有机硒对绿豆萌发及叶部生理指标的影响

李亚茹，孙浩月，张琦，吴洪斌，夏春阳，杜吉到，2，3，李玉梅，李建英

（1.黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319；2.国家杂粮工程技术研究中心；3.黑龙江省盐碱地改良工程技术研究中心；4.黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所；5.黑龙江省农业科学院大庆分院）

硒是人体不可缺少的元素之一，参与构成很多酶类[1]，具有抗癌、防癌、预防心脑血管疾病、抗衰老及提高人体免疫力等作用[2]。硒在自然界的存在形态主要分为无机硒和有机硒两种。无机硒人和动物一次吸入量达1 g就会发生中毒现象。有机硒一般为蛋白形态硒，可以被生物体直接吸收利用，是人和动物补硒的安全硒源。研究发现，我国有2/3地区属于缺硒地区，黑龙江省属于缺硒地区之一[3]。

硒对作物的生长发育也有重要的影响。何士敏[4-5]及周大寨[6]等研究表明，适宜的硒溶液浸种可以提高种子的发芽率、发芽势、单株鲜重、发芽指数和活力指数，浓度过大时会抑制种子的萌发；李登超[7]、王永会[8]及穆婷婷等[9]研究表明，硒可提高不同植物叶部的SOD、POD和CAT的活性，增加可溶性糖、可溶性蛋白质的含量，降低MDA和脯氨酸含量；陈彪等[10]研究表明叶面喷施硒可以有效提高干旱胁迫下烤烟叶片的叶绿素含量及叶片的光合能力；韩昌烨[11]及张小红等[12]研究表明叶面喷施硒肥可提高产量及果实中硒的含量。

黑龙江省大庆市属于风沙干旱且缺硒地区，绿豆是本地区的特色栽培作物。有机硒是最安全、有效的作物补硒方式。目前，关于有机硒对绿豆的种子萌发、生长发育及产量品质等方面影响的报道较少，研究拟通过不同浓度的有机硒浸种和叶面喷施，揭示有机硒对绿豆种子萌发、叶片生理指标及产量的影响，为利用有机硒生产富硒绿豆提供依据。

1 试验与方法

1.1 试验材料

供试绿豆品种：小明绿，由国家杂粮工程技术研究中心提供。

供试试剂：有机硒（Organic Selenium，缩写为OSe），由黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所提供，硒代氨基酸含量为2 000 mg·L-1，专利号：2015104676450。

1.2 试验方法

1.2.1 有机硒对绿豆种子萌发的影响

试验采用浸种处理，共设5个处理，C0为蒸馏水对照，C1为2 mg·L-1（指硒代氨基酸含量，以下同）有机硒，C2为20 mg·L-1有机硒，C3为200 mg·L-1有机硒，C4为2 000 mg·L-1有机硒。挑选籽粒饱满且大小均匀的绿豆种子，用10%的次氯酸钠消毒5 min后用蒸馏水冲洗3次，分别用以上各处理液浸泡清洗后的绿豆种子，处理液没过绿豆种子1 cm，浸泡时间12 h，然后放入12 cm边长的正方形发芽盒中，在25℃恒温培养箱中进行萌发培养。每个处理设置4次重复，每次重复25粒种子，种子上下各铺2层滤纸，每盒添加10 mL蒸馏水。用称重法每天补充蒸馏水。每天调查发芽数并每盒随机挑选5粒种子测量胚根长度，培养7 d后，每处理随机取样5个进行根系扫描。

1.2.2 有机硒对绿豆苗期叶部光合生理指标的影响

试验采用室内桶栽方法，苗期叶面喷施有机硒，共设4个处理，P0为蒸馏水对照，P1为26.67 mg·L-1有机硒，P2为40.00 mg·L-1有机硒，P3为53.33 mg·L-1有机硒。培养基质为田间土、草炭土及蛭石（2∶1∶1）充分混匀，塑料桶高15 cm，直径16 cm，每个处理种3桶，每桶种9粒种子，在昼夜温度为25℃/15℃、光/暗为12 h/12 h的人工气候室内生长，每隔3 d用称重法进行补水。待真叶露出后间苗，挑选生长一致的幼苗每盆留苗3株。待真叶完全展开后按以上处理条件进行叶面喷施，在喷施后3h测量叶部光合指标。

1.2.3 有机硒对绿豆花荚期叶部生理指标及产量的影响

试验采用大田花期叶面喷施处理，共设4个处理，T0为蒸馏水对照，T1为26.67 mg·L-1有机硒，T2为40.00 mg·L-1有机硒，T3为53.33 mg·L-1有机硒。试验在大庆市和平牧场的绿豆生产田中进行，试验地为新开垦的风沙土地，土势平坦，pH值8.44，有机质含量21.00 g·kg-1，盐总量0.10%，碱解氮108.00 mg·kg-1，有效磷10.50 mg·kg-1，速效钾180.00 mg·kg-1，硒含量0.11 mg·kg-1。在绿豆苗期选择保苗均匀、生长一致的地块进行划区，采用随机区组设计，小区为5 m行长，6行区，区间过道1 m，3次重复。在开花期进行喷施不同浓度有机硒处理，每公顷用液量为225 L，喷施后第10、20 d及30 d进行叶部取样，连续摘取5株绿豆的倒3叶，用蒸馏水冲洗干净后迅速放入液氮中冷冻，样品带回实验室后置于-40℃条件下保存待测。试验地其他管理同常规。绿豆成熟后进行全区收获测产，每小区连续取样10株室内考种。

1.3 指标测定方法

1.3.1 种子萌发指标[14]

发芽指数=（GI）=∑（Gt/Dt），式中Gt为t日内的发芽数，Dt为相应的发芽天数

活力指数（VI）=GI×G，式中GI为发芽指数，G为芽长

1.3.2 光合指标测定

采用多功能植物测量仪Multispe Q测定苗期真叶的光合生理指标[14-15]。

1.3.3 抗氧化相关指标测定

超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑法测定[16-17]；过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶活性及可溶性糖含量测定参照李合生[17]的方法；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定[18]。

1.3.4 渗透调节物质测定

可溶性糖含量测定参照李合生[17]的方法；可溶性蛋白含量测定参照邹琦[19]的方法；脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸[16，20]。

2 结果与分析

2.1 有机硒对绿豆萌发的影响

由表1可知，不同浓度的有机硒浸种处理对绿豆种子的萌发影响不同。与对照C0相比，C4处理显著降低了绿豆种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数；发芽势与发芽率在除C4以外的处理之间差异不显著；C3处理的发芽指数及活力指数显著地低于C0、C1和C2；C0、C1及C2发芽指数相同，活力指数C0与C2基本相同，C1略大于C0但未达显著水平。当有机硒浓度为2 mg·L-1时对绿豆种子萌发的活力指数有促进的趋势，当有机硒浓度为20 mg·L-1时与对照间基本相同，当有机硒浓度为200 mg·L-1时的发芽指数和活力指数显著低于对照，当有机硒浓度为2 000 mg·L-1种子几乎不能萌发。以上结果说明适宜浓度的有机硒会促进绿豆种子的萌发，高浓度的有机硒会抑制萌发。

不同浓度有机硒浸种对绿豆萌发7 d后的根部指标影响如表2所示。C4、C3处理下的总根长、根系表面积及体积均显著低于C0；C1的总根长、根表面积及根体积均显著高于C0，分别提高了9.33%，22.11%和38.82%；C2的各项指标与C0差异不显著，C2与C1间的差异也不显著。由此可见，2 mg·L-1有机硒浸种能够显著促进绿豆萌发期根部的生长，处理浓度达到200 mg·L-1时将产生显著的抑制作用。

表2 有机硒对绿豆萌发期根部指标的影响Table 2 Effects of OSe on root indexes of mung bean during germination

2.2 有机硒对苗期叶部光合生理指标的影响

苗期叶面喷施不同浓度有机硒后，叶部光合指标的变化如表3所示。叶绿素是与光合作用密切相关的一种光合色素，施用有机硒后绿豆叶片相对叶绿素含量的变化为P1>P0>P2>P3，P2与P3的相对叶绿素含量出现了下降趋势，但各处理间无显著差异，说明不同浓度的有机硒肥未对绿豆苗期的相对叶绿素含量产生显著影响；光合系统II的有效量子产量（ΦPSII）是当前光照时间节点的实际光合效率/实际叶绿素荧光量子产量，反应植物光系统在当前光照下当前时间节点光能转换效率，反应了叶片的实际光合速率[17]，施用有机硒后绿豆叶片ΦPSII的变化表现为P1>P0>P2>P3，各处理之间差异不显著，这一趋势与叶绿素含量的变化趋势一致，说明叶面喷施有机硒对绿豆叶面的光合速率影响不大；调节性能量耗散的量子产量（ΦNPQ）是光保护的重要指标，施用有机硒后绿豆叶片ΦNPQ表现出P3>P2>P1>P0，P3显著高于P0，可知叶面喷施有机硒能够提高叶片的光保护能力；非调节性能量耗散的量子产量（ΦNO）是光损伤的重要指标，施用有机硒后绿豆叶片ΦNQ表现出P0>P2>P1>P3，表明叶面喷施有机硒能减轻叶片的光损伤，这一结果也与ΦNPQ指标的结论相一致，说明叶面喷施有机硒可以减轻叶片的光损伤，提高叶片的光保护能力。

表3 有机硒对绿豆苗期叶部光合生理指标的影响Table 3 Effects of OSe on photosynthetic physiological indexes of mung bean seedlings

2.3 有机硒对绿豆花荚期叶部生理指标的影响

绿豆花期叶面喷施不同浓度有机硒后叶片可溶性糖含量的变化如图1所示。总体来看，随着喷施后时间的推移，不同处理条件下叶片可溶性糖含量呈逐渐上升的趋势，这可能和绿豆自身的生育进程特点有关；喷施后第10 d，T2、T3处理显著高于对照T0，较对照T0提高了20.60%和18.82%，T1、T2及T3处理间未达到差异显著；喷施后第20 d，T1、T2处理与对照T0达到差异显著，分别较对照T0提高了20.19%、25.88%；喷施后第30 d，T1、T2及T3处理均显著高于对照T0，分别较对照T0提高了28.95%、37.94%和26.37%。叶面喷施有机硒能够促进可溶性糖含量的积累，喷施浓度为40.00 mg·L-1时效果最好，与T0差异显著，喷施浓度超过53.33 mg·L-1时，叶片中可溶性糖的含量虽然仍显著地高于T0，但与40.00 mg·L-1的喷施浓度相比，出现了下降的趋势。说明适宜浓度的有机硒可促进绿豆叶片可溶性糖的积累，高浓度的有机硒会降低这种积累的趋势。

图1 有机硒对绿豆花荚期叶片可溶性糖含量的影响Fig.1 Effects of OSe on soluble sugar content in mung bean leaves at the early flowering stage

由图2可知，绿豆花期叶面喷施不同浓度有机硒后可溶性蛋白含量总体上随时间的推移呈上升趋势，与可溶性糖的变化趋势类似。喷施后第10 d，T1、T2及T3处理显著高于对照T0，分别较对照T0提高了78.97%、77.78%及72.31%，T1、T2及T3处理间差异不显著；喷施后第20 d，各处理间趋势同喷施后第10 d；喷施后第30 d，T1显著高于对照T0，较对照提高了34.20%，T2、T3处理与对照T0虽为达到差异显著，但均高于对照T0。叶面喷施有机硒能够促进绿豆叶片可溶性蛋白含量的增加，喷施20 d后的效果最显著，喷施浓度为26.67 mg·L-1时效果最显著。

图2 有机硒对绿豆花荚期叶片可溶性蛋白含量的影响Fig.2 Effects of OSe on soluble protein content in mung bean leaves at the early flowering stage

绿豆初花期叶面喷施不同浓度有机硒对绿豆叶片SOD活性的影响如图3所示，总体上随着时间的推移呈上升趋势，在同一时间点的不同处理间，叶片中SOD的活性随有机硒浓度的增加呈先上升后下降的趋势。喷施后10 d，各处理间均较对照T0有所增加，T0与T1、T3间差异不显著，T2处理下的SOD的活性达到最大值，与T0达到差异显著差异，提高了17.13%；喷施后20 d，T0与T1、T3未达到差异显著，但与T2达到差异显著；喷施后30 d，各处理间差异均未达到显著水平，但T1、T2与T3分别较T0提高了1.22%、1.87%和1.30%。叶面喷施有机硒可以提高绿豆叶片SOD活性，增强其抗氧化能力，延缓叶片衰老，利于光合产物的积累。

图3 有机硒对绿豆初花期叶片SOD活性的影响Fig.3 Effects of OSe on SOD activity in mung bean leaves at the early flowering stage

由图4可知，绿豆花期叶面喷施不同浓度有机硒对其叶片POD活性的影响与SOD活性相类似，均是随着喷施后时间的推移，呈上升趋势，在同一时间点的不同处理间，POD的活性有随着处理浓度的增加呈先上升后降低的趋势。喷施后10 d，T0与T1间差异不显著，T2与T3间差异不显著，T2、T3与T1间差异显著，分别提高了33.69%和27.60%；喷施后20 d，各处理间均达到了显著差异，T1、T2和T3分别比T0提高了38.01%、78.33%和-19.89%；喷施后30 d，T1、T2和T3间差异不显著，但与T0间差异显著，分别提高了30.55%、47.15%和44.85%。叶面喷施硒肥可促进大豆叶片的POD活性增强的，延缓大豆植株的衰老，POD的活性随有机硒处理浓度的增加呈先上升后下降的趋势。

图4 有机硒对绿豆初花期叶片POD活性的影响Fig.4 Effects of OSe on POD activity in mung bean leaves at the early flowering stage

由图5可知，绿豆叶面喷施不同浓度有机硒对过氧化氢酶活性的影响有所不同，随着喷施后时间的推移和在同一时间点不同处理间，均呈先上升后下降的趋势。喷施后10 d，T1处理显著高于T0、T2和T3，分别提高了51.71%、89.29%和90.94%，对照T0略高于T2、T3处理；喷施后20 d和30 d，T1处理显著高于T2、T3处理，分别较T2、T3处理提高了39.68%、48.83%、31.77%和41.80%。绿豆叶面喷施适宜浓度的有机硒能够增加绿豆叶片CAT活性，提高抗氧化能力。

图5 有机硒对绿豆初花期叶片CAT活性的影响Fig.5 Effects of OSe on CAT activity in mung bean leaves at the early flowering stage

由图6可知，绿豆花期叶面喷施不同浓度有机硒对MDA含量的影响与SOD及POD的活性有所不同，虽然均是随着喷施后时间的推移，呈上升趋势，但在同一时间点的不同处理间，MDA的含量有随着处理浓度的增加呈先下降后上升的趋势。喷施后10 d，各处理之间差异不显著，其中T2值最低，较T0下降了6.80%；喷施后20 d，各处理之间差异仍不显著，喷施后的各处理均低于T0，T2值最低，较T0降低了3.77%；喷施后30 d，各处理的MDA值均低于T0，T1、T3与T0间差异不显著，T2与T0间差异显著，MDA值降低了6.43%。绿豆叶面喷施适宜浓度的有机硒能降低MDA含量，降低绿豆叶片细胞膜质过氧化程度，减轻细胞膜受到的伤害，延缓叶片衰老。

图6 机硒对绿豆初花期叶片MDA含量的影响Fig.6 Effects of OSe on MDA activity in mung bean leaves at the early flowering stage

叶面喷施有机硒后绿豆叶片的脯氨酸含量如图7所示，随着取样间隔时间的延长，绿豆叶片中的脯氨酸含量呈升高的趋势，这可能与所处的外界环境条件有关。同一时间点内各处理间均表现为随着叶面喷施有机硒浓度的增加，叶片脯氨酸的含量呈先上升后下降的趋势，T2的脯氨酸含量在不同时间点均最高且显著高于T0。喷施后10 d，T0与T1、T2和T3间差异显著，T1与T3间差异不显著；喷施后20 d，各处理之间差异显著性与喷施后10 d相一致；喷施后30 d，T0、T1及T3间差异性不显著，T2的脯氨酸含量显著地高于T0。脯氨酸是一种渗透调节物质，它的含量变化与逆境相关，一般认为，植物在正常环境条件下植物体内游离脯氨酸的含量较低，能够稳定原生质胶体及组织内的代谢过程，逆境下脯氨酸的含量会上升。脯氨酸含量随绿豆叶片上有机硒喷施的浓度变化出现先上升后下降的机制有待进一步研究揭示。

图7 有机硒对绿豆初花期叶片脯氨酸含量的影响Fig.7 Effects of OSe on proline activity in mung bean leaves at the early flowering stage

2.4 有机硒对绿豆产量及硒含量的影响

从表4中可以看出，T1、T2和T3的单株荚数与T0均未达到显著差异，但随着有机硒喷施浓度的增加，单株荚数出现了先上长后下降的趋势，T2的单株荚数显著的多于T3；各处理之间的单荚粒数未出现显著差异；单株粒数的变化与单株荚数的变化趋势完全一致；T1、T2、T3与T0均未达到显著差异，随着有机硒喷施浓度的增加，百粒重呈先降低后增加的趋势，T3的百粒重显著高于T1、T2；T0、T1及T3之间产量的未达到显著差异，T2的产量显著高于T0，增产幅度达到了19.33%，T1与T0的产量基本持平，T2较T0减产17.53%。在绿豆花期喷施适当浓度的有机硒可显著提高绿豆的产量，喷施有机硒的浓度过高则会降低绿豆的产量。

表4 有机硒对绿豆产量及产量构成因素的影响Table 4 Effects of OSe on mung bean yield and yield components

绿豆花期叶面喷施不同浓度有机硒对绿豆子粒中的含硒量影响如图8所示。T0至T3的硒含量依次为0.079、0.093、0.130 mg·kg-1和0.260 mg·kg-1，T0和T1间差异不显著，T2和T3的子粒硒含量分别是T0的1.65倍和3.29倍，差异显著，T3硒含量也显著高于T2。不同浓度的有机硒处理均提高了绿豆子粒中的含硒量，绿豆子粒硒含量随叶面喷施有机硒浓度的增加而持续增加。

图8 叶面喷施有机硒对绿豆子粒含硒量的影响Fig.8 Effects of foliar application of OSe on selenium content in mung bean grains

3 结论

良好的种子萌发状态可为作物的高产奠定基础。硒不但能够预防人类疾病和增强体质[21]，还可以影响植物种子的萌发。孟祥等[22]研究发现低浓度亚硒酸钠能促进烟草种子萌发，高浓度抑制萌发。何士敏等[5]发现0.05 mg·L-1硒浸种时大豆萌发率最高，当其浓度大于0.05 mg·L-1时，大豆的萌发生长受到抑制。周大寨等[6]研究表明适量的硒浸种有利于芸豆种子的萌发，而硒浸种液浓度超过一定范围时，则对芸豆种子萌发的促进作用不明显。研究与以上研究结果一致，即适宜浓度的有机硒可以促进绿豆种子的萌发，高浓度的有机硒会抑制绿豆种子的萌发。2 mg·L-1有机硒浸种时可保证种子正常萌发并显著地促进绿豆芽期总根长、根表面积和根体积的增加，20 mg·L-1的有机硒浸种时种子萌发后的各项指标与对照无显著差异，200 mg·L-1及以上浓度的有机硒浸种时显著地抑制了绿豆种子的萌发。说明适宜浓度的有机硒是可以用来浸种处理的。

可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖是植物体细胞内重要的渗透调节物质，渗透调节物质的积累可以减轻逆境对植物的胁迫损伤。SOD、POD、CAT和MDA是植物体内的抗氧化指标，可以减轻逆境胁迫对植物细胞造成的伤害。众多研究表明，叶面喷施适宜浓度的硒可以能够促进植株生长[10，23]，提高可溶性糖[8]和可溶性蛋白含量[23]，提高了叶片中SOD[7，11-12，24]、POD[11-12，25]及CAT[7]的活性，降低MDA[12，24，27]和脯氨酸的含量[12]。也有研究者发现，低浓度的外源硒能不同程度缓解烤烟受干旱胁迫的伤害，适宜浓度的硒能显著提高烤烟的脯氨酸等渗透调节物质含量，高浓度处理则表现毒害效应[10]。研究的结果与其以上研究结果部分一致，研究表明，花期喷施有机硒后，叶部的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、SOD活性及POD活性均有随着有机硒的浓度增加呈现先上升后下降的趋势，而MDA含量则是先下降后上升。其中脯氨酸含量的变化趋势与张小红等[12]研究结论不同，但与陈彪等[11]研究结论一致。说明适宜浓度的有机硒可以通过调节渗透调节物质及抗氧化相关指标来减轻逆境胁迫的。

光合作用是植物有机物合成的基础，也是影响作物产量的重要因素。穆婷婷[9]和杨文秀[27]等研究发现，适宜浓度的硒肥提高了叶绿素含量。陈彪等[10]研究发现，叶片光合色素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，降低胞间CO2浓度。随着叶面喷施硒浓度的增加，叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势[9]。研究结果表明，有机硒叶面喷施对未对绿豆叶片的相对叶绿素含量及实际光合速率产生显著影响，但有提高光保护能力，减少光损伤的趋势。说明叶面喷施有机硒虽然不能显著改善绿豆叶片的光合作用，但也未对绿豆叶片的光合作用产生不利影响，同时还可以减轻叶片的光损伤，提高叶片的光保护能力。

提高产量、改善品质是现代农业生产的主要目标。宋家永等[24]研究表明叶面喷施硒肥能够提高小麦产量及子粒中硒含量。杨文秀等[27]研究表明适量喷硒可以提高油菜产量，改善油菜品质，硒浓度过高会对油菜生长和品质产生抑制作用。臧传江等[28]研究表明叶面喷施不同浓度硒肥可以提高山药产量，但增产幅度不大。研究结果表明，适宜浓度的有机硒（40 mg·L-1）可以显著提高绿豆的产量，浓度过高（达到53.33 mg·L-1）绿豆会显著减产。绿豆子粒中的硒含量随着有机硒的喷施浓度增加而持续增加，当喷施浓度达到53.33 mg·L-1时，绿豆子粒中的硒含量从未施有机硒的0.079 mg·kg-1提高到了0.260 mg·kg-1，但此时绿豆的子粒产量已经显著降低。综合来看，试验地区的适宜有机硒叶面喷施浓度为40 mg·L-1，产量可显著增加，子粒中的含硒量也显著提高。