学术研究报告：硒种子引发对干旱条件下藜麦生长及产量的改善作用

作者及机构
本研究由Muhammad Aown Sammar Raza（巴基斯坦伊斯兰大学Bahawalpur分校农学系）、Muhammad Usman Aslam（同机构）、Mohammad Valipour（美国丹佛大都会州立大学工程与工程技术系）等来自巴基斯坦、美国、沙特阿拉伯、德国、孟加拉国和埃及的多国团队合作完成，发表于2024年的*Scientific Reports*期刊（第14卷，文章编号886）。

学术背景
干旱是全球作物生产力的主要限制因素，尤其在干旱和半干旱地区。藜麦（*Chenopodium quinoa*）因其卓越的抗逆性（耐旱、耐盐、耐寒）和营养价值（高蛋白、矿物质、维生素及必需氨基酸）被视为应对气候变化的理想作物。然而，干旱胁迫（drought stress, DS）会显著降低藜麦产量，尤其在开花期（flowering stage, FS）和籽粒灌浆期（seed filling stage, SFS）等关键生长阶段。硒（Selenium, Se）作为一种有益微量元素，可通过调节抗氧化系统和水分利用效率增强植物抗逆性。本研究旨在探索硒种子引发（seed priming）对藜麦干旱耐受性的改善作用，并明确其生理生化机制。

研究流程与方法
1. 实验设计与材料
- 地点与条件：实验在巴基斯坦Bahawalpur的网室中进行，土壤为砂壤土（pH 7.37），基础肥力参数如表1所示。
- 处理设置：采用完全随机设计（CRD），双因素（干旱阶段×硒浓度）四重复。
- 干旱处理：在藜麦多叶期（MLS, 30天）、开花期（FS, 60天）和籽粒灌浆期（SFS, 85天）分别施加干旱（土壤持水量25%），对照组（CK）保持80%持水量。
- 硒引发：种子用0、3、6、9 mg L⁻¹的亚硒酸钠（Na₂SeO₄）溶液浸泡6小时，阴干至原含水量后播种。

1. 数据采集与分析
   
   • 生长与产量参数：测定株高、单株穗数、主穗长度（MPL）、主穗重量（MPW）、千粒重（TGW）及经济产量（GY）。
     
   • 生理指标：
     
     • 叶绿素含量（LCC）通过叶绿素仪（Hansatech CL-01）测定。
       
     • 气体交换参数（光合速率PR、气孔导度SC、蒸腾速率TR）使用LI-6400光合仪测定。
       
     • 水分关系：叶片相对含水量（LRWC）、水势（LWP）、渗透势（LOP）、膨压势（LTP）通过心理测量仪（Wescor Psypro）和蒸气压渗透计分析。
       
   • 品质参数：采用凯氏定氮法测定蛋白质含量，分光光度法测磷，火焰光度法测钾。
     
   • 统计分析：使用Statistix 8.1进行方差分析（LSD检验，p≤0.05），主成分分析（PCA）通过Origin Pro 9.1可视化。
     

主要结果
1. 硒引发缓解干旱对生长的抑制
- 干旱显著降低藜麦株高、穗数和生物量，尤其在SFS阶段（GY降低32%）。硒引发（6 mg L⁻¹）使主穗长度增加20.29%，千粒重提高15.41%，经济产量提升35.99%。
- 生理机制：硒处理维持了叶片水分状态（LRWC提高14.55%），并通过增强光合作用（PR提升28.79%）和气孔调节（SC增加35.29%）缓解干旱胁迫。

1. 抗氧化与品质改善

   • 硒引发显著提高总酚含量（TP, +29.36%）和叶绿素含量（+35.97%），减少活性氧（ROS）损伤。
     
   • 籽粒品质提升：蛋白质、磷、钾含量分别增加15.04%、21.28%和18.92%，尤其在SFS干旱下效果显著。
     

2. PCA揭示关键抗逆因子

   • 主成分分析显示，气孔导度、渗透势和水分利用效率（WUE）是解释产量变异的首要生理指标（PC1贡献60.81%）。
     

结论与价值
1. 科学意义：首次系统验证硒引发通过调控水分关系、光合效率和抗氧化系统增强藜麦干旱耐受性，明确了籽粒灌浆期为最敏感阶段。
2. 应用价值：6 mg L⁻¹硒引发可作为干旱区藜麦栽培的简易增效技术，兼顾产量与营养品质提升。
3. 创新点：
- 多生长阶段干旱响应与硒调控的耦合分析。
- 硒对藜麦籽粒矿质营养的强化作用。

局限性：未探讨硒与其他微量元素的协同效应，田间验证需进一步开展。

亮点总结
- 方法创新：结合生理生化多维度指标与PCA，量化硒的抗逆贡献。
- 实用技术：低成本硒引发方案可直接应用于资源受限地区。
- 跨学科意义：为植物营养学与逆境生理学提供新案例。

（注：原文数据及图表细节可参考Scientific Reports (2024) 14:886，DOI:10.1038/s41598-024-51371-6。）