纳米硒对豌豆芽苗生理指标与品质的影响

肖 贤， 李 丽, ， 罗延延， 汪 园， 程 华， 程水源, *

(1.武汉轻工大学 生物与制药工程学院，湖北 武汉 430023；2.武汉轻工大学 国家富硒农产品加工技术研发专业中心， 湖北 武汉 430023)

引言

【研究意义】硒是人体必需的微量元素，同时也是植物生长的有益元素[1-2]，人体缺硒将导致克山病和大骨节病，引起器官和组织退化，诱发心肌和关节病变，增加男性不育、前列腺癌、肾病等患病率[3]。我国是缺硒程度最严重的国家之一，70%以上的耕地处于缺硒状态，其中约30%严重缺硒[4]。人体无法合成硒，从植物中获取是主要途径之一，利用外源硒处理作物使其完成硒的吸收、转化和积累，提高可食用部位硒含量是缺硒地区补硒的有效方法[5]。豌豆(PisumsativumL.)是一种极具经济价值的作物，是用于粮食、蔬菜、饲料以及医药等多用途作物，含有丰富的蛋白质、淀粉、不溶性膳食纤维、低脂肪，以及各种矿物质和维生素，是我国重要的豆类作物之一[6-7]。芽苗菜是保健类食品，因培育方式简便、经济、可控性强、培养周期短等优势常被用作植物硒转化载体。豆类种子发芽过程因系列的生理、生化反应，营养物质结构可得到优化，同时活性成分的含量也增多，更有利于人体健康。大部分豆科植物富集硒的能力强，将豌豆种子发芽后通过硒强化用以培育新型的富硒豌豆芽苗菜，可作为高效的补硒产品，用于改善缺硒人群的健康状况。【前人研究进展】HOSSAM[8]通过盆栽试验发现，硒酸钠叶施处理有助于改善盐胁迫对豇豆生长、产量以及生化性状造成的负面影响。DANIELA等[9]研究表明，亚硒酸钠浸种处理能有效提高鹰嘴豆的总异黄酮含量、苯丙氨酸解氨酶活性与抗氧化能力。DAI等[10]研究发现，亚硒酸钠基施处理可显著提高水稻对硒的吸收，5 mg/kg以下的低浓度硒能促进植株生长、提高水稻产量、增强抗氧化酶活性，水稻中的主要硒形态为硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸。【研究切入点】前人研究多集中于以毒性强的无机硒(亚硒酸钠和硒酸钠)为外源硒，而关于毒性低、易吸收的纳米硒在豆科植物方面的研究报道尚少。目前，植物富硒的机理尚未完全阐明。【拟解决的关键问题】因此，探明生物纳米硒[11]对豌豆芽苗的生长、品质、抗氧化酶活性和组织中硒含量的影响，为豌豆芽苗的高效富硒栽培方法的建立、富硒代谢机理的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

豌豆(PisumsativumL.)品种为湖北大菜豌，购自于市场；生物纳米硒，购自湖北省农业科学院；维生素C检测试剂盒，购自南京建成生物工程研究所。

1.2 试验设计

试验于2019年12月2—20日在武汉轻工大学人工气候箱中进行。生物纳米硒用量设置10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L 4个处理，以不施纳米硒为对照，每个处理3次重复。育苗盘放置在以上4个处理和对照处理的溶液中进行水培。

1.3 试验过程

水培试验采用长宽高34 cm×25 cm×4.5 cm、孔径0.3 cm×0.3 cm的育苗盘，盘中溶液体积1 L。培养芽苗时，蒸馏水浸泡后挑选颗粒饱满的豌豆种子播种于育苗盘中，盖上纱布(保持纱布湿润，豆苗出芽1 cm后取出纱布)，放置于人工气候培养箱中培养，底盘中的溶液2 d更换1次。培养箱参数设置[12]：24℃光照16 h、20℃黑暗8 h，相对湿度为40%，光通量密度为300 μmol/(m2·s)。从培养到收获约为18 d，此时芽苗已达商品收获时期。采收后样品进行分装保存用于相关指标测定。

1.4 测定项目及方法

生物量测定采用鲜重称量法，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量采用分光光度法测定[13]，维生素C含量采用试剂盒法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[13]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[13]，总黄酮含量采用分光光度法测定[14]，谷胱甘肽(GSH)含量采用分光光度法测定[15]，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定[13]，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[13]，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法测定[13]，总硒含量采用原子荧光光谱法测定[16]。

1.5 数据处理

利用Excel 2013和DPS 7.05对试验数据进行统计分析，所有数据用平均值±标准误表示，采用Duncan新复极差法(P<0.05)检验试验数据的差异显著性，应用Origion 9.0绘图。

2 结果与分析

2.1 纳米硒处理豌豆芽苗的生物量及色素含量

由表1可知，10 μmol/L、20 μmol/L和40 μmol/L纳米硒处理组的生物量较对照分别显著增加23.1%、23.4%和14.8%；80 μmol/L纳米硒处理后，生物量比对照有所下降，降幅为17.3%，表明高浓度纳米硒处理对豌豆芽苗生长有显著的抑制作用。40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理显著提高豌豆芽苗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，与对照相比，40 μmol/L纳米硒处理下3种光合色素含量分别提高57.0%、54.7%和38.5%，80 μmol/L纳米硒处理后各色素含量较对照分别增加82.1%、75.4%和59.1%。

表1 纳米硒处理豌豆芽苗的生物量及色素含量

2.2 纳米硒处理豌豆芽苗的品质

2.2.1 维生素C 由图1A可知，与对照相比，20 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的维生素C提升效果显著，分别提高127.9%和80.7%；10 μmol/L和40 μmol/L纳米硒处理的分别提高51.4%和47.8%，但未达显著性差异水平。

2.2.2 可溶性糖 由图1B可知，与对照相比，10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的可溶性糖含量分别增加101.9%、33.4%、23.5%和35.8%，其中10 μmol/L纳米硒处理的增加显著。

2.2.3 可溶性蛋白 由图1C可知，与对照相比，10 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的可溶性蛋白含量增加，分别提高41.3%、48.7%和105.1%，其中以80 μmol/L纳米硒的处理效果最佳，较对照差异显著；20 μmol/L纳米硒处理的可溶性蛋白含量有所降低，降幅为14.3%，但差异不显著。

2.2.4 总黄酮 由图1D可知，与对照相比，10 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的总黄酮含量提高24.4%，达显著差异；20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理分别降低5.4%、5.1%和1.6%，差异不显著。

注：不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)，下同。

2.3 纳米硒处理豌豆芽苗的GSH含量及抗氧化酶活性

2.3.1 GSH 由图2A可知，与对照相比，40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的GSH含量提升效果最佳，增幅分别达52.8%和64.6%，差异达显著水平；10 μmol/L和20 μmol/L纳米硒处理的GSH含量差异不显著，但分别比对照提高21.3%和26.8%。

2.3.2 SOD 由图2B可知，40 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的SOD活性比对照提高7.3%，差异达显著水平；其他浓度纳米硒处理的SOD活性与对照相比差异均不显著，其中，10 μmol/L纳米硒处理的SOD活性较对照提高5.2%，20 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理的SOD活性较对照分别降低1.3%和2.2%。

2.3.3 POD 由图2C可知，与对照比，40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理均能显著提高豌豆芽苗的POD活性，增幅分别达36.0%和71.9%；10 μmol/L和20 μmol/L纳米硒处理的分别降低16.0%和12.0%，差异不显著。

2.3.4 CAT 由2D可知，与对照比，40 μmol/L纳米硒处理豌豆芽苗的CAT活性提高49.7%，差异达显著水平；80 μmol/L纳米硒处理的显著降低，减幅为22.9%；10 μmol/L和20 μmol/L纳米硒处理的分别降低4.2%和9.3%，差异不显著。

图2 纳米硒处理豌豆芽苗的GSH含量及抗氧化活性

2.4 纳米硒处理豌豆芽苗的硒含量

由图3可知，纳米硒处理豌豆芽苗地上部和地下部的总硒含量均呈一定的剂量效应，随着外源硒施用浓度的增加，植株体内硒含量逐渐增加。其中，10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L和80 μmol/L纳米硒处理的地上部总硒含量分别是对照的3.52倍、4.85倍、6.44倍和7.77倍，差异达显著水平；各处理豌豆芽苗地下部总硒含量较对照含量增加更明显，分别是对照的14.89倍、26.52倍、52.22倍和110.05倍。就植株不同部位而言，根部比茎叶等地上部器官对纳米硒的累积能力更强，含量更高，但二者对不同浓度纳米硒处理的响应方式一致。

图3 纳米硒处理豌豆芽苗的硒含量

3 讨论

适宜浓度的外源硒处理对植物根系的生长、产量的提高、光合作用能力的改善等有明显促进作用。10～40 μmol/L纳米硒处理可显著提高豌豆芽苗的生物量，促进芽苗生长，而高浓度80 μmol/L却表现明显的抑制作用。史祥宾等[17]研究表明，采用氨基酸硒溶剂1 000～4 000倍喷淋处理时，100～1 000倍浸种与300～1 000倍浸种可分别提高黄豆和绿豆芽的生物量，促进胚轴、胚根的伸长。叶绿素含量是衡量植物光合作用的重要指标。MONICA等[18]研究发现，施用纳米硒可提高番茄叶片中光合色素含量，并有助于维持高盐胁迫条件下番茄植株的光合作用能力。但硒浓度过高将造成类囊体膜的损伤，影响光合色素合成，降低光合水平。试验中10～80 μmol/L纳米硒处理均能促进叶片中光合色素积累，且80 μmol/L纳米硒处理后叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量最高，但与其他硒处理组差异不明显。可见，一定浓度(10～40 μmol/L)纳米硒处理能明显改善豌豆芽苗的光合作用，促进其生长，高浓度80 μmol/L纳米硒对其生长有一定的抑制作用，但并未对其造成严重危害。

维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和总黄酮含量是园艺作物(蔬菜和果树)产品器官的重要营养指标。有研究表明，外源亚硒酸钠硒处理可提高豇豆豆荚中的可溶性糖和蛋白质含量[8]，也能有效提高鹰嘴豆中的异黄酮含量[9]。本研究显示，不同浓度纳米硒处理对于豌豆芽苗营养成分的含量有不同程度的提升作用。其中，低浓度的纳米硒水培处理可有效增加维生素C、可溶性糖和总黄酮的含量；而可溶性蛋白含量则在高浓度(80 μmol/L)处理下达到最大值，且显著高于其他处理。可溶性糖是重要的细胞渗透调节物质，而维生素C(抗坏血酸)和黄酮类是重要的非酶类抗氧化物质，这些物质通过不同途径，均可在一定程度上改善细胞的氧化还原状态，进而提高植物的耐硒富硒能力。

培育富硒豌豆芽苗菜，其体内硒含量是重要的品质衡量指标。WANG等[19]研究表明，亚硒酸钠、硒酸钠、硒代蛋氨酸和化学纳米硒分别在小麦开花期(30 g/hm2)和玉米喇叭口期(60 g/hm2)进行叶施处理后，小麦和玉米的籽粒、秸秆、根系以及壳/穗轴等不同组织中的硒含量显著提高；HU等[20]发现，0 μmol/L、5 μmol/L、10 μmol/L、15 μmol/L和20 μmol/L亚硒酸钠、化学纳米硒和生物纳米硒处理下，小麦根系对硒的吸收能力随外源硒浓度的增加而增强。本研究中，纳米硒处理后豌豆芽苗的地上部和地下部总硒含量显著增加，且与施加的外源硒浓度成正相关关系，地上部与地下部的变化趋势一致，但地下部硒含量明显高于地上部，推测豌豆芽苗水培过程中，根系在吸收纳米硒后可能大部分未能及时转移至地上部，而在根部原位贮存或转化成其他硒形态如硒代蛋氨酸，只有极少数运输到地上部参与进一步代谢反应。

4 结论

一定浓度纳米硒处理可促进豌豆芽苗生物量的积累，改善光合作用，提升芽苗的营养品质，提高抗氧化酶活性，增加芽苗的硒含量，是培育功能性富硒芽苗菜的有效方法。综合各因素考虑，以40 μmol/L纳米硒处理的效果最佳。