李 靖 ，孙 胜，2*，邢国明，2* ，侯雷平，2，张振花，刘 洋，袁宏霞，郑金英

（1．山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801；2.山西省设施蔬菜提质增效协同创新中心，山西省设施园艺工程技术中心，山西 太谷 030801）

自从硒被发现及通过，近几十年国内外的研究表明，硒作为动物和人体的必要微量元素，无论是缺乏还是摄入过量均会引起不同疾病。如地方性的克山病、克汀病、大骨节病，这些都与缺硒有密切关系［1］。通过对蔬菜作物施硒处理使其吸收进入食物链是人体补硒最经济、安全、有效的途径［2］。硒在植物体内积累的同时对植物的生长及发育也会有显著的影响。已有的研究表明一定浓度的硒对植物生长发育有着积极的促进作用。在植物增产提质方面有着显著的功效。但是人及动植物在高硒浓度下均会受到毒害影响。

已有相关施硒试验表明：在对小白菜、番茄和萝卜富硒处理［3］后发现其在一定限量范围内均对硒有较强的吸收与富集能力，都可以通过人工施硒处理使其富硒并达到为人体补充适量的硒、营养保健和预防疾病的目的。叶面施肥是调控植物营养与微量元素普遍采用的方法，而且有着较少接触土壤、减少土壤吸收固定与污染以及提高植物利用率的优点，而且通过叶面施硒也可显著提高作物中的硒含量［4］。已有的研究证明，天然有机硒的生物活性比无机硒高，毒性比无机硒小［5］。因此研究农作物以及蔬菜作物对硒的吸收和转化，以及如何提高作物内含硒量，特别是有机硒含量是非常有意义的课题。

已有的研究认为磷与硫可以影响土壤硒含量丰富地区小麦籽粒中硒积累的水平［6］。苜蓿在酸性与碱性条件下的硒含量会与钾肥的施用量呈正相关关系。樊文华等［7］试验结果得出，单一施硒和硒钴配施均可明显地提高番茄中硒和土壤中有效硒的含量。国外有人认为蛋白质、氨基酸和水溶性氮素可以促进植物内硒的吸收量，但是加入腐植酸则会降低植物中硒的含量［8］。同时，已有的研究也证明了CO2施肥对作物的生长、品质及矿质元素的吸收总量均有不错的促进作用。本文内容则是研究不同浓度CO2施肥处理不同施硒水平下对温室番茄果实内积硒效应结果及果实内营养物质的影响。找出提高总硒、有机硒积累转化的方式，以及提高番茄果实品质的施肥组合方式。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在山西农业大学园艺站装有二氧化碳施放系统的日光温室内进行，番茄为栽培种“兴海12号”。

1.2 试验处理

CO2浓度共设置4个处理，温室内分为4个隔间，单个小区面积 6 m×8 m。设各隔间CO2浓度依次为大气浓度（CK）、（600±25）µmol·mol-1（T1）、（800±25）µmol·mol-1（T2）、（1 000±25）µmol·mol-1（T3）。在此基础上每个隔间的番茄进行包括空白在内的4个硒水平的处理L0（清水）、L1（2 mg·kg-1）、L2（4 mg·kg-1）、L3（6 mg·kg-1）。具体为除了空白L0喷水作为对照，其它3个处理分别喷施2、4、6 mg·kg-1的亚硒酸钠稀释液。3次重复，随机区组设计。喷硒时间为坐果后进行第一次喷施，以后每隔14 d喷施一次，共3次。喷施方式为叶面喷施。土壤基肥为腐熟的羊粪（总养分：有机质24%～27%，氮0.7%～0.8%，磷0.45%～0.6%，钾0.4%～0.5%），在种植前已均匀翻入地中。定植后采用复合肥（总养分：N+P2O5+K2O≥45%）追肥，随每次浇水时施入。每隔间每次施用量为1 kg，番茄坐果后在此基础上每次加施0.5 kg大量元素冲施肥（总养分：N+P2O5+K2O≥60%，硝态氮≥6%，铁0.1%，锌0.05%，锰0.05%，钼0.01%，硼0.05%）。浇水间隔为10 d左右。

采成熟后的番茄果实样品，烘干后测果实内总硒与有机硒含量，鲜样测果实相关品质指标。

1.3 指标测定方法

1.3.1 总硒及有机硒

硒以不同的化学形式存在于植物体中，包括无机硒和有机硒。番茄试样中无机硒在 6 mol·L-1盐酸水浴条件下提取，与有机硒分离，使用原子荧光光谱法测定无机硒的含量。有机硒含量为总硒与无机硒的差值。全硒与无机硒测定参考：GB 5009. 93—2017食品安全国家标准 食品中硒的测定、DB 3301/T 117—2007稻米中有机硒和无机硒含量的测定 原子荧光光谱法测定［9］。

有机硒含量=全硒-无机硒含量

有机硒转化率=有机硒含量/全硒含量×100%

1.3.2 品质指标测定

采用蒽酮法测可溶性糖含量、钼蓝比色法测维生素C含量、石油醚萃取法测番茄红素含量、酸碱滴定法测可滴定酸含量［10-11］。

1.4 数据处理

数据处理用 Excel 2010、SAS 8.1 软件分别进行数据统计和分析（P＜0.05）作图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度CO2施肥对番茄果实硒吸收转化的影响

2.1.1 番茄果实总硒含量

从图1可得，番茄CO2施肥后的各施硒水平的结果如下：硒水平为L0（空白）时各CO2浓度下果实总硒含量均很少，且各处理之间无明显差异；硒水平为L1时，CO2施肥处理T2与T3相比CK有显著提升，果实总硒含量分别上升32.85%与24.66%，且两个CO2施肥处理之间也有显著差异。但是T1与对照相比无明显差异；当硒水平为L2时，在CO2施肥处理下T1、T2、T3与对照相比均有显著提升，分别达到25.00%、51.16%、27.91%。T1与T3间无显著差异，但均与T2差异明显；当硒水平为L3时，CO2施肥处理下T1、T2、T3处理比对照均有显著提升，分别达到15.88%、24.47%与11.51%，且各处理之间也有显著差异。可以看出，番茄施硒后在不同浓度的CO2施肥处理下除T1L1外在同一硒水平下随着CO2浓度升高番茄果实内总硒含量会显著上升，而且在各施硒水平条件下T2相比CK增长幅度均达到最高。

图1 番茄果实总硒含量

同时可以看出，在相同的CO2施肥环境中随着施硒浓度的升高，果实内总硒含量随施硒浓度升高得到大幅度提升。并且在各CO2施肥处理下上升趋势相同。所以番茄果实中硒含量的主要影响因素是植株本身被施硒量的多少，但是通过CO2施肥明显可以提升在同一硒水平下番茄果实的总硒含量。综合来看，在T2L3组合下，番茄果实中积累总硒含量最多达到 0.26 mg·kg-1。

2.1.2 番茄果实有机硒含量及转化率

番茄果实内有机硒是通过植株吸收硒后将无机硒转化为有机硒，且有机硒的生物意义更大。结合图2，通过对番茄CO2施肥后在不同的施硒水平番茄果实有机硒含量及变化分析结果如下：硒水平为L0空白时各CO2浓度下果实有机硒含量仍然很少，且各处理之间也无明显差异；硒水平为L1时，各CO2施肥处理T1、T2与T3相比CK有显著提升，果实总硒含量分别上升16.12%、75.51%与65.10%，其中T2与T3之间差异不显著。但是与T1与有明显差异；当硒水平为L2时，在CO2施肥处理下T1、T2、T3与对照相比均有显著提升，分别达到37.78%、84.92%、53.59%。T1、T2、T3两两互有显著差异；当硒水平为L3时，各CO2施肥处理T1、T2、T3与对照均有显著提升，分别达到19.71%、29.24%与17.80%，且各处理之间也有显著差异。

图2 番茄果实有机硒含量

在相同的CO2施肥浓度下时，随着施硒水平的升高果实内有机硒含量呈倍数上升，可以看出，番茄果实内有机硒含量随着施硒水平的升高而显著升高，并且在CO2施肥环境下有进一步提升效果，并且效果显著。其中CO2处理在T2时效果比其他处理有明显优势。

从图3可以看出，随着硒浓度与CO2浓度的升高番茄果实中有机硒转化率也在升高。但在较高浓度CO2（T3）下，有机硒转化率在3个施硒处理（L1、L2、L3）之间已无明显差异，这可能与转化率接近100%有关系，此时的转化率已达95%以上。

图3 番茄果实有机硒转化率

2.2 不同CO2施肥配施不同硒处理对番茄果实营养物质含量的影响

2.2.1 可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比

番茄果实内糖与酸不仅是营养物质，也影响到果实口感。因此糖酸含量是番茄果实品质的重要指标。从图4可以看出，在CO2处理浓度为CK时，随着施硒水平的升高番茄果实内糖含量会有显著提升，说明对番茄叶片施硒会使番茄内可溶性总糖含量上升。不同CO2浓度配合不同硒浓度处理番茄果实内可溶性糖含量均显著提升，其中T2L3组合效果最好，相比CKL0组合提升了61.33%。

图4 番茄果实可溶性糖含量

从图5可以看出，无论是单独施CO2气体还是单独叶片喷施亚硒酸钠，果实内可滴定酸含量均有显著下降趋势，并且随着CO2与硒的量增大，果实内可滴定酸的含量呈不断下降趋势且效果显著。在不同的硒水平L0、L1、L2、L3下，随着CO2施肥浓度的升高果实内酸含量相比不施CO2的CK显著下降。而在相同的CO2环境下，番茄叶面喷施硒后果实可滴定酸含量相比L0也有显著下降趋势，其中CO2为T2时L1、L2、L3之间没有显著差异，但均与T2L0有显著差异。综合来看，在T3L3时果实内酸含量降到最低水平，相比CKL0下降了35.14%。

图5 番茄果实可滴定酸含量

图6 为果实糖酸比的结果，与果实内可溶性总糖与可滴定酸含量有关系。可以看出，在各硒水平下随着CO2施肥浓度升高果实糖酸比都呈显著上升趋势。而在不同的CO2施肥水平下果实施硒相比不施硒糖酸比均有显著的提升，但在T1、T2、T3的CO2水平中均是L2相对其他处理效果更明显，在此次试验中T3L2组合处理下番茄果实糖酸比相对其他处理最高，口感可能相对比来说会好一些。

图6 番茄果实糖酸比

在一定范围内番茄施硒与施CO2气肥可以提高果实内可溶性总糖并且降低总酸量，从而提升糖酸比，这和前人［12］的研究结果一致。而本试验通过硒与CO2的配施可使上述效果得到进一步提升。

2.2.2 维生素C及番茄红素含量

人体无法自身合成维生素C与番茄红素，二者是对人体有益的抗氧化物质。并且番茄红素也是西红柿中相比其他蔬菜含量最高的营养物质，对人体疾病免疫及抗衰老等有多方面的作用。所以番茄果实内维生素C与番茄红素含量也是番茄重要的品质指标。

图7为CO2与硒配施后番茄果实内维生素C含量的结果。在各硒水平下，随着CO2浓度升高番茄果实内维生素C含量均显著提升，且都是T2的CO2处理浓度下优势最显著。同时在各CO2处理水平下施硒均会对果实维生素C含量有提升效果，其中在CO2水平为CK、T1、T3时，L1与L2虽与L0有差异但二者之间无明显差异，并且提升幅度相比L3来说也比较小。在T2L3组合下番茄维生素C含量最高，相比CKL0提升53.89%。

图7 番茄果实维生素C含量

图8 为CO2与硒配施后番茄果实内含番茄红素结果，硒水平为L0时，CO2施肥处理下T1、T2与T3相比CK有显著提升，果实内番茄红素含量分别上升21.09%、41.88%与22.44%，其中T3与T1间差异不显著但与T2及CK均有显著差异。硒水平为L1时各CO2浓度下T1、T2、T3相比CK均有显著提升，分别达到8%、32.65%、23.43%；当硒水平为L2时，在CO2施肥处理下T2、T3与对照相比均有显著提升，分别达到18.46%和6.43%。但是T1与CK间无显著差异；当硒水平为L3时，CO2施肥处理下T1、T2、T3各处理与对照比均有显著提升，分别达到4.21%、66.13%与20.44%，且各处理之间也有显著差异。而在相同CO2施肥水平下不同硒水平结果为：当CO2为CK时，不同硒水平下L1、L2与L3相比L0有显著提升，果实番茄红素含量分别上升12.72%、31.87%与32.43%，其中L2与L3间差异不显著但与L1及L0均有显著差异。CO2为T1时各硒水平下L2、L3相比L0均有显著提升，分别达到9.44%、13.97%，而L1与L0差异不明显；当CO2为T2时，L1、L2、L3各处理与对照均有显著提升，分别达到5.39%、10.11%与55.06%，且各处理之间也有显著差异；当CO2为T3时，各硒水平下L1、L2、L3各处理与对照均有显著提升，分别达到13.63%、14.62%与30.27%，但是其中L1与L2间差异不显著，但与L3及L0均有显著差异。综合比较，T2L3组合配施处理下番茄果实内番茄红素含量最高，是CKL0的2.2倍。

图8 番茄果实番茄红素含量

3 讨论与结论

作为植物光合作用的底物，CO2的浓度很大程度上影响着植物的生长与发育，对植物的光合速率有着重要的作用。本试验主要研究了CO2施肥对番茄果实硒积累的影响，也研究了CO2与硒的组合配施对番茄主要营养物质含量的影响。杜振宇等［12］对番茄叶面喷硒后得出随喷硒量的增加，番茄在同一采收期含硒量均有增长趋势的结论。

本试验中，在相同的CO2条件下叶面喷硒后随着硒浓度升高均能够使番茄果实内总硒和有机硒含量升高，并且当施硒浓度相同时随着CO2浓度升高番茄果实内总硒及有机硒都有显著提升的效果且800 µmol·mol-1处理下效果最佳。有关于植物对亚硒酸盐的吸收机制目前研究尚少，也无定论。但就目前研究情况来看，认为吸收方式为主动运输并不依赖代谢［13-14］。我国有研究人员通过对水稻叶片吸收亚硒酸钠特性研究发现，其在pH值较低、温度较高环境下以被动运输方式进入叶表细胞，而且低pH值与高温也有助于亚硒酸钠的吸收［15-16］。水稻的不同叶位叶片对吸收亚硒酸盐影响的研究表明，充分伸展和正在伸展的叶片吸收亚硒酸盐速率要高于成熟的老叶。CO2施肥可能提供了某种有利条件使得进入番茄植株细胞内的硒含量增高。在植物体中硒元素以多种化合物的形式存在，大体可分为有机态的硒与无机态的硒。而且硒主要的存在方式为有机硒，占比可达到80%以上［17］。有研究表明在 Se4+培养基上培养的萝卜中大约95%的硒都转化为有机态的硒［18］。本试验在相同的施硒环境下CO2施肥会使得番茄果实中有机硒及转化率都显著提升。当然对植物内硒以及有机硒绝对含量影响的主要因素还是在于施硒量。本试验中当CO2施肥浓度一定时，有机硒的含量及转化率也会随番茄叶面施硒量的上升而上升，而杜振宇等［19］对茄子的施硒试验结果为：随着施硒含量浓度的增加，硒含量会增加，但有机硒的转化率会下降，这与本试验的结果不同。而施和平等［20］此前对番茄施硒的结果为：高浓度硒对农作物产生毒害，但在合适浓度下既促进生长，又可合成有机硒化合物。诸多的研究表明，植物吸收的硒最终转化为无机态和各种有机态硒，并且有其他新的存在形式也在被不断发现中。硒是如何转化为这些有机物，硒的这些转化对植物本身及生理等有何功能等，所见报道还未能够解释清楚。在本试验的条件设置范围内番茄CO2的施肥处理表现出对硒的积累及有机硒转化的促进作用，但是植物内硒吸收与转化的调控机理目前的研究甚少。

已有的研究表明，合理的施硒浓度可以提高植株生长指标以及产量指标。邵旭日等［21］对番茄梯度施硒研究表明在一定施硒范围内维生素C、番茄红素、糖酸比与施硒量呈正相关。通过对茄果类增施CO2的研究也已经比较广泛。本次试验在研究CO2对番茄硒积累及转化的同时也比较了不同CO2与亚硒酸钠的配施组合下成熟果实主要营养物质含量，结果为单独施亚硒酸钠与CO2气肥以及亚硒酸钠与CO2的配施均使番茄营养品质得到提升。果实内维生素C、番茄红素及可溶性总糖在组合T2L3（CO2浓度为 800 µmol·mol-1，硒浓度为 6 mg·L-1）时含量最高，提升显著。在T3L2（CO2浓度为1 000µmol·mol-1，硒浓度为 4 mg·L-1）时有较高的糖酸比。

CO2作为植物生命来源影响着植物的大多数生命活动，精细化且深入的研究仍然需要。同时与硒有关的研究还在进行，深究和利用植物中潜在进行调控硒吸收、运转、代谢和积累的基因和调控机制，并将此基因转入相关目标植物中使之高效表达，提高目标植物中的硒含量。植物吸收和转化硒（叶面施硒及土壤有效硒［9，22］）研究的深入将极大地推动富硒功能性食品、保健品等产业的发展，为人类硒营养健康做出重要贡献。