亚硒酸钠对甜荞生长的影响

2020-07-06马红梅白春雨韩广明谢英荷武文玥马智勇

灌溉排水学报 2020年6期

马红梅，白春雨，韩广明，谢英荷，武文玥，马智勇

（1.山西农业大学资源环境学院，山西太谷 030801； 2.山西农业大学农业资源与环境国家级实验教学示范中心，山西太谷 030801）

0 引言

【研究意义】硒是人和动物必需的微量元素，是红细胞谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分。具有抗癌、解毒、保肝和提高人体免疫力的生理功能[1-3]。目前，我国70%的人口生活在缺硒环境，食物中硒量普遍较低，成人硒的摄入量仅为26 µg/d，距中国营养学会和国际硒学会推荐日摄入量50 µg 相差甚远。缺硒导致人的克山病、大骨节病，不育症和牛羊的白肌病、孕期流产等40 多种疾病的产生，严重威胁人类健康[4]。植物是自然界硒形态循环转化的重要媒介，可将无机形态的硒转化成为有机硒。因此植物是人类摄入硒的重要来源。若要进一步提升我国居民硒摄入量，就必须深入探究硒对植物生长的影响。【研究进展】适量施用硒肥有利于植物生长。钟松臻[5]通过对2 个品种的水稻施用不同浓度的亚硒酸钠得出：无论是哪个品种的水稻，当施用亚硒酸钠质量浓度为5 mg/kg 时，均会提升水稻叶绿素量、株高以及产量；郝玉波等[6]通过对2 个品种的玉米施用不同质量浓度的亚硒酸钠发现：当亚硒酸钠质量浓度为10 mg/kg 时，可以显著提升玉米植株生物量和玉米产量；侯松[7]通过对紫甘薯进行硒的叶面喷施发现叶面喷施亚硒酸钠会显著提升紫甘薯的快根产量、快根中的蛋白质和氨基酸量；Djanaguiraman 等[8]的研究证明高温会使植物诱导氧化应激反应，添加外源硒则会增强抗氧化防御系统，缓解植物受胁迫作用的影响；贾玮等[9]的研究认为硒可增加脯氨酸的量Hawrylak 等[10]的研究指出硒可通过降低丙二醛（MDA）量来缓解低温对植物造成的损伤；硒可以和重金属结合成难溶性沉淀物质，或改变重金属形态[11]，减少植物体对重金属的摄入或阻断其转运过程[12]；赵秀峰等[13]在外源硒对铅胁迫下小白菜生理特性研究表明，适量施用硒肥可以缓解铅对小白菜的伤害。

荞麦为蓼科荞麦属1 a 生草本植物，包括甜荞麦和苦荞麦，生育期短，一般甜荞为60～80 d，苦荞为80～110 d。荞麦具有很高的营养价值，无论是甜荞还是苦荞，蛋白质、脂肪、维生素、微量元素量普遍高于大米、小麦和玉米[14]。目前荞麦种植存在品种老化混杂，种植零星分散、产量低、用途单一等问题。目前的研究表明，促进植物生长、提高作物产量和品质主要有2 种方法：一是改善土地灌溉条件。吴迪等[15]研究表明，采用隔沟交替灌模式可以显著降低玉米干物质积累，降低植物生长过程中的冗余生长，最终提升玉米产量。丁艳宏等[16]研究表明，采用滴灌可以显著提升玉米氮素利用率、增加籽粒产量；二是施用微量元素肥料。秦成等[17]研究表明，在铅污染环境下，亚硒酸钠施用能够减少荞麦对铅的积累。田秀英等[18]研究表明，当亚硒酸钠质量浓度低于1 mg/kg 时，不仅可以显著提升苦荞株高、干鲜质量促进苦荞生长，还可以提高苦荞籽粒中粗蛋白和各种氨基酸量。【切入点】光合作用是植物生长过程中的重要环节，但关于硒对甜荞光合影响的研究尚不完善。本试验旨在通过施用不同质量浓度亚硒酸钠探究硒对甜荞光合产生的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试作物：甜荞品种为品甜式1 号，生育期为81 d。供试土壤：土壤采自山西农业大学西校门的试验田，土壤类型属于石灰性褐土，质地为壤土。其理化性质为：含水率为4.81%，田间持水率为11.51%。全氮量209.51 mg/kg，硝态氮量15.84 mg/kg，速效钾量4.55 mg/kg，速效磷量148.29 mg/kg，有机质量8.25 g/kg，pH 值为8.25。供试肥料：亚硒酸钠（Na2SeO3），磷酸二氢钾（KH2PO4）和尿素（CO(NH2)2）。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，于2019 年3 月在山西农业大学资源环境试验站大棚内进行。将采集的土壤风干，过2 cm 筛装盆（26.50 cm×17.00 cm），每盆装土12.50 kg，混匀。设0、5、10、20、40 mg/kg硒肥质量浓度，记为CK、Se5、Se10、Se20、Se40处理，每个处理重复3 次，硒肥随同底肥一起混匀拌入盆栽土中。底肥用量为磷酸二氢钾（KH2PO4）和尿素（CO(NH2)2）各1 g。甜荞于2019 年3 月17 日播种，每盆播种分布大小一致的甜荞种子50 粒，播种深度为4 cm，出苗后定株30 株。保证含水率在田间持水率的70%，定期采样，于6 月7 日收获甜荞。

1.3 测定指标及方法

株高测定：以直接测量法测定甜荞地上部株高。甜荞生物量：将采集的甜荞植株进行根、茎、籽粒分离，茎和籽粒称量鲜质量后于90 ℃在烘箱杀青10 min，70 ℃烘至恒质量；根部用自来水冲洗干净后晾干称鲜质量，装入信封，同茎、籽粒温度条件进行杀青、烘干。叶绿素量测定：在甜荞现蕾期（4 月16日）、盛花期（5 月15 日）、结实期（5 月23 日）采集甜荞功能叶，采用张宪政的丙酮-乙醇混合液法[19]测定。光合参数测定：在甜荞现蕾期（4 月16 日）、盛花期（5 月15 日）、结实期（5 月23 日）的晴天上午10:00—11:00，使用LCpro-T 便携式光合仪测定甜荞功能叶的光合参数。甜荞籽粒硒量测定前处理：称取1 g 磨碎试样，置于30 mL 瓷坩埚中，加入1～2 mL优级纯硝酸，浸泡1 h 以上，将坩埚置于可控温电炉上，小火蒸干，炭化至无烟，移入马弗炉，550 ℃下灰化2 h，冷却。加数滴硝酸于坩埚内的试样灰中，再转入马弗炉，550 ℃下继续灰化1～2 h，冷却。加入3 mL 硝酸溶液（0.50 mol/L）溶解试样灰，并将试样溶液转移至10 mL 容量瓶中，用水少量多次洗涤坩埚，洗液并入容量瓶中并用水定容，混匀，过滤。同时做试剂空白试验。含硒量测定：使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）（仪器厂家为美国Thermo，型号为ICAP-QC。）测定甜荞籽粒硒量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016 进行数据统计，使用SPSS 25.0 进行方差分析，使用LSD 法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 亚硒酸钠对甜荞生长的影响

2.1.1 亚硒酸钠对甜荞株高的影响

表1 为不同处理下的甜荞株高。由表1 可知，随着亚硒酸钠质量浓度增加，甜荞株高在各个生育期均呈先上升后下降的趋势。其中Se10处理效果最好，分别为46.50、83.50 和86.00 cm，在各生育期均与其他处理相比差异显著。表明适量施用硒肥可以促进甜荞生长。随着甜荞生育期的延长，各处理株高均呈上升趋势，但不同时期各处理差异显著性不同。Se20处理与Se40处理的差异性在盛花期要高于其余2 个时期，而CK 与Se5处理的差异性会随着甜荞生长减小，到结实期CK 与Se5处理不存在显著性差异，表明硒对甜荞株高的影响会随着甜荞生长变弱。

表1 不同处理甜荞株高Table 1 Plant height of buckwheat under different treatments cm

2.1.2 亚硒酸钠对甜荞生物量的影响

表2 为不同处理下的甜荞生物量。由表2 可知，不同处理间甜荞根的鲜质量、干质量差异不显著。表明施用硒肥不会影响甜荞根系生长。不同亚硒酸钠处理间的甜荞茎鲜质量除Se10处理和Se40处理存在显著差异，其余处理间不显著；对茎干质量的影响随亚硒酸钠质量浓度提升呈先增加后下降的趋势，Se10处理达到最高，为43.67 g/盆。其中，Se10处理茎鲜质量和CK、Se5处理没有显著差异。Se20、Se40处理和Se10处理相比显著下降了20.93%、23.13%。随着亚硒酸钠质量浓度升高，籽粒鲜质量、干质量均呈先上升后下降的趋势，Se10处理的鲜质量、干质量为最高值，分别为16.13、12.53 g/盆。其中，Se10处理鲜质量与CK、Se5处理相比显著增加了29.77%～40.26%。Se40、Se20处理和Se10处理相比显著减少了24.55%～39.43%；Se10处理干质量与其他处理相比差异显著，比其他处理增加了28.91%～95.78%。其余处理之间没有显著差异。综上所述，适量施用硒肥能够促进甜荞茎、籽粒生长，但对甜荞根系生长没有影响。

表2 不同处理甜荞生物量 Table 2 Biomass of sweet buckwheat under different treatments g/pot

2.2 亚硒酸钠对甜荞叶绿素的影响

2.2.1 亚硒酸钠对甜荞叶绿素a 的影响

图1 为不同处理下叶绿素a 量。由图1 可知，不同亚硒酸钠处理，甜荞各个生育期的叶绿素a 量均呈先上升后下降的趋势，Se10处理在各生育期最高，分别为1.34、1.01、0.64 mg/g。与同时期CK、Se5处理相比增加了 13.85%～21.35%、5.85%～21.48%、16.04%～40.53%；Se20、Se40处理与Se10处理相比下降了7.22%～24.14%、26.29%～26.51%。结实期Se10、Se20、Se40处理不存在显著差异。可见适量施用硒肥可以促进甜荞叶绿素a 的合成。随着甜荞生育期的延长，各处理下的荞麦叶绿素量均呈下降趋势。与其他2 个时期相比，CK 在结实期减少了24.23%～45.02%，Se5处理减少了41.98%～52.66%，Se10处理减少了36.69%～51.75%，Se20处理减少了19.26%～51.49%，Se40处理减少了21.45%～42.10%。通过3 个生育期可以看出，Se10处理对该荞麦叶绿素a 的促进作用最大。

2.2.2 亚硒酸钠对甜荞叶绿素b 的影响

图2 为不同处理下叶片叶绿素b 量。由图2 可知，不同质量浓度亚硒酸钠处理的甜荞叶片的叶绿素b量不存在显著差异，可见施用亚硒酸钠不会影响甜荞叶绿素b 的活性和合成。

2.2.3 亚硒酸钠对甜荞总叶绿素的影响

图3 为不同处理下叶片总叶绿素量。从图3 可知，随着亚硒酸质量钠质量浓度升高，各处理下的甜荞总叶绿素量在各生育期均呈先上升后下降的趋势。Se10处理在各生育期均达到最高，分别为1.73、1.25、1.06 mg/g。与同时期 CK、Se5处理相比分别增加了15.64%～19.34%、5.07%～18.93%、16.63%～38.77%。Se40、Se20处理与Se10处理相比分别下降了4.68%～24.29%、24.53%～26.41%。随着甜荞生育期的延长，除Se40处理外，各处理总叶绿素量均呈下降趋势。结实期与其余2 个时期相比，CK 减少了27.23%～47.32%，Se5处理减少了23.50%～39.26%，Se10处理减少了15.09%～38.75%，Se20处理减少了2.91%～44.55%。CK 和Se5处理在盛花期存在显著差异，在其余2 个时期差异不显著，Se20处理和Se40处理在现蕾期存在显著差异，在其余2 个时期没有显著性差异。表明施用低质量浓度硒肥对甜荞总叶绿素促进作用集中在盛花期，高质量浓度硒肥的抑制效果会随着甜荞生长减弱。

图1 不同处理甜荞叶绿素a 量 Fig.1 Chlorophyll a of buckwheat under different treatments

图2 不同处理下荞麦叶片叶绿素b 量 Fig. 2 Chlorophyll b content in buckwheat leaves under different treatments

表3 不同处理荞麦蒸腾速率 Table 3 Transpiration rate of buckwheat under different treatments mmol/（m2·s）

图3 不同处理下荞麦叶片总叶绿素量 Fig. 3 Total chlorophyll content in buckwheat leaves under different treatments

2.3 亚硒酸钠对甜荞光合参数的影响

2.3.1 亚硒酸钠对甜荞蒸腾速率的影响

表3 为不同处理下的蒸腾速率。由表3 可知，甜荞蒸腾速率随亚硒酸钠质量浓度增加呈先上升后下降的趋势。在现蕾期和盛花期，Se5处理为最高值，分别为9.53、9.15 mmol/（m2·s）。与同时期CK 相比分别显著增加了1.74%、0.37%；Se10、Se20、Se40处理与同时期Se5处理相比显著减少了7.06%～8.43%、5.72%～16.10%；结实期Se10处理最高为7.81 mmol/（m2·s），与该时期CK、Se5处理相比显著增加了20.26%～585.38%。Se20、Se40处理和Se10处理相比显著下降了16.85%～73.38%。表明适量施用硒肥会提高甜荞蒸腾速率。随着甜荞生育期的延长，不同亚硒酸钠处理下的荞麦蒸腾速率均呈下降趋势。结实期与其他2 个时期相比，CK 下降了87.50%～87.83%，Se5处理减少了31.94%～34.65%，Se10处理减少了9.46%～11.08%，Se20处理减少了24.48%～26.67%，Se40处理减少了72.92%～76.17%。表明适量施用硒肥会缓解甜荞蒸腾速率下降程度，甜荞水分利用增强。

2.3.2 亚硒酸钠对甜荞净光合速率的影响

表4 为不同处理下荞麦净光合速率。由表4 可知，甜荞的净光合速率随着亚硒酸钠质量浓度增加呈先上升后下降的趋势。Se10处理在各时期均为最高值，分别为18.61、8.35、1.68 μmol/（m2·s）。与同时期CK、Se5处理相比分别增加了11.44%～13.71%、68.57%～73.36%，差异显著；结实期Se10处理比CK显著增加了256.34%，但与Se5处理不存在显著差异；Se20、Se40处理与同时期Se10处理相比分别减少了12.61%～28.55%、21.04%～23.35%、9.29%～78.66%。随着甜荞生育期的延长，各处理下的甜荞净光合速率均呈下降趋势。结实期与其余2 个时期相比，CK 下降了90.23%～97.13%，Se5处理减少了71.72%～91.62%，Se10处理减少了79.88%～90.97%，Se20处理减少了76.79%～90.59%，Se40处理减少94.38%～97.29%。盛花期甜荞各处理间的差异性要高于其余2个时期。结实期Se5、Se10、Se20处理间差异不显著。

表4 不同处理荞麦净光合速率 Table 4 Net photosynthetic rate of buckwheat under different treatments μmol/（m2·s）

2.3.3 亚硒酸钠对甜荞叶片气孔导度的影响

表5 为不同处理下荞麦叶片气孔导度。由表5 可知，不同质量浓度亚硒酸钠处理下，甜荞气孔导度呈先上升后降低的趋势。在现蕾期和盛花期，Se5处理气孔导度最高，分别为0.27、0.29 mmol/（m2·s）。分别比同时期CK 增加了3.85%、61.11%，但盛花期下与CK 不存在显著差异。Se10、Se20、Se40处理与同时期Se5处理相比显著减少了6.17%～13.58%、6.90%～22.99%；结实期Se10处理最高，为0.15 mmol/（m2·s）。比该时期CK、Se5处理相比显著增加了36.67%～627.42%。Se20、Se40处理和Se10处理相比显著减少了21.16%～80.04%。适量施用硒肥可以提升甜荞叶片气孔导度。随着甜荞生育期的延长，各处理下的甜荞气孔导度均呈下降趋势。结实期与其他2 个时期相比，CK 下降了 88.89%～92.31%，Se5处理减少了52.96%～62.07%，Se10处理减少了40.00%～42.31%，Se20处理减少了54.17%～59.26%，Se40处理减少了86.36%～86.96%。综上，适量施用硒肥会减缓甜荞生长进程中气孔导度下降。

表5 不同处理荞麦叶片气孔导度 Table 5 Stomatal conductance of buckwheat leaves under different treatments mmol/（m2·s）

3 讨论

当硒肥质量浓度施用亚硒酸钠小于10 mg/kg 时，会显著提升甜荞茎秆和籽粒质量。这与宋丽芳等[20]的研究结果相近，表明适量施用硒肥可以促进甜荞生物量积累，增加甜荞产量。这可能与硒的生物学功能、硒和其他元素的协同作用有关。一方面，硒原子是谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成部分，可以消除植物因逆境产生的自由基，降低自由基对植物细胞膜的损伤，促进植物正常生长发育。另一方面，硒与植物的其他必需元素之间存在协同关系。田秀英等[21]研究表明，适量施用亚硒酸钠，能够促进苦荞各部位对N、P、K 的养分的吸收，进而提升苦荞生物量，马友华等[22]研究表明，施用适量的硒肥可以提升烟草前期茎叶的硫积累。当硒肥质量浓度施用亚硒酸钠可以减缓甜荞衰老进程，试验证明，当硒肥质量浓度小于10 mg/kg时，会减缓甜荞生长过程中叶绿素、蒸腾速率、气孔导度、净光合速率下降速率，这与刘群龙等[23]、朱智慧[24]得出结论一致。可见，适量施用硒肥有延缓甜荞衰老进程的作用。分析其原因，可能是施用硒肥会增加植物体内抗氧化物酶活性[25]，进而提升植物消除活性氧的功能，最终延缓植物衰老进程。

施用亚硒酸钠质量浓度低于10 mg/kg 会提高甜荞叶片的叶绿素量。这与杜慧玲等[26]、郭美俊等[27]的研究结果相同，表明适量施用硒肥有利于甜荞叶绿素合成。主要原因可能有二方面。一方面，硒原子位于自由基清除酶GSH-Px 分子的活性中心，因此，机体内的硒保持在适当水平可以使GSH-Px 维持较高的活性，从而保证叶绿体膜结构完好，为植物叶片叶绿素合成提供稳定环境[28]。另一方面硒也会促进植物对Ca、K 等参与或促进叶绿素合成的矿质元素的吸收。此外本试验还表明，施用亚硒酸钠不会对荞麦叶片叶绿素b 量产生影响，这与钟松臻在硒对水稻光合作用的研究结果上相同[29]。导致该结果的原因可能是因为甜荞为阳生作物，生长过程中合成的叶绿素b 量与叶绿素a 相比低很多，所以施硒不会对甜荞叶绿素b 产生影响。施用亚硒酸钠质量浓度小于10 mg/kg 有利于提高荞麦的净光合速率、蒸腾速率和叶片气孔导度。这与夏永香等[30]在硒对大蒜光合影响得出的结论一致，表明适量施用硒肥会甜荞提升蒸腾速率、净光合速率和气孔导度，甜荞光合参数的变化与硒对甜荞叶绿素a 的影响相关，叶绿素是植物吸收光能进行光合作用的重要物质，叶绿素a量的变化会引起蒸腾速率、气孔导度、净光合速率产生相应变化。

高质量浓度施用硒肥会抑制甜荞生长，当硒肥质量浓度高于10 mg/kg。甜荞生物量、叶绿素合成、光合特性减弱。这与耶兴元[31]、代惠萍等[32]的结论相似。可见过度施用硒肥会抑制甜荞生长，原因可能是过度施用硒肥使得植物体内的作用分子团发生变化，会破坏叶片叶绿体结构。Vítová等[33]和Zhong 等[34]试验结果表明，高质量浓度的硒能够破坏植物叶绿体的各种结构，从而抑制植物的光合作用。硒还有可能通过硫的替换作用对光合作用的酶动力学或电子传递链等产生抑制，从而影响光合作用[35-37]。从甜荞的整个生育期来看，无论是叶绿素还是光合特性，各处理间的差异均在盛花期时最显著。这与宋丽芳等[20]的研究结果相同，表明甜荞盛花期时硒对甜荞的影响显著。原因可能是甜荞在盛花期时养分需求量最高，提升了甜荞从土壤中吸收的硒量。Vekoslava 等[38]、Smrkolj等[39]和Vogrincic 等[40]的研究结果均表明，甜荞开花期喷硒可以提高籽粒硒量，甜荞植株内部硒量的增加导致硒对甜荞光合特性和叶绿素的影响程度加深。上述结论均在大棚盆栽试验条件下的得出，还需在大田试验条件下作出进一步论证。