4种蔬菜对不同价态外源硒吸收、转运和生物有效性差异的研究

硒是人和动物必需的14种微量元素之一,缺乏和过量都会引起多种疾病。全球至少5-10亿人缺硒,通过土壤施用硒肥以提高食物链中的硒浓度是低硒地区补硒的有效途径,不同作物对硒的吸收、转运和生物有效性不同。本研究采用盆栽试验和室内分析相结合的方法,在前人工作的基础上,以小白菜、生菜、芥菜和菠菜作为供试作物,系统研究了两种不同价态外源硒对4种蔬菜硒吸收、累积、转运的影响,同时通过对相同硒处理4种蔬菜土壤酶活性和土壤硒形态的测定,探讨了4种蔬菜对硒生物有效性差异的环境化学机制,试图为富硒蔬菜的合理开发及硒污染土壤的植物修复提供理论依据。主要结果如下: 1.土壤中添加低浓度Se4+(<3.81 mg·kg-1)和Se6+(<1.45 mg·kg-1)可促进4种蔬菜的（小白菜、芥菜、生菜和菠菜）根和茎的生长,增加其生物量;高浓度Se4+(>29.91 mg·kg-1)和Se6+(>2.04 mg·kg-1)却抑制了供试蔬菜的生长,对蔬菜的根和茎产生明显的抑制作用。施加Se4+土壤中,4种蔬菜中以菠菜的耐受能力最大,生菜最弱。施加Se6+土壤中,4种蔬菜地上生物量的大小依次为:芥菜>小白菜>生菜>菠菜,且以生菜的地下生物量最大。说明不同价态硒对同一蔬菜作物的影响不同,同一价态硒对不同作物地上和地下部生物量影响也不同,且外源硒的浓度对四种蔬菜的生长有明显影响（p<0.05）。 2. 4种蔬菜对硒的吸收随外源施入两种价态硒浓度的增大而增加（p<0.05）。土壤施加Se4+条件下,小白菜地上硒含量最大,生菜最小,小白菜和芥菜地下部硒含量大于生菜和菠菜。土壤施加Se6+条件下,小白菜和芥菜地上硒含量是生菜和菠菜的5.8～8.5倍;地下部硒含量的大小为:芥菜>小白菜>菠菜>生菜,且地上硒含量是其地下硒含量的1～2倍。低浓度Se4+(<13.21 mg·kg-1)和Se6+(<5.02 mg·kg-1)条件下,4种蔬菜的地上部和地下部硒累积量随外源硒浓度的增大而逐渐升高（p<0.05）,而后4种蔬菜地上部硒累积量又随外源硒浓度的增大而下降。4种蔬菜的地上部硒累积量显著大于地下部（p<0.05）;小白菜和芥菜的地上部和地下部硒累积量均大于生菜和菠菜;在所有的硒处理中以芥菜地下部硒累积量最大。4种蔬菜中以菠菜对Se4+转运能力最强,其次是小白菜,最后是芥菜和生菜;小白菜对Se6+的转运系数（TF）值最大,菠菜最小。小白菜因地上富集因子(BCFshoot/soil)值、地下富集因子(BCFroot/soil)和TF值较高及生物量最高,是4种蔬菜中最适于作为补硒蔬菜和消除硒污染的植物。 3.种植菠菜后土壤脲酶活性随外源Se4+浓度的增大逐渐升高,土壤过氧化氢酶活性随外源硒浓度的增大而下降,而种植小白菜、芥菜和生菜的土壤脲酶活性和过氧化氢酶活性均随外源Se4+浓度的增大呈现先减小后增大的趋势,并出现“抗性酶活性”现象。在施加Se4+浓度<13.21 mg·kg-1的处理,4种蔬菜的土壤碱性磷酸酶活性无显著变化,当土壤外源Se4+浓度>13.21 mg·kg-1时,土壤碱性磷酸酶活性随外源硒浓度的增加而逐渐降低。种植4种蔬菜后,土壤脲酶活性和过氧化氢酶活性总体都随外源Se6+浓度增大呈现先升高后降低的趋势。在施入Se6+浓度≤2.04 mg·kg-1,种植小白菜、芥菜和菠菜的土壤碱性磷酸酶活性无显著差异,当外源Se6+浓度>2.04 mg·kg-1时,土壤碱性磷酸酶活性随外源硒浓度增大显著下降。 4种蔬菜作物相比较,不同蔬菜作物对土壤酶活性的影响不尽相同。种植生菜后土壤Se4+处理的土壤脲酶活性均高于Se6+处理;而种植小白菜和菠菜土壤Se6+处理土壤脲酶活性高于Se4+处理。种植小白菜和芥菜土壤碱性磷酸酶的活性大小与硒的价态无显著关系,但种植生菜和菠菜施加Se6+碱性磷酸酶的活性抑制率壤大于Se4+处理。除Se4+处理种植菠菜土壤对过氧化氢酶活性影响最大,其它条件下,均是芥菜对三种土壤酶活性的影响最大,种植生菜后,硒对土壤酶的活性最小。 4.对施加不同浓度Se4+种植4种蔬菜土壤,可交换态及碳酸盐结合态硒形态含量随外源添加硒浓度的增大而升高（p<0.05）。外源施加Se6+后所有处理的土壤可溶态硒含量最高;外源添加Se4+后,土壤可交换态及碳酸盐结合态硒含量最高,最高Se4+浓度(47.96 mg·kg-1)处理,四种蔬菜土壤可交换态及碳酸盐结合态硒含量大小为:菠菜>芥菜>小白菜>生菜。外源施入Se4+土壤铁锰氧化物结合态硒含量高于Se6+。在初始施入两种价态硒含量相同的情况下,均是Se4+的土壤有机物硫化物结合态及元素态硒含量明显高于Se6+,在Se6+的各处理浓度下,小白菜的土壤有机物硫化物结合态及元素态硒含量最大。通径分析表明,不同蔬菜土壤中各形态硒对其植物地上部硒含量的贡献率不同,主要是由于四种蔬菜对硒的吸收能力不同和各形态硒对植物的有效性不同。