通过添加硒和褪黑素进行生物强化，可以增强普通菜豆（Phaseolus vulgaris L.）在干旱胁迫下的生理机能和抗氧化反应，从而提高其种子产量和品质

《BMC Plant Biology》：Biofortification with selenium and melatonin improves seed yield and quality of Phaseolus vulgaris L. under drought stress by enhancing physiological and antioxidant responses

　　

摘要

背景

豆类是法尔斯省北部埃奎利德县的主要农作物之一，该地区的豆类种植面积超过18,000公顷。为了研究褪黑素（Melatonin，简称Mt）和硒（Selenium，简称Se）对干旱胁迫下普通豆类生物强化、种子产量及其产量构成的影响，在法尔斯省北部的埃奎利德县农业和自然资源研究站进行了为期两年的实验，采用随机完全区组设计中的分割区组因子排列方法，并设置了三次重复。主要因素包括三个级别的干旱胁迫（T1：无胁迫；T2：当A级蒸发皿蒸发量达到80毫米时进行灌溉，视为中度胁迫；T3：当A级蒸发皿蒸发量达到100毫米时进行灌溉，视为重度胁迫）。第一个子因素包含三个级别的褪黑素浓度（Mt1=0 μM，Mt2=100 μM，Mt3=200 μM）；第二个子因素涉及以亚硒酸钠形式进行叶面施用硒，分为两个浓度水平（Se1=0 mg/L，Se2=5 mg/L）。记录的性状包括种子产量、每株植物的豆荚数量、100粒种子的重量、蛋白质含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、苯丙氨酸氨裂解酶活性、总酚含量以及种子中的硒浓度。

结果

实验结果表明，在水分亏缺胁迫条件下，种子产量（T1=2591.1 kg/ha > T2=1850 kg/ha > T3=877.8 kg/ha）、每株植物的豆荚数量（T1=9.33个 > T2=7.21个 > T3=6.54个）以及100粒种子的重量（T1=38 g > T2=35.7 g > T3=33.9 g）均有所下降，但随着褪黑素和硒浓度的增加而得到改善（T1对应的数值分别为4023.3 kg/ha、3513.3 kg/ha、1837.8 kg/ha；T2对应的数值分别为14.8 g、14.3 g、12 g；T3对应的数值分别为45.7 g、43.9 g、40.9 g）。此外，与对照组相比，受胁迫的植物中抗氧化酶（超氧化物歧化酶和过氧化氢酶）的活性在较高褪黑素和硒浓度下有所提高（T1组分别提高了179%和58%，T2组分别提高了248%和69%），表明植物的防御反应得到增强。尽管在水分亏缺胁迫条件下获得了最高的种子产量及其产量构成，但考虑到干旱导致的产量减少，施用200 μM的褪黑素和5 mg/L的硒可能是具有成本效益的。

结论

总体而言，研究结果表明，在具有挑战性的农业环境中，使用褪黑素和硒可以有效缓解水分亏缺胁迫并提高作物产量。