不同质量分数亚硒酸钠对碎米荠生物量和营养成分的影响

Effects of Sodium Selenite at Different Concentrations on Biomass and Nutrient Composition of Cardamine occulta

摘要: 以荆州市野生碎米荠为试材，采用叶面喷施硒肥和基质栽培的方式，研究了喷施质量分数为0 (CK)、15、30、45 mg∙L⁻¹亚硒酸钠(Na₂SeO₃)对碎米荠生长和营养成分的影响，并进行相关性和回归分析，以期为碎米荠人工补硒栽培技术提供实践依据。结果表明，在不同亚硒酸钠质量分数处理下，鲜重、干重、可溶性糖、维生素C、膳食纤维和氨基酸含量均呈现先上升后下降趋势，均在30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理下达到最大值；可溶性蛋白质含量与硒含量均呈升高趋势，在45 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理下到达最大值。相关性分析表明维生素C对鲜重、可溶性糖和氨基酸正向相关，可溶性蛋白质与硒含量正向相关；回归分析表明Na2SeO3质量分数超过30 mg∙L⁻¹左右，碎米荠硒积累速率下降，可溶性蛋白积累速率稳定。综上所述，喷施硒肥能促进碎米荠的生长，30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理下碎米荠的生长量和营养成分最优，该结果可为碎米荠人工补硒栽培提供理论数据参考。

Abstract: The effects of selenium fertilizer spraying on the growth and nutrient composition of wild Cardamine occulta in Jingzhou City with mass fraction 0 (CK), 15, 30, 45 mg∙L⁻¹ sodium selenite (Na₂SeO₃) were studied. The correlation and regression analysis were conducted. In order to provide a practical basis for the cultivation technology of artificial selenium supplements of Cardamine occulta. The results showed that the contents of fresh weight, dry weight, soluble sugar, vitamin C, dietary fiber and amino acid all increased first and then decreased under different sodium selenite mass fraction treatments, and reached the maximum value under 30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃ treatment. Soluble protein content and selenium content both showed an increasing trend and reached the maximum value at 45 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃ treatment. The correlation analysis showed that vitamin C was positively correlated with fresh weight, soluble sugar and amino acid, and soluble protein was positively correlated with selenium content. Regression analysis showed that when the mass fraction of Na₂SeO₃ exceeded 30 mg∙L⁻¹, the accumulation rate of selenium decreased and the accumulation rate of soluble protein stabilized. In conclusion, selenium fertilizer spraying can promote the growth of Cardamine occulta, and the growth amount and nutrient composition of Cardamine occulta under the treatment of 30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃ are the best, which can provide theoretical data reference for the cultivation of artificial selenium supplementation of Cardamine occulta.

1. 引言

硒(Se)是人体所需的必须微量元素之一，也是多种抗氧化酶的组成成分，通过清除生物体内自由基起到抗氧化作用 [1] 。硒能防癌、抗癌、增强机体免疫力 [2] ，与锌、维生素E和D联合调节新冠肺炎患者免疫系统，减轻发炎程度 [3] ；此外硒还具有抗重金属 [4] 、保护肝脏 [5] 、提高生殖能力 [6] 等多种功能。硒的存在形式可分为无机硒和有机硒两大类，无机硒必须与有机物质结合才能被人体吸收，而有机硒能直接被机体肠壁吸收，因而吸收效率相对较高 [7] 。

最新的研究表明植物可以将自然界的无机硒转化为硒多糖、硒蛋白、硒代氨基酸等有机硒，土壤中硒含量越高，植物越容易积累硒 [8] [9] 。植物的富硒能力受到植物组织、物种、生理条件、发育阶段等因素的影响，大多数植物茎和叶中的硒含量普遍较高 [10] 。富硒植物又可分为药用和食用两大类，涉及药用植物有百合、罗汉果、铁皮石斛等32种 [11] ；食用富硒植物有水稻、小麦、玉米以及野生植物紫箕、碎米荠等 [8] [12] 。同样，存在一些硒超富集植物，遏蓝菜的叶硒含量超过了国际公认的临界标准，食用致使人类硒中毒 [13] 。根据世界卫生组织公布的资料表明，缺硒是世界范围内的一种普遍现状，补硒已经成为了必要之事。碎米荠(Cardamine occulta))是十字花科(Brassicaceae Burnett)碎米荠属(Cardamine Linn) 1~2年生草本植物，是迄今为止发现的世界第3大聚硒植物，全草可作野菜食用，亦可药用 [14] 。我国大约有40多种碎米荠，主产温带地区，多分布于湖北省西南部典型的硒化地区恩施市 [15] 。在自然条件下，碎米荠种子属短命种子，主要靠营养繁殖 [16] ，碎米荠种子在冷冻等适宜条件下可长时间保存，并提高发芽齐整度；对高温环境具有一定的耐受性 [17] 。目前碎米荠多为野生，人工驯化补硒栽培技术尚不成熟，如何实现碎米荠富硒规模化和商品化，扩大碎米荠栽培规模，有待进一步研究。荆州市地处江汉平原腹地，拥有大面积富硒土壤，气候适宜，给碎米荠富硒产业提供理想生态环境，具有广阔的发展空间。因此，通过探究碎米荠最佳富硒栽培方法，以期为人工补硒栽培技术体系提供理论与实践依据，为荆州市富硒产业的发展提供理论基础。

2. 材料与方法

2.1. 试验地概况

试验在湖北省荆州市长江大学西校区校外基地进行(112˚08'45.024E、30˚20'56.904N)，地属江汉平原腹地，东临武汉，西接宜昌，南靠岳阳，北近襄阳。荆州市热带季风气候区，四季变化分明、光照充足，太阳年总辐射约104~110 kcal/cm²。年平均温度15.9~16.6℃，年降雨量在1100~1300 mm左右，年无霜期250~267 d，平均年日照时数为1800~2000 h。

2.2. 试验材料

收集长江大学西校区附近可食用野生碎米荠，将其移栽至校外实习基地，栽培至果荚成熟后，收集种子冷藏，待来年3月播种于黄沙和椰糠等体积混合的基质中，培养幼苗至3~5 cm高时进行试验。试验所用试剂为亚硒酸钠(Na₂SeO₃)，分别用电子天平称量0.015 g、0.030 g和0.045 g Na₂SeO₃粉末，再用蒸馏水定容至1 L，配置成15 mg∙L⁻¹、30 mg∙L⁻¹、45 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃溶液。

2.3. 试验设计

试验在校外实习基地大棚内进行。碎米荠幼苗完成育苗后，准备长19 cm，宽24 cm，高25.5 cm的塑料花盆，装上黄沙和椰糠等体积混合的栽培基质，并用木棍戳出大小适中的洞，随机选取长势一致的幼苗移栽于基质中，注意不能伤到幼苗根系。移栽完后，浇入充足的水保证幼苗根系和基质充分接触，后期每日浇水并遮阴处理。待移栽继续育苗一个月后，设置1个CK组和3个试验组，CK组叶面喷施蒸馏水，试验组叶面分别喷施15 mg∙L⁻¹、30 mg∙L⁻¹、45 mg∙L⁻¹浓度的Na₂SeO₃溶液，共4个处理，每个处理设置3个重复实验，每个重复移栽10株碎米荠，每天17:00~18:00处理1次，每次每盆喷施300 mL对应溶液，共处理10次，期间定期浇水、捉虫。处理完成后继续培养7天收苗，测定各项指标。

2.4. 项目测定

将碎米荠从花盆中整株挖出，保证其完整性，以蒸馏水清洗，自然晾干待用。使用电子天平测量碎米荠的鲜重与干重 [18] ：每处理取3株碎米荠用电子天平称量样品鲜重，然后随后干燥箱110℃杀青10 min，再80℃烘干至恒重后测定干重，精确到0.001 g，取平均值；蒽酮法测量碎米荠的可溶性糖含量 [19] ：各处理取1.0 g碎米荠鲜样，研磨至均浆后测定可溶性糖含量；考马斯亮蓝法测量碎米荠的可溶性蛋白质含量 [19] ：各处理取碎米荠鲜样2.0 g，研磨离心后加入考马斯亮蓝测定可溶性糖的含量；2,6-二氯酚靛酚滴定法测量碎米荠的维生素C含量 [19] ：每处理取1.0 g碎米荠鲜样，加入2%草酸研磨至均浆，定容过滤后测定维生素C含量；酶解法测量碎米荠的膳食纤维含量 [20] ：各处理将1.0 g新鲜碎米荠研磨至均浆，加入酶解液后经过沉淀、过滤、洗涤和干燥称重等测量膳食纤维含量；茚三酮显色法测量碎米荠的氨基酸含量 [21] ：每处理取3.0 g新鲜碎米荠研磨，经过试液提取后加入茚三酮、磷酸盐缓冲液等测定氨基酸含量；荧光分光光度法测量碎米荠的硒含量 [22] ：将每处理烘干至恒重的碎米荠样品研磨至粉末状，称取0.2 g (精确至0.001 g)于微波消解仪中消化，冷却后用石墨消解仪加热至近干，再加入盐酸和铁氰化钾等定容，用液相色谱-原子荧光光谱仪检测每个处理的总硒含量。

2.5. 数据分析

运用Excel 2020进行数据整理，利用IBM SPSS 27.0对数据进行统计学分析，Origin 2022进行数据绘图。

3. 结果与分析

3.1. 不同质量分数亚硒酸钠对碎米荠生物量的影响

从图1(a)可以看出，30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理生长状况和长势明显较好，须根最多；45 mg∙L⁻¹处理的碎米荠生长状况最差，须根最少，根系最短，明显矮于其他3组且枯黄最严重。由图1(b)和图1(c)可知，15、30、45 mg∙L⁻¹的Na₂SeO₃处理下单株碎米荠鲜重分别为2.112 g、2.935 g、2.280 g，与CK相比分别增加16.5%、61.9%和25.8%，呈现先上升后下降的趋势，30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理下碎米荠鲜重达到最大值；而干重分别为0.307 g、0.428 g、0.306 g，较CK分别提高了18.1%、64.6%和17.7%，与鲜重呈现相似的趋势。说明叶面喷施Na₂SeO₃能提高碎米荠鲜重和干重，其中30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理较其他处理而言，能较大程度提高碎米荠的鲜重和干重。

(a)

Figure 1. Effects of sodium selenite with different mass fractions on the biomass of Cardamine occulta. (a) The growth state of Cardamine occulta by spraying with different mass fractions of sodium selenite; (b) Change of fresh weight of cress with different mass fraction of sodium selenite; (c) Dry weight changes of cress with different mass fractions of sodium selenite sprayed

图1. 不同质量分数亚硒酸钠对碎米荠生物量的影响。(a) 喷施不同质量分数亚硒酸钠碎米荠的生长状态；(b) 喷施不同质量分数亚硒酸钠碎米荠鲜重变化；(c) 喷施不同质量分数亚硒酸钠碎米荠干重变化

3.2. 不同质量分数亚硒酸钠处理对碎米荠营养成分的影响

由图2可知，碎米荠经15、30、45 mg∙L⁻¹的Na₂SeO₃处理后，可溶性糖含量分别较CK提高了36.04%、

Figure 2. Effects of sodium selenite treatment with different mass fractions on contents of soluble protein (a), soluble sugar (b), vitamin C (c), dietary fiber (d), amino acid (e) and selenium (f) in Cardamine occulta

图2. 不同质量分数亚硒酸钠处理对碎米荠可溶性蛋白(a)、可溶性糖(b)、维生素C (c)、膳食纤维(d)、氨基酸(e)和硒含量(f)的影响

52.39%、28.77%，可溶性糖含量最高为12.43 mg∙g⁻¹，最低为8.16 mg∙g⁻¹；维生素C含量分别较CK处理提高了25.00%、49.99%、30.00%，维生素C含量最高为111.11 mg∙100g⁻¹，最低为74.07 mg∙100 g⁻¹；膳食纤维含量分别较CK上升了26.40%、31.36%、10.39%，膳食纤维含量最高为97.12 mg∙g⁻¹，最低为73.94 mg∙g⁻¹；氨基酸含量分别较CK提高了13.11%、33.53%、26.34%，氨基酸含量最高为18.17 mg∙100g⁻¹，最低为13.60 mg∙100g⁻¹，证明碎米荠在不同质量分数的Na₂SeO₃处理下，可溶性糖、维生素C、膳食纤维和氨基酸含量虽Na₂SeO₃质量分数升高呈先增加后减少趋势，其中在30 mg∙L⁻¹处理下达到峰值且差异最显著；此外，可溶性蛋白质含量分别较CK增加了30.23%、58.14%、89.47%，可溶性蛋白质含量最高为9.78 mg∙g⁻¹，最低为5.16 mg∙g⁻¹；总硒含量分别是CK 39、63、87倍，总硒含量最高为53.69 mg∙kg⁻¹，最低为0.169 mg∙kg⁻¹，证明可溶性蛋白质和硒含量随Na₂SeO₃质量分数升高呈增长趋势，45 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理下的值最大且差异最显著。综上所述，施用Na₂SeO₃能显著提高碎米荠可溶性糖、可溶性蛋白质、维生素C、膳食纤维、氨基酸和硒含量，增加碎米荠营养成分，其中30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理后增加的碎米荠营养成分较多，效果最好。

3.3. 碎米荠生物量与营养物质间的相关性分析

对不同质量分数Na₂SeO₃处理下碎米荠生物量和营养物质进行相关性分析。由表1可知，鲜重与干重、维生素C均呈显著正相关，相关系数分别为0.984和0.957，即鲜重越高，碎米荠的干重和维生素C含量越高；可溶性糖与维生素C呈显著正相关，相关系数为0.968，即可溶性糖含量越高，维生素C含量越高；可溶性蛋白与硒含量呈极显著正相关，相关系数为0.992，即可溶性蛋白和硒含量变化趋势一致；维生素C与氨基酸呈显著正相关，相关系数为0.961，即维生素C含量高，氨基酸的含量也高；其他成分无显著相关性。综上所述，碎米荠鲜重、可溶性糖和氨基酸含量变化与维生素C含量变化一致；硒含量随可溶性蛋白质含量升高而增加。

Table 1. Correlation analysis of biomass and nutrients of Cardamine occulta treated with different concentrations of sodium selenite

表1. 不同浓度亚硒酸钠处理下碎米荠生物量和营养物质间相关性分析

注：*表示在5%水平上显著相关(P < 0.05)，**表示在1%水平上显著相关(P < 0.01)。

3.4. 不同质量分数亚硒酸钠与碎米荠硒含量的回归分析

将对不同质量分数的Na₂SeO₃作为自变量，与碎米荠生物量和营养物质进行相关性分析，结果表明不同Na₂SeO₃质量分数与可溶性蛋白质和硒含量均呈现极显著正相关(p < 0.01)，相关系数分别为1.000和0.992，说明外源硒的增加促进了碎米荠可溶性蛋白质和硒含量的积累，且相关性极显著可进行回归分析。用SPSS 27.0进行曲线估算发现不同Na₂SeO₃质量分数与可溶性蛋白质之间接近一次单项式，与硒含量之间的关系接近三次单项式(如图3所示)。结果表明随着Na₂SeO₃质量分数升高，碎米荠硒含量呈曲线上升趋势，当Na₂SeO₃质量分数在30 mg∙L⁻¹左右时曲线较平稳，而30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃前的曲线斜率大于之后，说明Na₂SeO₃ 0~30 mg∙L⁻¹时的碎米荠总硒积累平均速率大于30~50 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃；此外，碎米荠可溶性蛋白质含量呈直线上升趋势，说明碎米荠积累可溶性蛋白质的速率平稳。综合分析，虽碎米荠体内总硒和可溶性蛋白质还未达到饱和，但Na₂SeO₃质量分数在0~30 mg∙L⁻¹之间硒含量的积累效果要比30~50 mg∙L⁻¹的积累效果好。

Figure 3. Regression analysis of sodium selenite and selenium content and soluble protein with different mass fractions

图3. 不同质量分数亚硒酸钠与硒含量及可溶性蛋白质的回归分析

4. 讨论

鲜干重是农艺性状和植物生长状态、营养积累的重要指标，能直观反映植物产量 [23] 。在本研究中，碎米荠处理组较对照组鲜重增幅为16.5%~61.9%，干重增幅为17.7%~64.9%，说明喷施硒肥能增加碎米荠产量，这与冯时钦等 [24] 、毛政国 [25] 研究结果一致。我们发现随着亚硒酸钠质量分数升高，碎米荠鲜重和干重均呈先上升后下降趋势，30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃处理的碎米荠鲜干重值最高，这与罗金玲等 [26] 、曾维超 [27] 研究结果一致。可能是因为低浓度亚硒酸钠能增强植物碳同化，引起叶绿素含量、类胡萝卜素含量、CO₂同化率、气孔导度和细胞间隙CO₂浓度增加，从而提高有机物积累 [28] ；而高浓度亚硒酸钠致使其光合机构受损，进而降低净光合速率，因此植物生长受到抑制 [29] 。

可溶性糖、可溶性蛋白质、维生素C、膳食纤维、氨基酸和硒是碎米荠富含的人体所需营养物，可作为评价碎米荠营养品质指标 [30] [31] 。在本研究中，Na₂SeO₃处理后碎米荠这6种营养成分含量皆大于CK，可见喷施硒肥能有效提高碎米荠营养成分，这与吴美儒等 [32] 、闫少凯等 [33] 、Rui He等 [28] 研究一致。硒对植物有多方面的影响，朱帅蒙 [34] 指出在葡萄果叶上喷施外源硒后增强了果实中AI酶活性和叶片光合速率，使得糖代谢加快，促进可溶性糖的积累。Zhichao Wu等 [35] 发现硒能显著提高大白菜抗坏血酸过氧化物酶(APX)，提高谷胱甘肽–AsA循环效率，促进抗坏血酸(维生素C)含量增加。硒与硫为同族元素，化学性质相似，能利用植物体内硫代谢途径代谢，进而影响含硫、氮化合物的合成 [36] 。本试验叶面追施不同浓度Na₂SeO₃后碎米荠的可溶性糖、维生素C、膳食纤维和氨基酸含量先增加后减少，这可能是因为亚硒酸钠为无机硒源，效果性和安全性皆低于有机硒，而过量添加会抑制植物生长降低品质 [37] ，这与Xiaoli Liao等 [38] 、蔡莉萍等 [33] 、刘萌等 [39] 研究结果一致。相反，可溶性蛋白和硒含量呈增加趋势，这可能是因为硒主要以硒蛋白的形式存在于碎米荠中 [40] ，可溶性蛋白增加也可能表明了碎米荠处于胁迫环境，这与肖真真等 [41] 研究结果一致。李瑜等 [42] 发现硒主要以硒代胱氨酸(SeCys2)和硒代蛋氨(SeMet) 2种有机硒形态存在于4种碎米荠中，叶梅等 [43] 从堇叶碎米荠中分析出了SeCys2、MeSeCys、SeMet、Se (IV)和Se (VI)这5种硒化合物。用Na₂SeO₃处理后碎米荠硒含量是未处理的39~87倍，这是因为栽培基质中硒含量少，碎米荠只能通过Na₂SeO₃提高体内硒含量，也说明碎米荠具有超富硒能力 [44] 。综合比较说明，叶面喷施Na₂SeO₃对碎米荠营养品质有积极影响，能显著提高碎米营养成分含量，30 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃较其他处理效果最好。

相关分析能判断变量之间有无关系、有何种关系及关系程度，而回归分析通过建立自变量和因变量的回归方程对结果进行预测。对碎米荠各指标相关性分析结果表明，碎米荠鲜重、可溶性糖和氨基酸的含量受维生素C的影响，硒含量主要取决于可溶性蛋白质。这也进一步解释了可溶性糖、氨基酸和维生素C含量变化一致，硒含量与可溶性蛋白质有相同的增长趋势。回归分析结果表明硒含量积累速率先高后低，可溶性蛋白质积累速率稳定，可能是因为高浓度硒对碎米荠造成胁迫，使其生理代谢失衡，一方面降低碎米荠对硒的吸收；另一方面大多可溶性蛋白质是具有活性的各种酶类，含量越高，表明生理活性越强 [45] ，因此碎米荠通过增加可溶性蛋白的合成来调节渗透和提高抗氧化酶含量 [46] ，减缓碎米荠遭受的危害，这与李克强等 [47] 、彭诚 [48] 研究结果一致。由此说明Na₂SeO₃质量分数超过30 mg∙L⁻¹左右会抑制碎米荠生长，不利于人工栽培。碎米荠是药食两用的聚硒植物，是缺硒人群补硒的优秀硒源。根据《中国居民膳食营养素参考摄入量 第3部分：微量元素》WS/T 578.3规定，推荐我国居民最低膳食硒吸入量15 ug/d，最高安全摄入量400 ug/d。而经过人工富硒栽培后，碎米荠虽硒含量高，但做成药材、食品添加材料等副产品严格控制用量，即能起到补硒作用又不会造成硒毒害，有很高的开发利用价值。

5. 结论

综上所述，叶面喷施适量质量分数的Na₂SeO₃，能在一定程度上增加碎米荠产量，提高碎米荠营养成分。从碎米荠生长图、生物量、部分营养物质和抗逆性指标可溶性蛋白质与亚硒酸钠的回归分析可知，虽碎米荠硒富集能力未达到最大化，但40 mg∙L⁻¹ Na₂SeO₃已对碎米荠产量和营养物质积累造成胁迫，无法让人工栽培效果达到最大化。因此考虑到碎米荠的硒含量与其它营养物质的平衡以及碎米荠的生长，在人工培养碎米荠时，Na₂SeO₃质量分数保持在30 mg∙L⁻¹将更有利于提升碎米荠的生物量和营养价值。

参考文献

NOTES

^*第一作者。