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作物对外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异及其机制研究

郭璐  
【摘要】:植物硒被认为是人体摄入硒的主要来源,通过施用硒肥来提高食物中硒含量是低硒地区补硒的有效途径。植物体内的硒含量受植物种类、硒吸收能力、植物的生育期,土壤硒形态、价态及有效性等多种因素的影响,因此,搞清楚植物对常用的两种硒肥(硒酸盐和亚硒酸盐)的吸收差异及机制十分必要。本研究采用盆栽试验和室内分析相结合的方法,以小白菜、胡萝卜、绿菜花、紫甘蓝、菜薹、芥菜和小麦7种作物作为供试作物,系统研究了不同作物对外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异,并从土壤供硒能力、作物硒吸收和生理代谢等方面探究了作物对硒酸盐和亚硒酸盐吸收差异的机制,研究结果可以为富硒植物的开发和硒污染土壤的植物修复提供科学依据。得到的主要结果如下: 1.在小白菜的整个生长周期中(8周),硒酸盐和亚硒酸盐处理小白菜地上部分生物量间无显著差异。硒酸盐处理小白菜地上、地下部硒浓度均随生长逐渐下降,而亚硒酸盐处理小白菜地上、地下部硒浓度均随生长逐渐增大。硒酸盐处理地上部硒吸收量显著高于地下部,而亚硒酸盐处理地下部硒吸收量显著高于地上部;且在整个生长过程中硒酸盐处理小白菜硒吸收量为亚硒酸盐处理的2~60倍,导致硒酸盐处理土壤中有效硒含量随着小白菜的生长迅速下降,而亚硒酸盐处理土壤中有效硒含量则略有下降。统计分析表明,硒酸盐处理小白菜地上、地下硒浓度与土壤有效硒含量呈显著正相关,相关系数分别为0.901和0.864,而亚硒酸盐处理两者间相关性不显著。综合小白菜硒含量和土壤有效硒随生长变化的结果可以得出,小白菜对硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异是小白菜对不同价态硒吸收能力和土壤供硒能力综合作用的结果。 2.土壤硒形态分析表明,小白菜收获后硒酸盐处理土壤以可交换态及碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态硒含量最高,较平衡期有所增加,占土壤总硒的70%左右;可溶态六价硒含量较平衡期显著下降(P 0.05);而亚硒酸盐处理的土壤中与平衡期相同仍以可交换态及碳酸盐结合态四价硒为主。硒酸盐处理小白菜体内硒含量与作物种植前后土壤中可溶态六价硒的改变量呈显著正相关(P 0.01);而亚硒酸盐处理小白菜体内硒含量与可溶态四价硒的改变量呈显著正相关(P 0.05)。硒酸盐处理的小白菜体内硒含量与作物种植前后土壤中有机结合态硒的变化量呈显著的正相关(P 0.01),说明有机结合态硒可作为作物吸收利用的潜在硒源。小白菜种植前后土壤中硒的IR值均随外源硒浓度的升高而下降;随着小白菜对硒的吸收,使得土壤中各形态硒分配逐渐趋于平衡,表现为不同硒处理小白菜收获后土壤硒的IR值较平衡期均有所增大(P 0.05),且以硒酸盐处理土壤中硒的IR值升高更为显著。硒酸盐处理小白菜吸收的硒量占土壤施入总硒量的17.1%~24.6%,而亚硒酸盐处理小白菜吸收硒只占土壤总硒的1.6%~1.9%,说明土壤中硒的形态和价态不同是引起其生物有效性差异显著的原因。 3.在作物的整个生长周期中,亚硒酸盐处理6种作物地上部硒浓度在前6周随生长逐渐增大,而后趋于平缓或下降,而地下部硒浓度均随生长呈逐渐上升趋势;硒酸盐处理,除芥菜外,其余5种作物地上、地下部硒浓度均随生长逐渐下降。除硒酸盐处理,芥菜的TF值随生长增大外,两个价态其余处理作物的TF值均随生育期的延长逐渐下降,亚硒酸盐处理最大的是胡萝卜(2.28~3.33),其余5种作物成熟期的TF值均小于1。硒酸盐处理最大的是小麦为3.2~5.6,其余作物的TF值在整个生育期均大于1。土壤中有效硒含量随作物的生长变化趋势与小白菜相同,即亚硒酸盐处理不显著,而硒酸盐处理却迅速下降。可见,作物对硒酸盐和亚硒酸盐的吸收差异是其对不同价态硒吸收能力、生物稀释作用和土壤供硒能力综合作用的结果。对于富硒作物的生产和硒富集植物进行土壤污染修复,在考虑硒富集植物时,一定要同时考虑生物量、作物体硒浓度,并根据作物体硒浓度的变化来选择适宜时期收获,这样才能达到理想的修复效果。 4.硒能明显的影响作物的生长发育,2.5mg Se·kg-1的亚硒酸盐可促进绿菜花、紫甘蓝和菜薹的生长,主要表现为SPAD值、根长、株高和地上地下生物量的增大,但却显著抑制了胡萝卜的生长,根长抑制率达到51.13%。浓度2.5mg Se·kg-1的硒酸盐对6种作物的生长均产生明显的毒害作用,以紫甘蓝和绿菜花的耐受能力最大,芥菜最弱。2.5mg Se·kg-1的硒酸盐和亚硒酸盐,均对芥菜的抗氧化活性产生抑制作用,表现为CAT、POD活性降低、脯氨酸含量减少;而硒酸盐对胡萝卜和小麦的GSH-Px活性产生抑制作用,对其抗逆性产生不利影响。除此之外,试验浓度的硒酸盐和亚硒酸盐均促进了其余作物的抗氧化活性,表现为GSH-Px、SOD活性的增大,脯氨酸含量的增加,MDA含量的降低,且硒酸盐比亚硒酸盐更能增强作物的抗氧化作用。 综上可知,作物对硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收具有显著的差异,其吸收差异受土壤供硒、作物硒吸收和生理代谢等的影响,这对合理施用硒肥及生产富硒作物有一定的指导意义。


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