硒提高马铃薯幼苗抗寒性生理研究

丁 旭 丁红映 王 明 秦玉芝

（湖南农业大学园艺园林学院，湖南长沙 410128）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）为茄科茄属草本植物，是我国重要的粮食作物之一（陈芳和胡小松，1998）。南方冬闲田的高效利用是提高我国马铃薯产量的关键，马铃薯利用冬闲田种植时，一般12月底播种，30 d左右进入苗期，正赶上霜冻。因而低温胁迫是我国南方高效利用冬闲田栽培马铃薯的一大阻碍因素，探索有效缓解苗期低温胁迫的方法，是一个关键且必要的措施，对于马铃薯的科学栽培管理也具有重要意义。

近年来，大量研究聚焦于硒的生理生化作用、对园艺植物生长发育的影响及对植物产量和品质的影响，且硒在抵御非生物胁迫方面起关键作用。研究表明，在低温胁迫下，硒可以降低植株丙二醛（MDA）含量，表明硒对低温胁迫起到缓解作用（Hawrylak-Nowak et al.，2010）。在水稻培养液中添加不同浓度的硒，可对植物体内过量自由基起到清除作用，防止过氧化（Sabaty et al.，2001）。有关硒应用于马铃薯抗寒性的研究不多，且硒对增强马铃薯耐冻性的具体操作方法尚不清楚。因此，本试验就硒提高马铃薯幼苗抗寒性的不同喷施浓度和次数进行了系统研究，旨在探索较为适宜的喷硒浓度和次数，为冬闲田的高效利用及冬闲田马铃薯种植技术提供合理的依据和方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种金湘由湖南农业大学选育（秦玉芝 等，2017）。2018年3月切种薯，拌种后播种于直径20 cm、高17 cm的栽培盆内，1个盆中播种1块种薯，薯块包含2个芽眼；栽培盆置于湖南农业大学湖南省马铃薯工程技术研究中心栽培室内培养，光强100 μmol·m-2·s-1，12 h昼/12 h夜，昼夜温度20 ℃/15～18 ℃，常规肥、水管理。

1.2 试验方法

1.2.1 不同硒浓度对马铃薯幼苗耐寒性的影响 采用稀释法配制亚硒酸钠（Na2SeO3）溶液。试验设4个处理，每个处理3次重复。分别用浓度为0（CK）、1、3、5 mg·L-1的亚硒酸钠溶液对马铃薯幼苗（出苗后7 d）进行喷施，每个处理喷施6盆。每天早晚各喷1次，每盆每次喷50 mL左右，连续喷3 d，喷至叶面均匀布满雾状水滴。喷硒后幼苗正常生长2 d，每个处理取3盆植株放入低温霜冻箱0 ℃下处理6 h后取样分析（张艳嫣，2013；孙丽，2016），另外3盆未进行低温处理的植株作为常温对照。

取样时，同一生理指标的测定选择不同处理下的植株相同部位，即长势一致、完全展开的顶端功能叶片（由上而下第4～5片成熟叶），连带叶柄取。

1.2.2 不同喷硒次数对马铃薯幼苗耐寒性的影响

选用适宜浓度（3 mg·L-1）的亚硒酸钠溶液对马铃薯幼苗进行喷施，设喷硒0、1、2、3次共4个处理，出苗后7 d进行第1次喷施，之后每隔5～7 d再喷1次，每盆每次喷硒50 mL左右。3次重复，每个处理喷施6盆。幼苗正常生长2 d后，每个处理3盆植株进行低温处理，3盆作为常温时照。喷施方法、低温处理方法、取样方法同1.2.1。

1.3 主要测定项目与方法

叶绿素含量采用SPAD仪（SPAD-502）测定；相对电导率测定采用浸泡法（陈爱葵 等，2010）：将马铃薯叶片剪成长条状，迅速取样3份，每份称0.1 g，置于含10 mL去离子水的试管中，要注意让各叶片长条全部浸在水中。丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸法（林艳 等，2012），为使研磨充分，植物材料不损失，本试验中分4次加入共8 mL的10%三氯乙酸，分次研磨分次转移。H2O2含量测定采用过氧化氢原位检测法（张小莉 等，2009）。

1.4 数据处理与统计

采用Microsoft Excel和GraphPad.Prism.v5.0软件进行数据处理；采用IBM SPSS Statistics 22软件进行差异显著性和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度外源硒对低温胁迫下马铃薯幼苗耐寒性的影响

2.1.1 不同浓度外源硒对低温胁迫下马铃薯幼苗叶绿素含量的影响 从图1可以看出，低温胁迫使马铃薯叶片内叶绿素含量降低，各处理较常温对照降低2.19%～14.07%。低温处理6 h后，喷施1、3、5 mg·L-1亚硒酸钠处理的叶绿素含量分别较对照（0 mg·L-1）增加了3.01%、13.61%、0.10%，说明不同浓度的亚硒酸钠处理有利于提高低温胁迫下马铃薯叶片的叶绿素含量。无论是自然条件还是低温处理下，喷硒浓度为3 mg·L-1时马铃薯叶片内叶绿素含量均较高。

图1 不同浓度喷硒处理下马铃薯叶片的叶绿素含量

2.1.2 不同浓度外源硒对低温胁迫下马铃薯幼苗相对电导率的影响 从图2可以看出，低温胁迫下各处理马铃薯幼苗的相对电导率较常温对照提高了3.66%～45.21%。低温处理6 h后，喷施不同浓度外源硒会导致植株相对电导率发生不同程度的下降，喷施1、3、5 mg·L-1亚硒酸钠处理的叶片相对电导率较对照（0 mg·L-1）分别降低了18.29%、32.15%、0.58%，说明喷施外源硒有利于降低低温胁迫下叶片的相对电导率，其中3 mg·L-1的降低效应最显著。

图2 不同浓度喷硒处理下马铃薯叶片的相对电导率

2.1.3 不同浓度外源硒对低温胁迫下马铃薯幼苗丙二醛含量的影响 从图3可以看出，低温胁迫提高了马铃薯叶片的丙二醛（MDA）含量，各处理较常温对照增加了2.08%～79.27%。低温处理6 h后，喷施不同浓度的外源硒会降低马铃薯叶片内MDA含量，与对照（0 mg·L-1）相比，喷施1、3、5 mg·L-1亚硒酸钠处理的MDA含量分别降低了11.98%、25.39%、19.36%，说明喷施外源硒有利于降低低温胁迫下马铃薯叶片的MDA含量，其中3 mg·L-1处理的MDA含量显著低于对照。

图3 不同浓度喷硒处理下马铃薯叶片的丙二醛含量

2.1.4 不同浓度外源硒对低温胁迫下马铃薯幼苗H2O2含量的影响 叶肉和叶脉上的红褐色可以反映H2O2的聚集情况。从图4可以看出，低温处理后马铃薯叶片H2O2含量明显增加，喷施不同浓度的外源硒对马铃薯叶片H2O2含量增加有一定程度的缓解效应；低温处理6 h后，与对照（0 mg·L-1）相比，喷施1、3、5 mg·L-1亚硒酸钠处理的植株叶片H2O2含量均减少，且3 mg·L-1浓度时叶片呈现的H2O2含量最少，即叶片清除H2O2的能力最强。

2.2 不同喷硒次数对马铃薯幼苗耐寒性的影响

2.2.1 不同喷硒次数对低温胁迫下马铃薯幼苗表型的影响 从图5可以看出，室温下，马铃薯幼苗生长良好，叶片与茎均无明显皱缩或萎蔫现象，可见喷硒没有对植株造成明显损害。低温处理6 h后，喷硒1次和2次的植株生长状况良好，而未进行喷硒的植株幼苗受损明显，叶片皱缩严重，且茎变软；喷硒3次的植株叶片发生皱缩现象，但茎无软化表现。说明喷硒1～2次可不同程度地提高马铃薯幼苗抗寒性。

图4 不同浓度喷硒处理下马铃薯叶片的H2O2含量

2.2.2 不同喷硒次数对低温胁迫下马铃薯幼苗叶绿素含量的影响 从表1可以看出，与常温对照相比，低温处理下马铃薯幼苗叶绿素含量减少7.83%～14.50%。低温处理6 h后，喷硒1、2、3次的幼苗叶绿素含量分别比未喷硒对照增加13.61%、20.84%、4.78%，其中喷施2次与未喷硒对照差异显著。

2.2.3 不同喷硒次数对低温胁迫下马铃薯幼苗相对电导率的影响 从表1可以看出，低温胁迫提高了植株的相对电导率，各处理较常温对照增加3.66%～45.21%。低温胁迫6 h后，喷硒1、2次处理的相对电导率较未喷硒对照分别显著降低32.15%和33.38%。

图5 不同喷硒次数下马铃薯幼苗的表型

表1 不同喷硒次数对马铃薯叶片叶绿素含量、相对电导率和丙二醛含量的影响

图6 不同喷硒次数对马铃薯叶片H2O2含量的影响

2.2.4 不同喷硒次数对低温胁迫下马铃薯幼苗丙二醛含量的影响 从表1可以看出，低温处理6 h的马铃薯叶片MDA含量较常温对照增加35.40%～57.14%。常温下喷硒1次和2次显著降低了叶片中的MDA含量；低温处理6 h后，喷硒1～3次的MDA含量较未喷硒对照分别降低了25.39%、30.31%、18.98%，其中喷硒次数为2次时，MDA含量显著低于未喷硒对照。

2.2.5 不同喷硒次数对低温胁迫下马铃薯幼苗H2O2含量的影响 从图6可以看出，与常温对照相比，低温胁迫下马铃薯叶片中的H2O2含量增加。低温胁迫6 h后，未喷硒的植株叶片呈红褐色，喷硒处理能够不同程度地清除叶片中H2O2含量。其中喷硒2次的植株叶片、叶脉白皙，清晰可见，最接近正常颜色。

3 讨论

本试验中，喷施3 mg·L-1的硒有利于提高马铃薯幼苗的抗寒性，与前人在铁皮石斛、草莓等的研究中提出的硒对低温胁迫具有一定缓解效应的结论一致（张艳嫣，2013；孙丽，2016）。低温胁迫下，喷施适宜浓度的硒可以促进叶绿素含量的增加，降低叶片相对电导率和丙二醛含量，同时增强植株抗氧化能力，与前人的研究结论相符（吴之琳 等，2014；贾玮 等，2015）。低温胁迫下的植株与对照相比，其部分生理指标变化程度不明显，可能与植株栽培季节、室外温度等因素有关。喷硒次数为1次或2次时幼苗的抗寒性较好，但喷硒3次后可能造成了马铃薯块茎中硒的过量富集，抗寒能力反而下降。

本试验只选用了1个马铃薯品种，且低温胁迫处理单一。后续研究可选用多个马铃薯品种、设置多种低温胁迫程度，进一步验证3 mg·L-1的硒喷施2次是否为最适宜的浓度和次数，从而为硒提高马铃薯幼苗抗寒性的生产实践奠定理论基础。

4 结论

① 低温胁迫使马铃薯品种金湘叶片叶绿素含量降低，膜系统受损、电解质渗出，MDA、H2O2含量增加。

② 外源喷施1、3、5 mg·L-1亚硒酸钠处理均可以提高低温胁迫下马铃薯叶片中叶绿素含量，降低叶片相对电导率以及MDA、H2O2含量，提高抗寒性，且3 mg·L-1的喷施效果最佳。

③ 低温胁迫下，喷施3 mg·L-1亚硒酸钠溶液1～3次的幼苗叶绿素含量均高于未喷硒对照，MDA和H2O2含量均降低，可以提高抗寒性，喷施2次时效果最好。

综上，适宜的喷硒浓度（3 mg·L-1）和次数（2次）能在一定程度上降低低温胁迫所带来的伤害，从而提高马铃薯幼苗的抗寒性。