硒对蛭石培养大豆生理生化特性的影响

周海林，刘 瑞，周毅峰

(湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施，445000)

硒是人体所必需的微量元素，也是植物生长的有益元素[1].目前，对植物施硒的主要方法有：土施、叶面喷肥、浸种或拌种，以此提高植物体内硒的含量，以满足人和动物的生理需求.植物对土壤中硒的吸收与植物种类、土壤硒含量、土壤质地、pH值、土壤氧化还原电位、土壤水分含量、土壤盐度等因素有关[2].其中土壤中有机质、盐类等因素对硒酸根和亚硒酸根起着固定作用而转换成非有效硒，另一方面，复杂的土壤微生物又对固定的硒起到释放和吸收转化作用[3].此外，其它离子如硫酸根离子的竞争和一些耕作措施也会对土壤硒的有效性产生一定的影响[4-5].大豆是十分重要的粮食作物，在全世界分布广泛，其吸收能力、耐受能力及贮存能力都非常强，因此，通过大豆对人和动物进行补硒是十分有效的途径.前期研究发现，大豆对不同的基质中硒的吸收情况不同，产生的营养或毒性表现也不同.因此，本文利用蛭石培养大豆，结合不同的硒浓度处理条件下，研究大豆的表观性状、生物学性状、叶绿素和脯氨酸及可溶性蛋白等生理生化指标的影响，研究大豆对硒的吸收及耐受机制，为大豆补硒提供理论参考.

1 材料与方法

1.1 材料

供试大豆购于恩施种子站.选取籽粒饱满的大豆用25℃的温水浸泡大豆，挑选发芽状况好的大豆，移栽于50 g灭菌蛭石中，加入含不同硒浓度的Hogland培养液100 mL，过5 d加入50 mL蒸馏水.28℃、1 500Lux培养，定期观察并测定其相关数据.

1.2 设备与药品

1.2.1 药品 考马斯亮蓝G-250、牛血清白蛋白为生化试剂；蔗糖、酸性茚三酮、乙醇、甲苯、苯酚、冰乙酸、三氯乙酸，巴比妥酸、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、浓硫酸、磺基水杨酸为分析纯试剂.

1.2.2 主要设备 分光光度计(WFJ2100，上海尤尼柯仪器有限公司);Tu-1810紫外可见分光光度计(Tu-1810，北京普析仪器有限公司生产);离心机(Anke LXJ-ⅡB，上海艾测电子科技有限公司);恒温水浴锅(HH-4，上海-恒科技有限公司);电子天平(JA2003N，上海精密科学仪器有限公司).

1.3 测定方法

可溶性蛋白含量分析：参考文献[6]提取可溶性蛋白质，用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白质含量；可溶性糖含量分析：参考文献[7]提取大豆叶片可溶性多糖，采用苯酚-硫酸法测定大豆可溶性多糖含量；脯氨酸含量分析：参考文献[8]提取大豆叶片中脯氨酸，采用茚三酮比色法测定脯氨酸含量；丙二醛含量的测定：参考文献[8]提取大豆叶片中丙二醛，采用硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛含量；叶绿素含量分析：参考文献[6]提取并测定叶绿素含量.

1.4 数据分析

本研究所有数据采用SPSS11.5软件进行分析.

2 结果与分析

2.1 不同硒浓度处理对大豆表观性状的影响

将发芽的大豆移栽于蛭石中，并施以不同浓度的硒处理，硒浓度分别为0、0.5、1、5、10、20、40 μg·mL-1，移栽10 d后拍照，结果见图1.不同硒浓度处理已显示出明显的差异，当蛭石中硒浓度大于5.0 μg·mL-1时，大豆苗的生长明显受到抑制，而小于5.0 μg· mL-1时，大豆苗的生长情况变化不明显.因此，将硒浓度减小为0、0.1、0.5、1、5、10 μg·mL-1，重复实验，移栽18 d后拍照，结果见图2. 随着硒浓度的增加，大豆总体生长量下降，但在0.1 μg·mL-1组大于对照组，10 μg·mL-1组受到抑制，硒中毒症状也比较明显，据观察高浓度硒处理时，大豆中毒现象为：叶片出现红色斑点，根变红，原因可能是大豆将硒还原为硒单质.说明一定浓度的硒可促进大豆生长，过高浓度则抑制其生长.

图1 不同硒浓度处理对大豆表观性状的影响 图2 不同硒浓度处理对大豆表观性状的影响

2.2 不同硒浓度处理对大豆生物性状的影响

2.2.1 不同硒浓度处理对大豆净增重的影响 将发芽10 d大豆幼苗转栽于蛭石中，经过18 d测定其净增重，结果见图3.当蛭石中加入硒溶液的硒浓度在0～1 μg·mL-1时，大豆苗净增生物量随着硒浓度的增加而增加，但无显著差异.当硒浓度大于为1 μg·mL-1时，大豆苗净增生物量随着硒浓度升高而降低，并呈极显著的负相关(r=1-0.983︱>0.75，y=-7.679 4x+17.142 6，y表示蛭石中加入硒溶液硒的浓度，x表示大豆苗净增生物量)且各处理之间的净增生物量具有极显著差异.因此，从净增重这个生物量来考察，在采用蛭石作为培养基质时，加入硒溶液中适宜的硒浓度应在1 μg·mL-1以下.

2.2.2 不同硒浓度处理对大豆净增株高的影响 在测定大豆净增重后，对其净增株高进行了测定，结果见图4.当蛭石中加入硒溶液的硒浓度在0～0.5 μg·mL-1时，大豆苗净增生物量随着硒浓度的增加而增加，但无显著差异.当硒浓度大于为0.5 μg·mL-1时，大豆苗净增生物量随着硒浓度升高而降低，并呈极显著的负相关(r=|-0.917 6|>0.75，y=-2.513 7x+32.173 5，y表示蛭石中加入硒溶液硒的浓度，x表示大豆苗净增生物量)且具有极显著差异.因此，从净增株高这个生物量来考察，在采用蛭石作为培养基质时，加入硒溶液中适宜的硒浓度应在0～0.5 μg·mL-1.

图3 不同硒浓度处理对大豆净增重的影响 图4 不同硒浓度对大豆净增株高的影响

2.2.3 不同硒浓度处理对大豆叶片生物量的影响 为了解不同硒浓度处理大豆叶片的变化情况，测定了叶片的生物量，结果见图5.当蛭石中加入硒溶液的硒浓度在0～1 μg·mL-1时，大豆苗叶片生物量随着硒浓度的增加而增加，但无显著差异.当硒浓度大于为1 μg·mL-1时，大豆苗净增生物量随着硒浓度升高而降低，并呈极显著的负相关(r=|-0.981 04|>0.75，y=-19.07x+27.490 59，y表示蛭石中加入硒溶液硒的浓度，x表示大豆苗叶片生物量)且具有极显著差异.因此，从叶片生物量这个生物量来考察，在采用蛭石作为培养基质时，加入硒溶液中适宜的硒浓度应在1 μg·mL-1以下.

2.2.4 不同硒浓度处理对大豆根系生物量的影响 在测定大豆叶片生物量的基础上，对大豆根系生物量进行了测定，结果见图6.当蛭石中加入硒溶液的硒浓度在0～0.5 μg·mL-1时，大豆苗叶片生物量随着硒浓度的增加而增加，但无极显著差异.当硒浓度大于0.5 μg·mL-1时，大豆苗净增根系生物量随着硒浓度升高而降低，并呈极显著的负相关(r=|-0.911|>0.75，y=-2.222 4x+14.434 63，y表示蛭石中加入硒溶液硒的浓度，x表示大豆苗根系生物量)且具有极显著差异，当硒浓度达10 μg·mL-1时，与对照相比出现极显著差异，表现出严重的中毒状况.因此，从根系生物量这个生物量来考察，在采用蛭石作为培养基质时，加入硒溶液中适宜的硒浓度应在0～0.5 μg·mL-1.

图5 不同硒浓度处理对大豆叶片生物量的影响 图6 不同硒浓度处理对大豆根系生物量的影响

2.3 不同硒浓度处理对大豆可溶性蛋白及可溶性糖的影响

在植物生长发育中，可溶性蛋白质的质量分数部分体现着机体的衰老程度.大豆在蛭石培养中经不同浓度的硒处理，其可溶性蛋白含量也有不同，在此，对可溶性蛋白进行了测定，其结果见图7.所有不同硒浓度处理栽培的大豆的可溶性蛋白质含量都要高于对照.当硒处理浓度在0～1 μg·mL-1时，随着硒处理浓度的增加，可溶性蛋白含量呈增加趋势，并无极显著差异；当硒处理浓度大于1 μg·mL-1时，随着硒处理浓度的增加，可溶性蛋白质量分数呈明显的上升趋势，并且有极显著差异.因此，从可溶性蛋白这个生物量来考察，在采用蛭石作为培养基质时，加入硒溶液中适宜的硒浓度应在1 μg·mL-1以下.植物在个体发育的各个时期碳水化合物的含量也随之变化.另外植物为了适应逆境条件，也会主动积累一些可溶性糖，以适应外界环境条件的变化.对大豆苗施以不同浓度的硒处理，其可溶性糖也会随着硒浓度的改变而改变，其结果见图8.当蛭石中加入硒溶液的硒浓度在0～1 μg·mL-1时，大豆苗叶片可溶性糖含量无极显著差异.当硒浓度大于为1 μg·mL-1时，大豆苗可溶性糖含量随着硒浓度升高而升高，并呈极显著的正相关(r=0.992097>0.75，y=9.766728x-0.51092，y表示蛭石中加入硒溶液硒的浓度，x表示大豆苗可溶性糖含量)且具有极显著差异.因此，从可溶性糖含量这个生物量来考察，蛭石培养大豆中硒的适宜浓度应在1 μg·mL-1以下.

图7 不同硒浓度处理对大豆可溶性蛋白的影响 图8 不同硒浓度处理对大豆可溶性糖的影响

2.4 不同硒浓度处理对大豆脯氨酸及丙二醛的影响

脯氨酸是植物体内主要渗透调节物质之一，在逆境条件下植物体内脯氨酸的含量显著增加，因此其脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性强弱的大小，测定脯氨酸含量可以作为抗旱育种的生理指标.本实验对大豆用不同的硒浓度处理，测定其脯氨酸含量的浓度，其结果见图9.低硒浓度处理大豆苗时，其脯氨酸含量无明显差异，当硒浓度升高至5 μg·mL-1时，脯氨酸含量上升，但无显著差异.这与大豆生长受逆境胁迫(硒)时，植株内脯氨酸含量有所上升是一致的.因此，适当补硒能提高大豆脯氨酸的含量，从而提高抗逆性.植物器官衰老或在逆境遭受伤害，往往发生膜脂过氧化作用.丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的最终分解产物，其含量可以反映逆境受伤害的程度，因此，丙二醛(MDA)是常用的膜脂过氧化指标.为了解不同硒浓度处理下大豆脯氨酸含量，测定了丙二醛的含量(MDA)，其结果见图10.经统计分析，0～10 μg·mL-1的硒浓度处理均无显著性差异和极显著性差异.但从测定数据上来看，当向蛭石中加入硒溶液的浓度超过1 μg·mL-1时，丙二醛的含量上升，说明适宜浓度的硒能够提高大豆的抗逆性.

图9 不同硒浓度处理对大豆脯氨酸的影响 图10 不同硒浓度处理对大豆丙二醛含量的影响图

3 讨论

当用蛭石培养大豆时，在蛭石中补以适宜浓度的硒，能够促进大豆的生长，可提高大豆体内可溶性蛋白、可溶性糖和叶绿素的含量， 从而提高大豆的抗逆性能，还能一定程度降低丙二醛的含量，延缓大豆的衰老.蛭石中硒的适浓度为0.5～1 μg·mL-1时，对大豆的生长和硒的积累是最有利的，这相对于水培时的浓度要大，而相对于土培时的浓度要小，这说明蛭石对硒有一定的吸附能力，但吸附强度没有土壤大.由图4可知，当蛭石中的硒浓度超过10 μg·mL-1时，各项生理指标都会下降，大豆表现出严重的中毒症状，这对大豆的生长是非常不利的，说明大豆在蛭石中培养时，硒对大豆的中毒浓度在10 μg·mL-1以上.

[1] 唐巧玉,吴永尧,周大寨.硒对大豆苗期生长的影响[J].湖北民族学院学报:自然科学版,2005,28(2):124-126.

[2] 赵春梅,曹启民,唐群锋,等.植物富硒规律的研究进展[J].热带农业科学,2010,30(7):82-87.

[3] Dominguez J R,Gutiirrez G.The cytesolie O-acetylsefine- lyase gen is regulated by heavy metals and can function in cadmium torlerance[J].Biol Chem,2001,276(12):9297-9302.

[4] Leustek T,Saito K.Sulfate transport and assimilation in plants[J].Plant physiol，1999,120:637-643.

[5] Sors T G,Ellis D R，Salt D E.Selenium uptake,translocation,assimilation and metabolic fate in plants[J].Photosynthesis Research,2005,86:373-389.

[6] 唐巧玉,吴永尧,周毅峰.硒对大豆生长和某些生理生化指标的影响[J].植物生理学通讯,2005,41(1):53-59.

[7] 周毅峰,唐巧玉,罗兴武,等.莼菜嫩叶胞内多糖体外抗氧化作用研究[J].食品科学,2008,29(8):78-79.

[8] 周大寨,唐巧玉,张驰, 等.硒对花椰菜幼苗叶绿素、脯氨酸及丙二醛含量的影响[J].湖北农业科学,2005(2): 77-79.