郭文慧 刘 庆 史衍玺

施硒对紫甘薯硒素累积及产量和品质的影响研究

郭文慧 刘 庆 史衍玺

（青岛农业大学资源与环境学院，青岛 266109）

以紫甘薯为试验材料，通过大田试验研究不同品种紫甘薯对外源硒吸收和分配特征，并分析了施硒对紫甘薯产量和品质的影响。结果表明：施硒可显著提高紫甘薯薯块硒含量（P＜0.05）。不同品种紫甘薯差异达到显著水平。日本新紫、宁紫2号、日本凌紫、越南紫4个品种对外源硒的富集能力较强。施硒显著提高紫甘薯各器官硒累积量（P＞0.05），其大小顺序为薯块＞茎＞叶。本试验施硒量下，使浙紫1号、越南紫产量降低，徐8008、紫菁2号的产量升高，对其他8个品种产量影响不显著。施硒可显著提高薯块中N、P含量，降低B含量，对K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn含量影响不显著。施硒对紫甘薯的商品率、花青素与可溶性糖含量影响不显著但可显著提高可溶性蛋白含量。

紫甘薯 硒 累积 产量 品质

硒于1817年被瑞典化学家berlius发现和命名［1］。作为人体必须的微量元素，硒具有清除体内自由基、抗膜脂过氧化、防衰老、提高机体免疫力的作用［2］，人体的多种疾病与缺硒有关［3］。我国有2 ／3的地区处于缺硒地带［4］，我国成人硒摄入量远远低于生物需要量40μg／d以及我国营养学会推荐的成人50 μg／d的要求［5-7］。目前，通过作物施用外源硒生产富硒食品已经成为人体补硒的安全有效途径［8］。

大量的研究结果表明，不同作物对硒元素的吸收和累积规律不同［5-7］。施硒可以提高水稻、小麦、花生、大豆等粮油作物和小白菜、茄子、黄瓜等蔬菜的硒含量［8-10］，适宜的外源硒供给能促进植株生长、提高产量、改善作物品质。甘薯是我国的重要粮食作物，紫甘薯作为一种新型甘薯，富含的花青素具有天然抗氧化性和清除自由基等生理活性作用［11］，其保健功能越来越受到重视，市场需求量日益增加。陆国权等［12］研究了浙江省5个地区甘薯块根中硒含量在0.12 ～0.16 mg／kg 之间，邢丹英等［13］通过不同外源硒强化甘薯富硒技术，可使甘薯块根中的硒含量达到0.37 mg／kg，但是迄今为止，鲜见对紫甘薯富硒能力及硒对紫甘薯品质效应影响的报道。本研究以12个品种紫甘薯为试验材料，通过大田试验方法，研究了12个品种紫甘薯的富硒能力差异，硒元素在紫甘薯体内的累积分配特征以及施硒对紫甘薯块根产量和商品率、矿质营养元素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等品质指标的影响，为指导富硒紫甘薯生产，改善紫甘薯营养结构和开发富硒紫甘薯保健产品提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验分别于2012、2013年5～10月在青岛市城阳区百埠庄试验基地进行。试验地土壤为砂姜黑土，供试土壤的基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验方案

选用生产上大面积推广种植的12个紫甘薯品种：日本新紫、万紫56、京薯6号、紫菁2号、宁紫2号、浙紫1号、徐8008、宁紫1号、日本凌紫、济黑1号、越南紫、赣榆10-14。试验设置不施硒（Se0）和基施亚硒酸钠10 g／667 m2（Se1）2个处理，每个处理重复3次。每个处理共24个小区，小区面积32 m2，每小区分6垄，垄宽0.80 m，长40 m，垄高0.30 m，密度控制为50 000株／hm2，随机区组排列，区组内顺序排列，试验田周边设保护行。按N 90 kg／hm2（尿素），P2O590 kg／hm2（过磷酸钙），K2O 135 kg／hm2（硫酸钾）于起垄前一次性施入作肥底亚硒酸钠随肥底一次性施入。选取大小基本一致的秧苗于2012年5月15日栽插，期间进行常规管理，10月20日收获。2013年以同样的试验方案重复1年，试验用苗来自河南清风甘薯育苗基地。

1.3 样品采集与指标测定

1.3.1 样品采集与处理

甘薯收获期，按小区分别全部收获，折算成单位面积产量，并记录单株薯块鲜重、单株薯块数、单薯重、商品薯（单个薯块重大于50 g）个数。每小区随机取15株紫甘薯，分别记录每株紫甘薯薯块、茎、叶的鲜重。将15株样品的薯块、茎、叶充分混合各取500 g鲜样。将采集的鲜样分别用去离子水洗净擦干，各取300 g于105℃杀青，70℃烘干，称重，磨细过80目筛备用。剩余薯块鲜样用于紫甘薯花青素含量、可溶性糖含量及可溶性蛋白含量的测定。

1.3.2 样品硒及其它理化成分分析

紫甘薯总硒含量测定方法参照GB 5009.93—2010食品中硒的测定［14］；土壤总硒量测定参照NY／T 1104—2006土壤中全硒量的测定［15］；N采用浓硫酸-双氧水法消解-凯氏定氮仪测定；P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B 采用消解-电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP7500）测定；溶性多糖的测定采用蒽酮—硫酸比色法［16］；花青素的测定采用pH 3.0的柠檬酸—磷酸氢二钠缓冲液法［17］；可溶性蛋白的测定采用GB 5905—1982的半微量凯氏定氮法［18］。

1.4 相关参数计算及数据处理

硒利用率＝（施硒后紫甘薯硒累积量-不施硒处理紫甘薯硒累积量）×100／外源硒施用量×100%。

硒敏感指数＝不施硒处理薯块产量／施硒处理薯块产量。即以不施硒为基数，分析施硒后对紫甘薯薯块生物量的影响及程度［19］。敏感性指数大于1，表示施硒可导致甘薯产量降低，敏感性指数小于1，表示施硒可使甘薯产量增加。

薯块商品率＝试验小区薯重50 g以上的紫甘薯个数／试验小区全部薯块个数×100%。

试验所得数据应用Excel2003、DPS7.5软件进行统计、单因素方差分析、用LSD法进行显著性检验，显著性水平设定为ɑ＝0.05。

2 结果与分析

2.1 不同品种紫甘薯富硒能力差异

不同品种紫甘薯薯块硒含量见图1。由图1可知，Se0处理下，不同品种紫甘薯薯块硒含量的范围为0.017～0.166 mg／kg，不同品种之间薯块硒含量差异显著，该处理下不同品种紫甘薯富硒能力由大到小的顺序为：日本新紫＞万紫56＞紫菁2号＞京薯6号＞浙紫1号＞徐8008＞宁紫2号＞宁紫1号＞济黑1号＞越南紫＞日本凌紫＞赣榆10-14。Se1处理下，各品种紫甘薯薯块中硒含量均显著性提高，薯块硒含量的范围为0.105～0.495 mg／kg，不同品种紫甘薯薯块硒含量仍具有显著性差异。Se1处理下不同品种紫甘薯富硒能力大小顺序为：日本新紫＞宁紫2号＞日本凌紫＞越紫＞万紫56＞紫菁2号＞济黑1号＞浙紫＞徐8008＞宁紫1号＞京薯6号＞赣榆10-14。

图1 不同品种紫甘薯薯块硒含量

2.2 不同品种紫薯对硒的累积和分配

不同品种紫甘薯各器官对硒的累积量见表2。由表2可知，施硒显著提高了紫甘薯茎、叶以及薯块中硒元素的累积量。Se1处理下地上部硒元素累积量的均值是Se0处理的1.2～7.75倍，薯块中硒元素累积量的均值为Se0处理的1.2～21.45倍。从其绝对含量上看，薯块硒元素累积量从32.49～285.34μg／m2提高到273.46～1306.26μg／m2。紫甘薯各器官硒累积量的顺序为薯块＞茎＞叶。紫甘薯对外源硒的利用率范围为1.2% ～11.1%，其中薯块对外源硒的利用率范围是0.5%～7.3%，不同品种之间对硒的利用率存在显著性差异。

表3显示的是不同品种紫甘薯各器官中硒的分配率。由表3可知，Se0处理下，紫甘薯薯块累积的硒占植株总累积量的49.16%～74.37%之间。Se1处理下，紫甘薯薯块累积的硒占植株总累积量的47.38%～69.02%之间。薯块中硒累积量占植株总累积量的比例略有所下降，但施硒使薯块中硒元素的累积量显著升高，薯块仍然是硒元素的主要贮存器官。

表2 不同品种紫甘薯各器官对硒的累积

表3 不同品种紫甘薯各器官中硒的分配

2.3 不同品种紫甘薯产量及硒敏感性差异

参考唐忠厚等［19］在甘薯研究中提出的钾敏感型指数的概念，本研究提出了紫甘薯硒敏感性指数指标，即以不施硒处理下薯块块根产量与施硒处理下薯块块根产量的比值高低以衡量不同品种紫甘薯产量对硒的敏感性差异。

表4显示了不同品种紫甘薯施硒前后产量差异及硒敏感性指数。日本新紫、万紫56、京薯6号、宁紫2号、宁紫1号、日本凌紫、济黑1号、赣榆10-14这8个品种硒敏感指数在0.92～1.05之间，此类品种对硒的敏感性较弱，施硒对此类品种紫甘薯产量影响不显著。浙紫1号、越紫2个品种硒敏感指数分别为1.11、1.18，施硒使浙紫1号、越南紫分别减产9.60%、15.22%；徐8008、紫菁2号硒敏感性指数为0.87、0.83，施硒使徐8008增产14.65%，紫菁2号增产20.61%。

表4 不同品种紫甘薯产量差异

2.4 施硒对不同品种紫甘薯相关品质指标的影响

表5显示的是施硒对紫甘薯矿质元素含量的影响。由表可知，不同品种紫薯矿质元素的含量相差较大。施硒显著提高了紫甘薯的N含量，显著降低了薯块中B 含量。施硒对薯块中P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn的含量无显著影响。

表6显示的是施硒对紫甘薯商品率、花青素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量的影响。施硒处理下紫菁2号、徐8008的商品率显著提高。施硒降低了日本新紫、京薯6号、浙紫1号、越南紫的商品率但未达到显著性水平。施硒使紫菁2号、徐8008花青素含量显著降低，使宁紫2号、济黑1号、越南紫花青素含量有所升高。施硒对其他品种紫甘薯花青素含量影响不显著。施硒后，宁紫2号、日本凌紫可溶性糖含量略有升高，日本新紫、浙紫1号、济黑1号可溶性糖含量略有降低，但均未达到显著水平。施硒显著提高了所有品种甘薯的薯块可溶性蛋白含量。

表5 硒对不同品种紫甘薯矿质元素含量的影响

表6 硒对不同品种紫甘薯品质的影响

3 讨论

3.1 紫甘薯对硒元素的吸收与分配

已有研究表明，硒倾向于在植物的营养体中富集。如王其兵等［25］的研究证明，花生硒的分配趋向生长旺盛的器官，收获期花生植株不同器官的贮量以果仁＞叶＞果壳＞茎＞根，含量分布为果仁＞根＞果壳＞茎＞叶。周鑫斌等［26］水稻上的研究发现，土壤不施Se时植株各器官Se含量顺序依次为根＞叶≈茎＞籽粒，土壤施亚硒酸盐后植株各器官Se含量则为根＞籽粒＞叶＞茎，表现出Se向籽粒富集的特征。本试验中，施硒后紫甘薯各器官硒的累积量远远高于不施硒处理，表明施用外源硒是提高紫甘薯薯块硒含量的有效方法。从品种之间富硒能力差异的比较来看，12个品种紫甘薯的富硒能力存在显著差异，其中日本新紫、宁紫2号、日本凌紫、越南紫4个紫甘薯品种富硒能力较强。从紫甘薯不同器官对硒的积累量比较来看，无论是否施用外源硒，各器官硒累积量的顺序均为薯块＞茎＞叶，表明薯块是紫甘薯累积硒元素的主要器官，这与硒倾向于在植物营养体富集的结论是一致的。

3.2 施硒对紫甘薯产量与养分吸收的影响

虽然在一定范围内施硒可以提高作物的抗氧化能力，改善作物品质和提高作物产量，但过量施硒会对作物生长产生毒害［24-26］。本试验对不同品种紫甘薯施硒后的综合表现进行比较，发现施硒可使浙紫1号、越南紫两个品种减产，紫菁2号、徐8008增产，其他品种产量变化对施硒与否表现不明显，反映出不同品种紫甘薯对硒的敏感性和耐受性存在差异。不同地区主栽紫甘薯品种的最佳施硒量还应进一步深入研究。

养分吸收方面，施硒显著提高了紫甘薯薯块中氮的含量，可推断硒与氮在紫甘薯的吸收过程中可能存在协同效应，从而促进了氮的代谢过程。已有研究证实硒以Se-Met、Se-Cys等多种硒代氨基酸的形式参与蛋白质合成［7］，这也可以进一步解释施硒增加紫甘薯薯块中可溶性糖含量的原因。施硒后薯块中硼含量的显著降低可能是由于紫甘薯对硒和硼的吸收存在竞争效应。

3.3 施硒对紫甘薯商品率、花青素与可溶性糖含量的影响

本研究将50 g以上的紫甘薯作为商品薯计算商品率。研究发现施硒提高了紫菁2号、徐8008的商品率，降低了越南紫、浙紫1号的商品率。施硒对紫甘薯商品率的影响和对产量的影响表现出一定的正相关性。由此推断，施硒可能通过影响紫甘薯根系的发育从而使紫甘薯的产量构成发生改变，最终影响了紫甘薯的产量。花青素含量的影响方面，施硒使浙紫1号、越南紫的花青素含量有所升高，紫菁2号、徐8008花青素含量有所降低，与施硒对紫甘薯产量的影响规律恰好相反。其原因一方面可能是由于紫甘薯产量变化的稀释效应造成的，另一方面则可能是施硒影响了紫甘薯花青素代谢过程所导致。对可溶性糖含量的影响，施硒使宁紫2号、日本凌紫的可溶性糖含量有所升高，浙紫1号、日本新紫、济黑1号可溶性糖含量略有降低，但均未达到显著水平。紫甘薯薯块中可溶性糖含量与花青素含量的相关性与前人结论也不一致，这可能和不同紫甘薯品种间表现存在差异有关。施硒对紫甘薯花青素与可溶性糖含量之间的关系有待进一步研究。

4 结论

施用外源硒可以显著提高薯块中的硒含量。日本新紫、宁紫2号、日本凌紫、越南紫富硒能力较强，当土壤亚硒酸钠施用量为10 g／667m2时，日本新紫薯块中硒含量可达0.495 mg／kg。紫甘薯不同器官对硒累积能力顺序表现为薯块＞茎＞叶，薯块是紫甘薯硒元素贮存的主要器官。不同品种紫甘薯对硒的敏感性不同。徐8008、紫菁2号两个紫甘薯品种对硒的敏感性较强，且具有明显的增产效应。施硒可以显著提高薯块中N、P的含量降低B的含量。施硒对紫甘薯的商品率、花青素含量的影响与产量效应呈正相关关系。施硒对薯块花青素含量、可溶性糖含量无显著影响但可以显著提高薯块可溶性蛋白含量。

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Effects of Applying Selenium on the Accumulation of Selenium，Yield，and Quality of Purple Sweetpotato

Guo Wenhui Liu Qing Shi Yanxi
（College of Resources and Environment of Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109）

Using purple sweetpotato as test materials，field experiment was conducted to study the absorption and distribution characteristics of exogenous selenium and effects of selenium application on yield and quality of purple sweetpotato.The results showed that the exogenous Se application significantly increased the selenium content of purple sweetpotato root-tuber（P ＜0.05），and the difference among the different types of sweetpotato reached to the significant level.Ribenxinzi，Ningzi2，Ribenlingzi and Yuenanzi had stronger selenium enrichment ability.Selenium application could significantly improve selenium accumulation amount of all organs of purple sweetpotato，and the order selenium content in different purple sweetpotato organs was root-tuber＞stem＞leaf.The exogenous selenium application increased the yield of Xu 8008，Zijing2 but decreased the yield of Zhezi1 and Yuenanzi and there was no significantly effect on the yield of the other types of sweetpotato.The exogenous selenium application increased the content of N，P and decreased the content of B of the root-tuber significantly，but had no significantly affect the content of K，Ca，Mg，S，Fe，Mn，Cu，Zn of the root-tuber.The exogenous selenium application had no significant effect on the commodity rate，anthocyanin content，soluble content but increased the soluble protein content significantly.

purple sweetpotato，selenium，accumulation，yield，quality

S531

A

1003-0174（2016）09-0031-07

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-11-B-14），公益性行业科研专项（201303106）

2014-12-25

郭文慧，女，1988年出生，硕士，植物营养学

刘庆，男，1972年出生，副教授，土壤学