土壤施用硒矿粉对萝卜苗硒含量及生理生化的影响

李 阳，吉力力·麦麦提，万佐玺，李亚东，杨兰芳*

（1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.湖北民族大学生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000）

硒是人体必需的微量元素之一，人体缺硒会导致多种疾病，如克山病、大骨节病、心血管疾病等［1-3］。另外，硒元素在抗病毒、抗癌、免疫功能调节等方面也发挥着积极作用［4-5］。可见，适当增加硒的摄入量，对人类维持身体健康具有重要意义。国内不少学者对不同施硒方式所达到的富硒效果进行了重点研究，主要包括不同浓度土壤施硒、叶面施硒条件下植物的硒含量及在植物体内的硒分配和转运［6-8］。研究发现，适量施硒对作物的生长发育起促进作用，过量施硒对作物的生长发育起抑制作用［9-11］。其主要表现在作物的硒含量、生物量、品质、保护性酶等方面。硒是植物生长发育的有益元素之一，且植物是将无机硒转化为有机硒的载体［12-13］。因此，研究硒对植物生长发育的影响具有重要的理论和现实意义。

人体硒主要通过饮食从农产品中获得，因此富硒农产品的开发不仅具有经济效益，而且对改善人们健康状况和提升生活质量具有重要作用，从而也带来一定的社会效益。目前，主要是通过施用含硒肥料来提高农产品的硒含量，其来源受到限制。硒矿作为一种天然硒资源，其硒的生物有效性尚不清楚，探究硒矿中硒的生物有效性，可以为富硒农产品的开发提供廉价的硒资源。为此，本研究通过土壤施硒矿粉的盆栽试验，测定萝卜苗的硒含量、生物量以及相关营养品质和生理指标，探讨硒矿粉对萝卜苗生长发育的影响，为富硒农产品的开发和硒矿资源的利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

萝卜品种为‘九斤王’，为福建省南平市建阳区晓富种子有限公司生产。所用土壤为棕红壤，在发生分类中属于铁铝土纲，湿热铁铝土亚纲，红壤土类，棕红壤亚类。土壤采回后在通风阴凉处铺成薄层自然风干，剔除植物残体和石块并过5 mm筛装于大塑料桶中备盆栽试验之用。硒矿材料来源于湖北省恩施土家族苗族自治州双河镇渔塘坝村，采回后自然风干，粉碎过0.15 mm筛，装于塑料瓶中备用。原土含硒0.24 mg/kg，硒矿粉含硒675.2 mg/kg、有机质423.45 g/kg。供试土壤有机质、总氮、总磷含量分别为19.64、0.882、0.592 g/kg，碱解氮、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量分别为162、49.48、61.74、9.27、60.2 mg/kg，阳离子交换量为9.19 cmol/kg，pH为6.42。

1.2 试验方法

试验所用盆钵为圆台形塑料钵，高15.5 cm，底部直径12 cm，口径22 cm。根据有关土壤施硒盆栽试验的文献［6，14-15］和本试验供试硒矿粉硒含量（675.2 mg/kg），设置了7个处理：F0（CK）、F3、F5、F10、F20、F25、F50，分别为施加硒矿粉0（对照）、3、5、10、20、25和50 g/kg，硒矿粉装盆拌土时与土壤混合均匀。每盆播种15粒萝卜种子，每处理3个重复。土壤中施用N、P2O5、K2O分别为300、100、200 mg/kg作基肥（用硫酸铵、磷酸二氢钾、氯化钾配制成含N、P2O5、K2O分别为30、10、20 mg/mL的混合溶液，拌土时按每千克土加入10 mL，拌匀）。于2020年7月27日播种，每盆装土3.0 kg，灌水至土壤含水量为20%。每天进行常规的水分管理与病虫害管理，视土壤含水量状况，每日早晚进行补水0～200 mL。所有盆钵放置在长方形推车上，雨天推进遮雨棚内，非雨天推到网室下。萝卜苗于2020年9月27日收获。试验场地位于武汉市湖北大学校园内沙湖边。

1.3 指标的测定

于2020年9月中旬（9月16、24、27日）采样，选择靠近植株顶部长势大致相同、未受病虫灾害的叶片作为样品进行采集。

分析测试方法：（1）采用氢化物发生-原子荧光法测定植物样品中的硒含量［16］；（2）采用苯酚-浓硫酸显色分光光度法测定可溶性糖含量［17］；（3）采用钼酸铵分光光度法测定维生素C（Vc）含量［18］；（4）叶绿素：样品用95%乙醇提取，通过分光光度法测定提取液在470、649、665 nm处的吸光度，计算叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量［17］；（5）利用高锰酸钾容量法测定过氧化氢酶（CAT）活性［17］。（6）采用硫代巴比妥酸显色多波长分光光度法测定丙二醛（MDA）含量［17］。

运用Excel 2013计算平均值与标准差、作图和进行t检验，运用SPSS 23.0进行单因素方差分析和多重比较（LSD法），显著水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 土壤施硒矿粉对萝卜苗硒含量的影响

由图1可知，萝卜苗中硒含量随着土壤硒矿粉施用量的增加呈现显著上升的趋势，土壤经过不同浓度硒矿粉处理后，萝卜苗中硒含量分别达到 了1.01、2.02、2.96、6.39、10.60、20.02 μg/g。其分别较对照提高了4.37、9.72、14.73、32.93、55.29、105.35倍。相关分析表明，萝卜苗硒含量与土壤硒矿粉施用量呈极显著的线性正相关。（y=0.4029x-0.3357，r=0.9884，P＜0.01）。

图1 施硒矿粉对萝卜苗硒含量的影响

2.2 土壤施硒矿粉对萝卜苗生物量的影响

由表1可知，不同浓度硒矿粉处理下，萝卜苗的湿重、干重与对照相比均存在显著差异（P＜0.05）。硒矿粉处理组萝卜苗湿重较对照显著降低21.725%～69.609%，硒矿粉处理组萝卜苗干重较对照显著降低28.605%～60.441%。生物量均以F50处理组最低，说明过量施用硒矿粉对萝卜苗的生物量起抑制作用。

2.3 土壤施硒矿粉对萝卜苗品质的影响

由表2可知，硒矿粉的施用水平对萝卜苗叶片Vc含量影响显著（P＜0.05），其中F3、F5 、F10、F20、F25处理组显著增加了叶片Vc的含量，其分别较对照增加了14%、7%、70%、52%、39%。在F10处理组达最大值，而高施硒矿粉处理F50则显著降低了叶片Vc的含量，其较对照降低了5%。相关分析表明，土壤硒矿粉施入量与萝卜苗叶片Vc含量呈显著的二次函数相关（r=0.833，P＜0.05）。

表1 土壤施硒矿粉对萝卜苗生物量的影响

由表2可知，F10和F20的可溶性糖含量显著高于对照和其他处理，且以F10可溶性糖含量最高，较对照增加50%，而F50的可溶性糖含量最低，显著低于对照和其他处理，较对照低28.2%。

表2 施硒矿粉对萝卜苗品质的影响 （mg/g）

2.4 土壤施硒矿粉对萝卜苗叶片过氧化氢酶活性的影响

图2 施硒矿粉对萝卜苗叶片过氧化氢酶活性的影响

由图2可知，土壤施硒矿粉显著影响萝卜苗叶片的CAT活性。除F50处理组与对照无显著差异外，其余处理的CAT活性均显著低于对照。说明外源性硒矿粉显著降低了萝卜苗叶片的保护酶活性，降低了萝卜苗的抗氧化作用，减弱了萝卜苗生长发育过程中的抗逆性，这可能是由于硒矿粉施入土壤后对土壤结构造成一定影响，进而影响到萝卜苗的生长发育。如果去掉对照，只将施硒矿粉的处理进行相关分析，那么萝卜苗叶片的CAT活性与土壤硒矿粉施用量呈极显著的线性相关（y=0.069x+16.14，r=0.998，P＜0.01）。

2.5 土壤施用硒矿粉对萝卜苗叶片丙二醛含量的影响

由图3可知，各处理的MDA含量各不相同。同对照相比，F10和F25的MDA显著降低，而F20显著增加，其余处理与对照无显著差异。

图3 施硒矿粉对萝卜苗叶片丙二醛含量的影响

2.6 土壤施硒矿粉对萝卜苗叶片光合色素含量的影响

由表3可知，土壤施硒矿粉对萝卜苗叶片光合色素含量及构成有显著影响。适当施用硒矿粉可增加萝卜苗的光合色素含量，而过量施加硒矿粉则会降低光合色素含量。F10的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量均最高，显著高于对照和其余处理，分别比对照增加了31.8%、55.6%、36.2%和26.8%；F50的光合色素含量最低，显著低于对照和其余处理，其叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量分别比对照低24.4%、16.7%、23.4%和21.9%。在叶绿素a与叶绿素b的比值中，除了F25与对照无显著差异外，其余处理的比值均低于对照。说明适量施硒可以通过促进矿质元素吸收、调节酶活性等作用对叶绿素的合成产生促进作用，而过量施硒对叶绿素的合成起抑制作用。

表3 土壤施硒矿粉处理下萝卜苗期叶片的光合色素含量

2.7 土壤施用硒矿粉条件下萝卜苗叶片光合色素与可溶性糖含量的关系

为了认识土壤施用硒矿粉条件下，萝卜苗叶片光合色素与可溶性糖含量的关系，将萝卜苗叶片光合色素含量与可溶性糖含量进行了相关分析，从表4可见，无论是叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b，还是类胡萝卜素，它们都与可溶性糖含量呈线性正相关，相关系数均达到了极显著水平。说明在土壤施用硒矿粉条件下，萝卜苗叶片光合色素与可溶性糖含量变化具有一致性，硒矿粉中的硒能够影响植物的光合作用。

表4 可溶性糖含量与光合色素的关系

3 讨论

3.1 硒矿粉与萝卜苗硒含量

植物对硒的吸收受植物种类、生长周期、硒源及施硒浓度、施硒方式、土壤类型等多种因素的影响，有研究表明叶面施硒效率高于土壤施硒［19-20］，所以要使作物通过土壤施硒达到富硒效果，应适量增加施硒量，但土壤施硒量应在保证作物正常生长发育的基础上设定。中国营养协会推荐正常成年人每天硒的摄入量为50～250 μg，由此可见，本试验可以使萝卜苗达到富硒效果，以施硒矿粉10 g/kg处理最佳，按植物含水量90%折算，食用萝卜苗200～800 g，就可以达到补硒的效果，且符合大众的饮食规律，在食用高硒矿粉处理组萝卜苗时应注意摄入量，避免硒中毒。土壤施用硒矿粉种早稻的田间试验表明，早稻稻米和茎秆的含硒量均与土壤硒矿粉施用量呈线性正相关［21］，这与本试验萝卜苗含硒量与硒矿粉施用量呈线性正相关的结果一致，说明硒矿粉中的硒能够被植物吸收利用，且具有提高植物硒含量的效果。此外，硒矿粉有速效和缓效的双重作用，硒矿粉中的有效硒可以被植物直接吸收利用，非有效硒可以被微生物等转化成有效硒［22］。与其他硒源相比，施硒矿粉具有资源容易获得，价格低廉、供硒平缓而持久等优势。今后应加强硒矿粉重金属含量方面的研究，如果能通过健康安全风险合格评估，硒矿粉将会成为具有广泛应用前景的硒资源。

3.2 硒矿粉与萝卜苗产量

有关硒对植株生物量影响的报道较为复杂，较多认为适量施硒具有促进作用，而过量则会起抑制作用［23-24］，也有施硒对生物量无显著影响的报道［25］。本试验结果是土壤施硒矿粉对萝卜苗的生物量不仅没有增产，反而具有减产的作用。其可能原因：一是萝卜苗的个体差异较大，萝卜是以后期的萝卜根为最终生长结果的，在苗期阶段生物量不稳定；二是硒矿粉的硒是迟效性硒，在萝卜苗期阶段其作用可能还未充分发挥出来；三是硒一般具有抗氧化延缓衰老的生理功能［26］，会使苗期生长延迟，从而导致苗的生物量出现减产的作用，而后期反而会生长的更好；四是本试验的最低施用量为3 g/kg，还是可能偏高，不能表现出低剂量的促进作用。由于有关硒增产作用的报道都是在较低的施用量下出现的，如在鸭儿芹的土壤施硒试验中，当土壤施硒量为0.5 mg/kg时，生物量达到最高［27］；向日葵的田间试验中，施硒300 g/hm2具有增产作用［24］，如果每公顷土重按225万kg计算的话，这个用量相当于施硒0.13 mg/kg。根据供试硒矿粉的含硒量，折合成本试验的土壤施硒则浓度为2.03～33.75 mg/kg，说明对萝卜苗生物量起增产作用的低浓度未包含在其中，因此，要弄清硒矿粉对萝卜生物量的影响，还应进行包括更低浓度、更广范围的试验，找出硒适宜的施用量。萝卜一般是以收获萝卜根为主，还须进行萝卜成熟期的试验来验证硒矿粉对萝卜生物量的影响。本试验最高硒矿粉施用量的萝卜苗产量显著低于其余处理，也与上述文献中施硒过量对生物量产生抑制作用的结果一致。

3.3 硒矿粉与萝卜苗生理生化指标

本试验Vc含量随硒矿粉使用量增加呈先增后降的变化规律，与盆栽人参菜施硒和甜樱桃叶面喷硒试验的结果相一致［28-29］。说明硒进入植物体后会影响植物Vc的合成与代谢，适当施硒可以调节植物Vc的含量水平。

可溶性糖在植物生长过程中具有重要作用［30］。在盆栽大蒜与猕猴桃施硒试验中，随着施硒浓度的增加，植物体内可溶性糖含量呈现先增加后减少的趋势［31-32］。本试验施用10和20 g/kg的处理显著增加了可溶性糖含量，施用50 g/kg则显著降低了可溶性糖含量，尽管因为植物类型和硒源不同而与上述结果略有差别，但是总体上是一致的，说明硒矿粉中硒也能像化学硒一样，影响植物可溶性糖含量，合适的施用水平可以增加植物的可溶性糖含量。

CAT是抗氧化酶系统的重要组成部分之一［33］。本试验结果与杏鲍菇、梨树、碎米荠的施硒试验结果略有差异［34-36］。随着硒矿粉施用量的增加，CAT的活性逐渐增强，并未呈现下降趋势，这应该是本试验施用的硒矿粉，其硒活性可能没有化学形态的硒高，加之植物类型不同，植物体内酶活性对硒的响应灵敏性也会不同所致，但在一定范围内，硒矿粉也同施用化学形态的硒一样，可以增加CAT的活性。

MDA是植物衰老或在逆境条件下发生膜脂过氧化作用产生的过氧化产物之一，通常用来表示细胞膜脂过氧化程度和对逆境条件反应的强弱。在烤烟和花椰菜施硒试验中，适量施硒有利于降低MDA的生成，当达到一定浓度后，随着施硒浓度不断加大，MDA的含量反而增高［37-38］。本试验结果与上述结果具有一定相似性，低水平硒矿粉对萝卜MDA含量无显著影响，施用10和25 g/kg时则显著降低了MDA含量，表明适宜的土壤硒矿粉施用水平也能降低植物的膜脂过氧化损伤，对植物起保护作用。

本试验中，适量施硒矿粉的情况下可以增加萝卜苗叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，这与大蒜的施硒试验结果具有一致性［39］。说明硒矿粉中的硒也能影响植物光合色素的含量，从而影响植物的光合作用。在本试验的土壤施用硒矿粉条件下，萝卜苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素的含量均与叶片可溶性糖含量呈极显著的线性正相关，说明硒矿粉对叶绿素的影响和可溶性糖的影响是一致的，从而证明硒矿粉中的硒能影响植物的光合作用。虽然硒矿粉降低了叶绿素a与叶绿素b的比值，但叶绿素与可溶性糖的一致性表明硒矿粉没有改变叶绿素的光合能力。光合作用是叶绿素a和叶绿素b共同作用完成的，他们在一个合适的比例范围内才有益于光合作用［40］，本试验中硒矿粉影响二者比值，说明硒矿粉中的硒能通过调节二者构成来影响光合作用。

4 结论

土壤施用硒矿粉对萝卜苗硒含量、生物量、Vc、可溶性糖、MDA、光合色素含量和CAT活性产生影响，表明硒矿粉施入土壤中，其中的硒能够释放出来对植物的生理生化代谢过程产生影响，证明硒矿粉中的硒具有明显的生物活性。适量施用硒矿粉可以促进萝卜苗的生长发育且达到蔬菜富硒标准。由于施用硒矿粉10 g/kg所达到富硒效果的萝卜苗，更符合大众饮食规律，萝卜苗中Vc、可溶性糖和光合色素含量也都是在该处理时最高，且该施用量下的MDA含量显著低于对照，因此在本试验条件下，硒矿粉最佳使用量为10 g/kg。从植物的富硒效果和生理生化指标来看，硒矿粉可以作为一种生产富硒萝卜苗的硒资源。