作者简介:李乐(1993—),女,陕西渭南人,硕士研究生,研究方向为设施蔬菜栽培生理与生态。E-mail:1822684778@qq.com
为研究基质栽培条件下外源硒对番茄的生物效应,以硒酸钠为硒源,设10个硒浓度水平,分别为0(CK)、0.25、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00、40.00和80.00 μmol·L-1,研究外源硒对番茄生物量、产量、品质,以及各器官硒积累、转运和其他矿质元素积累的影响。结果表明:0.25、1.00和5.00 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄地上干物质含量高于其他处理,1.00和5.00 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄地下干物质含量次于0.50 μmol·L-1硒酸钠处理,且高于0.25 μmol·L-1硒酸钠处理。40.00 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄维生素C (VC)和可溶性糖含量最高,硝酸盐含量次于80.00 μmol·L-1硒酸钠处理;0.25和5.00 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄VC、可溶性糖和硝酸盐含量均次于40.00 μmol·L-1硒酸钠处理,0.50 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄硝酸盐含量较CK增加21.52%;除20.00 μmol·L-1硒酸钠处理外,其他处理糖酸比均高于CK。5.00 μmol·L-1硒酸钠处理产量显著高于其他处理,硒酸钠>10.00 μmol·L-1时,番茄产量均低于CK。施硒可促进番茄各器官硒的积累和转运,果实硒的积累量随着外源硒浓度增大成倍增加;番茄叶片硒转运能力最强,果实最弱。5.00 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄N和Ca元素含量最高,均显著高于其他处理,较CK分别增加10.75%和295.20%;1.00、2.50、5.00和10.00 μmol·L-1硒酸钠处理的番茄P元素含量显著高于其他处理;施硒促进了番茄对Mg(10.00 μmol·L-1硒酸钠处理除外)和Fe(20.00 μmol·L-1硒酸钠处理除外)的吸收。适宜硒浓度能增加植株干物质含量,改善品质,提高产量和促进矿质元素吸收。在富硒番茄生产上,建议采用5.00 μmol·L-1硒处理,起到增产提质的作用。
In order to study the biological effects of exogenous selenium on tomatoes in substrate cultivation conditions, sodium selenium was used as the selenium source, and the selenium concentrations were set to 0 (CK), 0.25, 0.50, 1.00, 2.50, 5.00, 10.00, 20.00, 40.00 and 80.00 μmol ·L-1, respectively. Effects of exogenous selenium on tomato biomass, yield, quality, selenium accumulation, transport and accumulation of other mineral elements in various organs were studied. The results indicated that the above-ground dry matter content of 0.25, 1.00 and 5.00 μmol·L-1 treatments were higher than other treatments, and below-ground dry matter content of 1.00 and 5.00 μmol·L-1 treatments were lower than that of 0.50 μmol·L-1 treatment and higher than that of 0.25 μmol·L-1 treatment. Contents of vitamin C (VC) and soluble sugar of 40.00 μmol·L-1 treatment were the highest, and nitrate content of 40.00 μmol·L-1 treatment was second to 80.00 μmol·L-1 treatment. Contents of VC, soluble sugar and nitrate of 0.25 and 5.00 μmol·L-1 treatments were second to the 40.00 μmol·L-1 treatment. Nitrate content of 0.50 μmol·L-1 treatment increased by 21.52% compared with control group. Except 20.00 μmol·L-1 treatment, sugar-acid ratio of other treatments were higher than that of CK. Yield of 5.00 μmol·L-1 treatment was significantly higher than those of other treatments. However, the yields became lower than CK when the concentration of Se was higher than 10.00 μmol·L-1. Selenium application promoted the accumulation and transport of selenium in tomato organs. Selenium accumulation in fruits increased exponentially with the increase of exogenous selenium concentration. Leaves of tomato exhibited the strongest capacity of selenium transport while fruits had the weakest. Contents of N and Ca in tomato of 5.00 μmol·L-1 treatment were significantly higher than those of other treatments, which increased by 10.75% and 295.20% respectively compared with CK. Content of P in tomato of 1.00、2.50、5.00 and 10.00 μmol·L-1 treatments were significantly higher than those of other treatments. Selenium application promoted the absorption of Mg (except 10.00 μmol·L-1 treatment) and iron (except 20.00 μmol·L-1 treatment). Appropriate selenium concentration could increase plant dry matter content, improve quality, increase yield and promote mineral element absorption. In the production of selenium-enriched tomatoes, we suggested to apply the concentration of 5.00 μmol·L-1 selenium to increase the yield and quality.
硒是人和动物生命活动中必需的生命元素, 具有多种生物学功能, 在清除自由基、抗肿瘤和抗癌方面贡献突出, 缺硒会引起克山病、心血管等疾病。1980年调查显示, 世界上有42个国家和地区缺硒, 而中国有72%的地区属于缺硒地区[1]。所以各种补硒产品成为我国乃至世界缺硒国家的焦点。番茄作为种植最广泛的设施蔬菜之一, 不但口感好, 营养价值高, 而且市场需求量大, 能够带来丰厚的经济价值, 使得其总产量在我国设施农业中位居首位[2, 3]。基质是无土栽培的主要形式, 邵泱峰等[4]研究表明, 基质栽培可以提高番茄产量, 改善番茄品质; 在栽培方式上, 由于槽式栽培和土壤栽培管理的相似性, 易于学习和掌握, 所以我国大面积使用基质栽培方式[5]。基质栽培可以增加番茄产量, 提高植株抗病性[6], 更甚者可以克服蔬菜土壤栽培中的连作障碍, 在生产应用中效果较好[7, 8]。
对植物施硒不仅能够提高硒的生物活性, 而且可以提高植物产量、改善品质。张明中[9]研究表明, 施硒后番茄硝酸盐含量随土壤硒浓度的增加而降低。郭开秀等[10]研究也发现, 随着硒浓度上升, 鸡毛菜硝酸盐含量下降。杨文秀等[11]研究表明, 施硒可以提高油菜的维生素C和可溶性糖含量。在矿质元素方面, 陈铭等[12]研究认为, 硒在适宜浓度范围内能促进植物对营养元素的吸收, 浓度过高则作用相反。前人对富硒番茄果实品质研究较多, 而在硒对果实矿质元素影响方面报道甚少。基质培是无土栽培中应用最广泛的栽培形式, 本试验选用基质栽培, 通过营养液滴灌施入不同浓度的硒, 研究硒对番茄植株生物量、果实品质、番茄产量、果实中矿质元素积累4个方面的影响来探究番茄硒效应, 以期筛选出能够增产提质的硒浓度, 用于番茄的富硒生产。
试验于2018年8月在银川国家农业科技园区(宁夏园艺产业园)科研开发区2号日光温室进行。供试番茄品种为大果番茄诗洛奇, 购于宁夏天缘种业有限公司。外源硒为山东西亚化学工业有限公司所产的硒酸钠, 含硒量为40.96%。试验中所用营养液配方为1单位日本园试配方+200 mg· L-1 CaCl2· 2H2O。
栽培方式为基质槽培, 槽子用砖砌成, 槽子长5.8 m, 高0.22 m, 宽0.75 m, 内径宽0.52 m。基质购于宁夏中青农业科技有限公司, 基质理化性质为:pH 6.05、电导率2.653 ms· cm-1、全氮28.408 g· kg-1、全磷6.614 g· kg-1、速效氮53.9 mg· kg-1、速效磷276.72 mg· kg-1和速效钾796.35 mg· kg-1。
8月20日定植, 单干整枝, 3穗果摘心。定植后清水缓苗5 d后施日本园试1单位基础肥, 其中大量元素浓度为:NO3-N 16 mmol· L-1、NH3-N 1.3 mmol· L-1、P 1.3 mmol· L-1、K 8 mmol· L-1、Ca 4 mmol· L-1、Mg 2 mmol· L-1和S 2 mmol· L-1; 微量元素浓度为:Fe 3 mg· L-1、B 0.5 mg· L-1、Mn 0.5 mg· L-1、Zn 0.05 mg· L-1和Cu 0.02 mg· L-1。9月15日开始, 通过土壤施硒的方式添加外源硒, 将硒酸钠溶于营养液, 每天每株浇营养液500 mL; 从9月22日植株进入开花坐果期开始, 施加外源硒+1单位日本园试配方+200 mg· L-1 CaCl2· 2H2O, 番茄植株拉秧前20 d停止施肥, 12月30日植株拉秧。硒浓度分别设为0(CK)、0.25、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00 μ mol· L-1, 具体处理见表1。完全随机区组设计, 每处理3次重复, 定植密度为4株· m-2, 每34株为1个重复。
![]() | 表1 试验处理 Table 1 Test treatment |
1.3.1 品质测定
在番茄二穗果成熟时每小区选取9株健康番茄植株, 各摘1个发育程度、果实大小一致的番茄进行清洗, 对其进行品质测定:蒽酮比色法测定可溶性糖含量[13]; 钼蓝比色法测定维生素C(VC)含量[13]; NaOH滴定法测定有机酸含量[14]; 水杨酸比色法测定硝酸盐含量[13]; 用比色法测定蔗糖、果糖和葡萄糖的质量分数。
糖酸比=可溶性糖含量/有机酸含量。番茄中硒的转移系数=地上部分各器官中硒元素含量/根系中硒元素含量。转移系数反映植物将硒元素从地下器官运到地上器官的能力, 其值的大小表明运送能力的大小。
1.3.2 番茄产量测定
小区产量:果实成熟时按第1穗果至第3穗果分别称量, 计算每一穗果平均单株产量和整株单株产量, 最后折算每667 m2产量。单果重:记产小区每一穗果产量分别称量, 并统计番茄个数, 计算每一穗平均单果重, 将3穗果的单果重进行平均得到小区单果重。
1.3.3 番茄生物量和养分的测定
在番茄拉秧期, 每个处理选择生长状况良好、长势一致的番茄植株9株, 分别对其根、茎、叶、果4个部位的鲜样称量。之后将其放入烘箱中105 ℃杀青30 min, 60 ℃烘干至恒质量, 对干样进行称量。将烘干后的样品按部位分别粉碎, 过100目筛, 用自封袋装好, 做好标记, 待测。
将植株粉碎, 进行元素测定。N、P、K元素测定:称取0.10 g样品, 采用H2SO4-H2O2进行消煮, 用AA3连续流动分析仪对N和P进行测定, 用火焰光度计测K。Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Se元素测定:称取0.15 g样品加入6 mL HNO3、1 mL HF和1 mL H2O2, 放在BHW-09A型恒温消解仪, 120 ℃预消解30 min, 转入ETHOS A型微波消解仪中160 ℃消解1 h左右, 再放入BHW-09A型恒温消解仪160 ℃消解、赶酸至消煮液1 mL左右, 定容至45 mL; 用ICE3500原子吸收光谱仪测定Ca、Mg和Na, 用NexION 350X电感耦合等离子体质谱仪测定Fe、Mn、Cu、Zn、Mo和Se元素。
所有数据采用Microsoft Excel 2019软件进行整理与计算, 数据分析使用SPSS 22软件Duncan(P< 0.05)进行差异性分析, 数据以平均值± 标准误表示, 用Origin 2018作图。
如图1所示:0.50 μ mol· L-1硒处理的番茄根干物质含量最大, 1.00~5.00和10.00 μ mol· L-1硒处理次之, 20和80 μ mol· L-1硒处理的番茄根干物质含量略低于CK, 但差异不显著。硒处理的茎干物质含量高于CK, 除2.50 μ mol· L-1硒处理外, 0.25~5.00 μ mol· L-1硒处理的番茄茎干物质含量高于10.00~80.00 μ mol· L-1硒处理。0.25~40.00 μ mol· L-1硒处理的叶干物质含量均显著高于CK, 其大小为5.00 μ mol· L-1 处理> 1.00 μ mol· L-1 处理> 10.00 μ mol· L-1 处理> 20.00 μ mol· L-1 处理> 40.00 μ mol· L-1 处理> 0.50 μ mol· L-1 处理> 0.25 μ mol· L-1 处理> 2.50 μ mol· L-1 处理, 0.25、0.50和40.00 μ mol· L-1硒处理间无显著差异, 1.00和10.00 μ mol· L-1硒处理无显著性差异。除2.50、10.00、40.00和80.00μ mol· L-1硒处理外, 其他处理果干物质含量均显著高于CK, 0.25 μ mol· L-1硒处理果干物质含量最高。
2.2.1 番茄各器官硒积累与各器官硒转运系数
硒处理对番茄硒积累的影响见表2, 随硒浓度的增加番茄各个器官的硒含量随之增加。与CK相比, 硒处理的番茄果实中硒含量成倍增加, 0.25、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中硒含量分别为CK的1.59、2.57、4.24、6.19、12.27、22.14、54.68、99.81、204.11倍。番茄对硒的转移系数大小顺序为叶> 茎> 果, 各器官对硒的转移系数分别为:茎0.72~1.64, 叶1.61~5.20, 果0.57~1.28, 硒处理下叶和果的转移系数均大于CK。
![]() | 表2 番茄各器官硒含量与各器官硒转运系数 Table 2 Selenium content and selenium transport coefficient in different organs of tomato |
2.2.2 果实中大量矿质元素积累
由图2可知, 2.50、5.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中N含量显著高于CK, 分别较CK增加6.36%和10.75%。0.50~10.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中P含量显著高于CK, 较CK增加9.48%~22.57%, 1.00~10.00 μ mol· L-1硒处理间无显著差异。0.50~2.50 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中K含量均显著高于CK。所有硒处理的果实中Ca含量均显著高于CK, 5.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中Ca的积累量最多, 较CK增加295.20%, 并显著高于其他处理。除1.00 μ mol· L-1和10.00 μ mol· L-1处理外, 其他浓度硒处理的番茄果实中Mg含量均显著高于CK, 较CK升高18.78%~55.25%。硒浓度小于5.00 μ mol· L-1的处理中, Na含量随硒浓度增加而降低; 硒浓度大于5.00 μ mol· L-1时, 可促进番茄果实对Na的吸收。
2.2.3 果实中微量元素积累
如图3所示, 0.25~80.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中Fe元素含量呈波动式变化, 硒浓度为1.00、5.00、40.00、80.00 μ mol· L-1时, Fe元素含量较高, 且显著高于CK。80.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实中Cu元素含量显著高于其他处理, 2.50、5.00和20.00 μ mol· L-1硒处理与CK无显著差异。硒浓度为0.25~40.00 μ mol· L-1时, Mn元素含量呈先增加后下降的趋势, 2.50 μ mol· L-1硒处理Mn元素含量最大, 与CK相比增加27.48%。Zn元素含量均低于CK(除40.00和80.00 μ mol· L-1处理外), 硒浓度为1.00 μ mol· L-1时较CK低42.86%。硒浓度为0.25和80.00 μ mol· L-1时Mo元素含量显著高于CK, 分别较对照增加12.33%和13.67%, 其他硒浓度处理Mo元素含量显著下降(0.50 μ mol· L-1处理除外)。
表3表明, 硒浓度为40.00、0.25~10.00 μ mol· L-1时, 番茄果实中VC含量显著高于CK, 分别较CK高39.23%、12.04%、12.66%、12.66%、16.97%、13.02%和6.05%; 硒浓度为20.00和80.00 μ mol· L-1时, VC含量与CK无显著性差异。40.00 μ mol· L-1硒处理的可溶性糖含量最高, 显著高于其他处理, 0.25、0.50和5.00 μ mol· L-1处理间差异不显著, 但显著高于CK。0.25、5.00、和40.00 μ mol· L-1硒处理的果实硝酸盐含量与CK差异不显著, 其余处理均显著高于CK(除80 μ mol· L-1硒处理外)。硒处理提高了果实蔗糖含量, 其中0.25~1.00和5.00 μ mol· L-1处理、2.50和40.00 μ mol· L-1处理, 以及10.00和20.00 μ mol· L-1处理, 彼此间差异不显著。除20.00和40.00 μ mol· L-1硒处理果糖含量显著高于CK外, 其他硒处理与CK无显著差异。就葡萄糖含量而言, 1.00 μ mol· L-1硒处理显著低于CK, 其他处理与CK均无显著差异。20.00 μ mol· L-1硒处理的果实糖酸比显著低于CK, 其他硒处理均能提升番茄果实的糖酸比。综上, 0.25和5.00 μ mol· L-1处理, 除糖酸比前者显著高于后者外, 其他品质指标均无显著差异, 二者品质次于最优硒处理(40.00 μ mol· L-1)。
![]() | 表3 不同浓度硒处理对番茄果实品质的影响 Table 3 Effects of different concentrations of selenium on tomato fruit quality |
产量数据统计分析见表4, 硒浓度为0.25~5.00 μ mol· L-1时, 平均单果重呈波浪式变化, 0.25 μ mol· L-1硒处理单果最大, 为218.85 g, 显著高于CK; 硒浓度超过10.00 μ mol· L-1后, 平均单果重呈下降趋势, 且均小于CK。单株产量和667㎡ 产量存在正相关, 硒浓度为5.00 μ mol· L-1时, 产量最高, 比对照增加7.92%。
![]() | 表4 不同浓度硒处理对番茄产量的影响 Table 4 Effects of different concentrations of selenium on tomato yield |
硒是人和动物生命活动中的必需元素, 而缺硒是全球性的问题, 硒对植物存在剂量效应, 所以探究合适富硒番茄生产的硒浓度具有重要的现实意义。本研究表明:适宜的硒浓度(0.25~5.00 μ mol· L-1)有利于番茄增产, 较CK增加1.70%~7.92%, 其中5.00 μ mol· L-1处理产量最高, 高浓度的硒导致番茄减产。与冯学金等[15, 16, 17, 18, 19, 20]对胡麻、马铃薯、小麦、胡萝卜、大蒜和番茄的研究结果一致, 适量的硒使用能够促进番茄的生长, 有增产的效果, 而硒用量过大则效果降低, 甚至产生毒害。
戚霄晨等[21]和邢颖等[22]分别对甜樱桃(喷施亚硒酸钠)和马铃薯(有机硒肥)进行研究, 结果表明, 施硒均可提升果实VC含量。韩亚文等[23]通过土施硒酸钠研究硒对番茄品质的影响, 结果表明, 施硒提高了果实糖酸比和可溶性糖含量。张明中[9]研究表明, 番茄施硒后硝酸盐含量随施硒量的增加而降低。本研究结果显示, 40.00 μ mol· L-1硒处理的番茄果实VC和可溶性糖含量最高, 硝酸盐含量次于80.00 μ mol· L-1居第二位, 0.25、0.50和5.00 μ mol· L-1硒处理的VC和可溶性糖含量均次于40.00 μ mol· L-1处理, 0.25和0.50 μ mol· L-1硒处理的硝酸盐含量次于40.00 μ mol· L-1硒处理, 0.50 μ mol· L-1硒处理的硝酸盐含量较CK增加21.52%; 其他处理糖酸比均高于CK(20.00 μ mol· L-1除外), 所以40.00 μ mol· L-1硒处理的番茄品质最优, 0.25 μ mol· L-1和5.00μ mol· L-1硒处理次之。本研究中番茄的品质变化与上述研究存在一定差异, 可能是因为施硒方式、硒肥种类、作物品种等不同, 作物对硒的敏感度不同。为了在保证产量的基础上增加品质, 硒浓度5.00 μ mol· L-1处理较合适。
矿质元素是植物生命活动中必不可少的养分, 参与植物体内的各种代谢过程, 探究其积累情况有助于了解植株的生长。随外源硒浓度的增加, 果实硒含量随之增加, 对其他矿质元素积累也产生了一定的影响。N元素吸收多少与产量关系密切。K元素是植物体多种酶的活化剂, 维持细胞渗透压的平衡, 适量的K能够促进根系发育, 提高植物抗性。田秀英等[24]通过盆栽试验表明, 除了最低硒浓度外, 施硒促进了苦荞籽粒对于N的吸收; 本研究结果与此一致, 适宜硒浓度(0.25~5.00 μ mol· L-1)可促进番茄果实对N元素的吸收。P元素能促进植物生长、提高抗性。刘勤等[25]研究提出, 硒对于P的吸收既有协同作用又有拮抗作用, 当土壤硒含量较多时表现为拮抗, 当土壤硒含量较少时主要表现为协同。本研究中, 硒浓度为0.50~10.00 μ mol· L-1时, 表现为显著的协同作用, 硒浓度过高表现为拮抗作用。Ca与植物的生理反应和细胞组织结构发育有关[26]。研究表明, Ca不足会引起番茄下部叶片失绿和果实脐腐, Fe不足会使叶脉缺绿。本试验中, 施硒基本上促进了番茄果实中Fe和Ca元素的积累, 硒浓度为5.00 μ mol· L-1时Ca含量最高, 与秦玉燕等[27]研究中叶面喷硒一定程度上提高了茶树Fe和Ca元素含量相一致。
我国食品安全标准方面自从2011年取消GB2762— 2005中硒的规定, 目前食品中的硒没有限量标准。在硒量摄入方面, 1988年, 我国营养学会推荐成人每日50 μ g的硒摄入量[28], 1996年, 国际学术组织联合会指出成年人硒日摄入量上限为每日400 μ g[29]。综上所述, 适宜的硒浓度能够满足番茄生长的需求, 协调植株生长、增加番茄产量、促进矿质元素的吸收和改善果实品质。从增产提质效果考虑, 硒浓度5.00 μ mol· L-1时产量最高, 能够改善番茄品质。就硒含量而言, 硒浓度为5.00 μ mol· L-1处理时, 每100 g鲜果含硒量26.14 μ g, 能够满足人体补硒的要求, 建议在番茄富硒生产上使用。
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