不同浓度硫、硒处理对茎瘤芥营养元素吸收和营养品质的影响

王丽霞，汤举红，罗庆熙，段九菊

（1.长江师范学院生命科学与技术学院，重庆 408000；2.西南大学园艺学院，重庆 400700；3.山西省农业科学院园艺研究所，太原 030031）

茎瘤芥（Brassica juncea var.tumida）是我国南方地区主栽特色蔬菜之一，其膨大的茎既可鲜食，也是加工制作腌制榨菜的原料[1]。硒是人体必需的微量元素[2]，许多研究表明[3-4]：通过适量补硒，可提高人体免疫力，预防癌症和心血管等疾病。通过植物施用硒盐，将无机硒转化为有机生物硒，是国际上采用植物硒化的有效方法[3-5]。硒虽是动物所需的必要元素，却不是植物的必需元素，硒通过与硫竞争植物细胞膜上透性酶的结合位点进入植物体。因而，周围环境中硫浓度的高低会显著影响硒的吸收与积累[6-7]。许多研究对芸薹属中的白菜、甘蓝、芥菜等的施硒水平与施硒方式进行了调查[8-9]，证明芥菜是一种典型富硒植物[10-12]。而作为芥菜变种的茎瘤芥对硫、硒的生理响应还未见报道。本试验通过对土壤施用不同浓度硫、硒盐，研究其对茎瘤芥自身养分积累及膨大茎营养品质的影响。通过利用主成分分析和因子分析[13-14]，从原始数据中提取出三个主要的矿质营养因子，研究这三个矿质营养因子与茎瘤芥营养品质的相关性，通过营养因子得分了解硒、硫配施对茎瘤芥膨大茎矿质元素含量与其营养品质的关系，旨在为农业生产中茎瘤芥的硫、硒肥施用提供科学理论研究与技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在重庆涪陵区园艺场进行，该地区是茎瘤芥的主要生产区，土壤为紫色土壤，其理化性质为：有机质14.12%，碱解氮112.65 mg·kg-1，速效磷32.74 mg·kg-1，速效钾51.32 mg·kg-1，有效硒0.014 mg·kg-1。供试品种为涪杂1号。试验从2009年10月开始，先大田育苗，待幼苗长到四叶一心时，移栽盆中。茎膨大开始时（12月6日），进行不同浓度S和Se处理，分3次浇灌根部（12月6日，12月13日，12月20日），第二年2月收获全株。盆栽试验以每盆7 kg土壤装盆（装盆前土壤按667 m2尿素8 kg，过磷酸钙80 kg，氯化钾6 kg的用量施肥），施入S（以Na2SO4形式施入）的浓度梯度为0、50、100 mg·kg-1，Se（以Na2SeO3形式施入）的浓度梯度为0、1、3 mg·kg-1，共5个处理组合，分别表示为 S0Se0、S50Se1、S50Se3、S100Se1、S100Se3。每个处理5盆，随机排列。

1.2 测定方法

植株采收后，取其地上部分用自来水冲洗干净后，再用蒸馏水冲洗一遍，吸干水分，分别分离出膨大茎和叶。其中一部分膨大茎鲜样切成小块用液氮冷冻，保存在超低温冰箱中用于营养成分的测定。剩余茎、叶在65℃烘箱中烘干24 h后，用于矿质元素的测定。全氮、磷和钾含量测定采用H2SO4-H2O2消化，全氮测定采用滴定法，全磷含量测定采用钒钼黄吸光光度法，全钾含量测定采用火焰光度法。钙、镁、铁、锰、铜、锌、钼的测定采用HNO3-HClO4消化-AAS法[15]。硫含量测定采用HNO3-HClO4消化-硫酸钡比浊法。总硒、有机硒和无机硒含量测定采用高建忠等方法[16]。硼含量测定采用碳酸钠熔融法-AAS法。游离氨基酸含量测定采用茚三酮显色法，VC含量测定采用2，6-二氯靛酚滴定法，可溶性糖含量测定采用苯酚法，粗蛋白测定采用凯氏定氮法[17]。

1.3 统计分析方法

通过对茎瘤芥矿质营养原始数据进行相关矩阵转化，采用主成分提取法，以特征值大于1为因子提取依据，提取出三个矿质营养因子（X1、X2、X3），采用正交旋转法旋转因子载荷，以扩大矩阵元素差异，使其公因子更有利于被解释。保存因子得分，使其公因子成为新的变量（二次变量），可作为进一步分析依据。通过公因子与膨大茎营养元素之间的相关分析，建立线性回归模型。以因子得分为二次变量，进一步分析矿质营养与茎瘤芥品质间相互关系，探讨施用硒、硫盐对茎瘤芥矿质养分积累及品质的影响。以上所有统计分析均通过SPSS10.0完成。

2 结果与分析

2.1 硫、硒不同浓度处理对茎瘤芥叶片和膨大茎大量元素积累的影响

由表1可知，与对照相比（S0Se0），增施硫、硒可以促进茎瘤芥叶片和膨大茎对氮、磷、钾、硫的吸收，而硫含量增加最明显。其中叶片氮含量增加8.4%～13.9%，膨大茎氮含量增加5.9%～13.2%，叶片磷含量增加1.1%～9.4%，膨大茎磷含量增加7.1%～13.8%，叶片钾含量增加3%～8%，膨大茎钾含量增加了1%，叶片硫含量增加1.2～1.9倍，膨大茎硫含量增加1.2～1.8倍。而对不同部位钙和镁含量的影响规律不明显。

表1 不同硒、硫处理对茎瘤芥叶片和膨大茎大量元素积累的影响Table 1 Effect of S and Se treatments on the macroelement accumulation of the tuber mustard leaf and tuber (g·kg-1)

2.2 硫、硒不同浓度处理对茎瘤芥叶片和膨大茎微量元素积累的影响

由表2可以看出，不同硫、硒浓度处理，与对照相比（S0Se0），除铁和硒元素含量变化较大外，其他5种元素含量变化不大。其中S50Se3处理效果最好，膨大茎和叶片中硒和铁元素含量增加达到最大，其中叶片中硒和铁的含量分别增加58倍和1.1倍，膨大茎中硒和铁的含量分别增加52倍和2.7倍。

综合表1、2可以看出，硫、硒配施对茎瘤芥矿质营养积累的影响较大，施用硫、硒盐对改善茎瘤芥食用营养品质具有重要意义。

表2 不同硒、硫处理对茎瘤芥叶片和膨大茎微量元素积累的影响Table 2 Effect of S and Se treatments on the microelement accumulation of the tuber mustard leaf and tuber

2.3 不同浓度硫、硒处理对茎瘤芥膨大茎营养品质的影响

由表3可以看出，增施硫、硒盐，与不施硫、硒盐（S0Se0）相比，均显著提高膨大茎中有机硒含量，在硫浓度为50 mg·kg-1水平时，有机硒浓度随硒水平的增加而显著增加，从Se 1 mg·kg-1的64倍增加到3 mg·kg-1的82倍。而随着硫浓度上升到100 mg·kg-1时，有机硒浓度随硒水平增加而显著降低，从硒1 mg·kg-1的43倍降低到3 mg·kg-1的32倍。由此表明，不同浓度的硫、硒在促进相互吸收与抑制吸收之间存在一个阈值范围。此外，不同浓度处理对氨基酸与可溶性糖含量的影响与有机硒的变化规律相似，但是各处理间除S50Se3处理显著提高游离氨基酸和可溶性糖含量外，其余各处理间无显著差异。在S50Se3浓度处理下，总氨基酸含量增加11%，可溶性糖含量增加1.3%。不同浓度处理对VC含量变化影响不明显，各处理与对照相比均降低膨大茎VC含量，但是各处理之间均没有显著差异。各处理与对照相比，均显著提高茎瘤芥膨大茎粗蛋白含量，分别使粗蛋白含量增加6.5%～12.3%，其中S50Se3和S100Se1处理效果最好。

表3 不同浓度硒、硫处理对茎瘤芥膨大茎营养品质的影响Table 3 Effect of different S and Se treatments on the nutritional quality of tuber of mustard

2.4 茎瘤芥膨大茎营养状况的因子分析

以茎瘤芥膨大茎的13种矿质营养指标（N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Se）之间的相关性为变量，通过主成分分析，对这13种营养因子进行约化，以初始特征值大于1.0为因子提取依据，提取出三个主要因子（X1、X2、X3），由表4可知，这三个因子包含矿质营养变量总方差的93.67%,其对13种矿质元素的方差贡献分别是58.27%、23.83%、11.58%。公因子方差解释了这三个提取因子对13个变量关联的可信度。其中对P、K、Ca、Mg、S、B、Mn、Zn、Mo、Se的方差比例均大于95%，N、Fe的方差比例大于等于80%，只有对Cu的方差比例较低，为62%，总体说明这种模型在阐明这三种因子与13种矿质营养变量间的关联时，有较高可信度。

表4 茎瘤芥膨大茎必需矿质养分的三因子模型分析Table 4 Rotated factor loadings and communalities of a three factor model of essential mineral elements of the tuber mustard at different treatment levels

因子载荷显示13种矿质营养变量与提取出的因子间的关联强度。若以因子载荷大于0.86为关联度强度的划分，其中第一个因子X1占有变量总方差的58.27%，对P、K、S、Se元素有高的正载荷。第二个因子X2占有变量总方差的23.83%,对Mo元素有高的正载荷。第三个因子X3占有变量总方差的11.58%，对Ca、Fe元素有高的正载荷。

2.5 硒、硫不同浓度处理对茎瘤芥营养品质与矿质营养因子之间的相关性分析

通过多元线性回归方程模拟，将茎瘤芥膨大茎营养品质（有机硒、总氨基酸、维生素C、可溶性糖、粗蛋白）与其矿质营养因子（X1、X2、X3）进行线性回归分析。表明茎瘤芥营养品质与矿质营养因子之间存在显著相关。有机硒与矿质营养因子间：Y=0.454+0.273X1（R2=0.919，F=202.359*），游离氨基酸与矿质营养因子间：Y=5.018+0.183X1+0.077X3（R2=0.879，F=178.085*)，粗蛋白与矿质营养因子间：Y=166.8+6.654X1-2.916X2+2.702X3（R2=0.880，F=108.819*），均存在显著相关性。而维生素和可溶性糖与矿质营养因子间无显著相关性。

表5 不同硒、硫处理对茎瘤芥膨大茎矿质营养因子得分的影响Table 5 Effect of different S and Se treatments on mineral nutrition factors of tuber of mustard

表5列出了矿质营养因子对不同浓度处理的响应得分。由表5可见，不同浓度处理对矿质营养因子的得分不同，同时结合表4、5的分析可知：随着硫、硒浓度增大，矿质因子X1的得分也增大，S100Se1处理得分最高，随后又随硫、硒浓度增大而减小，表明S的增加促进膨大茎对大量元素P、K、S的积累，硫、硒比率的增高也有助于膨大茎有机硒积累和总氨基酸、粗蛋白含量的增加；而对矿质营养因子X2而言，随着硫浓度的增大得分值减小，随着硒浓度的增加而得分值变大，表明硒盐能够促进微量元素钼的积累，同时降低膨大茎中粗蛋白含量。矿质营养因子X3只有在低浓度的硫、硒配施中得分为正值，其余处理中得分为负值，表明低浓度的硫、硒盐有助于膨大茎钙、铁元素的积累，随着硫浓度和硒浓度的增加，膨大茎中钙、铁元素含量降低，粗蛋白和氨基酸含量也降低。

3 讨论与结论

硒是人体所需的微量元素，通过对植物施用硒素的生物强化作用，提高植物可食用部位硒素含量，是人类补硒的有效方式。硫是植物生长必需的大量元素，硒与硫是同族元素，化学性质相似，被植物以相同的方式吸收和转运，因而植物对不同浓度的硫、硒吸收效率不同。Mikkelsen和Wan在对大麦和水稻的研究中提出，培养基质中低浓度的硫和硒之间存在协同效应[18]。Pilon-Smits等对印度芥菜的研究中发现硫、硒的协同作用与ATP硫酸化酶的活性有关[19]。而Kopsell和Randle等研究表明硫、硒离子之间存在着拮抗作用，环境中硒的存在降低硫的含量[20]。White等研究表明，在硒和硫的代谢中存在对蛋白结合位点的竞争，硒代谢产物如硒代半胱氨酸、硒代蛋白质等会抑制硫的吸收和代谢[21]。本试验的结果表明，随着硫浓度的升高，叶片和膨大茎的硫浓度均增加，但硒吸收与硫和硒的比率有关，硫硒浓度的低比率（S 50 mg·L-1，Se 3 mg·L-1，S/Se=17）更有利叶片和茎中硒的积累，同时也促进无机硒向有机硒的转化，而高浓度硫（S 100 mg·L-1）与硒（Se 3 mg·L-1）的配施（S/Se=33），叶片和茎中的硒积累相对降低，同时也降低有机硒含量，这可能与高浓度硫使植物体内硫含量增加，干扰硒的吸收和代谢有关，这与王昌全等的试验结果相一致[14]。

不同硫、硒浓度配施对植物矿质营养元素吸收及营养品质成分含量均有较大影响。Shinmachi等研究发现，小麦施用硫素后，显著影响其对硒和钼的吸收和分布，这与硫运转家族基因的表达有关[22]。Banelos等研究表明，施用有机硒素可促进草莓对硒、钙、磷、锌、锰等元素的吸收[3]。综合分析本试验研究结果，选择以S50Se1为推荐硫硒素施用量，该处理虽不是茎瘤芥膨大茎有机硒含量最大处理，但是该处理既可促进膨大茎磷、钾、硫含量，也可提高钙、铁含量，虽然降低微量元素钼的吸收，但对茎瘤芥营养品质的提高有促进作用。

[1] Weng P F,Wu Z F,Shen X Q,et al.A new cleaner production technique of pickle mustard tuber at low salinity by lactic acid bacteria[J].Journal of Food Process Engineering,2011,34:1144-1155.

[2] Himeno S,Imura N.New aspects of physiological and pharmacological roles of selenium[J].Journal of Health Science,2000,46:393-398.

[3] Banǔelos G S,Hanson B D.Use of selenium-enriched mustard and canola seed meals as potential bioherbicides and green fertilizer in strawberry production[J].Hortscience,2010,45:1567-1572.

[4] El-Bayoumy K,Sinha R,Pinto J T,et al.Cancer chemoprevention by garlic and garlic-containing sulfur and selenium compounds[J].Journal of Nutrition,2006,136:864-869.

[5] Kopsell D,Sams C.Selenization of basil and cilantro through foliar applications of selenate-Se and selenite-Se[J].Hortscience,2008,43:1201-1202.

[6] Hajiboland R,Amjad L.The effects of selenate and sulphate supply on the accumulation and volatilization of Se by cabbage,kohlrabi and alfalfa plants grown hydroponically[J].Agricultural and Food Science,2008,17:177-190.

[7] Kopsell D A,Randle W M.Selenium accumulation in a rapidcycling Brassica oleracea population responds to increasing sodium selenate concentrations[J].Journal of Plant Nutrition,1999,22:927-937.

[8] White P J,Bowen H C,Marshall B,et al.Extraordinarily high leaf selenium to sulfur ratios define'Se-accumulator'plants[J].Annals of Botany,2007,100:111-118.

[9] Yawata A,Oishi Y,Anan Y,et al.Comparison of selenium metabolism in three Brassicaceae plants[J].Journal of Health Science,2010,56:699-704.

[10] Chang P T,van Lersel M W,Randle W M,et al.Nutrient solution concentrations of Na2SeO4affect the accumulation of sulfate and selenate in Brassica oleracea L.[J].Hortscience,2008,43:913-918.

[11] Ogra Y,Okubo E,Takahira M.Distinct uptake of tellurate from selenate in a selenium accumulator,Indian mustard(Brassica juncea)[J].Metallomics,2010(2):328-333.

[12] Rani N,Dhillon K S,Dhillon S K.Critical levels of selenium in different crops grown in an alkaline silty loam soil treated with selenite-Se[J].Plant and Soil,2005,277:367-374.

[13] 曹槐,张晓林,刘世熙,等.烤烟矿质营养分布的因子分析[J].植物营养与肥料学报,2001,7(3):318-324.

[14] 王昌全,李冰,周瑾,等.硒硫配施对大蒜的营养效应研究[J].植物营养与肥料学报,2004,10(2):206-211.

[15] 中国土壤学会.农业土壤化学分析[M].北京:农业科学出版社,1999.

[16] 高建忠,秦顺义,黄克和.氢化物发生-原子荧光光谱法测定富硒酵母中的有机硒和无机硒[J].分析科学学报,2006,22(2):157-160.

[17] 袁玉荪,朱婉华,陈均辉.生物化学实验[M].北京:高等教育出版社,1985.

[18] Mikkelsen R L,Wan H F.The effect of selenium on sulfur by barley and rice[J].Plant Soil,1990,121:151-153.

[19] Pilon-Smits E A H,Hwang S B,Lytle C M,et al.Overexpression of ATP sulfurylase in Indian mustard leads to increased selenate uptake,reduction,and tolerance[J].Plant Physiology,1999,119:123-132.

[20] Kopsell D A,Randle W M.Selenate concentration affects selenium and sulfur uptake and accumulation by'Granex 33'onions[J].Journal of the American Society for Horticultural Science,1997,122:721-726.

[21] White P J,Bowen H C,Parmaguru P,et al.Interactions between selenium and sulphur nutrition in Arabidopsis thaliana[J].Journal of Experimental Botany,2004,55:1927-1937.

[22] Shinmachi F,Buchner P,Stroud J L,et al.Influence of sulfur deficiency on the expression of specific sulfate transporters and the distribution of sulfur,selenium,and molybdenum in wheat[J].Plant Physiology,2010,153:327-336.