施硒对茄子生长、硒含量与富硒能力的影响

2024-03-07程芮琪杨兰芳

湖北大学学报(自然科学版) 2024年2期

程芮琪,杨兰芳

(湖北大学资源环境学院, 湖北武汉 430062)

0 引言

硒(Se)作为人体必不可少的微量矿质元素,参与人体内多种重要物质的代谢过程[1]。在提高免疫力、防毒解毒、延缓衰老、防治心脑血管疾病等方面起着重要的作用[2]。我国和世界的缺硒和低硒区分布甚广[3],我国主要土类中低硒土类占75.6%[4]。环境缺硒严重影响生命健康,会导致人畜心、肝、肾、肌肉等多种组织的病变,如克山病、大骨节病、牲畜白肌病等[5],缺硒也与各种心脏疾病和多种癌症有关[6],适当补硒即可有效预防缺硒反应病,也可起到防癌、延缓衰老、增免疫力、防心血管病等方面的作用[7]。人体只能从外界汲取硒,而植物性的硒源最为安全有效,因此食用富硒植物是人体补硒的重要途径[8-9]。通过人为施硒提高农产品的硒含量是改善人体硒水平的有效手段。茄子别名落苏,是茄科茄属的一年生草本植物[10]。茄子耐湿耐热、适应性强、产量高,是南方地区主要栽培的蔬菜之一。茄果作为其主要的食用部分,除具有蛋白质、碳水化合物、脂肪、钙、磷、铁等多种营养成分[11],其紫色果皮还具有丰富的维生素P和花青素,对保持人体健康起着重要的作用。若通过茄子自身的生理作用将外源硒转化至茄果中,从而生产富硒茄子,其保健功能将会更加显著[12]。因此如何有效实现茄子增硒具有重要的研究意义。目前,关于通过外源施硒来实现茄子增硒的研究较少,且大部分研究多采用同种施硒方式,探讨不同施硒浓度对茄子硒含量的影响[13-15]。关于不同施硒方式对茄子硒含量和富硒能力影响方面的比较研究尚少见报道。本研究采用土壤施硒和叶面施硒两种方式,认识施硒方式对茄子硒含量和硒富集的影响,为富硒蔬菜产品的研发和丰富食物硒来源提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 供试土壤

供试土壤采自大冶耕地表层,土壤采回后在室内摊开成薄层晾干,并随时翻动剔除植物残体和石块等杂物。晾干后过5 mm筛混匀,装入大塑料桶中备盆栽试验之用。从中取约500 g研磨过1 mm筛,装于塑料瓶中备分析基本理化性质之用,从过1 mm筛的样品中取约50 g研磨过0.15 mm筛,装于小塑料瓶中备化学分析之用。供试土壤有机质含量为35.12 g·kg-1,pH值为6.53,碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为97.97、8.28和56.38 mg·kg-1,全硒含量为0.12 mg·kg-1。

1.1.2 供试植物

本实验供试植物为茄子(SolanummelongenaL.),为茄科茄属植物,是种植较广泛的大众化蔬菜植物。种苗从淘宝网购于一亩三分地农家种苗店,种苗高约10 cm,有4～6片叶。

1.2 盆栽实验

所用盆钵为高20 cm的5 L塑料桶,每盆装过5 mm的供试土壤5 kg。

设置不施硒、土壤施硒和叶面施硒3个处理,每个处理设置3个重复。以亚硒酸钠为硒源,配制成含硒1.2 mg·mL-1的贮备液。土壤施硒处理的施硒量为3 mg·kg-1土,在拌土装盆时每盆加入此储备液10 mL与土壤混合均匀。

底肥N、P、K的用量分别为250、100、200 mg·kg-1,用氯化铵、磷酸二氢钾和硫酸钾配制成含N、P、K分别为25、10、20 mg·mL-1的混合液,拌土装盆时每盆加入此溶液40 mL与土壤混合均匀。

盆栽试验于2022年5月14日拌土装盆移栽,移栽后浇足水分,将盆钵放在可移动推车上,每天进行水分管理和观察植物生长状况。雨天将推车放在遮雨棚下防止雨水影响,非雨天将推车推在露天网室下。茄苗移栽后27 d时,2022年6月10日进行叶面施硒处理,吸取0.5 mL硒贮备液于小喷壶里,再加水100 mL摇匀。将叶面施硒的3盆重复排成一排,把小喷壶里的溶液尽量均匀喷洒在3盆茄子的叶面上。喷洒结束后,将盆钵依旧放回推车上,与其他盆钵一样进行日常管理。10 d之后的6月20日即移栽后37 d时,再进行一次叶面喷硒处理,喷硒量和喷施方法与第一次相同。

1.3 株高和生物量的测定

1.3.1 株高测量

本实验从茄苗移栽后18 d开始测量株高,从土面到茄子植株顶端的高度作为株高,每隔4～7 d测量一次株高,一直到收获时为止。

1.3.2 生物量的测定

管理至2022年8月10日收获植物。收获前测量株高后,齐土面剪断植株,地上部分按茎、叶、果分开,按重复做好标记。然后再将盆钵中的土壤连同根系倒在塑料盆中,揉碎土壤,挑选出根系,装入自封袋中,按重复标记清楚。将茄茎、叶、果和根系带回实验室,分别清洗干净。将清洗干净的茄果切成薄片装于烧杯中并做好标记,茎和根系分别剪成小于1 cm的小段装入纸袋中,并做好标记,叶子剪碎后装入纸袋并做好标记。最后将他们放进鼓风干燥箱中,在70 ℃下烘干。烘干后取出放进干燥器中冷却后,分别在百分之一电子天平上称重,由此获得的茄子茎、叶、果和根系净干重即为茄子茎、叶、果和根系生物量。

1.4 样品制备

1.4.1 植物样品制备

测定生物量后的茄子茎、叶、果和根系分别用粉碎机磨成细粉,过40目筛后,装入塑料瓶中备分析之用。

1.4.2 土壤样品制备

将挑选出根系后的盆栽土在塑料盆中混合均匀,按四份法取约500 g土,按重复做好标记带回室内,摊开在干净塑料盘中风干,然后磨细过1 mm筛,混合均匀装入塑料瓶中备用。从过1 mm筛的土样中取约50 g磨细过0.15 mm筛后混合均匀,装入小自封袋内备用。

1.5 化学分析

土壤有机质含量、pH、碱解氮、速效磷、速效钾等基本理化性质用常规法测定[16],土壤硒含量用氢化物发生原子荧光法测定[17],植物硒含量用氢化物发生原子荧光法测定[18]。

1.6 数据处理

所有数据用Excel 2007计算平均值、标准差和作图,用SPSS 26进行方差分析和多重比较,多重比较用LSD法,显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 施硒对茄子生长的影响

2.1.1 施硒对茄子株高的影响

由图1可见,茄子株高随生长时间呈增加的趋势,前期株高增加速度较快,后期生长较慢。在移栽41 d前即叶面施硒结束4 d之前,3个处理的茄子株高平均值之间没有明显差异,从移栽41 d之后,叶面施硒处理的茄子株高生长速度变慢,明显比对照和土壤施硒处理低。在叶面施硒处理中,从叶面施硒结束开始,茄子株高就呈现出平稳缓慢增长的模式,而对照和土施处理到移栽71 d才开始呈现出平稳缓慢增长的模式。

图1 施硒对茄子株高的影响

用相同时间下施硒处理的茄子株高与对照的株高之差除以对照的株高所得的百分率表示施硒处理茄子的株高对比率。图1还表明,叶面施硒处理结束之前,茄子株高对比率在正负10%之间波动,而叶面施硒处理后,叶面施硒的株高对比率小于零,并随时间进程急剧下降,到61 d达到最低,然后处于比较稳定的状态。土壤施硒处理的对比率在67 d都处于时正时负的波动状态,从67 d直到收获,处于2%的稳定状态。

2.1.2 施硒对茄子生物量的影响

表1表明,与对照相比,两种施硒方式均未对茄子的总生物量产生显著影响。就各部位而言,两种施硒方式均未对茄子根、茎、叶的生物量产生显著影响,但均显著提高了茄子果的生物量,其中叶面施硒处理相比对照提高了34.4%,土壤施硒处理提高了30.7%。两种施硒方式之间相比,茄子总生物量和各部位生物量均无显著差异。

表1 不同施硒方式下茄子的生物量 g

2.2 施硒对茄子硒含量与分布的影响

施硒处理茄子各部位的硒含量如表2所示,对照茄子的硒含量在0.1～0.4 mg·kg-1之间,叶施硒下的茄子硒含量在0.1～5.2 mg·kg-1之间,土施硒下茄子的硒含量在1.0～2.5 mg·kg-1之间。与对照相比,叶施硒显著增加了茄子根、叶、果的硒含量,分别是对照硒含量的4.0、15.3、10.9倍,但是对茄子茎的硒含量没有显著影响;土施硒使茄子根、茎、叶、果的硒含量均显著增加,分别是对照的4.1、5.4、6.7、3.0倍。

表2 施硒处理茄子的硒含量

根的硒含量中,叶施和土施均显著高于对照,但两种施硒方式之间无显著差异。茎的硒含量中,土施显著高于对照,但叶施与对照之间无显著差异。茄子叶和果的硒含量中,均呈叶施>土施>对照,且差异显著。

对照下,茎的硒含量最低,果含量最高,根与叶之间差异不显著。叶施下,叶硒含量最高,茎最低,呈叶>果>根>茎的规律。土施下,以叶的硒含量最高,茎最低,呈叶>根>果>茎的规律。

2.3 施硒对茄子富硒量和富硒率的影响

硒含量指单位数量的物质中所含硒的数量,是一种相对指标,如果硒含量高但生物量低,则硒的吸收富集能力也不会太强。因此仅通过茄子的硒含量并不足以清楚地反映出其对硒的吸收富集能力。富硒量和富硒率比硒含量更能反映出茄子吸收富集硒能力。

本文中用茄子的硒含量乘以茄子的生物量,得到茄子吸收硒的总量作为富硒量,各部位的富硒量占总富硒量的百分数作为富硒率。本实验处理下茄子的富硒量和富硒率如表3所示。叶施硒下,除了茎的富硒量与对照无显著差异外,茄子根、叶、果、地上部和总富硒量均显著高于对照,分别是对照的2.6、11.2、16.0、9.5和7.7倍,而土施硒处理下根、茎、叶、果、地上部和总富硒量均显著高于对照,分别为对照的3.1、6.8、8.5、5.2、6.9和5.5倍。根和茎的富硒量呈土施>叶施>对照,而叶、果、地上部富硒量和总富硒量则呈叶施>土施>对照。土施硒的根富硒量比叶施高18.6%,茎富硒量是叶施的8.9倍,而叶施的叶、果、地上和总富硒量分别是土施硒的1.3、3.1、1.5和1.4倍。对照下,根的富硒量最高,茎最低,叶和果之间差异不显著。叶施下,富硒量呈果>叶>根>茎,而土施下,叶的富硒量最高,根、茎和果之间差异不显著。

表3 茄子的富硒量和富硒率

对照的富硒率呈根>叶>果>茎的趋势,但果与叶之间差异不显著,叶施硒下,富硒率呈果>叶>根>茎的规律,且各部位的分配之间差异显著,土施硒下则呈叶>果>根>茎的趋势,但茎与根之间差异不显著。根富硒率呈对照>土施>叶施,茎呈土施>对照>叶施,叶以对照最低,叶施与土施之间差异不显著,果中以叶施最高,土施与对照差异不显著,地上部分的富硒率则呈叶施>土施>对照。与对照相比,叶施硒降低了根和茎的富硒率,增加叶、果和地上部分的富硒率,土施硒降低了根的富硒率,增加了茎、叶和地上部分的富硒率。

2.4 施硒对茄子硒利用率的影响

本文中的施硒利用率是指施硒处理的富硒量减去对照富硒量所得的差值再除以施硒量所得的百分数。表4可见,叶施硒的利用率在-0.16%～30.53%之间,土施硒的利用率在0.11%～0.69%之间,除了茎对施硒的利用率是叶施小于土施外,其余均是叶施显著高于土施,叶施硒根、叶、果和总利用率分别是相应土施的23.0、40.7、107.7和44.4倍。叶施硒下,硒利用率以果最高,茎最低,总利用率达到30.53%,而土施硒下以叶最高,根最低,总利用率仅0.69%。

表4 茄子对施硒的利用率 %

3 讨论

3.1 不同施硒方式对茄子生长的影响

关于施硒对植物株高和生物量影响的报道较为复杂。有研究认为,适量施硒能够提高植物的株高和生物量,而过量施硒会降低植物的株高和生物量[19-21],同时也有研究认为施硒对植物的株高和生物量没有显著影响[22-23]。本研究试验结果显示,两种施硒方式对茄子株高的影响存在差异,叶面施硒后茄子株高生长速度变慢,生长模式与对照和土施有显著差别,表明叶施硒促进了茄子植株的矮化。矮化是农作物的一项重要性状,具有抗倒伏、种植密度高等特点,已成为作物优良品质选育的重要方向[24]。植株矮化更有利于营养物质向储藏或生殖器官转化,增加经济产量[25],所以叶施硒增加了茄果的生物量,同时叶施硒茄果的硒含量和富硒量、富硒率也高于对照和土施硒,可能就是叶施硒矮化植株而带来结果,当然这需要进一步的研究加以证实。

3.2 不同施硒方式对茄子硒吸收转运分配的影响

本试验结果表明,两种施硒方式均能有效提高茄子的硒含量,叶施硒对茄子叶和果硒含量的提升明显高于土施硒,这与有关报道也是一致的。史丽娟等[26]研究发现,相比土壤施硒处理,叶面施硒处理下高粱籽粒富集硒的效果更佳。程丹等[27]研究发现,较土壤施硒处理而言,叶面施硒处理更能有效提高杭白菊花序中硒含量。土施硒显著增加茄子各部位硒含量表明茄子根系能吸收利用土壤中的硒,并能向茄子的其他部位转运,而叶硒含量最高,说明茄子叶是最容易富集硒的部位,茄子吸收的硒优先向叶子转移。叶施硒能显著增加茄子根的硒含量,并与土施硒差异不显著,说明叶面施用的硒能被茄子输送到根系,由此可见,茄子既能将土壤中的硒运往地上各部位,也能将叶片吸收的硒运往地下。叶施硒茄子叶和果的硒含量显著高于土施硒,说明叶施硒下,硒更容易在叶中富集和向果实中转运。本实验叶面施硒时,茄子尚未开花,因此果中的硒必然来自于叶中硒的转运。叶施硒茄子叶硒含量是土施的2.1倍,茄果硒含量是土施的3.0倍,叶施硒茄子的富硒量和富硒率是茄果最高,土施硒则是茄叶最高,说明叶施的硒更容易在茄果中富集,土施的硒更容易在茄叶中富集。叶施和土施硒对茄子各部位硒含量、富硒量和富硒率的影响不同,其原因一是叶面施硒后,硒未接触土壤,不容易被土壤固定,二是叶施硒无需经历根系吸收再向上转运的漫长过程,喷施后的硒可直接被叶片吸收直接向果实输送,三是茄果与茄叶之间的距离比较近,从叶输送到果比从根输送到果容易,故而叶施硒可提高植物对硒的利用效率[28]。此外,叶面施硒处理可以提高植物叶片的光合能力[29],而叶的光合产物主要向储藏或生殖器官输送,输送光合产物的同时,硒可能随之输送,硒也可能与某些光合产物结合被输送。由于叶施硒优先进入叶内,所以有较多的硒留在叶部参与生理代谢促进光合作用[30],硒促进光合作用的同时也可能促进硒向果的转运。

但土壤施硒下,果和叶硒含量低于叶施硒,果的富硒量和富硒率低于叶施硒,地上部分的富硒量和富硒率也低于叶施硒,茄子对施硒的总利用率更是远远低于叶施硒,这说明从提升茄子硒含量、富硒率和施硒的利用率来说,叶施硒的效果优于土施硒。主要原因是土壤施硒容易被土壤吸附固定,同时土壤中的硒需要通过根系吸收后才能再向上转运,运输中硒被根系、茎、叶吸收而减少[31]。这在本实验中也可证明,同对照相比,土施硒显著增加根系和茎的硒含量,同时土施硒的茎硒含量还显著高于叶施硒。有研究认为土施硒后,硒主要累积于植物根部,仅有极少部分会向上转移[32-34],与本研究的结果存在差异,这种差异可能与植物种类有关,因为不同植物对硒吸收利用能力和机理都是不相同的。