硒与海藻糖对芥菜芽苗生长、营养品质及抗氧化特性的差异化调控效应

《Plants》：Differential Effects of Selenium and Trehalose on Growth, Nutritional Quality, and Antioxidant Properties of Mustard Sprouts

　　

芥菜芽苗富含营养物质，作为功能性蔬菜具有可观的应用潜力。本研究评价了硒（Se）、海藻糖（Tre）及其组合处理对芥菜芽苗生长与营养品质的影响。据报道，硒与海藻糖处理可增强芽苗的营养属性。单独硒处理促进生长的效果最强，食用鲜重和株高分别提高至对照的1.09倍和1.10倍。硒与海藻糖的单施及组合处理均增强了养分积累与抗氧化能力。值得注意的是，单独硒处理使可溶性糖、可溶性蛋白、抗坏血酸、类黄酮和总酚含量分别提高至对照的1.09、1.23、1.06、1.29和1.62倍。单独海藻糖处理及硒–海藻糖组合处理显著提高了总吲哚族硫苷（indolic glucosinolates）的积累，而单独硒处理显著降低其含量，组合处理在吲哚族硫苷积累方面尤为有利。总体而言，单独硒处理有效改善了芥菜芽苗的营养品质与抗氧化能力，而单独海藻糖处理及组合处理促进了次生代谢产物的积累，同时伴随植株生长受抑和光合色素含量下降，为调控其营养品质提供了依据。

研究背景：芥菜（Brassica juncea）是十字花科广泛栽培的食用蔬菜，富含抗坏血酸、酚类化合物和硫苷（glucosinolates，GS）等生物活性物质，其硫苷及降解产物具有显著的抗肿瘤活性。芥菜芽苗是萌发后短时间采收的幼苗，营养价值高、质地脆嫩，且具有栽培周期短、投入成本低、无污染生产等优势；与成熟蔬菜相比，芽苗通常含有更高水平的生物活性化合物。硒（Se）是人体必需微量元素，影响植物生长发育并支持人体生理健康，适量施硒可促进萝卜芽苗、西兰花芽苗等生长并提高抗氧化物质含量，但硒在十字花科植物中的吸收与同化密切依赖硫代谢途径，硒可整合进入硫苷骨架形成硒代硫苷，为硒与硫苷代谢的相互作用提供生化基础。海藻糖（Tre）是一种由两个葡萄糖单元组成的非还原性二糖，在植物中含量极低，但在胁迫条件下可大量积累，作为渗透保护剂维持细胞渗透稳态并抑制活性氧（ROS）积累；已有关于海藻糖的研究多集中于其抗逆作用，但近期证据表明其在非胁迫条件下也可调控植物生长与品质。硒与海藻糖作为外源调控物质均可改善植物生长、养分积累与抗氧化能力，但作用方式不同；现有研究多针对单一物质在不同物种或品种上的效应且响应差异较大，二者配施是否产生协同或拮抗效应尚待探究，针对芥菜品种'川宝18'的单施与配施比较研究尤为缺乏。因此，本研究系统探究硒、海藻糖及其配施对'川宝18'芥菜芽苗生长与品质的影响，并确定改善芽苗品质的最佳处理，为芥菜芽苗优质栽培与精准品质调控提供理论依据。

主要技术方法：以芥菜品种'川宝18'为材料，设置对照（CK）、单施硒（Se，4 mg·L^?1亚硒酸钠浸种）、单施海藻糖（T，第5天起以6 mmol·L^?1海藻糖溶液更换）、硒+海藻糖配施（SeT）4个处理，每处理3次生物学重复，每盘为一个生物学重复；光照培养箱控温控光水培，第10天采收。测定株高与地上部鲜重；按GB 5009.93-2017测定硒含量；采用高效液相色谱（HPLC）结合可变波长检测器（VWD）测定叶绿素、类胡萝卜素、抗坏血酸及硫苷含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖、考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白、氯化铝比色法测定类黄酮、Folin–Ciocalteu法测定总酚、ABTS⁺法测定自由基清除能力；采用DPS 9.01进行双因素方差分析与Duncan多重比较，SIMCA 14.1进行主成分分析（PCA），OriginPro 2024绘制相关性热图。

研究结果：（1）芽苗生长与硒含量：硒处理促进芽苗生长而T与SeT处理抑制生长；与CK相比，Se处理显著提高鲜重和株高至1.09倍和1.10倍；在T存在下硒的促生长效应消失，SeT的鲜重和株高与T无显著差异且显著低于Se，表明T改变了硒对生长的作用；Se处理显著提高芽苗硒积累，其硒含量分别为CK和T的10.54倍和7.78倍，SeT处理分别为CK和T的19.68倍和14.52倍但显著低于Se，表明T削弱了硒的累积效应。（2）叶绿素与类胡萝卜素：检测到2种叶绿素和4种类胡萝卜素；Se处理对叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素无显著影响，而T与SeT显著降低三者，表明叶绿素下降主要由T引起且硒未改变T的抑制效应；4种类胡萝卜素中以叶黄素最为丰富，其次为新黄质和β-胡萝卜素，紫黄质最少；叶黄素、β-胡萝卜素和总类胡萝卜素对处理响应相似，Se处理无影响而T与SeT显著降低；Se处理显著提高新黄质含量而SeT显著降低；紫黄质受Se处理影响不显著但在T与SeT下急剧下降且SeT降幅更大，表明类胡萝卜素下降主要由T引起。（3）营养成分与抗氧化物质：Se、T、SeT均显著提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，可溶性糖分别达CK的1.09、1.15和1.10倍，可溶性蛋白分别达1.23、1.06和1.07倍；Se处理的可溶性蛋白显著高于T与SeT，表明T削弱了硒的促进效应；三种处理均增强抗氧化能力，Se处理下抗坏血酸、类黄酮和总酚含量分别提高至CK的1.06、1.29和1.62倍，T处理下分别为1.14、1.16和1.16倍，SeT处理下分别为1.08、1.13和1.15倍，其中Se的刺激效应最强；三种处理均显著提高ABTS⁺自由基清除能力，表明T削弱了硒对抗氧化能力的促进作用。（4）硫苷：检测到3种脂肪族硫苷（黑芥子苷、芸薹葡糖硫苷、前致甲状腺肿素）和4种吲哚族硫苷（4-甲氧基芸薹葡糖硫苷、4-羟基芸薹葡糖硫苷、新芸薹葡糖硫苷、芸薹葡糖硫苷）；黑芥子苷和芸薹葡糖硫苷不受各处理显著影响，前致甲状腺肿素受T与SeT显著降低且SeT进一步下降，表明硒存在下T对其抑制更强；与CK相比，T与SeT显著提高4-甲氧基芸薹葡糖硫苷、4-羟基芸薹葡糖硫苷、芸薹葡糖硫苷和总吲哚族硫苷含量，其中SeT进一步提高了4-甲氧基芸薹葡糖硫苷、芸薹葡糖硫苷和总吲哚族硫苷；相反，Se处理显著降低4-羟基芸薹葡糖硫苷、芸薹葡糖硫苷和总吲哚族硫苷含量，表明T可提高吲哚族硫苷含量且硒进一步增强T的促进作用使SeT达到最高水平；新芸薹葡糖硫苷、总脂肪族硫苷和总硫苷各处理间无显著差异。（5）主成分分析：PC1和PC2分别解释总变异的59.1%和23.8%，合计82.9%；得分图中CK与Se沿PC1和T与SeT分离，表明海藻糖是处理分化的主要因素，PC2进一步区分含硒与不含硒样本；载荷图显示Se主要与生长和抗氧化相关性状关联，SeT更强关联于次生代谢产物尤其是硫苷的积累；需注意该PCA基于处理均值而非个体生物学重复，其分离仅为描述性，不能推断处理间显著差异。（6）相关性分析：食用鲜重与株高（0.98）和总类胡萝卜素（0.97）正相关，可溶性糖与抗坏血酸（0.98）正相关，可溶性蛋白与类黄酮（0.98）和总酚（1.00）正相关，总硫苷与黑芥子苷（0.99）和总脂肪族硫苷（0.98）正相关，所有相关性均显著（p < 0.05）；该分析基于处理均值而非独立生物学重复的原始观测，仅反映处理水平关系。

讨论部分总结：随着对功能性食品关注度提高，十字花科芽苗尤其是芥菜芽苗日益受到欢迎，近年来在激素、植物生长调节剂、糖类和微量元素调控芽苗品质方面取得进展，本研究在此基础上探究硒与海藻糖单施及配施对芥菜芽苗生长性能和营养特性的调控。关于硒单独处理促进生长与富集，硒作为植物必需微量营养元素在调控生长发育中起重要作用，已有研究证明硒呈剂量依赖效应，适宜硒水平促进发育而过高浓度产生毒害抑制生长；本研究中硒处理显著提高株高和食用鲜重，可能归因于硒介导的光合能力与有机物生物合成改善，与绿豆芽、萝卜芽苗相关报道一致；硒处理还显著提高内源硒浓度，表明亚硒酸钠可作为有效硒补充手段实现增产与营养强化的双重效益。关于硒与海藻糖单施及配施改善营养品质，可溶性糖和可溶性蛋白是反映植物碳氮代谢强度的蔬菜营养品质关键指标，本研究中三种处理均显著提高二者含量，与萝卜芽苗施硒及海藻糖处理提高可溶性糖的报道一致；硒可刺激葡萄糖代谢促进总碳水化合物与粗蛋白积累，海藻糖作为渗透保护剂维持细胞渗透平衡并稳定蛋白质，可溶性蛋白亦可作为渗透调节物质和营养储备，表明硒与海藻糖单施或配施均可通过调控植物代谢改善芽苗营养品质。关于抗氧化能力增强，抗坏血酸是有效ROS清除剂，酚类化合物包括类黄酮和总酚在逆境适应与抗氧化代谢中起重要作用，也是叶菜抗氧化特性的关键活性成分；本研究中硒与海藻糖单施或配施显著提高抗坏血酸、类黄酮和总酚含量从而增强抗氧化能力；硒处理可促进非酶抗氧化物质积累，但过高浓度可能表现促氧化效应，海藻糖作为信号分子通过SnRK1和ABA途径调控碳水化合物代谢影响碳分配，硒的抗氧化促进效应在草莓、鹰嘴豆芽苗中有报道，海藻糖的抗氧化促进效应在桃、荔枝等作物中有报道。关于海藻糖单独及硒+海藻糖配施促进吲哚族硫苷积累，硫苷是十字花科特有的含硫含氮次生代谢产物，具有抗癌和化学防御功能；本研究中T与SeT显著促进总吲哚族硫苷积累而Se显著降低其含量，硒对吲哚族硫苷的抑制与既往研究不同；硒与硫化学性质相似可在吸收同化中竞争，可能干扰硫苷生物合成所需的含硫前体供应，本研究中吲哚族硫苷下降可能源于硒–硫竞争导致的含硫前体供应受限，此外硒处理可降低大白菜芽苗吲哚族硫苷水平并下调相关生物合成基因，在西兰花中硒抑制CYP79B2和CYP83B1等吲哚族硫苷生物合成基因表达，提示硒诱导的吲哚族硫苷降低可能源于前体限制和转录抑制，但机制尚待研究；也有报道硒可提高酸菜中吲哚-3-甲醇等吲哚族硫苷含量，且在多种十字花科芽苗中硒生物强化对硫苷的效应具有物种特异性，部分材料硫苷含量不降低甚至保持稳定，表明硒对硫苷代谢的影响可为正向、负向或物种依赖；此外硒处理下抗氧化酚类与吲哚族硫苷呈相反趋势，可能反映次生代谢间代谢资源的再分配，但仍需进一步验证。相反，海藻糖似通过多重机制促进吲哚族硫苷积累：海藻糖作为信号分子和渗透保护剂可激活糖信号从而正向调控拟南芥吲哚族硫苷生物合成；海藻糖还可增强抗氧化防御系统和整体抗逆性，改善的生理状态可能为能量密集型次生代谢产物合成提供额外碳骨架和能量；在硒与海藻糖配施下，海藻糖的特异贡献可理解为对硒诱导吲哚族硫苷积累抑制的部分缓冲，其一可能通过糖信号途径为硫苷生物合成提供碳骨架和能量，其二可能通过维持抗氧化防御系统减轻硒对生物合成途径的氧化损伤；该解释也说明海藻糖在抑制植株生长和光合色素积累的同时促进吲哚族硫苷积累，反映了典型的生长–防御权衡现象；推测海藻糖可能通过糖信号介导的胁迫响应驱动植物重新分配碳资源，减少营养生长和光合色素合成投入，优先向防御性次生代谢途径供应碳源从而促进吲哚族硫苷积累；需注意上述表述基于表型关联的推断，硒与海藻糖是否在代谢水平直接互作尚待探究。本研究系统探究了硒与海藻糖单施及配施对芥菜芽苗生长与品质的影响，但仍存在局限：研究聚焦于外源硒与海藻糖处理下的表型变化、生理响应及相关代谢物积累，调控效应主要在生理和表型水平表征，潜在机制尚未充分解析，关键基因和分子调控网络未被鉴定，核心调控途径和作用机制需进一步研究；未来研究应整合多组学方法和其他分子工具阐明硒与海藻糖调控芥菜芽苗生长与品质的机制，强化理论基础，为芥菜芽苗高效栽培与品质提升提供更全面支撑。

研究结论翻译：本研究表明硒与海藻糖可有效增强芥菜芽苗的营养品质。单独硒处理显著促进芽苗生长，提高食用鲜重和株高。硒与海藻糖单施及其组合处理均提高可溶性糖、可溶性蛋白、抗坏血酸、类黄酮和总酚含量，从而促进养分积累并增强抗氧化能力。此外，单独海藻糖处理及组合处理显著提高总吲哚族硫苷的积累，而单独硒处理显著降低其含量，组合处理在吲哚族硫苷积累方面尤为有利。总体而言，硒与海藻糖对芥菜芽苗生长、营养品质和次生代谢表现出差异化效应，表明这些处理间存在权衡。值得注意的是，单独硒处理对芥菜芽苗营养品质和抗氧化能力表现出相对有益的效果，而单独海藻糖处理及组合处理促进次生代谢产物积累，同时伴随植株生长受抑和光合色素含量下降。