外源施硒对土壤酶活性、大豆籽粒硒及氨基酸含量的影响

张久明，匡恩俊，宿庆瑞，迟凤琴，李永顺，石艳香，夏晓雨，夏杰，刘月辉，张守林，盖如春，陈磊

1.黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江 哈尔滨 150086 2.黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086 3.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030 4.黑龙江省农业科学院大豆研究所，黑龙江 哈尔滨 150086 5.黑龙江省嫩江市农业技术推广中心，黑龙江 嫩江 161400 6.黑龙江省方正县农业技术推广中心，黑龙江 方正150800

硒是人体必需的微量元素之一，对于维持人的生命活动具有十分重要的意义[1]。硒在人体和植物中发挥着重要的作用，我国约有1亿多人口由于膳食中硒缺乏，造成人体处于缺硒状态[2]。目前，国内外关于通过外源施硒生产富硒粮食作物、富硒蔬菜、富硒水果、富硒茶、富硒中药材等研究已取得一定成效[3-10]。外源施硒的方式一般包括土壤施硒、叶面喷施硒肥及硒肥拌种，3种施硒方式均能有效提高植物体内硒的累积量[11-13]。陈火云等[14]研究结果显示，土壤施硒、叶面喷施硒肥、土壤与叶面相结合施硒肥3种施硒方式均显著提高了油菜籽粒中硒含量。刘敏等[15]研究表明水稻根系、茎叶和籽粒中的硒含量均与土壤硒含量成正比。施用硒肥能提高作物体内硒含量，改善作物品质,但不同作物、同种作物的不同部位和不同品种间积累硒的能力有较大差异[16]。不同结荚习性大豆品种具有不同的株型结构,其光合产物的分配也有较大的差异，因而可能会进一步影响大豆植株对硒的吸收与分配[17，18]。硒肥的浓度也会对作物产量和品质产生影响，胡居吾[19]研究结果表明，适量的硒浓度可以提高大豆的产量和品质，并改善大豆的理化性状。本研究以大豆作为试验对象，通过外源施硒肥探究大豆富硒的有效路径，以为富硒大豆的推广提供科学依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试硒分无机硒和有机硒2类。无机硒的主要原料为黄骅市津骅添加剂有限公司提供的亚硒酸钠(Na2SeO3，98%)；有机硒为生产硒酵母的残留液。供试作物为当地主栽大豆品种，分别为黑龙江省农业科学院黑河分院选育的黑河43、黑科60、金源55和北安市昊疆农业科学技术研究所选育的贺豆1号。

1.2 试验设计

试验基地在黑龙江省嫩江市农业技术推广中心园区内，其土壤基本理化性状见表1。采用大田试验和盆栽试验相结合的方式。大田试验处理为CK(清水)、苗期喷施无机硒(Y1)、花期喷施无机硒(Y2)、花期喷施有机硒(Y3)和结荚期喷施无机硒(Y4)。试验采用小区试验，3次重复，小区试验面积39m2，大豆品种为黑河43。同时，选择当地主栽品种贺豆1、黑河43、黑科60、金源55大豆花期喷施无机硒，对比分析不同大豆品种对硒元素的富集差异。无机硒和有机硒的喷施浓度均为每666.7m230mg/L。

表1 试验地基本理化性状

盆栽试验为大豆硒肥拌种，土壤采自田间试验的同一地点。盆直径30cm，高25cm，用土量5kg，每盆定植大豆3株，大豆生长期间喷施清水，每个处理3次重复，大豆品种为黑河43。每公顷大豆播种量用亚硒酸钠(Na2SeO3，98%)与大豆种衣剂共同拌种，分别为B1(30g/hm2)、B2(45g/hm2)、B3(60g/hm2)。

1.3 检测指标

土壤硒含量的测定：采用中华人民共和国环境保护标准HJ 680—2013《土壤和沉积物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解/原子荧光法》中推荐的HCl-HNO3消解，氢化物发生—原子荧光光谱法测定，仪器为北京吉天AFS-933原子荧光光度计。

土壤酶活性的测定：大豆收获期分别在各处理的小区0～20cm的土层进行土样的采集，脲酶活性的测定采用靛酚比色法，蔗糖酶活性的测定采用二硝基水杨酸比色法，磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法[20]。

大豆籽粒营养物质含量测定：采用H2SO4-K2SO4-CuSO4消煮、半微量蒸馏法；大豆氨基酸含量测定：采用氨基酸自动分析仪；大豆硒含量测定：采用荧光法；大豆粗脂肪含量测定：采用索氏提取法。

本研究采用生物富集系数比较不同大豆品种对土壤中硒元素吸收与累积特性的差异，生物富集系数=生物体中的元素浓度/根系土中的元素浓度。

1.4 数据处理

数据处理、制图和统计采用Excel 2010 和SPSS 22.0 软件进行，显著性检验采用单因素方差分析邓肯(Duncan)法。

2 结果与分析

2.1 外源施硒对大豆根际土壤酶活性的影响

由表2可知，在不同时期进行叶面施硒对大豆根际土壤酶活性的影响不同。与对照相比，Y1～Y3处理均增加了土壤蔗糖酶活性,其中Y2处理的土壤蔗糖酶活性最高,为79.8mg/(g·d),而Y4处理的土壤蔗糖酶活性较对照降低了15.4%，差异显著。叶面喷施硒肥后，Y2处理的土壤脲酶活性比对照减少了14.7%，其余处理的土壤脲酶活性虽略有增加，但未达到显著差异。叶面喷施硒肥对土壤磷酸酶活性有不同程度的影响，Y1～Y4土壤磷酸酶活性的增幅为2.3%～8.8%，说明叶面喷施硒肥总体上可以提高土壤磷酸酶的活性。

表2 不同施硒处理下的土壤酶活性

硒拌种处理B1、B2、B3的土壤蔗糖酶活性分别比对照提高51.6%、31.9%和24.5%，均显著高于CK，但随着硒拌种硒用量的增加，土壤蔗糖酶活性逐渐降低；土壤脲酶活性变化趋势与蔗糖酶相同。硒拌种处理B1、B2、B3的土壤磷酸酶活性分别为49.8mg/(g·d)、46.5mg/(g·d)和47.7mg/(g·d)，较对照分别提高了33.5%、24.7%和27.9%，差异显著。

2.2 外源施硒对大豆籽粒硒及氨基酸含量的影响

2.2.1 外源施硒对大豆籽粒硒含量的影响

从图1可以看出，叶面喷施硒肥后，大豆籽粒中的硒含量有了显著提高。CK的大豆籽粒硒含量为0.11mg/kg，Y1～Y4处理的大豆籽粒硒含量分别为0.12、0.26、0.17、0.67mg/kg，分别比对照提高了0.09、1.36、0.55、5.09倍。说明大豆不同生育时期喷施富硒叶面肥能明显增加大豆籽粒中的硒含量。Y4处理(结荚期)喷无机硒可导致大豆籽粒硒含量偏高，达到了0.67mg/kg，其原因可能是大豆结荚期籽粒接近成熟，对硒的吸收转化能力降低，导致无机硒富集在大豆籽粒中。而在开花期喷施无机硒的大豆富硒效果要好于有机硒。由此表明，在大豆开花期叶面喷无机硒可以提高大豆籽粒硒含量，大豆富硒效果最佳，其大豆籽粒硒含量为0.26mg/kg。

图1 叶面施硒处理下大豆的籽粒硒含量 图2 硒拌种处理下大豆籽粒硒含量

从图2可以看出，硒拌种处理对大豆籽粒硒含量有不同程度的影响。CK处理的大豆籽粒硒含量为0.18mg/kg，B1、B2及B3处理的大豆籽粒硒含量分别比对照提高了2.8倍、2.7倍及3.6倍，大豆籽粒硒含量的顺序为B3>B1>B2>CK，其中B3处理的大豆籽粒硒含量最高，达到了0.82mg/kg。由此表明，硒拌种处理可以明显增加大豆籽粒硒含量，且随着拌种硒浓度的增加，大豆籽粒硒含量也有增加的趋势。

2.2.2 大豆不同品种间籽粒硒元素富集的差异

相同作物不同基因型品种对硒的聚集能力也具有差异性。为了比较不同品种大豆的富硒能力，本研究采用生物富集系数比较不同大豆品种对土壤中硒元素吸收与累积特性的差异。从表3可以看出，不同品种大豆的硒富集系数不同。以贺豆1号的硒富集系数最高，富集系数为0.40，其次是金源55，生物富集系数为0.37，黑河43和黑科60生物富集能力低于前两者。由以上分析可以得出，不同品种大豆之间，贺豆1号和金源55号的聚硒能力较强。因此，选择富硒大豆品种时，不仅要考虑大豆产量增加的多少，也应考虑富硒能力的强弱。

表3 大豆不同品种间籽粒硒元素富集的差异

2.2.3 外源施硒对大豆籽粒氨基酸含量的影响

大豆含有多种人体必需的氨基酸，可以提高人体的免疫力。在大豆收获后，对大豆成熟籽粒中的氨基酸含量进行测定，结果(见表4)表明，叶面施硒总体上可以提高大豆籽粒中多种氨基酸的含量，氨基酸的总量增加4.2%～8.4%，其中Y3处理(开花期喷施有机硒)的氨基酸总量最大，为377.4mg/g，各处理对增加氨基酸总量的效果表现为Y3>Y2>Y4>Y1>CK。同样，硒拌种处理总体上可以提高大豆籽粒氨基酸的含量，B1、B2和B3处理的氨基酸总量较对照分别提高了3.4%、1.5%和2.4%，其中B1处理的大豆籽粒氨基酸总量增加最为显著。

表4 不同施硒处理下大豆的籽粒氨基酸含量

叶面施硒处理中，Y2处理的蛋氨酸含量较CK提高了3.9%，其余处理的蛋氨酸含量下降幅度在3.9%～11.8%之间，除胱氨酸和蛋氨酸2种氨基酸含量有明显下降外，其余大多数氨基酸含量都有不同程度的增加。硒拌种各处理除大豆蛋氨酸含量以及酪氨酸含量略有下降外，大豆籽粒中各种氨基酸含量总体上均高于对照。赖氨酸是人体必需的氨基酸之一，它能够促进人体的发育，增强免疫力以及提高中枢神经功能。本研究中所有叶面喷硒处理大豆籽粒中赖氨酸都有明显的增加，增加范围为3.2%～6.9%，硒拌种处理较对照大豆籽粒赖氨酸也均有不同程度提高，所以硒有促进赖氨酸合成的作用。综合以上结果分析表明，Y3和B1处理相对其他处理较对照提高氨基酸总量和赖氨酸具有明显的作用。

2.2.4 外源施硒对大豆产量的影响

从表5可以看出，叶面施硒后大豆籽粒的百粒重较CK处理增加，差异显著(P<0.05)，表明外源富硒对大豆产量的增长具有促进作用。CK处理的大豆产量为2058.1kg/hm2，而叶面施硒处理大豆增产幅度在2.4%～10.5%之间，其中Y2处理的大豆产量增幅最大，达到了10.5%。硒拌种处理B1、B2、B3大豆的产量，较对照分别提高了10.9%、14.6%和15.0%,表明外源施硒对大豆的产量的增长具有一定的促进作用。

表5 不同外源施硒处理下的大豆产量

3 讨论

外源施硒对土壤酶活性结果显示，Y4(结荚期无机硒)处理的土壤蔗糖酶及Y2(花期无机硒)处理的土壤脲酶活性低于CK，其余时期处理的各种土壤酶活性总体上高于CK，其中Y3(花期有机硒)时期处理的各种土壤酶活性较高。硒拌种处理的各种土壤酶活性均高于CK，但蔗糖酶和脲酶活性随着硒拌种用量的增加而逐渐降低。以上结果显示，除部分处理外，不同施硒方式对提高土壤酶活性均有促进作用。史雅静等[21]和许舒娴[22]研究发现，施用外源硒能提高土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。李庆国等[23]研究发现，根系活力提高，根系代谢增强，根系分泌物增加，促进了土壤蔗糖酶的分泌及土壤微生物的繁殖，从而提高了土壤蔗糖酶活性，与本研究结果具有一致性。

本研究结果显示，叶面喷施硒后，大豆籽粒硒含量在0.12～0.67mg/kg之间，均高于CK；硒拌种处理后，B1、B2及B3处理的大豆籽粒硒含量分别较对照提高了2.8倍、2.7倍及3.6倍，表明大豆施用外源硒均可以提高大豆籽粒硒含量。孙学映等[24]发现叶面施硒可以提高大豆籽粒硒含量，随着喷硒量增加，硒含量快速提高，但过量喷硒，导致硒含量下降，喷硒时期以花期为最佳。唐玉霞等[16]和李文栓等[25]研究发现，浸种能提高小麦种子的发芽势、发芽率、发芽指数和种子活力指数，促进小麦根、芽生长及幼苗的发育，对提高小麦产量和小麦含硒量有一定的促进作用，但没有达到富硒小麦0.2～0.3mg/kg的要求。朱薇等[26]和余江敏等[27]研究表明不同基因型的花生对硒的富集能力也不同，而基因型变异对种子硒含量有显著影响[28]。本研究中不同品种大豆的硒富集系数大小排序为贺豆1号(0.40)>金源55号(0.37)>黑科60(0.25)>黑河43(0.21)，说明大豆不同品种之间对硒的富集能力同样具有差异性。

施硒能够不同程度地改善作物的品质，杨莉等[29]和朱文东[30]研究施硒对水稻籽粒营养品质的影响，结果表明施硒提高了水稻的抗氧化能力，协调了抗氧化系统的动态平衡，促进对一些营养元素的吸收，增加籽粒中的氨基酸和蛋白质含量。本试验中不同的处理均提高了大豆籽粒中氨基酸，尤其是对增加大豆赖氨酸和氨基酸总量效果明显。外源施硒不仅可以提供大豆籽粒氨基酸含量，同时促进大豆产量的增加。其原因是硒处理后，由于抗氧化酶促进系统的保护，减缓了膜脂过氧化对细胞的伤害，进而延缓了叶片生育后期的衰老，使叶片保持了较长时间的光合期，因此对提高大豆的产量具有一定的促进作用[31]。迟凤琴等[32]研究结果表明，从水稻富硒类型上看，外源无机硒和有机硒都能明显促进水稻对硒的积累。袁伟玲等[33]、李亚茹[34]研究发现，硒拌种在较低浓度下可以促进谷子产量的提高，而在较高浓度则会抑制谷子的产量，适宜浓度的硒可以提高小麦的产量[35]。本研究结果表明，随着硒拌种浓度升高大豆产量有所提高，其原因是因为硒拌种可以增加大豆种子活力，提高根系活力，协调抗氧化系统的平衡，延缓大豆叶片生育后期的衰老，对大豆产量的提高具有促进作用。

4 结论

本研究结果表明，不同时期叶面施硒对大豆根际土壤酶的活性影响不同，而硒拌种处理则提高了大豆根际土壤酶的活性。不同大豆品种对硒的聚集能力也具有差异性，叶面施硒及硒拌种都可以提高大豆籽粒硒含量，使大豆籽粒硒含量达到富硒水平，且硒拌种处理的大豆籽粒富硒效果要好于叶面施硒。叶面施硒与硒拌种处理均在一定程度上提高了大豆多种氨基酸和总氨基酸含量，并对大豆产量的提高具有促进作用。