喷施纳米硒对谷子幼苗生理特性及农艺性状的影响

刘雨杉，许佳昕，尹美强，温银元，孙 敏，张毓宜，石 尧

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

硒（Selenium，Se）是稀有元素，不仅能提高人体免疫力，还能预防大部分心脑血管疾病[1]，但硒作为人体必需元素只能从食物中摄取，因此，植物体内转化生成的有机硒便成为人体硒的直接来源[2]。

国内外越来越多的研究表明，硒对植物的生长发育具有重要影响。唐巧玉等[3]研究表明，添加适量硒对大豆苗期生长发育有一定的促进作用，株高随硒肥浓度的升高而增加。钟松臻等[4]研究发现，外源硒提高了水稻和杏鲍菇抗氧化酶SOD、POD、CAT活性，降低了膜脂过氧化物质MDA 含量。周进财等[5]、刘新伟等[6]研究表明，亚硒酸盐显著提高油菜幼苗SOD、POD 和CAT 活性，同时显著降低根系的MDA 含量。此外，脯氨酸作为重要的渗透调节物质，是植物抗逆性的重要指标之一[7]。

谷子（Setaria italica）起源于我国，是世界上最早出现的栽培农作物之一，作为一种药食两用的优质杂粮，具有耐寒、耐旱等特点，富含多种人体所必需的营养物质且易吸收[8]。研究发现，适量的外源硒对谷子生理特性提升、营养品质改善和产量提高具有促进作用，也有利于富硒功能食品谷子的生产[9]。

本试验采用盆栽试验，以张杂谷10 号和晋谷45 号幼苗为试验材料，喷施不同用量纳米硒，对株高、茎粗和干物质量以及7 d 内抗氧化酶活性、MDA和脯氨酸含量进行分析，探究谷子幼苗生长发育和过氧化酶系统对硒的响应，为富硒谷子优良品种选育提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试谷子品种为张杂谷10 号、晋谷45 号，均由山西农业大学农学院谷子栽培课题组提供。试验硒肥是苏州硒谷科技有限公司生产的纳米硒。

试验土质为丹麦品氏泥炭土（pH 值6.0），内含硝态氮0.78 g/kg、铵态氮0.56 g/kg、磷（P2O5）1.53 g/kg、钾（K2O）2.64 g/kg、镁（MgO）0.28 g/kg。

1.2 试验方法

本试验为盆栽试验，于2019 年7—8 月在山西农业大学农学院植物生理实验室进行。2019 年7 月6 日播种，选用37 cm×30 cm×8 cm 塑料种植盆，每个品种播种4 盆，每盆播种完整饱满的种子144 粒，共8 盆。谷子出苗后三叶期（2019 年7 月19 日）喷施硒肥，设置3 个喷硒量，分别为15（T1）、30（T2）、45 g/hm（2T3），以喷施同体积清水为对照（CK）。培养期均以自来水浇灌，每次浇水量保持一致，除硒肥外不追施任何营养物质。培养于RDN 型人工气候箱中，培养条件为温度25 ℃，相对湿度45%，光照22 000 lx，昼/夜14 h/10 h。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状调查 谷子喷硒7 d 后，测定株高、茎粗，后将地上部分与地下部分分开，清水冲洗干净，于80 ℃烘箱烘干48 h，测定其干质量。10 个重复。

1.3.2 生理指标测定 于谷子喷硒1、3、5、7 d 后，取谷子倒二叶鲜样，参考文献[10]的方法进行SOD、POD、CAT活性及MDA、脯氨酸含量测定。3 次重复。

1.4 统计分析

数据采用SPSS 19.0 软件进行统计分析及多重比较，采用Microsoft Excel 2010 软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同施硒量对谷子幼苗农艺性状的影响

叶面喷施不同用量硒肥能提高张杂谷10 号、晋谷45 号幼苗的株高、茎粗。由表1 可知，在施硒量为30 g/hm2（T2）处理下，2 个品种的株高均达到最大，较对照分别增加了17.39%和12.36%，且与对照相比差异显著（P＜0.05）。T2 处理下2 个品种的茎粗也均达到最大，较对照分别增加了16.92%和12.23%，其中，张杂谷10 号与对照相比差异显著（P＜0.05），晋谷45 号与对照未达到显著水平。

表1 不同施硒量对谷子幼苗农艺性状的影响

硒肥对不同品种谷子地上部与根部的影响程度不同。2 个品种地上部干质量和总干质量均在施硒量30 g/hm2（T2）处理达到最大，且差异极显著（P＜0.01）。而根系干质量均在施硒量为15 g/hm2（T1）时达到最大，且差异极显著（P＜0.01）。说明硒肥对谷子总干质量的影响与对地上部干质量影响一致。

综上所述，苗期叶面喷施30 g/hm2（T2）的硒肥，有利于谷子幼苗株高、茎粗的增加和干物质积累，促进谷子生长发育。

2.2 不同施硒量对谷子幼苗抗氧化酶活性的影响

由图1 可知，不同施硒量处理张杂谷10 号和晋谷45 号的幼苗SOD 和POD 活性均在T2 处理时最大，CAT 活性在T1 处理时最大，且均在T3 处理时活性最小。说明外源硒处理低用量促进、高用量抑制。值的注意的是，SOD 活性在1～3 d 缓慢增强，3～5 d 快速提高，5 d 后达到最大，而后趋于稳定；而POD 和CAT 活性则在1～3 d 快速提高，3 d时达到最大，而后呈下降趋势。说明谷子抗氧化系统前期由SOD 发挥作用，而后由POD 和CAT 发挥抗氧化作用。综合2 个谷子品种，晋谷45 号的抗氧化酶活性优于张杂谷10 号。

2.3 不同施硒量对谷子幼苗过氧化产物的影响

由图2 可知，叶面喷硒处理下相较于对照组降低了谷子幼苗丙二醛（MDA）的含量，其中，张杂谷10 号在T2 处理下MDA 含量最低，晋谷45 号在T3处理时最低，但各处理间差异不显著。7 d 内MDA含量呈先降低后升高趋势，均在5 d 时达到最低，此时晋谷45 号的MDA 含量低于张杂谷10 号。说明喷硒提高了谷子对膜脂过氧化产物的清除效率且未对幼苗造成伤害，且晋谷45 号对膜脂过氧化物的清除能力优于张杂谷10 号。

2.4 不同施硒量对谷子幼苗渗透调节物质的影响

脯氨酸是一种理想的渗透调节物质。由图3 可知，在T1 和T2 处理后7 d 内，脯氨酸含量先降低后升高，其中，张杂谷10 号在T1 处理后5 d 脯氨酸含量最低，较对照减少了32.61%；晋谷45 号在T2 处理后3 d 脯氨酸含量最低，较对照减少了34.12%。而T3 处理和对照的脯氨酸含量在7 d 内持续增加，表明高施硒量对谷子造成胁迫，促使幼苗体内脯氨酸含量的积累，以此来维持渗透平衡和细胞膨压，保护膜系统免受逆境伤害。值得注意的是，晋谷45 号在硒处理后更为敏感，随施硒量增加，脯氨酸含量变幅较大。

3 结论与讨论

适量外源硒肥可促进植株生长发育。适量浓度硒肥处理增加了黄瓜植株的根干质量，而较高水平硒处理下抑制生长[11]。仰路希等[12]、YIN 等[13]研究结果表明，硒对人参菜和水稻的株高、根长及生物量均有低浓度促进、高浓度抑制的效果。本试验结果表明，T2 处理为最佳施硒量，谷子幼苗的株高、茎粗、干物质量均显著提高，T1 处理促进效果次之，T3 处理抑制幼苗生长。这与万鹰昕等[14]、LIU 等[15]、缪树寅等[16]的研究结果一致，外源硒肥可促进水稻、小麦的生长，而过量的硒肥会抑制植株生物量的积累。

抗氧化酶系统是植物体内保持正常生理功能的重要调节系统，其主要作用是保护细胞膜结构功能的完整性。SOD 可以特异将植物体内的活性氧转化为H2O2，POD 和CAT 可以进一步清除H2O2，防止膜脂过氧化产生MDA[17-18]。王永会等[19]研究表明，0～45 g/hm2硒处理下，SOD、POD 活性随着施硒量的增加呈先升高后降低的趋势。芦文杰等[20]研究发现，适量硒可显著提高PEG 胁迫下谷子的SOD、POD 活性，降低MDA 含量。穆婷婷等[21]研究表明，谷子不同生育时期SOD、POD 活性均随外源硒浓度的增加呈现先升高后降低趋势。本试验中发现，谷子的SOD、POD、CAT 活性随施硒量的升高呈先升高后降低趋势，MDA 含量呈先降低后升高趋势，这与前人研究结果一致。值得注意的是，叶面喷施后3～5 d，SOD 活性显著升高而后平缓，而POD 和CAT活性在1～3 d 快速上升，3～5 d 显著下降，而后平缓；表明SOD 作为抗氧化系统的第一道防线，而后由POD 和CAT 发挥抗氧化作用。

脯氨酸作为重要的渗透调节物质，在植物体内游离脯氨酸含量反映了植株应对逆境的生理变化情况，逆境胁迫强或早衰的植株体内脯氨酸含量高。因此，测定脯氨酸含量可以作为反映氧化衰老的生理指标[21]。施过量硒肥可提高花椰菜苗期脯氨酸的含量，产生保护和抵抗性状，增强植物抗逆性[22]。本试验结果表明，施硒肥15、30 g/hm2处理下，2 个品种谷子幼苗叶片脯氨酸含量在7 d 内呈先降低后升高趋势，说明低用量硒处理后即可增强抗逆性，延缓谷子衰老，这与穆婷婷[23]与宋家永等[24-25]研究结果相似，说明低用量硒处理后有利于提高幼苗存活率，促进谷子幼苗生长。

本研究以张杂谷10 号和晋谷45 号为试验材料，当外源纳米硒用量为30 g/hm2（T2）时，对谷子幼苗的生长促进效应最强；7 d 内抗氧化酶活性发现，SOD 作为第一道抗氧化防线先发挥作用，随后由POD 和CAT 发挥功效，且外源硒低用量促进、高用量抑制；硒肥降低了MDA含量，在7 d 内呈现先降低后极速升高的趋势，且各处理间无显著差异；低用量硒肥降低脯氨酸含量，而高用量硒肥对谷子幼苗造成胁迫。晋谷45 号的各生化指标均优于张杂谷10 号，晋谷45 号可作为富硒谷子选育的材料。