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硒對(duì)大蒜生理特性、含硒量及品質(zhì)的影響

2012-11-21 07:12:38夏永香劉世琦李賀陳祥偉
關(guān)鍵詞:蒜薹鱗莖大蒜

夏永香,劉世琦,李賀,陳祥偉

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院,作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,山東泰安271018)

硒是一種比較稀有的元素,也是人體和動(dòng)物體維持機(jī)體健康必需的微量元素[1]。缺硒可引起人類和動(dòng)物的多種疾病,但在我國72%的地區(qū)屬于缺硒或低硒地區(qū)[2]。近年來的研究證明,通過土壤—植物—(動(dòng)物)—人的食物鏈方式補(bǔ)硒是最安全最有效的途徑,因?yàn)槭卟丝梢詫⒍拘愿叩臒o機(jī)硒轉(zhuǎn)化為毒性小的有機(jī)硒[3]。然而大多數(shù)蔬菜中的硒含量均較低,所以通過提高蔬菜中的含硒量達(dá)到補(bǔ)硒的目的具有很大的潛力。

大蒜是天然的含硒植物,可以作為硒的載體,特別是有機(jī)硒的載體,可望成為一種理想的補(bǔ)硒天然食品。段詠新等[4]對(duì)硒在大蒜體內(nèi)的生物富集及其抗氧化作用做了研究,得出適量的硒可以促進(jìn)大蒜生長,提高大蒜中蛋白質(zhì)、可溶性糖、DNA、RNA含量;王晉民等[5]通過不同硒處理對(duì)大蒜影響的研究表明,適量的硒能提高大蒜的產(chǎn)量、有機(jī)硒含量和硒的轉(zhuǎn)化率,提高大蒜Mg、K、Fe的含量,而降低大蒜中Vc、粗纖維、總糖含量;院金謁等[6]也證明土壤中施用適量的硒對(duì)提高大蒜葉片葉綠素、SOD活性和鱗莖硒含量及有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率作用顯著,對(duì)大蒜的生長發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用;王永勤等[7]證明大蒜葉面噴施適量的硒可以增加大蒜產(chǎn)量、硒含量和有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率,過量的硒則對(duì)大蒜產(chǎn)生抑制作用,甚至出現(xiàn)硒中毒。目前國內(nèi)外關(guān)于硒對(duì)大蒜影響的研究還不算成熟,有關(guān)硒對(duì)大蒜生理特性及蒜薹和鱗莖產(chǎn)量、品質(zhì)的綜合報(bào)道較少。本文采用盆栽試驗(yàn),通過葉面噴施不同次數(shù)、不同濃度的亞硒酸鈉溶液,全面探討硒對(duì)大蒜光合特性、含硒量、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,旨在尋找出最合適的噴施次數(shù)與濃度,為富硒大蒜的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年10月至2011年6月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜試驗(yàn)站進(jìn)行。土壤肥力狀況:有機(jī)質(zhì)含量21.47 g/kg、有效氮 79.34 mg/kg、有效磷 23.67 mg/kg、有效鉀 98.23 mg/kg、全硒 0.203 mg/kg,土壤pH值為6.67。供試大蒜品種為“金蒜3號(hào)”。

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),主因素為施Na2SeO34 個(gè)水平:0(Se0)、5(Se1)、10(Se2)、15 mg/L(Se3),副因素為噴施1次(4月25日噴施一次,T1)、2次(4月15日和25日各噴一次,T2)、3次(4月5日、15日和25日各噴一次,T3)3個(gè)處理。其中,每次噴施1000 mL,Se0為噴施等量蒸餾水的對(duì)照處理。試驗(yàn)采用直徑30 cm、高30 cm的營養(yǎng)缽,每缽裝風(fēng)干土15 kg,每缽施入15 g硫酸鉀復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15 ∶15∶15)做基肥,與土充分混勻。2010年10月3日播種,每缽種植大蒜5棵。每個(gè)處理重復(fù)12次,共144盆。生長期(2011年3月25日)追施一次尿素2.5 g/盆,進(jìn)行正常的田間管理。

由于噴施1次(T1)、2次(T2)、3次(T3)的Se0處理的大蒜生理生化、含硒量和品質(zhì)指標(biāo)差異不顯著,在不影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上,本試驗(yàn)將T1Se0、T2Se0、T3Se0處理的平均值作為統(tǒng)一的對(duì)照(即CK)。

1.2 樣品采集與測定

2011年5月6日測定葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率,5月7日測定葉片光合色素含量。5月11日采收蒜薹,6月2日采收鱗莖,分別于采收后測定蒜薹、鱗莖含硒量、產(chǎn)量和品質(zhì)(可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白、游離氨基酸和大蒜素),每處理取樣10株,混勻,3次重復(fù)。

光合參數(shù)采用TPS-2光合儀于2011年5月6日上午8:30~10:00進(jìn)行測定,光強(qiáng)1200~1400 μmol/(m2·s),氣溫20 ~23℃,葉溫20 ~24℃,CO2濃度374~381 μmol/mol,測定部位為從上數(shù)第4片葉中間,每水平隨機(jī)測定5株,即重復(fù)5次;光合色素含量測定采用丙酮比色法[8]。

蒜薹抽出打彎時(shí)從近地面向上10~15 cm處采收,用MP200B電子天平測定每個(gè)處理蒜薹的平均重量;鱗莖采收后,從鱗莖上部膨大處向上2 cm位置剪去上部假莖,去除根系,自然風(fēng)干 20 d,用MP200B電子天平測定蒜頭的重量。

可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C和大蒜素用鮮樣測定,分別采用蒽酮比色法[8]、考馬斯亮藍(lán)法[8]、二甲苯比色萃取法和苯腙法[9]。

將蒜薹和鱗莖105℃殺酶15min,80℃烘干至恒重,粉碎、過篩后,分別采用茚三酮法和分光光度法[10]測定游離氨基酸含量和硒含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS6.55和Microsoft Excel2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果分析

2.1 硒對(duì)大蒜葉片光合色素的影響

硒肥噴施次數(shù)和噴施濃度對(duì)大蒜葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素(a+b)含量影響極顯著(圖1、表1)。噴施3個(gè)濃度的硒肥均能顯著提高大蒜葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素(a+b)含量,且呈先升高后降低的拋物線趨勢。噴施1次和2次硒肥處理(T1、T2),Se2(10 mg/L)水平下葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素(a+b)含量增幅最大,其中T1Se2處理較CK分別提高 25.98%、24.92%、29.72%和25.74%;T2Se2處理較CK分別提高35.36%、33.27%、31.24%和34.88%,其最有利于大蒜葉片光合色素的合成。噴施3次硒肥處理(T3),Se1(5 mg/L)水平下葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素(a+b)含量達(dá)到最高值,較CK分別提高28.68%、27.34%、28.68%和 28.38%,差異極顯著。高濃度(Se3)的硒肥對(duì)提高大蒜葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素(a+b)含量的效果降低,處理 T3Se3達(dá)到最低值,分別較 CK提高4.91%、5.93%、3.61%和5.14%。

圖1 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜葉片光合色素含量的影響Fig.1 Effects of different Se spraying frequencies and concentrations on photosynthetic pigment content of garlic leaves

表1 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜葉片光合色素含量影響的差異顯著性分析(F值)Table 1 Significance analyses of effects of different Se spraying frequencies and concentrations on photosynthetic pigment content of garlic leaves(F-value)

2.2 硒對(duì)大蒜葉片光合參數(shù)的影響

表2表明,Se1、Se2、Se3濃度下噴施1次、2次、3次處理均顯著提高了葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。各噴施次數(shù)下,大蒜葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的變化均隨硒濃度增加呈先升高后降低的趨勢,噴施1次(T1)、2次(T2)硒肥處理,Se2濃度增幅最大,T1Se2、T2Se2與CK相比,凈光合速率分別提高61.42%、88.02%,蒸騰速率分別提高50.00%、72.30%,氣孔導(dǎo)度分別提高85.63%、92.35%;噴施3次(T3)硒肥處理,Se1濃度增幅最大,與CK相比,T3Se1處理凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度分別提高了68.16%、51.01%和87.46%。T3Se3處理凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度達(dá)到所有處理的最低值(除CK),說明噴施3次高濃度(Se3)硒肥不利于凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的提高。由表2還可看出,胞間CO2濃度的變化與凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度的變化趨勢相反,除處理T1Se1、T3Se3外,其它各處理均顯著降低葉片胞間 CO2濃度,T1Se2、T2Se2、T3Se1處理達(dá)到各噴施次數(shù)的最低值,分別比 CK降低10.38% 、16.21% 、11.11% 。

總之,硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度的影響顯著,其中噴施2次10 mg/L濃度的硒肥處理最有利于大蒜葉片光合性能的提高,更有利于光合物質(zhì)的積累。

表2 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜葉片光合參數(shù)的影響Table 2 Effects of different Se spraying frequencies and concentrations on photosynthetic parameters of garlic leaves

2.3 硒對(duì)蒜薹及鱗莖硒含量的影響

由表3可知,葉面噴施不同濃度、不同次數(shù)的亞硒酸鈉溶液均可提高蒜薹和鱗莖含硒量,其中硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)蒜薹和鱗莖含硒量影響極顯著。各噴施次數(shù)下,隨著噴施濃度的升高,蒜薹和鱗莖含硒量隨之增加,在Se3濃度(15 mg/L)下達(dá)到最高值;各噴施濃度下,隨著噴施次數(shù)的增加,蒜薹和鱗莖含硒量也隨之增加,噴施3次硒含量最高。當(dāng)噴施3次15 mg/L的Se時(shí)(T3Se3處理),蒜薹和鱗莖含硒量達(dá)最高,分別為19.81和23.96 mg/kg,為CK的3.85和4.41倍。

表3 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜蒜薹及鱗莖硒含量的影響Table 3 Effects of different Se spraying frequencies and concentrations on Se content of bolts and bulbs of garlic

2.4 硒對(duì)蒜薹及鱗莖質(zhì)量的影響

由表4可看出,葉面噴施硒肥可顯著提高蒜薹及鱗莖鮮質(zhì)量,噴施次數(shù)和濃度對(duì)提高單薹和單頭鮮質(zhì)量效果極顯著,各噴施次數(shù)中,平均單薹鮮質(zhì)量和平均單頭鮮質(zhì)量均隨硒濃度的增加呈先升高后降低的拋物線趨勢。T1Se2、T2Se2、T3Se1處理達(dá)到各噴施次數(shù)的最高值,其中平均單薹鮮質(zhì)量較CK分別提高64.90%、68.25%、65.72%,平均單頭鮮質(zhì)量較 CK分別提高 25.16%、29.00%、26.09%。T3Se3處理對(duì)提高單薹和單頭鮮質(zhì)量的效果最差,較CK僅分別提高9.19%和8.22%??傊?,噴施2次10 mg/L濃度的硒肥處理(T2Se2)對(duì)提高蒜薹和鱗莖鮮質(zhì)量效果最顯著,進(jìn)而最有利于蒜薹和鱗莖增產(chǎn)。

2.5 硒對(duì)蒜薹及鱗莖品質(zhì)的影響

2.5.1 硒對(duì)蒜薹品質(zhì)的影響 硒不但可以影響蒜薹的生理指標(biāo),還對(duì)蒜薹的品質(zhì)有一定的影響。由表5可知,硒對(duì)蒜薹中可溶性糖,可溶性蛋白,維生素C含量的影響基本一致,即在各噴施次數(shù)下,隨著硒濃度的增加,上述指標(biāo)都呈先升高后降低的拋物線趨勢,但是各處理對(duì)不同指標(biāo)影響的顯著性不盡相同。噴施1次、2次硒處理,Se2(10 mg/L)濃度下蒜薹可溶性糖含量最高,分別較CK提高38.76%、73.05%;噴施3次硒處理,Se1(5 mg/L)濃度下蒜薹可溶性糖含量增加最顯著,較CK提高59.11%;T3Se3處理蒜薹可溶性糖含量低于其他各施硒處理,較CK僅提高9.64%。不同濃度、不同噴施次數(shù)(除T3Se3處理維生素C含量外)均能顯著提高蒜薹中可溶性蛋白和維生素 C含量,其中 T1Se2、T2Se2、T3Se1處理達(dá)到各噴施次數(shù)的最高值,可溶性蛋白和維生素C含量分別較CK提高71.93%、104.66% 、83.89% 和 14.22% 、18.95% 、17.41%;處理T3Se3可溶性蛋白和維生素C達(dá)到各處理最低值,其中維生素C含量與CK差異不顯著。

表4 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜蒜薹及鱗莖鮮質(zhì)量的影響Table 4 Effects of different Se spraying frequencies and concentrations on the fresh weights of bolts and bulbs of garlic

由表5還可以看出,硒可降低蒜薹中大蒜素和游離氨基酸含量,其中硒對(duì)大蒜素含量的影響與可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C相似,游離氨基酸含量的變化則與其相反。除處理 T1Se1、T2Se3、T3Se3可顯著降低蒜薹中大蒜素含量外(分別比CK降低16.39%、9.71%、13.45%),其他各處理對(duì)蒜薹中大蒜素含量的影響不顯著;各處理均能顯著降低蒜薹中游離氨基酸的含量,T1Se2、T2Se2、T3Se1達(dá)各噴施次數(shù)的最低值,分別比CK降低28.12%、36.95%、33.52%。方差分析表明,硒濃度對(duì)上述指標(biāo)影響極顯著(表5)。

2.5.2 硒對(duì)大蒜鱗莖品質(zhì)的影響 由表6可知,除游離氨基酸含量變化與蒜薹相反外,其他品質(zhì)指標(biāo)的變化均與蒜薹相似。不同噴施次數(shù)、不同濃度(除T3Se3處理的可溶性蛋白和維生素C含量)的硒肥均能有效提高鱗莖中可溶性糖、可溶性蛋白、維生素 C和游離氨基酸的含量,T1Se2、T2Se2、T3Se1分別達(dá)到各噴施次數(shù)的最高值,與CK相比,可溶性糖分別提高68.55%、82.01%、72.66%,可溶性蛋白分別提高40.74%、51.27%、44.79%,維生素C分別提高49.32%、69.82%、59.90%,游離氨基酸分別提高35.20%、38.91%、38.46%;處理T3Se3可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、游離氨基酸均低于其他各施硒處理,較CK分別提高10.47%、1.39%、4.65%、11.49%。葉面施硒可降低鱗莖中大蒜素的含量,除T2Se2對(duì)鱗莖大蒜素含量的影響不顯著外,其他各處理均可顯著降低鱗莖大蒜素的含量。表6表明,噴施次數(shù)和濃度對(duì)上述指標(biāo)影響顯著,且存在顯著交互效應(yīng),其中以噴施2次10 mg/L Se處理(T2Se2)對(duì)改善鱗莖品質(zhì)最有效。

3 討論

3.1 葉面噴施硒對(duì)大蒜葉片光合性能的影響

本試驗(yàn)證明,硒可以提高大蒜葉綠素和類胡蘿卜素含量,這與院金謁等[6]的研究結(jié)果一致,適量的硒可以顯著提高葉綠素含量,這在小麥[11]、油菜[12]、生菜[13]、胡蘿卜[14]、花椰菜[15]、辣椒[16]等多種植物上均有報(bào)道。在硒的生理濃度范圍內(nèi),硒可以促進(jìn)植物對(duì) P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Mo 等元素的吸收[17],而這些元素大多能促進(jìn)或參與葉綠素的合成過程,因此,硒提高葉綠素含量可能是通過促進(jìn)這些對(duì)葉綠素合成有益元素的吸收來實(shí)現(xiàn)的。

表5 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜蒜薹營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 5 Effects of different Se spraying frequencies and concentrations on nutrition quality of in the bolts of garlic

硒提高大蒜葉片的凈光合速率,可能是由于硒引起葉綠素含量增加,導(dǎo)致光合作用增強(qiáng),進(jìn)而引起凈光合速率提高。楊鳳娟等[18]的研究表明,大蒜葉片凈光合速率越高,胞間CO2濃度越低,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。施硒同時(shí)提高了大蒜葉片的蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度,表明適量的硒有助于調(diào)節(jié)氣孔正常開閉,從而利于CO2的交換和水的蒸騰。

3.2 硒對(duì)蒜薹和鱗莖硒含量的影響

本試驗(yàn)表明,隨著噴施次數(shù)和濃度的增加,蒜薹和鱗莖含硒量隨之增加,說明大蒜對(duì)硒有很強(qiáng)的富集作用,這與王晉民等[5]、王永勤等[7]、段詠新等[19]、院金謁等[6]的研究結(jié)果一致。含硒量與前人結(jié)果有差別,可能是由于大蒜品種不同、地域差異等原因造成的。

3.3 硒對(duì)蒜薹和鱗莖的產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

研究證明,適量的硒可以提高大蒜產(chǎn)量[5-7],改善作物品質(zhì)。關(guān)于硒對(duì)大蒜品質(zhì)影響的報(bào)道還相對(duì)較少,本試驗(yàn)得出,硒可以提高蒜薹和鱗莖中可溶性糖、可溶性蛋白、Vc含量,噴施2次10 mg/L的亞硒酸鈉效果最顯著。段詠新等[19]證明硒可以提高大蒜中蛋白質(zhì)和可溶性糖含量,但王晉民等[5]研究表明,施硒與大蒜中Vc和總糖含量呈負(fù)效應(yīng),與本試驗(yàn)結(jié)果不同,但是在其它作物上有相似報(bào)道,如水培生菜加硒可提高生菜葉總糖、還原糖和可溶性蛋白含量[20],李彥等[21]證明一定量的硒能提高番茄果實(shí)Vc含量。關(guān)于硒對(duì)大蒜品質(zhì)影響的報(bào)道還不是很多,得出不同的結(jié)果可能是由于品種、生長環(huán)境等因素不同所造成的。同時(shí)本試驗(yàn)還得出硒與大蒜素含量呈負(fù)相關(guān),除對(duì)照(CK)外,在噴施相同次數(shù)條件下,隨硒濃度升高,大蒜素含量呈先升高后降低的趨勢,且以噴施2次10 mg/L的亞硒酸鈉的處理大蒜素含量最高,與對(duì)照無差異,目前其機(jī)理尚待進(jìn)一步研究。試驗(yàn)證明,蒜薹和鱗莖游離氨基酸含量的變化呈負(fù)相關(guān),硒可減少蒜薹中游離氨基酸含量,增加鱗莖中游離氨基酸含量,可能是蒜薹與鱗莖對(duì)硒的耐受力不同,也可能是硒促進(jìn)了蒜薹中的游離氨基酸向鱗莖轉(zhuǎn)移,還可能是硒促進(jìn)了蒜薹中的游離氨基酸合成蛋白質(zhì),目前還不能給出明確的解釋,有關(guān)硒對(duì)游離氨基酸含量影響的報(bào)道也不盡相同,如Munshi[22]指出硒可提高馬鈴薯塊莖中蛋白質(zhì)含量,降低游離氨基酸含量;史衍璽等[23]研究表明,硒能提高小白菜地上部游離氨基酸含量。

表6 硒肥噴施次數(shù)和濃度對(duì)大蒜鱗莖營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 6 Effects of different Se spraying frequencies and concentrations on nutrition quality in the bulbs of garlic

4 結(jié)論

試驗(yàn)證明,葉面施硒能有效提高大蒜葉片光合性能,提高蒜薹和鱗莖質(zhì)量、含硒量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和維生素C含量,提高鱗莖游離氨基酸含量。當(dāng)生長期噴施2次10 mg/L亞硒酸鈉時(shí),光合性能達(dá)到最優(yōu),蒜薹和鱗莖質(zhì)量、可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量達(dá)到最高,鱗莖游離氨基酸含量最高,蒜薹和鱗莖大蒜素降低不顯著。高濃度(15 mg/L)的硒不利于葉片光合性能,蒜薹和鱗莖質(zhì)量、可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、大蒜素含量的提高,當(dāng)噴施3次高濃度(15 mg/L)的硒肥時(shí),以上指標(biāo)達(dá)到最低值,僅蒜薹中游離氨基酸降幅不顯著,但此時(shí)蒜薹和鱗莖的含硒量最高。

綜上,生長期噴施2次10 mg/L的亞硒酸鈉可以顯著增強(qiáng)大蒜葉片的光合性能,增加蒜薹和鱗莖的質(zhì)量,改善蒜薹和鱗莖的品質(zhì)。

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