目前,关于外源硒对食用木薯品质影响的研究鲜见报道。为了更好地充实该领域的研究,本试验将从营养品质、抗氧化性、采后生理变质3个方面开展研究,探索外源硒对食用木薯品质的作用效应,为食用木薯富硒化生产提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试木薯品种为NK-10,种茎由广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所提供;所施入的硒肥是由不同质量的Na2SeO3用去离子水充分溶解后,加入到相同质量的有机肥中充分拌匀配制而成。为保证单一变量,对照也施入同等质量的有机肥。
1.2 试验设计
试验于2017-2018年在广西壮族自治区农业科学研究院里建科学研究基地进行。土壤基本理化性质为速效氮144.33mg/kg,有效磷20.72mg/kg,有效钾261.53mg/kg,有机质含量5.3%,pH 6.21。小区面积32m2,种植规格为1.0m×0.8m（株距×行距）。试验设5个处理,3次重复,随机区组排列,处理方式为在木薯块根膨大期根际施入4个梯度的外源硒（Se）,分别为0.3（T1）、0.6（T2）、0.9（T3）和1.2（T4）kg/hm2,以未施外源硒为对照（CK）,并于块根成熟期采样。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 营养品质的测定 采用国家标准方法（GB 5009.93-2017）中的微波消解-氢化物原子荧光光谱法测定硒含量;采用GB 5009.9-2016第二法（酸水解法）测定淀粉含量;采用试剂盒（微量法）测定支链淀粉含量;采用GB 5009.5-2016第一法（凯氏定氮法）测定蛋白质含量;采用蒽酮比色法测定总糖含量;采用异烟酸-吡唑啉酮分光光度法测定氢氰酸含量;采用烘干法测定干物质率;采用高效液相色谱法测定类胡萝卜素含量;采用甲醇超声振荡提取,UV-VI8500紫外分光光度计方法测定黄酮含量。
1.3.2 抗氧化性的测定 采用改性的WST法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性;采用H2O2-愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性;采用H2O2分解法测定过氧化氢酶（CAT）活性;采用DTNB直接测定法测定谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性。
1.3.3 采后生理性变质（PPD）的测定 采用国际热带作物研究中心（The International Center for Tropical Agriculture,CIAT）建立的目测法[12]测定PPD。
1.4 数据分析
采用Microsoft Excel 2003进行数据整理,并利用SPSS 18.0软件进行差异分析。
2 结果与分析
2.1 外源硒对食用木薯营养品质的影响
由表1可知,在不同的外源硒施用水平下,块根淀粉、蛋白质、硒、黄酮的含量随着外源硒施用量的增加而先升高后下降,且在T2和T3处理下均与CK的差异达极显著水平;总糖含量随着外源硒施用量的增加而升高,在T3和T4处理下与CK的差异达极显著水平;各外源硒处理下的类胡萝卜素和氢氰酸含量都小于CK,且在T2、T3、T4处理下均与CK的差异达显著水平;各外源硒处理下的干物质率、支链淀粉含量与CK的差异不明显。这说明食用木薯不同营养品质指标受外源硒的影响不相同,外源硒在一定施用范围内对淀粉、蛋白质、硒、黄酮、总糖的积累具有促进作用,对类胡萝卜素和氢氰酸的积累起到抑制作用,而对支链淀粉含量和干物质率的作用不明显。
表1 不同外源硒施用水平下食用木薯的品质指标的差异
Table 1
| 品质指标Quality indicator | CK | T1 | T2 | T3 | T4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 淀粉Starch (%) | 75.78±0.69Cc | 79.13±0.42Bb | 80.17±0.60Bb | 82.74±0.36Aa | 75.92±0.24Cc |
| 支链淀粉Amylopectin (%) | 8.10±0.36Aa | 8.04±0.03Aa | 8.18±0.05Aa | 8.37±0.02Aa | 8.49±0.15Aa |
| 蛋白质Protein (%) | 2.40±0.03Ee | 2.92±0.03Dd | 3.74±0.11Bb | 4.39±0.07Aa | 3.26±0.01Cc |
| 总糖Total sugar (%) | 83.50±0.07Ccd | 84.17±0.41Ccd | 84.77±0.29Cc | 86.70±0.29Bb | 90.13±0.35Aa |
| 类胡萝卜素Carotenoid (μg/g) | 19.36±1.09Aa | 9.61±0.64Cc | 11.67±0.14Cc | 15.01±0.13Bb | 11.67±0.86Cc |
| 氢氰酸Hydrocyanic acid (mg/kg) | 43.33±1.67Aa | 41.67±1.67Aab | 36.67±3.33ABbc | 31.67±1.67Bc | 20.00±0.00Cd |
| 干物质率Dry matter rate (%) | 35.03±0.54Aa | 34.85±0.58Aa | 36.07±0.68Aa | 36.16±0.22Aa | 34.83±0.19Aa |
| 硒Selenium (mg/kg) | 0.04±0.00Cd | 0.14±0.01Bc | 0.45±0.02Ab | 0.58±0.04Aa | 0.16±0.02Bc |
| 黄酮Flavonoid (%) | 0.34±0.01Cc | 0.42±0.01Aa | 0.41±0.01Aa | 0.38±0.01Bb | 0.23±0.01Dd |
Note: Capital letters indicate 0.01 significance level, lowercase letters indicate 0.05 significance level, the same below
注:大写字母表示1%水平上的显著性,小写字母表示5%水平上的显著性,下同
2.2 外源硒对食用木薯块根抗氧化性的影响
由表2可知,SOD和CAT活性变化趋势均是随着外源硒施用量的增加先升高后下降,在T3处理达到最大值,且两种酶的活性在T2和T3处理下均极显著大于CK;POD活性在不同外源硒施用水平下呈现不规律的变化趋势,但各外源硒处理下的POD活性均极显著小于CK;GSH-Px活性随着外源硒的施用量的升高而升高,在T3和T4处理下显著大于CK。以上结果表明,在一定的施用量范围内,外源硒可以提高SOD、CAT、GSH-Px活性,但对POD活性起抑制作用。
表2 不同外源硒施用水平下食用木薯抗氧化性的变化
Table 2
| 酶Enzyme | CK | T1 | T2 | T3 | T4 |
|---|---|---|---|---|---|
| SOD (U/g) | 44.27±0.52Cc | 46.64±1.06BCc | 50.91±0.45Bb | 67.67±1.63Aa | 32.38±0.89Dd |
| CAT [μmoL/(min·g)] | 594.58±3.27Bb | 596.28±1.78Bb | 646.78±6.26Aa | 653.54±3.60Aa | 602.30±3.34Bb |
| POD [ΔOD470/(min·g)] | 31.05±1.39Aa | 15.40±0.49Cc | 21.38±0.53Bb | 10.62±0.18Dd | 5.47±0.11Ee |
| GSH-Px [nmol/(min·g)] | 2 470.44±20.10Bb | 2 491.48±27.13Bb | 2 536.59±57.43Bb | 2 694.56±80.05ABa | 2 780.38±12.27Aa |
2.3 外源硒对食用木薯PPD的影响
表3 不同外源硒处理下PPD程度情况
Table 3
| 处理 Treatment | 采后天数Days after harvest (d) | |||
|---|---|---|---|---|
| 13 | 21 | 28 | 35 | |
| CK | 20.96±7.21Aa | 47.60±14.10Aa | 60.03±18.10Aa | 80.93±10.18Aa |
| T3 | 12.87±5.78Aa | 15.67±4.59Aa | 50.03±18.09Aa | 75.47±7.80Aa |
图1
图1
采后21d处理CK和T3的PPD情况
Fig.1
PPD performance of CK and T3 treatment in 21 days after harvesting
3 讨论
3.1 外源硒对食用木薯营养品质的影响
本试验中,外源硒在一定范围内对淀粉、蛋白质、总糖、硒、黄酮的积累起促进作用,对类胡萝卜素和氢氰酸的合成起抑制作用,但对支链淀粉积累和干物质率影响不大。邢颖等[13]研究发现马铃薯粗蛋白和淀粉含量均会随着硒肥施用量增加而呈现出先升高后降低的趋势;侯松等[14]通过研究外源硒对紫甘薯品质影响时发现紫甘薯块根中的粗蛋白和块根硒含量均随施硒量的增加而显著提高;吴代东等[8]在研究不同硒肥类型对凌丰葡萄的品质影响中发现,叶面喷施“聚福硒”能提高葡萄的总糖含量;李阳等[15]试验发现,碎米荠植株的类胡萝卜素含量随着硒浓度的增加呈显著降低的趋势;姜波等[7]、宋丽芳等[16]、黄太庆等[17]通过试验发现外源硒能有效提高作物的硒含量。田秀英等[18]发现土壤施用小于1.0mg/kg硒能提高苦荞各器官总黄酮累积量,尤其能增加苦荞中后期总黄酮的累积;而过量的硒显著降低各器官的总黄酮的累积。董卫华等[19]发现随着亚硒酸钠施入浓度的不断提高,枸杞体内总黄酮含量也会随之增加。本试验结果与这些前人的研究结果相似,说明外源硒对改善作物的一些品质有积极作用。目前,关于外源硒对支链淀粉、氢氰酸含量、干物质率的影响研究较少,其机理尚不明了,还需进一步研究。
3.2 外源硒对食用木薯抗氧化性的影响
本研究发现,在一定的施用量范围内,外源硒可以提高食用木薯块根的SOD、CAT、GHS-Px活性,对POD活性则起抑制作用。前人研究[20,21]发现硒是GHS-Px的主要组成成分,外源硒的施入能提高块根的硒含量,为GHS-Px的合成提供原料,从而提高GHS-Px的活性。周毅峰等[22]通过试验发现水培大豆在0~5mg/kg硒浓度处理下,可使得植物体内的多种抗氧化物质的活性普遍提高,而硒浓度在5~10mg/kg时,SOD活性则出现大幅度下降甚至低于对照组。冯人伟[23]研究发现,硒浓度在0~5mg/L时能显著提高蜈蚣草叶片中的POD、GSH-Px和CAT活性,而硒浓度高于5mg/L时,POD和CAT活性降低。刘群龙等[24]研究发现,给酥梨叶片喷施5mg/L浓度的硒可显著提高SOD和GSH-Px活性,但喷施的硒浓度大于20mg/L时,SOD和GSH-Px活性降低,而叶面喷硒对POD活性具有抑制作用。通过比较发现,本研究得出的结果与前人研究结果有相同之处,也有不同之处。相同之处在于一定浓度范围内硒能显著提高SOD、GSH-Px、CAT活性,不同之处在于不同作物中硒对POD活性的作用效果不同。造成这种差异的原因可能是因为外源硒对每种作物的抗氧化性酶活性的影响会因作物种类不同而呈现不同效果。
3.3 外源硒对食用木薯采后生理性变质（PPD）的影响
本试验结果表明外源硒能在一定程度上缓解PPD的产生。PPD产生过程涉及多个生化途径与反应,其中较为重要的途径是活性氧（ROS）,目前对清除ROS相关酶已得到明确,其中包括CAT、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、POD、SOD等[11]。前人[22,23,24]通过大量的试验证实了硒可以提高植物的抗氧化性,而本研究中食用木薯施用外源硒后块根的硒含量提高了,这就使得块根采后的抗氧化酶能继续保持较高的活性,从而抑制PPD的产生。但通过方差分析发现,外源硒虽然能缓解PPD的产生,但其作用效果不明显。造成这种结果的原因可能是在本试验中测定PPD采用的是CIAT建立的目测法,通过目测无法精确地量化PPD产生的程度,存在一定的试验误差。因此,要深入研究外源硒对PPD的作用效应,需要有针对性地开展生理生化研究。
4 结论
适量的外源硒能促进食用木薯的淀粉、蛋白质、总糖、黄酮、硒的积累,提高块根SOD、CAT、GHS-Px活性,同时对缓解采后生理变质,提高其耐贮藏能力具有一定的积极作用。
参考文献
Oxidative stress responses during cassava post-harvest physiological deterioration
Selenium:biochemical role as a component of glutathione peroxidase
Purification and properties of human erythrocyte glutathione peroxidase
