甘薯富硒特性及硒的形态分布研究

发布时间：2020-07-09 11:02

【摘要】：硒被确立为人体必需微量元素后,其对人体生物功能的影响得到了深入的研究。由于人体自身不能合成硒,所以从食物中获取硒来满足日常所需尤为重要。因此利用作物合理富硒是当下研究的重点。甘薯又名番薯、地瓜等,为管状花目旋花科一年生草本植物,是人们冬季所喜爱的食物之一。其富含各种微量元素、氨基酸、蛋白质、多糖等成分,具有增强免疫、抗氧化、抗肿瘤等功效。本课题以甘薯为研究对象,采用大田实验的方法,研究了土壤施硒和叶面施硒在不同硒肥浓度下对甘薯生理特性、甘薯各部位的富硒规律、甘薯对硒的吸收和转运、土壤施硒的持久性、施硒对甘薯块根中可溶性蛋白、硒蛋白、硒多糖等硒形态、矿质元素的影响,并采用高效液相色谱质谱联用法对甘薯块根中亚硒酸根、硒酸根、硒甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸等有机硒以及无机硒进行定性定量分析,现得出结论如下:(1)甘薯对叶面施硒的耐受性要高于土壤施硒。土壤硒肥浓度≥2mg/L时出现烧苗现象,而叶面施硒在整个硒肥浓度范围内均未出现烧苗现象,仅在6、8、10mg/L梯度内出现叶片发黄症状。因此富硒甘薯的种植应倾向于施加叶面肥。在施硒梯度为0.4-10mg/L范围内,无论哪种施硒方式,甘薯叶片叶绿素含量与对照组相比都呈现逐渐减少的趋势。说明在该梯度内硒对叶绿素的含量起抑制作用;在施硒梯度为0.4-10mg/L范围内,叶面施硒对甘薯的净光合速率起到促进作用。土壤施硒则呈现先增大再减少的特点,在0.8mg/L处达到最大值;施加外源硒对甘薯表观特征并无任何影响;两种施硒方式下,甘薯产量均随施硒梯度先增大再减少,都在0.8mg/L处达到最大值。土壤施硒条件下净光合速率与产量的最佳硒肥浓度都为0.8mg/L。(2)土壤施硒在整个施硒浓度内,甘薯块根含硒量随施硒浓度的增加而增加,茎、叶则呈现先增长再减少的特点,且各部位硒含量均比对照组高。甘薯块根含硒量在硒肥浓度为2mg/kg时达到最大值1.05mg/kg是对照组的36倍,茎、叶含硒量则在硒肥浓度为1.6mg/kg时达到最大值1.61和2.22mg/kg是对照组的55和77倍;于第一年施硒后的土壤中持续种植两年,甘薯各部位含硒量规律与第一年相同且均比对照组高。第二年甘薯块根、茎、叶含硒量最高可达:0.72、1.37、1.96mg/kg是对照组的22、48、67倍,最低可达:0.30、0.46、0.87mg/kg是对照组的10、16、30倍。第三年甘薯块根、茎、叶含硒量最高可达:0.63、1.11、1.72mg/kg是对照组的21、38、59倍,最低可达0.04、0.36、0.50mg/kg是对照组的1.3、12.5、17倍。土壤于第三年种植后,土壤含硒量最高值可达2.9mg/kg最低值可达0.43mg/kg是对照组的10.8、1.6倍,表明土壤在第四年仍具有对甘薯富硒的能力。叶面施硒在整个施硒浓度内,甘薯块根含硒量随施硒浓度的增加而增加,茎、叶则呈现先增长再减少的特点,且各部位硒含量均比对照组高。块根含硒量在硒肥浓度为10mg/kg处达到最大值4.28mg/kg是对照组的148倍,茎含硒量于硒肥浓度为8mg/kg处达到最大值12.98mg/kg是对照组的36倍,叶于硒肥浓度为2mg/kg处达到最大值30.90mg/kg是对照组的71倍。叶面施硒效果强于土壤施硒。叶面施硒条件下叶的硒含量为土壤施硒的2.0、3.5、4.0、4.0、3.8倍,茎的硒含量为土壤施硒的8.5、8.5、8.0、7.1、8.5倍,块根为13、16.1、12.0、10.5、24.0倍。两种施硒方式下,甘薯各部位硒含量均呈现:叶茎块根的特点。随着施硒梯度的增加吸收系数逐渐递减。土壤施硒条件下转运系数逐渐降低,叶面施硒则逐渐增高,从侧面反映随着硒浓度的增高硒更倾向于富集在块根中。(3)甘薯矿质元素中只有Na、Mg、K比土壤本底值高,其余11种均比土壤本底值低;施硒方式只对Na、Mg、P、K含量具有影响作用,其它11种矿质元素在两种施硒方式下含量相差在0.003-1.5ug/kg因此差异可以忽略不计;Na、K、Fe与对照组相比其含量整体趋势呈现增加的趋势;Mg、Ca、Mn含量整体趋势为先减少在增加;P、B含量随着施硒梯度的增加呈现递减的趋势;Si、Ni、Co、Zn和Cu受施硒方式和浓度的影响不大其含量基本保持不变。(4)采用响应面分析法优化了提取甘薯块根可溶性蛋白和多糖的条件。提取可溶性蛋白最佳条件为:0.9%氯化钠溶液,料液比1:25、温度40℃、时间90min可溶性蛋白含量为73.84mg/L。提取多糖的最佳条件为:料液比1:25,温度75℃,时间100min。以空白为对照组做三组平行试验,多糖含量均值为52.89mg/mL,相对误差为2.7%,没有显著差异。两种施硒方式均能有效提高甘薯块根蛋白与多糖的含量。土壤施硒条件下蛋白与多糖中的硒均在2mg/kg处达到最高值0.055mg/kg、0.040mg/kg,在0.4mg/kg处为最低值0.017mg/kg、0.028mg/kg是对照组的1.49、1.17倍。叶面施硒条件下硒肥浓度为0.2mg/kg时蛋白与多糖中硒的含量最小分别为0.035mg/kg、0.025mg/kg是对照组的3.27、1.07倍,蛋白与多糖中硒的含量均在10mg/kg处达到最大值分别为:0.47、0.42mg/kg是对照组的42.7和18.2倍。土壤施硒条件下低浓度的硒更有利于提高多糖中硒的含量而高浓度的硒则有利于提高蛋白中硒的含量,叶面施硒条件下则更有利于提高蛋白中硒的含量。从整体趋势来看甘薯块根中的有机硒更倾向于以蛋白中的硒的形式存在。甘薯对硒的吸收在1.4mg/kg~2.5mg/kg处较大,且在该范围内硒对甘薯块根蛋白与多糖含量的提高作用比其它浓度要好。无论是叶面施硒还是土壤施硒,五种可溶态硒的含量关系均为:NaOHTris-HCL≥NaCLH_2OHCL,且含量均随着硒肥浓度的增高而增高。土壤施硒条件下由NaOH、Tris-HCL、NaCL、H_2O、HcL浸提出的硒占总硒含量的比例最高可达81%、72%、70%、67%、59%。叶面施硒条件下由NaOH、Tris-HCL、NaCL、H_2O、HCL浸提出的硒占总硒含量的比例最高可达:91%、82%、68%、63%、59%。(5)土壤施硒条件下Se-Cys_2含量占甘薯总质量的0.036%,Se-MeSeCys含量占0.39%,Se-Met含量占0.44%,甘薯有机硒含量≥0.866%;叶面施硒条件下Se-Cys_2含量占甘薯总质量的0.051%,Se-MeSeCys含量占0.38%,Se-Met含量占0.41%,甘薯有机硒含量≥0.831%。三种氨基酸含量:Se-MetSe-MeSeCysSe-Cys_2。土壤施硒条件下Se-MeSeCys中硒的含量占总硒的最大比例为24.94%;Se-Met硒的含量占总硒的最大比例为25.86%;Se-Cys_2硒的含量占总硒的最大比例为11.5%。有机硒中硒的含量占总硒的62.3%。叶面施硒条件下Se-MeSeCys中硒的含量占总硒的最大比例为17.7%;Se-Met硒的含量占总硒的最大比例为17.1%;Se-Cys_2硒的含量占总硒的最大比例为9.6%。可检测的有机硒中硒的含量占总硒的44.4%。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S531
【图文】：

试验田,甘薯

图 1-1 试验田种植场景Fig.1-1 Working in experimental field1.2.3 数据采集及样品处理幼苗成活率：甘薯种植 15 天后，记录两种施硒方式下甘薯幼苗的成活率。叶绿素含量：收获甘薯前一天，用叶绿素仪测定叶面叶绿素含量，每个梯度3 点采样，每个样点采取三次。光合作用指标：甘薯成熟的前一周，选则天气晴朗的一天，并于上午9:00-11:00 时用光合作用仪进行采样，每个梯度采 3 样，每点重复 3 次。测定各梯度的富硒甘薯净光合速率（Pn）。产量：收获甘薯后，将其按照浓度梯度一次排开，称重。样品处理：收获时将每块小田分别收取称重带回实验室。每块小田额外按照3 点采样法采取整株甘薯以供实验。将样品甘薯冲洗 3 次切分为小片状于真空度3.5Pa，温度-55℃冷冻干燥机内处理 72h，粉碎后装入密封袋。甘薯茎叶于室外晾干，粉碎后装入密封袋。土壤于室外晾干，先用 100 目筛子筛取在用 40 目筛

叶绿素含量测定,光合作用,甘薯

Fig.1-1 Working in experimental field1.2.3 数据采集及样品处理幼苗成活率：甘薯种植 15 天后，记录两种施硒方式下甘薯幼苗的成活率。叶绿素含量：收获甘薯前一天，用叶绿素仪测定叶面叶绿素含量，每个梯度3 点采样，每个样点采取三次。光合作用指标：甘薯成熟的前一周，选则天气晴朗的一天，并于上午9:00-11:00 时用光合作用仪进行采样，每个梯度采 3 样，每点重复 3 次。测定各梯度的富硒甘薯净光合速率（Pn）。产量：收获甘薯后，将其按照浓度梯度一次排开，称重。样品处理：收获时将每块小田分别收取称重带回实验室。每块小田额外按照3 点采样法采取整株甘薯以供实验。将样品甘薯冲洗 3 次切分为小片状于真空度3.5Pa，温度-55℃冷冻干燥机内处理 72h，粉碎后装入密封袋。甘薯茎叶于室外晾干，粉碎后装入密封袋。土壤于室外晾干，先用 100 目筛子筛取在用 40 目筛子筛取，之后存放于密封袋中。

甘薯,富硒,称重,幼苗

图 1-3 富硒甘薯的采集称重Fig.1-3 Cultivation of selenium-enriched sweet potato1.3 结果与讨论1.3.1 不同施硒方式及浓度对甘薯幼苗成活颗数的影响由图 1-4 可以看出，两种施硒方式下甘薯幼苗成活颗数都随着施硒浓度的增加而降低。其中土壤硒肥浓度大于 0.8mg/L 时，幼苗成活颗数急剧降低在＞2mg/L处无一成活，因此土壤施硒条件下，甘薯的耐受浓度≤2mg/L；叶面硒肥浓度大于 1.2mg/L 时，幼苗成活颗数才缓慢降低且没有发生幼苗烧亡现象，仅在 6、8、10mg/L 梯度内出现叶片发黄的症状如图 1-5。在相同硒肥浓度下，叶面施硒的幼苗成活颗数均高于土壤施硒的幼苗成活颗数。上述实验现象表明：甘薯对叶面硒肥的耐受浓度要高于土壤硒肥的浓度，富硒甘薯的种植应更倾向于施加叶面硒肥。

【参考文献】