)作為富硒率。本實驗處理下茄子的富硒量和富硒率如表3所示。葉施硒下,除了莖的富硒量與對照無顯著差異外,茄子根、葉、果、地上部和總富硒量均顯著高于對照,分別是對照的2.6、11.2、16.0、9.5和7.7倍,而土施硒處理下根、莖、葉、果、地上部和總富硒量均顯著高于對照,分別為對照的3.1、6.8、8.5、5.2、6.9和5.5倍。根和莖的富硒量呈土施>葉施>對照,而葉、果、地上部富硒量和總富硒量則呈葉施>土施>對照。土施硒的根富硒量比葉施高18.6%,莖富硒量是葉施的8.9倍,而葉施的葉、果、地上和總富硒量分別是土施硒的1.3、3.1、1.5和1.4倍。對照下,根的富硒量最高,莖最低,葉和果之間差異不顯著。葉施下,富硒量呈果>葉>根>莖,而土施下,葉的富硒量最高,根、莖和果之間差異不顯著。

表3 茄子的富硒量和富硒率

對照的富硒率呈根>葉>果>莖的趨勢,但果與葉之間差異不顯著,葉施硒下,富硒率呈果>葉>根>莖的規(guī)律,且各部位的分配之間差異顯著,土施硒下則呈葉>果>根>莖的趨勢,但莖與根之間差異不顯著。根富硒率呈對照>土施>葉施,莖呈土施>對照>葉施,葉以對照最低,葉施與土施之間差異不顯著,果中以葉施最高,土施與對照差異不顯著,地上部分的富硒率則呈葉施>土施>對照。與對照相比,葉施硒降低了根和莖的富硒率,增加葉、果和地上部分的富硒率,土施硒降低了根的富硒率,增加了莖、葉和地上部分的富硒率。

2.4 施硒對茄子硒利用率的影響

本文中的施硒利用率是指施硒處理的富硒量減去對照富硒量所得的差值再除以施硒量所得的百分數(shù)。表4可見,葉施硒的利用率在-0.16%～30.53%之間,土施硒的利用率在0.11%～0.69%之間,除了莖對施硒的利用率是葉施小于土施外,其余均是葉施顯著高于土施,葉施硒根、葉、果和總利用率分別是相應土施的23.0、40.7、107.7和44.4倍。葉施硒下,硒利用率以果最高,莖最低,總利用率達到30.53%,而土施硒下以葉最高,根最低,總利用率僅0.69%。

表4 茄子對施硒的利用率 %

3 討論

3.1 不同施硒方式對茄子生長的影響

關于施硒對植物株高和生物量影響的報道較為復雜。有研究認為,適量施硒能夠提高植物的株高和生物量,而過量施硒會降低植物的株高和生物量[19-21],同時也有研究認為施硒對植物的株高和生物量沒有顯著影響[22-23]。本研究試驗結(jié)果顯示,兩種施硒方式對茄子株高的影響存在差異,葉面施硒后茄子株高生長速度變慢,生長模式與對照和土施有顯著差別,表明葉施硒促進了茄子植株的矮化。矮化是農(nóng)作物的一項重要性狀,具有抗倒伏、種植密度高等特點,已成為作物優(yōu)良品質(zhì)選育的重要方向[24]。植株矮化更有利于營養(yǎng)物質(zhì)向儲藏或生殖器官轉(zhuǎn)化,增加經(jīng)濟產(chǎn)量[25],所以葉施硒增加了茄果的生物量,同時葉施硒茄果的硒含量和富硒量、富硒率也高于對照和土施硒,可能就是葉施硒矮化植株而帶來結(jié)果,當然這需要進一步的研究加以證實。

3.2 不同施硒方式對茄子硒吸收轉(zhuǎn)運分配的影響

本試驗結(jié)果表明,兩種施硒方式均能有效提高茄子的硒含量,葉施硒對茄子葉和果硒含量的提升明顯高于土施硒,這與有關報道也是一致的。史麗娟等[26]研究發(fā)現(xiàn),相比土壤施硒處理,葉面施硒處理下高粱籽粒富集硒的效果更佳。程丹等[27]研究發(fā)現(xiàn),較土壤施硒處理而言,葉面施硒處理更能有效提高杭白菊花序中硒含量。土施硒顯著增加茄子各部位硒含量表明茄子根系能吸收利用土壤中的硒,并能向茄子的其他部位轉(zhuǎn)運,而葉硒含量最高,說明茄子葉是最容易富集硒的部位,茄子吸收的硒優(yōu)先向葉子轉(zhuǎn)移。葉施硒能顯著增加茄子根的硒含量,并與土施硒差異不顯著,說明葉面施用的硒能被茄子輸送到根系,由此可見,茄子既能將土壤中的硒運往地上各部位,也能將葉片吸收的硒運往地下。葉施硒茄子葉和果的硒含量顯著高于土施硒,說明葉施硒下,硒更容易在葉中富集和向果實中轉(zhuǎn)運。本實驗葉面施硒時,茄子尚未開花,因此果中的硒必然來自于葉中硒的轉(zhuǎn)運。葉施硒茄子葉硒含量是土施的2.1倍,茄果硒含量是土施的3.0倍,葉施硒茄子的富硒量和富硒率是茄果最高,土施硒則是茄葉最高,說明葉施的硒更容易在茄果中富集,土施的硒更容易在茄葉中富集。葉施和土施硒對茄子各部位硒含量、富硒量和富硒率的影響不同,其原因一是葉面施硒后,硒未接觸土壤,不容易被土壤固定,二是葉施硒無需經(jīng)歷根系吸收再向上轉(zhuǎn)運的漫長過程,噴施后的硒可直接被葉片吸收直接向果實輸送,三是茄果與茄葉之間的距離比較近,從葉輸送到果比從根輸送到果容易,故而葉施硒可提高植物對硒的利用效率[28]。此外,葉面施硒處理可以提高植物葉片的光合能力[29],而葉的光合產(chǎn)物主要向儲藏或生殖器官輸送,輸送光合產(chǎn)物的同時,硒可能隨之輸送,硒也可能與某些光合產(chǎn)物結(jié)合被輸送。由于葉施硒優(yōu)先進入葉內(nèi),所以有較多的硒留在葉部參與生理代謝促進光合作用[30],硒促進光合作用的同時也可能促進硒向果的轉(zhuǎn)運。

但土壤施硒下,果和葉硒含量低于葉施硒,果的富硒量和富硒率低于葉施硒,地上部分的富硒量和富硒率也低于葉施硒,茄子對施硒的總利用率更是遠遠低于葉施硒,這說明從提升茄子硒含量、富硒率和施硒的利用率來說,葉施硒的效果優(yōu)于土施硒。主要原因是土壤施硒容易被土壤吸附固定,同時土壤中的硒需要通過根系吸收后才能再向上轉(zhuǎn)運,運輸中硒被根系、莖、葉吸收而減少[31]。這在本實驗中也可證明,同對照相比,土施硒顯著增加根系和莖的硒含量,同時土施硒的莖硒含量還顯著高于葉施硒。有研究認為土施硒后,硒主要累積于植物根部,僅有極少部分會向上轉(zhuǎn)移[32-34],與本研究的結(jié)果存在差異,這種差異可能與植物種類有關,因為不同植物對硒吸收利用能力和機理都是不相同的。

4 結(jié)論

1)土施和葉施硒均顯著增加了茄果的產(chǎn)量,葉施改變了茄子生長模式,硒促使茄子植株的矮化。

2)土施和葉施硒均顯著增加了茄子硒含量,葉施硒下茄子葉和果的硒含量是土施硒的2.1和3.0倍,表明葉施硒更有利于增加茄子葉和果的硒含量。

3)對照硒含量以莖最低,而根、葉、果之間差異不顯著,土施和葉施下均以葉硒含量最高,莖最低,說明施硒改變了茄子硒含量的分布。

4)從富硒量和富硒率來看,對照下茄子根的富硒能力最強,葉施硒下果的富硒能力最強,土施硒則是葉的富硒能力最強。

5)土施硒下茄子莖的硒含量、富硒量和富硒率均顯著高于葉施硒,說明土壤中的硒在運輸中容易被莖截留。

6)葉施硒下茄子根、葉、果對施硒利用率和總利用率均高于土施硒,說明葉施硒更有利于發(fā)揮施硒的效果。