硫调控甘蓝型油菜吸收亚硒酸盐的作用过程

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人体需硒和硒中毒范围相对较窄,硒的过多摄入也极容易产生安全隐患。硒在地壳中分布中极不均匀,在我国湖北恩施和陕西紫阳形成了世界上两个著名的富硒带,这些富硒地区生产的富硒农产品在市场上广泛流通,所以在强调强化作物硒营养的同时,也需关注如何采取有效的农艺措施平衡高硒地区作物硒含量。硫和硒属于同族元素,物理化学性质相似,生产实践中作物硒的缺乏和毒性常是由于二者的相互影响而引起。近年来,随着高浓度无硫化肥和有机肥施用的减少,硫缺乏现象变得越来越普遍,因此通过施用硫肥来平衡作物硒营养不但可以增加经济效益而且还能促进粮食安全。以往的研究大多集中在硫与硒酸盐的研究,而对于硫与亚硒酸盐,亚硒酸盐和硒酸盐的吸收差异以及硫的影响尚缺乏系统性报道。本文在总结既有研究的基础上,通过土培、水培和田间试验,系统的研究了甘蓝型油菜的硫硒营养关系。现对全文的主要结论归纳如下:(1)油菜对硒的敏感性随着生育期的延长逐渐降低,少量硒(5 mg?kg-1)可以略微提高油菜各时期各部位的生物量,而过量硒(15 mg?kg-1)显著降低了油菜幼苗期和越冬期生物量,降幅分别为17.7%和16.7%,对油菜的农艺性状和产量构成因子也有较明显的损害,其中使千粒重的降幅达到了显著水平,为0.12 g,而施用硫肥显著缓解了过量硒给油菜生长所带来的负效应,其中以150 mg?kg-1硫肥的缓解效果最为突出,使油菜各时期生物量的增幅为11.1%-15.7%。总起来看,油菜生长的土壤硒毒害临界值与施硫量和其所处的生育期显著相关,适量硫(≤150 mg?kg-1)适量硒(≤5 mg?kg-1)配施使油菜的生长处在最佳状态。(2)土施5 mg?kg-1硒可以提高油菜叶片SPAD值、As A和GSH含量,溶液培养中10μmol?L-1硒可以降低油菜根系的O2?-产生速率,而两种硒浓度均可以提高油菜叶片和根系SOD、POD和CAT活性,从而降低叶片和根系的膜脂过氧化伤害,提高油菜叶片光合作用和油菜根系活力。低浓度硒显著改善油菜的根系构型。少量硒所带来的正效应远不及土培中过量硒(15 mg?kg-1)对油菜幼苗的过氧化伤害和水培试验中过量硒(50μmol?L-1)对根系生理指标和构型造成的伤害强烈,施用硫肥可以显著缓解过量硒对土培油菜所造成的氧化伤害,而对溶液培养中过量亚硒酸盐的氧化伤害无显著影响。(3)盆栽试验结果表明施硫显著降低了油菜各时期各部位的硒含量和硒累积量,降幅分别在24.7%-64.0%和20.4%-64.4%之间。油菜成熟期各部位硒含量为根>果荚>籽粒>秸秆,硒累积量为果荚≈秸秆>籽粒>根,依次分配比约为:1:0.97:0.69:0.49,不同硫硒施用量不会改变硒在各部位的分配比例。水培试验同样证实硒在油菜幼苗地上部和根中的分配不受亚硒酸盐浓度和硫酸盐浓度的影响,地上部和根中的硒分配比约为:1.0:0.9。与土培试验结果相反,溶液培养中硫酸盐对亚硒酸盐处理下油菜各部位硒含量无显著影响。因此两种类型试验均间接表明硫酸盐对亚硒酸盐的抑制作用可能不是竞争吸附,而且硫酸盐可能不参与亚硒酸盐处理下硒向各部位的转运。(4)亚硒酸盐施入土壤之后,越冬期之前便可被大量吸附固定。水溶态和交换态硒只占总硒的10%-15%,难以被作物吸收利用的铁锰氧化物结合态和有机结合态硒占总硒含量的25%-30%,几乎不能被当季作物利用的残渣态硒占总硒含量的60%左右。施用硫肥可以显著降低土壤p H值并提升有机质含量,并且对各时期土壤p H值的降幅和有机质的增幅基本一致,150 mg?kg-1和300 mg?kg-1硫肥的对土壤p H的降幅范围分别为014-0.28和0.49-0.63个单位之间,对土壤有机质含量的提升范围分别在1.33-1.79 g?kg-1和1.35-2.12 g?kg-1之间,由此促使亚硒酸盐在土壤中由水溶态向铁锰氧化物结合态、有机结合态以及残渣态等低效形态转换,同时抑制土壤交换态中四价硒向六价硒的转化,因此显著降低了土培中油菜对亚硒酸盐处理下硒的吸收。(5)当硫酸盐浓度为0.1 mmol?L-1时,油菜对亚硒酸盐和硒酸盐的吸收能力基本一致。硫酸盐主要是通过降低油菜根系对硒酸盐的吸收潜力和亲和力来缩小其与亚硒酸盐的吸收差异。当溶液中硫酸盐浓度大于2 mmol?L-1时,油菜对硒酸盐的吸收不再随硫酸盐浓度的升高而显著降低。硒酸盐处理下油菜的硒转移能力显著高于亚硒酸盐,油菜的硒转移能力(TF值)随溶液中亚硒酸盐浓度的升高而显著下降,最大降幅可达46.4%,硫酸盐对其无显著影响;油菜的TF值随着溶液中硒酸盐浓度的升高却显著上升,最大增幅可达60.5%,而且硫酸盐可显著促进这种转运,并且随着培养时间的延长而增强,但是这种促进作用不受硫酸盐和硒酸盐浓度影响。这些结果均表明硫酸盐参与了硒酸盐向地上部的运输。(6)田间试验结果表明施用60 kg·hm-2单质硫或硫酸盐均可以显著降低亚硒酸盐或硒酸盐处理下成熟期油菜各部位硒含量,并且两种硫肥的降幅效果基本一致,其对亚硒酸盐处理油菜各部位硒含量的降幅为25%,对硒酸盐处理下各部位的降幅为45%。硒酸盐处理下油菜各部位硒含量约为亚硒酸盐处理的3.0-6.0倍,这就表明在大田生产常规的施硫量范围内,硒酸盐处理下油菜的硒含量显著大于亚硒酸盐处理。亚硒酸盐和硒酸盐处理下油菜籽粒累积的硒99%以上都集中在菜粕当中,菜油当中累积的硒不到1%。无论施用亚硒酸盐或是硒酸盐均可以显著降低油菜籽粒芥酸、硫甙和硬脂酸含量,显著提高油酸含量,对含油量、蛋白质含量和亚油酸含量也有一定程度的提升,对亚麻酸、棕榈酸和二十碳烯酸含量有一定程度的降低,并且两种形态硒肥对籽粒品质的影响没有显著差异。无论施用单质硫或是硫酸盐,均会使施用亚硒酸盐和硒酸盐基础上的油菜品质得到进一步的提升。
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