硒肥对植物工厂水培生菜生长及品质的影响

2020-07-08孙崇庆马晓春高艳明李建设

中国瓜菜 2020年6期

孙崇庆　马晓春　高艳明　李建设

摘要：以奶油生菜（‘荷蘭富兰德里）为试验材料，通过在植物工厂水培营养液中添加相同硒含量（0.5 mg·L-1）的硒酸钠、亚硒酸钠、硒代甲硫氨酸和农用硒肥4种硒肥，研究施用不同硒肥对生菜营养生长、品质以及硒含量的影响。结果表明，施用农用硒肥可促进生菜的营养生长，提高生菜品质及硒含量。施用硒代甲硫氨酸作为硒肥能够显著提高生菜的可溶性蛋白（增加1.1倍）、氨基酸（增加44.12%）、纤维素（增加18.95%）和硒含量（增加441.5倍），并且有效降低生菜的硝酸盐含量（减少23.23%），但是不利于水培生菜的生长，并且降低了生菜的产量（减少51.67%）。施用硒酸钠、亚硒酸钠和农用硒肥均能显著提高水培生菜的维生素C（分别增加57.58%、36.58%、30.67%）和硒含量（分别增加8.13倍、36.02倍、43.02倍），降低生菜的硝酸盐含量（分别减少34.09%、29.32%、20.87%），并有利于生菜的生长和提高生菜的产量（分别增加17.5%、21.67%、40%）。相比之下，农用硒肥的效果要更好，且农用硒肥与其他3种硒肥相比价格最便宜。植物工厂生产富硒生菜营养液农用硒肥适宜质量分数为0.5 mg·L-1。

关键词：生菜;植物工厂;水培;品质;硒含量

中图分类号：S636.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2020）06-024-06

Abstract： In order to produce selenium enriched lettuce， buttered lettuce （fulandri） was used as the experimental material. The effects of different selenium fertilizers on the growth， quality and selenium content of lettuce were studied by adding the same selenium concentration （0.5mg·L-1） of sodium selenate， sodium selenite， selenomethionine and agricultural selenium fertilizer into the hydroponic nutrient solution of plant factory.The results showed that the application of agricultural selenium fertilizer can promote the growth of lettuce， improve the quality and selenium content of lettuce. Application of selenomethionine as selenium fertilizer can significantly increase the soluble protein by 1.1 times， amino acid incresed by 44.12% ， cellulose by 18.95%and selenium content by 441.5 times of lettuce， and effectively reduce the nitrate content by 23.23% of lettuce， but it is not conducive to the growth of Hydroponic Lettuce， and it reduces the yield by 51.67% of lettuce. The application of sodium selenate， sodium selenite and agricultural selenium fertilizer can significantly increase the vitamin C by 57.58%， 36.58% and 30.67% respectively and selenium content by 8.13 times， 36.02 times and 43.02 times respectively of hydroponic lettuce， reduce the nitrate content by 34.09%， 29.32% and 20.87% respectively of lettuce， and they are conducive to the growth of lettuce and increase the yield by 17.5%， 21.67%， 40% respectively of lettuce. Compared with other fertilizers， the effect of agricultural selenium fertilizer is better， and the price of agricultural selenium fertilizer is the cheapest compared with other three selenium fertilizers. The plant factory produces selenium enriched lettuce with 0.5 mg·L-1 selenium fertilizer application.

Key words： Lettuce; Plant factory; Hydroponics; Quality; Selenium content

生菜（Lactuca sativa）属菊科莴苣属莴苣种，学名叶用莴苣。生菜属于低温型植物，喜欢冷凉气候，露地多在早春、秋季种植[1]。而植物工厂内的水培生菜则不受季节限制，四季均可种植，而且品质高，周期短，无病虫害，无连作障碍[2]，还能避免农药残留，深受人们的喜爱[3]。

硒是人体必需微量元素，是延长人类寿命最重要的矿物质营养素[4]，具有预防心血管病[5-6]、防治癌症[7]等作用，被世界科学家誉为人体微量元素中的“防癌之王”。人体缺硒易引起一系列疾病，一个地区食物和土壤中硒含量的高低与癌症的发病率有直接关系。联合国粮农组织制定了人体日常膳食硒供给量应有400 μg·d-1。中国是一个缺硒大国，2/3 的人口严重缺硒，如北京市人均摄入量仅为60 μg·d-1，东北大部分地区人均摄入量仅有10 μg·d-1，是心脏病、克山病、大骨节病的高发区。补充硒可以提高机体免疫力，有效预防各种疾病的发生，人体补充硒主要通过食用亚硒酸钠片及其强化食盐等无机药剂。大量研究表明，无机硒具有蓄积性毒性和致突变作用，使用剂量难以控制，且吸收率低、毒性大、副作用大。相比之下，有机硒具有毒性低、生物利用率高等优点，因此，近年来人们开始寻找天然有机硒化物，将其作为补硒的来源[8-9]，富硒农产品自然成了首选。增加农产品中的硒含量，进而开发富硒食品，是绿色农业发展主导趋势的需要，同时富硒农产品的开发将大大提高农产品的附加值，促进农产区地域经济的发展。依托現代化园艺设施来水培或水耕蔬菜，实现优质高产蔬菜的周年供应，正成为都市农业的一个发展趋势[10]。笔者以奶油生菜为试验材料，开展施用微量元素硒的植物工厂水培对比试验，探讨不同硒肥对生菜生长与果实品质的影响，通过合理的施用硒肥，对生菜的含硒水平与营养品质进行调控，筛选适宜的硒肥，以提高生菜的营养品质，为富硒生菜产业发展提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年4—6月在宁夏贺兰园艺产业园科研开发区植物工厂内进行，海拔1 110.14 m，年平均气温9.7 ℃，无霜期125 d左右，年日照时数2 935.5 h。

1.2 供试用水

试验水培用水为宁夏贺兰园艺产业园供自来水，pH值7.83，EC值0.80 mS·cm-1。

1.3 供试硒肥

试验所用的的硒肥有：硒酸钠（Na2SeO4），亚硒酸钠（Na2SeO3），硒代甲硫氨酸（C5H11NO2Se）和农用硒肥。农用硒肥为天津市汉邦植物保护剂有限责任公司生产的种植用有机硒素（包装规格：200 g·袋-1;硒含量≥0.5%;存在形式：有机硒，形态：固态）。

1.4 供试营养液配方

试验以改良Hoagland水培试验配方和Arnon通用微量元素营养配方[11]为基础配方，具体配方如下：Hoagland水培试验配方为Ca（NO3）2·4H2O用量1 000 mg·L-1，KNO3用量500 mg·L-1，MgSO4·7H2O 用量360 mg·L-1，NH4H2PO4用量80 mg·L-1，KH2PO4用量100 mg·L-1;Arnon微量元素营养配方为H3BO3、MnSO4 ·4H2O、ZnSO4 ·7H2O、CuSO4·5H2O、（NH4）6Mo7O24·4H2O、EDTA-2NaFe（含Fe 14%）用量依次为2.86、2.13、0.22、0.08、0.02、20.00～40.00 mg·L-1。

1.5 试验设计

生菜供试品种为‘荷兰富兰德里，种子购于北京云靴科技有限责任公司;生菜种子在充分浸湿的海绵上播种7 d后在2叶1心时移栽到育苗苗床上;在育苗床上育苗7 d后生菜出现4～5片真叶时定植到PE泡沫板栽培槽上。试验所用植物工厂长16.6 m，宽14.0 m，高2.9 m。水培使用PE泡沫板栽培槽作为水培试验装置，栽培槽长为4.8 m，宽为40 cm，深5 cm，共4层;栽培水箱长0.98 m，宽75 cm，深30 cm。试验在植物工厂内进行，光源为白色LED灯（产品名称：T8一体化植物灯管;产品型号：ZWNT84D-LED19-96;输入电压：120～240 V;额定功率：18 W;功率因数：0.9全光谱）。试验共设4个硒肥处理：T1硒酸钠，T2亚硒酸钠，T3硒代甲硫氨酸，T4农用硒肥，以0添加为对照，4种硒肥中的硒元素浓度相同，硒元素浓度均为0.5 mg·L-1，以不添加硒作为试验对照，每个处理3株，3次重复，在水培营养液中添加4种硒肥。之后每隔14 d补充1次相应的硒肥，35 d后收获，进行各项指标的测定。

1.6 测定指标与方法

1.6.1 生菜生长形态指标测定每个试验小区标记5株长势良好的生菜植株，每隔5 d测定生菜的株高、叶绿素含量、叶面积、叶片数。株高用卷尺从植株基部起测量至植株的生长点顶端。叶面积采用叶面积测量仪进行测定。叶绿素含量采用丙酮乙醇混合法测定[ 12]。

1.6.2 生菜生理指标测定干物质积累：（地上部、地下部干鲜质量）;计算根冠比：根干质量/地上部干质量。在采收前，每一床架上选取3株，称取地上、地下部鲜质量，然后采用烘干法测定干质量。丙二醛含量的测定：在植株生长盛期分别取5株植物上的叶片，采用高俊凤[13]的方法进行测量。根系活力的测定：采用TTC法，在生菜采收后测定1次[13]。电导率采用浸泡法测定。

1.6.3 生菜品质测定可溶性总糖采用蒽酮比色法测定;还原糖采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定;维生素C采用钼蓝比色法测定;可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定;氨基酸含量采用茚三酮比色法测定;淀粉含量采用蒽酮比色法测定;纤维素含量采用蒽酮比色法测定;硝酸盐含量采用水杨酸-硫酸比色法测定[14]。

1.6.4 硒元素测定各处理取5株，每株生菜采收后（根、叶）烘干，然后粉碎测定总硒含量。

1.6.5 产量测定各处理取5株，称鲜质量，然后以20颗生菜的鲜质量作为产量。

1.7 数据统计与分析

试验数据使用Excel 2003进行统计，使用DPS软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同硒肥处理对生菜株高、叶面积和叶片数的影响

如图1所示，生菜的株高随生长发育的进行而不断地长高。4月24日测量第1次数据（4月14日定植），各处理之间已有差异。随着生菜植株的生长发育，各处理之间生菜株高的差异越来越大，使用硒酸钠、亚硒酸钠和农用硒肥，明显能够促进植株的增高。在定植10 d后，T3与其他4个处理的生菜株高已经存在显著差异;定植30 d后，CK的株高与T1、T2和T4相比存在显著性差异。5月19日，T4的生菜株高最高，达到了13.7 cm;CK的生菜株高达到了12.4 cm;T3的株高最低，仅为6.1 cm，且显著低于CK。T4的生菜株高比CK的生菜株高高了10.48%。说明施用农用硒肥能够有效地促进株高的增长。

如图2所示，生菜的叶面积随时间的推移而不断增大。4月24日测量第一次数据（4月14日定植），各处理之间已有显著差异。随着生菜植株的生长发育，各处理之间生菜叶面积的差异越来越大，使用硒酸钠、亚硒酸钠和农用硒肥，明显能够增大生菜的叶面积。在定植15 d后，T3与其他4个处理的生菜叶面积已经存在显著差异;定植20 d后，CK的叶面积与T4相比存在显著性差异。5月19日，T4的生菜叶面积最高，达到了246.24 cm2;CK的生菜叶面积达到了193.3 cm2;T3的叶面积最低，仅为82.6 cm2，且显著低于CK。T4的生菜叶面积比CK的生菜叶面积高了27.39%。说明施用农用硒肥能够有效地促进生菜叶面积的增长。

如图3所示，生菜的叶片数随生长发育的进行而不断增加。4月24日测量第1次数据（4月14日定植），除CK以外的各处理之间无显著差异。随着生菜植株的生长发育，各处理之间生菜叶片数的差异越来越大，使用硒酸钠、亚硒酸钠和农用硒肥，明显能够增加生菜的叶片数。在定植15 d后，T3与其他4个处理的生菜叶片数已经存在显著差异;定植20 d后，CK的叶片数与T4相比存在显著性差异。5月19日，T4的生菜叶片数最高，达到了40片;CK的生菜叶片数达到了37.3片;T3的叶片数最低，仅为26片，且显著低于CK。T4的生菜叶片数比CK的生菜叶片数增加了7.24%。说明施用农用硒肥能够有效地促进生菜叶片数的增加。

2.2 不同硒肥处理对生菜植株叶绿素的影响

由表1可以看出，CK与T3的叶绿素a含量最高，且显著高于其他处理，分别为5.83、5.88 mg·L-1;T1的叶绿素a含量最低，为2.82 mg·L-1。CK的葉绿素b含量最高，为4.66 mg·L-1，显著高于其他处理，其他各处理之间无显著差异。T3处理的类胡萝卜素含量最高，为1.13 mg·L-1，显著高于其他处理，其他各处理之间无显著差异。CK的叶绿素总含量最高，为1.41 mg·L-1;T3次之，为1.15 mg·L-1;T1叶绿素含量最低，为0.63 mg·L-1。说明使用硒肥处理会降低生菜中叶绿素的含量。

2.3 不同硒肥处理对生菜生理指标的影响

由表2可以看出，T1的根系活力最高，T4的根系活力最低，其他3个处理之间无显著差异。CK与T3的丙二醛含量最高，分别为3.35、3.53 μmol·g-1，显著高于其他3个处理。T4的电导率最高，T3的电导率最低，分别为0.52、0.33 μS·cm-1，其他3个处理之间无显著差异。说明T4的生菜生长环境与其他4个处理相比最好，最有利于生菜的生长发育。

2.4 不同处理对生菜根系的影响

根系是生菜植株吸收养分的根本器官，其发育状况会直接影响植物的生长以及生菜的产量和品质。由表3可以看出，各处理生菜植株根系根总长表现为：T1>T4>T3>CK>T2，其中，T1的根总长与T2的根总长存在显著差异，T1根总长最长，为2 546.01 cm，T2根总长最短，仅为1 743.93 cm，T1的根总长较T2增加45.99%。T1、T3、T4处理之间无显著差异。根总表面积表现为：T3>T4>CK>T2>T1，T3的根总表面积最大，为642.27 m2，T1的根总表面积最小，为429.04 m2，T3的根总表面积比T1大了49.7%。T3与T4处理之间无显著差异。根总体积表现为：T4>T3>T2>CK>T1，T4的根总体积最大，为26.98 m3，T1的根总体积最小，仅为14.93 m3，T4的根总体积比T1大了80.71%。根平均直径表现为：T4>T3>CK>T2>T1，T4的根平均直径最大，为0.87 cm，T1的根平均直径最小，为0.76 cm，T4的根平均直径比T1大了14.47%。说明T4处理对生菜植株根系生长发育的促进效果最好。

2.5 不同处理对生菜干物质累积量和产量的影响

如表4所示，T4处理的单株叶鲜质量和叶的干物质积累量以及20株产量均最高，分别为：0.17 kg、7.32 g、3.36 kg，分别较CK提高了13.33%、33.33%、40%;T3处理的单株叶鲜质量和叶的干物质积累量以及20株产量均最低，分别为0.06 kg、3.5 g、1.16 kg。T3的单株根鲜质量和根的干物质积累量以及根冠比最大，分别为12.26 g、0.47 g、13.39%。说明T4处理能够提高生菜的干物质积累量并提高生菜的产量，进而增加生菜的经济效益。

2.6 不同处理对生菜品质的影响

如表5所示，施用硒肥能够提高生菜中的维生素C、可溶性蛋白和还原糖含量，降低生菜中的硝酸盐含量，并能显著提高生菜品质。其中，维生素C含量表现为T1>T2>T4>T3>CK，T1含量最高，为139.82 mg·100 g-1;CK含量最低，为88.73 mg·100 g-1。硝酸盐含量表现为CK>T4>T3>T2>T1，CK与其他4个处理存在显著差异。可溶性蛋白表现为T3>T4>T2>T1>CK，T3含量最高，为1.98 mg·g-1;CK含量最低，为0.94 mg·g-1。T3的氨基酸含量最高，为3.43 mg·100 g-1;T1的氨基酸含量最低，为1.54 mg·100 g-1。T4的还原糖含量最高，为44.24 mg·g-1 ;CK的还原糖含量最低，为24.24 mg·g-1，其他3个处理之间无显著差异。T1和T4的可溶性糖含量最高，分别为5.23、5.44 mg·g-1;T2的可溶性糖含量最低，为3.27 mg·g-1。淀粉含量5个处理之间无显著差异。T4的纤维素含量显著高于其他4个处理，达到了23.89 mg·g-1;T1的纤维素含量最低，为12.4 mg·g-1。综上所述，T4处理较其他处理而言，能较大程度提高生菜的品质。

2.7 不同處理对生菜中硒积累的影响

如表6所示，施用硒肥能够显著提高生菜叶和根中的硒含量，其中T3的叶和根中硒含量最高，分别为212.4、163.68 mg·kg-1 ，其可食部分叶片中的硒含量超标，不在《食品中硒限量卫生标准》范围内;CK的叶和根中硒含量最低，分别为0.48、1.81 mg·kg-1。生菜叶中的硒含量高低表现为：T3>T4>T2>T1>CK，生菜根中的硒含量高低表现为：T3>T2>T4>T1>CK。综上所述，在《食品中硒限量卫生标准》范围内，T4处理最有利于生菜中的硒积累。

3 讨论与结论

随着人们越来越重视和关注硒的生物学意义并开展了大量的研究工作，富硒食品也随之出现。施加硒能有效改善蔬菜品质，尚庆茂等[15]试验结果表明，加硒能促进水培生菜茎叶中总糖、还原糖、叶绿素、维生素C含量的提高，提高生菜的品质;王晋民等[16]研究发现，叶面施加硒，胡萝卜肉质根中总糖、胡萝卜素、粗纤维含量等均有不同程度的提高，产量也有一定程度的增加。施加硒不仅能提高蔬菜中糖含量，也能提高氨基酸含量;冯两蕊等[17]对生菜喷施加硒溶液提高了生菜可食用部位的氨基酸和维生素C含量;史衍玺等[18]试验表明，施加硒能增加结球白菜体内必需氨基酸含量和氨基酸总量，其中苯丙氨酸和精氨酸较对照分别增加1.0倍和2.5倍。由此可见，施加硒能提高蔬菜氨基酸尤其是人体必需氨基酸含量，从而提高蔬菜中优质蛋白质的合成[19]。硒主要分布在除脂肪外的所有组织中，而以肝、胰、肾、心、脾、牙釉质和指甲中含量最多。1976年召开的第1届硒在生物学和医学中作用国际学术讨论会上，推荐成人每日硒的最低需要量为60 μg，营养学专家指出，人体中血硒的含量标准值为0.11 μg·mL-1，低于此值有可能发生缺硒症[20]。中国营养学会及FAO ∕ WHO ∕ IAEA 联合专家委员会1989年正式确定人体对硒的适宜摄入量为50～250 μg·d-1，相对应的全血硒量为0.10～0.34 mg·L-1，安全剂量为400 μg·d-1，中毒剂量为800 μg·d-1[21]，由于硒的需要量与中毒量之间范围小，所以我国根据科学研究的成果制定了GB13105—1991《食品中硒限量卫生标准》，其中蔬菜中的硒限量标准为≤0.1 μg·g-1[22]。在本试验中，除硒代甲硫氨酸处理的生菜中的含硒量超标外，其他处理的生菜中的硒含量均在蔬菜的硒限量范围内。黄雪梅等[23]研究不同浓度亚硒酸钠对水培生菜富硒品质的影响，发现0.5 mg·L-1 Na2SeO3可以提高生菜中有机硒、维生素和总酚含量。卢敏敏[24]研究不同浓度硒对水培生菜品质的影响，发现低浓度硒（≤0.50 mg·L-1）提高了生菜品质，而高浓度硒（≥0.50 mg·L-1）抑制了生菜的生长并降低了生菜品质。杜振宇等[25]研究发现，我国大部分蔬菜可食用部分硒含量普遍偏低，可见开发富硒蔬菜的必要。

本试验结果表明，施用农用硒肥能够提高生菜的株高、叶面积、叶片数以及产量，分别较对照提高了10.48%、27.39%、7.24%和40%。施用硒肥均能够显著提高生菜中的硒积累量;在蔬菜的硒安全含量范围内，施用农用硒肥，生菜叶中的硒积累量最大，较对照而言，提高了43.02倍。

硒肥对植物生长的影响因硒种类的不同而有明显差异。施用农用硒肥，可显著增加生菜中维生素C的含量，并显著降低生菜中硝酸盐的含量。施用硒酸钠、亚硒酸钠和农用硒肥有效增加了生菜的营养生长与品质，其中农用硒肥处理效果最佳;施用农用硒肥可以显著增加生菜单株质量，并提高生菜的产量;施用农用硒肥也提高了生菜中的可溶性蛋白、氨基酸和纤维素的含量，但对淀粉含量无显著影响;施用硒代甲硫氨酸作为硒肥显著抑制了生菜的生长和发育，降低了生菜的产量，但是能显著提高生菜品质。

参考文献

[1] 倪水员.生菜营养价值及栽培技术[J].吉林蔬菜，2011（5）：23.

[2] 苏苑君，胡笑涛，王文娥，等.磷对水培生菜生长及矿质元素动态吸收的影响[J].中国生态农业学报，2015，23（10）：1244-1252.

[3] 潘杰.水培生菜技术研究[D].郑州：河南农业大学，2003.

[4] RAYMAGM P.The importance of selenium to human health[J].Lancet，2000，356（9225）：233-241.

[5] ZHANG X，LIU C，GUO J，et al.Selenium status and cardiovascular diseases： meta-analysis of prospective observational studies and randomized controlled trials[J].European Journal of Clinical Nutrition，2016，70（2）：162-169.

[6] BENSTOEM C，GOET ZENICH A，KRAEMER S，et al.Selenium and its supplementation in cardiovascular disease-what do we know？[J].Nutrients，2015，7（5）：3094-3118.

[7] SATHISHKUMAR P，GUF L，ZHANQ Q，et al.Flavonoids mediated ‘Green nanomaterials：A novel nanomedicine system to treat various diseases-Current trends and future perspective[J].Materials Letters，2018，210：26-30.

[8] 王莲芳，窦春霞，张连富，等.富硒食用菌中硒蛋白提取工艺研究[J].食品与发酵工业，2007，33（1）：122-126.

[9] 薛霞，可成友，于亮，等.天然有机硒的提取方法研究[J].亚太传统医药，2010，6（1）：134-138.

[10] 黄雪梅，岳顺念，王琦瑞.不同浓度亚硒酸钠对水培生菜富硒品质的影响[J].广东农业科学，2018，45（1）：29-33.

[11] 李嘉佳，宋世威，陈日远，等.不同生长阶段营养液浓度对水培生菜产量和品质的影响[J].长江蔬菜，2015（4）：29-31.

[12] 乔富廉.植物生理学实验分析测定技术[M].北京：中国农业科学技术出版社， 2002：61-68.

[13] 高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2006：59-210.

[14] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000：359-362.

[15] 尚庆茂，高丽红，李式军.硒素营养对水培生菜品质的影响[J].中国农业大学学报，1998（3）：67-71.

[16] 王晋民，赵之重，李国荣，等.硒对胡萝卜含硒量、产量及品质的影响[J].植物营养与肥料学报，2006，12（2）：240-244.

[17] 馮两蕊，杜慧玲，王日鑫.叶面喷施硒对生菜富硒量及产量与品质的影响[J].山西农业大学学报（自然科学版），2007，27（3）：291-294.

[18] 史衍玺，杜振宇，马丽，等.不同施硒方式下小白菜对硒的吸收与累积特征[J].土壤学通报，1998，29（5）：229-237.

[19] 孙发仁.富硒蔬菜的研究与开发[J].西北园艺，1999（3）：7-8.