硒在烤烟中的累积、形态转化及缓解砷毒害的机理研究

发布时间：2020-05-08 01:19

【摘要】：硒是人和动物必需的微量元素,其有益和不良作用不仅依赖于硒的剂量,还与硒的形态和生物有效性有关。目前关于植物对硒的吸收累积、硒对植物生长和品质的影响以及硒缓解植物重金属毒害的效果已有不少研究,然而关于不同外源硒条件下植物体内硒的形态变化及硒对植物生长及抗逆境能力的影响与植物体内硒形态转化之间的关系少有报道。本文通过盆栽和溶液培养试验,系统地研究了外源硒对烤烟生长、硒的吸收累积和形态转化的影响以及硒缓解烤烟砷毒害的机制,为硒在农业生产上的安全使用和硒蛋白的开发利用提供科学依据。本研究的主要结论如下:1.研究了利用不同铵盐流动相对离子交换色谱(Hamilton,PRP-X100)连接氢化物发生-原子荧光光谱法测定植物中硒形态的效果。结果表明,60 m M(NH4)2HPO4p H 6.0为最佳的流动相,可以使Se Cys、Se(Ⅳ)、Se Met和Se(Ⅵ)四种硒形态在10 min内完全分离出来、且峰型较好。用甲醇水提取植物样品,以上四种硒形态的样品加标回收率分别是95.7%、106.9%、93.3%和91.4%。2.采用盆栽试验,研究了不同硒浓度(0-22.2 mg/kg Se)对烤烟生长、品质及矿质营养元素累积的影响。结果表明,低浓度硒处理(≤4.4 mg/kg Se)促进了烤烟的生长,高浓度硒处理(≥11.1 mg/kg Se)抑制了烤烟的生长。土壤施硒(亚硒酸钠)4.4 mg/kg时,烟叶中烟碱、蛋白和还原糖等处于最适含量,根、茎和叶中矿质营养元素的含量达到最大值。低硒处理(Se≤4.4 mg/kg)显著提高了烤烟各部位对矿质元素的吸收,尤其对N、K、Ca、Mg、Mn的影响最为显著,提高烤烟烟叶品质;而高硒处理(≥11.1 mg/kg)则降低了烤烟各部位对矿质元素的吸收,尤其对N、P、K的影响最显著,降低了烤烟烟叶品质。3.研究了不同硒水平下(0-22.2 mg/kg Se),烤烟对硒的吸收、形态分布以及硒对烤烟抗氧化系统的影响。结果表明,土壤施硒(亚硒酸钠)4.4 mg/kg时烤烟叶面积、叶数、生物量、叶绿素含量达到最大值。低硒处理(Se≤4.4 mg/kg)提高了烤烟抗氧化胁迫的能力,使丙二醛(MDA)含量下降,而高硒处理(22.2 mg/kg),降低了烤烟抗氧化胁迫的能力,使MDA含量增加。烤烟植株中硒含量随土壤中硒处理浓度的增加显著提高(P0.05)。对不同硒形态检测表明,2.2 mg/kg硒处理条件下烤烟叶中只检测到Se Cys形态;当硒处理浓度≥4.4 mg/kg时,烤烟叶中检测出Se Cys、Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)三种硒形态,以无机硒为主(89.8%-95.3%)。当硒处理浓度≤11.1 mg/kg时,烤烟根中检测出Se Cys、Se Met和Se(Ⅳ)三种硒形态,且以有机态硒为主(66%-84%);22.2 mg/kg硒处理条件下四种硒形态[Se Cys、Se Met、Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)]在烤烟根中均被检出,且以无机态硒为主,其所占的比例高达60%。随硒处理浓度的增加,烤烟根和叶中有机态硒(Se Cys和Se Met)所占比例减少,无机态硒[Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)]所占比例增加。相关分析表明,烤烟叶片中SOD酶活性、GSH及MDA含量与其Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)的含量呈显著正相关(P0.01),叶片中过量无机硒的存在可能破坏了植物体内ROS平衡,提高了MDA含量。4.通过离子耗竭溶液培养方法,研究了不同基因型烤烟对Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)的吸收动力学特性及不同p H值、陪伴离子和抑制剂对烤烟硒吸收动力学的影响。结果表明,烤烟对Se(Ⅵ)硒源吸收速率较快,其Km和Cmin值显著低于Se(Ⅳ)硒;云烟87较K326对硒具有更强的亲和力,其Km和Cmin值更低。p H6时,两种基因型烤烟的Imax值达到最大值、而Km值和Cmin值则最低。添加陪伴离子显著降低了烤烟吸收硒的Imax值。在Se(Ⅳ)硒源条件下,添加磷酸根处理的Imax值显著低于、Km值和Cmin则显著高于硫酸根处理;而在Se(Ⅵ)硒源时,结果与此相反。抑制剂处理显著降低了的两种基因型烤烟的Imax值,并且添加CCCP处理的Imax值显著低于、Km值和Cmin则显著高于La Cl2处理。5.采用溶液培养法,研究了硒(0-5 mg/L Se)与砷(0-5 mg/L As)单独和联合处理对烤烟生长、抗氧化系统、硒砷含量及烤烟体内硒和砷形态变化的影响。结果表明,低浓度的硒(≤1 mg/L)或砷(1 mg/L)处理促进了烤烟的生长;高浓度的硒(5.0 mg/L Se)或砷处理(5.0 mg/L As)抑制了烤烟的生长。在砷胁迫下(5.0 mg/L As)的烤烟中加入适量的硒(≤1 mg/L Se),促进烤烟生长,提高烤烟叶片抗氧化能力,降低了MDA含量。硒抑制了高浓度砷处理条件下(5 mg/L As)烤烟对砷的吸收;与此类似,砷亦使高浓度硒处理条件下(5 mg/L Se)烤烟对硒的吸收量减少。低硒(0.1 mg/L)处理条件下,烤烟叶中主要以有机硒为主,且随砷处理浓度的增加,烤烟地上部和地下部有机硒所占百分比分别由58.2%增加到100%和由29.9%增加到68.5%;然而高硒(5mg/L)条件下,随砷处理浓度的增加,烤烟地上部和地下部有机硒所占百分比由68.2%降低至41.7%和由66.5%降到31.7%。对不同砷形态检测表明,低浓度砷(1 mg/L)处理条件下,烤烟叶中主要以As(V)为主(63.3%-94.4%),根中主要以As(Ⅲ)为主(36.9%-73.9%);而高浓度砷(5 mg/L)处理条件下,烤烟叶和根中主要以As(Ⅲ)为主(68.1%-90.1%)。同一砷处理条件下,随硒处理浓度的增加,烤烟叶中As(Ⅲ)百分比逐渐减少,As(V)所占百分比逐渐增加。6.以富硒烟叶为研究对象,采用连续提取法依次提取清蛋白、球蛋白、醇蛋白和谷蛋白四种蛋白质,运用改进的邻苯三酚自氧化法和D-脱氧核糖法测定四种含硒粗蛋白对超氧自由基和羟自由基的清除效果。结果表明,四种含硒粗蛋白剂量与自由基清除率存在较好的剂量效应关系,并且其抗氧化能力强弱依次为清蛋白谷蛋白球蛋白醇蛋白,硒蛋白抗氧化能力与粗蛋白中硒含量密切相关。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X171.5

【参考文献】