外源硒浸种对油菜幼苗根系生长及生理特性的影响

(山西师范大学生命科学院， 山西 临汾 041004)

近年来，硒(Se)作为重要的微量元素之一，其防癌抗癌、抗氧化性、拮抗金属性等多种生物活性越来越被人们关注[1-4]。随着对元素硒的深入研究，国内外针对很多种农作物进行了外源硒的相关试验，并了解到不同硒源以及不同硒浓度对种子萌发、根系活力、酶活性、叶绿素含量的影响[5-10]。油菜作为重要的设施栽培蔬菜，具有较高的营养价值，一直深受人们的喜爱[11]，然而关于外源硒对油菜幼苗根系生长及生理特性影响的研究还鲜有报道。因此，本试验以油菜幼苗为研究对象，研究了不同浓度硒浸种对油菜幼苗根系生长及生理特性的影响，旨在为开发富硒蔬菜、进一步完善油菜栽培管理技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为小油菜幼苗，品种为“五月慢”。

1.2 试验方法

试验在山西师范大学校内实验室中进行。试验设0.5 mg·L-1(Se 0.5)、1.0 mg·L-1(Se 1.0)、2.0 mg·L-1(Se 2.0)、4.0 mg·L-1(Se 4.0)、8.0 mg·L-1(Se 8.0)的Se浸种5个浓度，以去离子水浸种为对照(Se 0)。选取颗粒饱满，大小、色泽一致的种子，用0.1%KMnO4溶液消毒10 min，再用去离子水洗净，于阴凉处阴干，然后分成等量的6分，用不同浓度的硒处理溶液浸种10 h后，将浸种完成的种子播种到装有洗净河沙的72孔穴盘中。幼苗长至2片真叶时，将穴盘放于装有1/2霍格兰溶液[12]的培养盘中进行培养。培养期间定时浇灌霍格兰营养液，并保持幼苗均处于相同环境。待幼苗长至4叶1心时，分别对油菜幼苗根系进行形态和生理指标的测定。

1.3 测定方法

根系形态指标的测定：每个处理取10株均匀健壮、长势一致的幼苗植株根系，洗净，用根系扫描仪测定总根长、根表面积，用称重法测定根系干重。

根系SOD的活性测定: 氮蓝四唑(NBT)法[13]。

根系POD的活性测定：愈创木酚法[13]。

根系MDA含量的测定：硫代巴比妥酸法[14]。

根系可溶性糖的测定:苯酚法[14]。

1.4 分析方法

试验数据用Excel软件和SAS数据分析软件进行统计分析并进行LSD多重比较，结果用平均值±标准误差表示。

2 结果与分析

2.1 外源硒浸种对油菜幼苗根系生长的影响

从表1可知，与清水浸种相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸种能增加油菜幼苗根系的总根长，其中0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1外源硒浸种分别增大了22.09%、50.09%、69.13%、28%(p<0.01)；8.0 mg·L-1外源硒浸种使根系总根长降低了16.17%(p<0.01)。

与清水浸种相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸种可以增加油菜根系的表面积，其中0.5、1.0、2.0 mg·L-1外源硒浸种分别增加了9.73%、35.84%、38.94%(p<0.01)；4.0～8.0 mg·L-1外源硒浸种分别使根系面积减少了13.72%、15.93%(p<0.01)。

与清水浸种相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸种能增加根系干重，其中0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1外源硒浸种分别增大了14.43%、25.77%、39.18%、13.4%(p<0.01)；8.0 mg·L-1外源硒浸种使根系干重减少了10.31%，但不明显(p>0.01)。

表1 外源硒浸种对油菜幼苗根系生长的影响

外源硒浸种浓度/(mg·L-1)总根长/cm根表面积/mm2根系干重/mgSe0.010.14±0.73D420.04±5.76C0.97±0.03DSe0.512.38±0.06C460.93±0.06B1.11±0.06BSe1.015.22±0.03B570.59±0.03A1.22±0.03BSe2.017.15±0.03A583.60±0.03A1.35±0.03ASe4.012.98±0.06C362.43±0.06D1.10±0.06CSe8.08.50±0.03E353.13±0.03D0.87±0.03D

注：表内数据为平均值±标准差；同一行中数据右侧字母相同者表示差异不显著(p>0.01)；不同字母代表差异极显著(p<0.01)。

以上结果表明：低浓度的外源硒浸种可以明显的增加油菜幼苗根系总长度、根系表面积和干重，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸种增加幅度大。分别为69.13%、38.94%、39.18%。高浓度的外源硒浸种可以使根系生长受到抑制，浓度越高，抑制作用越强。其中8.0 mg·L-1外源硒浸种分别使总根长、根表面积和干重降低了16.17%、15.93%、10.31%。

2.2 外源硒浸种对油菜幼苗根系活力的影响

植物根系活力水平直接影响地上部的生长和营养状况，图1显示：与对照相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸种能明显使油菜幼苗的根系活力增加(p<0.01)，增加幅度分别为34.36%、86.92%、254.53%。4.0 mg·L-1外源硒浸种能使根系活力下降9.59%，但没有达到显著水平(p>0.01)，8.0 mg·L-1外源硒浸种能使根系活力下降39.36%，而且达到显著水平(p<0.01)。

图1 外源硒浸种对油菜幼苗根系活力的影响

以上结果表明：低浓度的外源硒浸种可以明显的增加油菜幼苗根系活力，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸种增加幅度大。高浓度的外源硒浸种可以使根系下降，而且浓度越高，下降幅度越大。

2.3 外源硒浸种对油菜幼苗根系抗氧化酶活性的影响

SOD和POD是植物体主要的保护性酶，它们可以清除自由基，有效抑制自由基对植物体的氧化损伤，从而实现防御外界环境胁迫对植物体所造成的伤害。

2.3.1外源硒浸种对油菜幼苗根系SOD酶活性的影响

从图2可知：与清水浸种相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸种能明显使油菜幼苗的根系SOD酶的活性增加(p<0.01)，增加幅度分别为：48.87%、99.17%、100.06%。4.0～8.0 mg·L-1外源硒浸种能使根系SOD酶活性下降4.45%、24.55%，而且达到显著水平(p<0.01)。

图2 外源硒浸种对油菜幼苗根系SOD酶活性的影响

2.3.2外源硒浸种对油菜幼苗根系POD酶活性的影响

从图3可知：与清水浸种相比，0.5～2.0 mg·L-1外源硒浸种能明显使油菜幼苗的根系POD酶的活性增加(p<0.01)，增加幅度分别为11.17%、38.75%、48.14%，4.0 mg·L-1外源硒浸种能使其根系POD酶活性增加6.94%，但没有达到显著水平(p>0.01)。8.0 mg·L-1外源硒浸种能明显使根系POD酶的活性下降16.85%(p<0.01)。

图3 外源硒浸种对油菜幼苗根系POD酶活性的影响

以上结果表明：低浓度的外源硒浸种可以明显地增加油菜幼苗根系保护酶活性，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸种增加幅度最大。高浓度的外源硒浸种可以使根系保护酶活性明显下降，而且浓度越高，下降幅度越大。

2.4 外源硒浸种对油菜幼苗根系MDA含量的影响

MDA是植物膜脂过氧化的指标，它的积累反映了膜脂过氧化程度的大小，MDA含量越低，说明膜质过氧化越轻。从图4可知：与清水浸种相比，0.5～4.0 mg·L-1外源硒浸种能不同程度地使油菜幼苗的根系MDA含量下降，下降幅度分别为5.23%、33.92%、55.09%、0.73%，其中除0.5、4.0 mg·L-1外源硒浸种外，1.0～2.0 mg·L-1外源硒浸种MDA含量下降达到显著水平(p<0.01)，且以2.0 mg·L-1外源硒浸种下降幅度最大。8.0 mg·L-1外源硒浸种能使其根系MDA含量比清水浸种处理明显增加35.90%(p<0.01)。

以上结果表明：低浓度的外源硒浸种可以明显的降低油菜幼苗根系MDA含量，其中以2.0 mg·L-1外源硒浸种降低幅度最大。高浓度的外源硒浸种可以使油菜幼苗根系膜质过氧化程度增加。

图4 外源硒浸种对油菜幼苗根系MDA含量的影响

2.5 外源硒浸种对油菜幼苗根系可溶性糖含量的影响

糖是高等植物主要代谢产物之一，其中可溶性糖对植物体的生长、抗性形成等生理过程有调节作用。从图5可知：与清水浸种相比，0.5～8.0 mg·L-1外源硒浸种能明显地使油菜幼苗的根系可溶性含量增加(p<0.01)，增加幅度分别为33.68%、146.18%、124.37%、44.69%、24.82%。

图5 外源硒浸种对油菜幼苗根系可溶性糖含量的影响

以上结果表明：一定浓度的外源硒浸种可以明显地增加油菜幼苗根系可溶性糖含量，而且增加幅度呈现先增加后减小的趋势，其中以1.0 mg·L-1外源硒浸种增加幅度最大。

3 结论与讨论

外源硒浸种对油菜幼苗根系的生长和生理有明显的影响。与清水浸种相比，外源硒浸种浓度为0.5～2.0 mg·L-1时，根系总根长、根表面积、根干重随着硒浓度的增大而增大，且当外源硒浸种浓度为2.0 mg·L-1时，油菜幼苗根系形态指标达到最优；然后随着浸种浓度的增大，根系形态指标明显下降。根据可溶性糖实验的测定结果可知，随着硒浓度的增大，可溶性糖的含量呈先增加后减少的趋势，并且当浸种浓度为1.0～2.0 mg·L-1时达到最大含量。这与根系的形态指标变化基本一致。这可能是因为可溶性糖作为光合作用的初级产物，参与油菜幼苗合成淀粉、纤维素、脂肪和蛋白质等大分子化合物，进而有效改善了根系的形态指标。

SOD和POD酶是生物体中重要的抗氧化酶，对植物体具有保护作用。2种保护酶活性随浸种浓度增加而增加，其中2.0 mg·L-1外源硒浸种时油菜根系中SOD和POD酶的活性最高，对根系生长有促进作用；但随着硒浓度增加，对根系产生毒害作用，SOD和POD酶的活性也随之降低，从而抑制油菜幼苗根系生长。

MDA为植物器官发生膜脂过氧化作用的终端，与清水浸种相比，低浓度外源硒浸种能有效降低油菜幼苗根系MDA含量，且以2.0 mg·L-1时MDA含量最低，即该浓度下油菜幼苗根系膜质过氧化最轻，最利于其生长，但随处理浓度增加，MDA含量会大幅度增加，从而对油菜幼苗生长产生抑制。

综上所述，与清水浸种相比，低浓度的外源硒浸种，能增加幼苗保护酶活性，降低膜质过氧化，从而促进油菜幼苗生长，而高浓度的外源硒浸种，能降低幼苗保护酶活性，增加膜质过氧化，从而抑制油菜幼苗生长，而试验证明：1.0～2.0 mg·L-1外源硒浸种，油菜幼苗根系生长、生理指标均达到最佳。而本试验研究所得结论将为提高油菜产量提供科学依据。