施硒對小麥籽粒硒富集、轉(zhuǎn)化及蛋白質(zhì)與礦質(zhì)元素含量的影響

劉 慶 田 俠 史衍璽

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 山東青島 266109

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施硒對小麥籽粒硒富集、轉(zhuǎn)化及蛋白質(zhì)與礦質(zhì)元素含量的影響

劉 慶 田 俠 史衍璽*

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 山東青島 266109

摘 要：為研究小麥對外源硒的吸收、轉(zhuǎn)化規(guī)律及施硒效應(yīng)， 于2012—2013和2013—2014年冬小麥生長季， 通過葉面噴施亞硒酸鈉溶液， 分析了田間施用硒肥后小麥產(chǎn)量變化、籽粒中硒的富集和轉(zhuǎn)化特征， 不同施硒量與施硒時(shí)期對硒利用率、籽粒粗蛋白和礦質(zhì)元素含量的影響。結(jié)果表明， 施硒對小麥籽粒產(chǎn)量和千粒重?zé)o顯著影響； 籽粒中總硒和有機(jī)硒含量隨施硒量增加而增大， 且有機(jī)硒占總硒的比例穩(wěn)定在78.5%～82.1%之間， 相同施硒量條件下， 灌漿前期的施用效果好于孕穗期； 灌漿前期噴施150 g hm-2純硒， 籽粒中總硒含量可達(dá)3101 μg kg-1。小麥對硒的利用率在3.3%～19.0%之間，隨施硒量的增加而降低， 相同施硒量下， 硒利用率以灌漿前期噴施最大， 孕穗期噴施最小。施硒提高了籽粒中粗蛋白含量， 促進(jìn)了磷、鐵、錳、鋅4種元素及降低了鈉在籽粒中的累積， 對鉀、鎂、銅的含量影響不顯著。

關(guān)鍵詞：硒； 有機(jī)硒； 小麥籽粒； 粗蛋白； 礦質(zhì)元素

本研究由農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201303106）資助。

This study was supported by the Special Fund for Agro-Scientific Research in the Public Interest （201303106）.

第一作者聯(lián)系方式∶ E-mail∶ qy7271@163.com

URL∶ http∶//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160311.1605.018.html

硒是人體必需的微量營養(yǎng)元素之一， 廣泛分布于所有組織器官中， 參與人體各種代謝活動(dòng)和免疫反應(yīng)， 被看作人體最重要的食物性抗氧化劑［1-3］。人體缺硒可引起克山病、大骨節(jié)病等［4］， 而世界上有40多個(gè)國家和地區(qū)土壤處于缺硒的水平， 我國有一半以上地區(qū)的土壤處于缺硒或低硒狀態(tài)［5］。植物性食品中的硒是人體硒營養(yǎng)的重要來源， 通過外源硒補(bǔ)給提高作物可食部位含硒量是解決缺硒地區(qū)人群補(bǔ)Se的重要途徑［6］。對作物施硒的方式有土壤施硒、拌種、浸種和葉面噴硒等［7］， 通過葉面噴施硒溶液來提高作物含硒量是一種快速而有效的方法［8］。但是， 隨著食品營養(yǎng)學(xué)及分子微生態(tài)學(xué)的發(fā)展， 人們逐漸認(rèn)識到食物中的有機(jī)硒和無機(jī)硒在生物活性、毒性和生物有效性等方面存在明顯差別［9-11］。無機(jī)硒生物有效性低， 毒性較大且吸收和利用不理想； 而有機(jī)硒是經(jīng)生物轉(zhuǎn)換而得到，生物活性強(qiáng)， 利于人體吸收且安全無副作用［5］。因此， 只有經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化所形成的有機(jī)硒才被認(rèn)為是對人類安全有效的硒形態(tài)［2，12-13］。此外， 硒對農(nóng)作物生長發(fā)育的影響具有兩面性， 低施硒量可促進(jìn)作物的生長與發(fā)育， 高施硒量則會(huì)對作物產(chǎn)生毒害［2-4］。通過施用外源硒進(jìn)行生物強(qiáng)化富硒的生物及生態(tài)安全性需引起研究者的重視。

小麥?zhǔn)俏舾行托灾参铮?對硒的積聚能力遠(yuǎn)高于水稻等其他禾谷類作物［7，14］。目前， 對小麥強(qiáng)化硒營養(yǎng)的研究尚不多見， 唐玉霞等［7］通過試驗(yàn)比較了不同施硒量下冬小麥硒元素的吸收能力。有關(guān)外源硒對小麥籽粒有機(jī)硒轉(zhuǎn)化， 以及對小麥品質(zhì)的影響， 尚無報(bào)道。我國約有一半人口以小麥為主食， 通過施用外源硒提高小麥籽粒中的硒含量， 特別是有機(jī)硒含量， 對解決我國部分地區(qū)缺硒問題、提高小麥營養(yǎng)價(jià)值具有重要意義。本研究分析了不同小麥生育期田間噴施不同劑量亞硒酸鈉對籽粒中總硒含量、無機(jī)硒向有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化特征， 以及施硒對籽粒粗蛋白和礦質(zhì)元素含量的影響， 旨在為北方缺硒地區(qū)富硒小麥的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012—2013和2013—2014年連續(xù)2個(gè)小麥生長季， 在山東省淄博市博山區(qū)顏春農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司基地進(jìn)行田間試驗(yàn)， 以黃淮冬麥區(qū)主要品種冀麥13為材料。試驗(yàn)田土壤為酸性棕壤， 播前測定耕層（0～20 cm）的基礎(chǔ)肥力和總硒含量， 兩年平均值為有機(jī)質(zhì)8.06 g kg-1、堿解氮56.5 mg kg-1、速效磷28.7 mg kg-1、速效鉀102.4 mg kg-1、總硒0.206 mg kg-1， pH 5.9。

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 3次重復(fù)， 小區(qū)面積20 m2。主區(qū)為施硒量， 設(shè)4個(gè)葉面噴施亞硒酸鈉溶液處理， 分別為純硒0 （Se0）、37.5 （Se1）、75.0 （Se2）和150.0 g hm-2（Se3）， 各處理的用水量均為1500 L hm-2； 副區(qū)為噴施時(shí)期， 分別為孕穗期噴施（T1）、孕穗和灌漿前期（T2）、灌漿前期（T3）。本文所稱孕穗期指小麥旗葉全部從倒二葉葉鞘內(nèi)伸出到抽穗， 灌漿前期指小麥揚(yáng)花結(jié)束后2周之內(nèi)。播種日期為2012年10月6日和2013年10月8日， 播前施磷酸二銨750 kg hm-2作為底肥， 按常規(guī)肥水管理。

1.2 樣品采集與處理

按小區(qū)分別收獲小麥樣品并記錄籽粒產(chǎn)量與千粒重，從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取籽粒300～500 g， 烘干、磨細(xì)、過篩， 用于小麥籽?？偽?、有機(jī)硒和粗蛋白及礦質(zhì)元素測定。

1.3 小麥籽粒硒含量測定及其利用率計(jì)算

準(zhǔn)確稱取過100目篩的小麥粉1.** g （這里*代表稱樣量為1 g左右， 但必須是精確稱量的）， 置150 mL三角瓶中，加入l0 mL硝酸-高氯酸混合酸（10∶1， v/v）消化， 至溶液澄清無色并有大量白煙冒出時(shí)， 再加入2 mL濃鹽酸， 置于電熱板上加熱沸騰幾分鐘， 使Se6+全部還原為Se4+； 冷卻后用去離子水轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中， 加入l0%鐵氰化鉀2 mL定容。用原子熒光光譜儀測定籽?？偽浚?5］。

準(zhǔn)確稱取過100目篩的小麥粉1.** g， 置50 mL離心管中， 加入30 mL超純水， 室溫下超聲振蕩30 min， 于4192.5 × g離心10 min， 取上清液， 將殘?jiān)貜?fù)提取一次。收集2次提取的上清液， 倒入分液漏斗， 加5 mL環(huán)己烷萃??； 收集水相于燒杯中， 用電熱板加熱蒸發(fā)大部分水后，加入10 mL的硝酸-高氯酸混合酸（10∶1， v/v）， 在電熱板上加熱消解至無色透明并有大量白煙冒出； 冷卻后加2 mL鹽酸， 再以電熱板加熱沸騰幾分鐘， 冷卻后以去離子水轉(zhuǎn)移定容至50 mL容量瓶中， 用原子熒光光譜儀測定無機(jī)硒含量［16］。

有機(jī)硒含量=小麥籽?？偽?無機(jī)硒含量；硒利用率=（施硒條件下籽粒硒累積量-不施硒條件籽粒硒累積量）× 單位面積籽粒產(chǎn)量/單位面積施硒量； 籽粒硒累積量=單位面積籽粒產(chǎn)量 × 籽粒含硒量。

1.4 礦質(zhì)元素含量測定

用萬分之一天平稱取過100目篩的小麥粉0.3000～0.5000 g， 置消化管中， 加硝酸8 mL、高氯酸2 mL， 以消化爐消解至冒白煙時(shí)取下， 冷卻后以去離子水轉(zhuǎn)移定容至50 mL容量瓶中， 用釩鉬黃比色法測定P元素含量， 原子吸收光譜儀測定K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等礦質(zhì)元素含量［17］。

1.5 小麥籽粒粗蛋白含量測定

用萬分之一天平稱取過100目篩的富硒小麥粉0.3000～0.5000 g， 置消化管中， 加濃硫酸5～8 mL及1∶1的硫酸鉀和硫酸銅混合催化劑2～4 g， 待消煮液無微小碳粒并呈透明的淺綠色時(shí)， 再繼續(xù)消煮30 min取下， 用凱氏定氮法測定氮含量， 乘以換算系數(shù)5.7即得小麥籽粒粗蛋白含量［18］。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行方差分析， 利用LSD法進(jìn)行不同處理間的差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硒對小麥籽粒產(chǎn)量和千粒重的影響

本試驗(yàn)小麥籽粒產(chǎn)量和籽粒千粒重均處于中等或中等偏下的水平， 尤其是天氣干旱的2013—2014年度。不同施硒處理間， 產(chǎn)量和千粒重均無顯著差異（表1）?？梢?， 通過葉面噴施一定劑量范圍的亞硒酸鈉溶液， 對小麥產(chǎn)量影響不大。

2.2 施硒對小麥籽粒中硒含量和硒利用率的影響

籽粒中總硒和有機(jī)硒含量均隨施硒量增加而增加，處理間差異顯著； 不同小麥生育時(shí)期噴施等量亞硒酸鈉溶液， 籽粒中總硒和有機(jī)硒含量表現(xiàn)為灌漿前期＞孕穗期+灌漿前期＞孕穗期， 其中灌漿前期噴硒， 籽粒中有機(jī)硒含量可達(dá)1012.7～2543.3 μg kg-1， 是不施硒對照的27.5～69.1倍（表2）?？梢?， 葉面噴施條件下， 小麥籽粒對外源硒具有較強(qiáng)的富集能力。籽粒中總硒含量與施硒量之間的關(guān)系符合一元二次函數(shù)， 其相關(guān)系數(shù)分別為0.9954 （孕穗期）、0.9907 （孕穗期+灌漿前期）、0.9944 （孕穗期）， 達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。籽粒中有機(jī)硒占總硒的比例為78.5%～82.1%， 施硒時(shí)期和施硒量對此影響不大。

雖然籽粒中總硒含量與施硒量呈正相關(guān)， 但硒利用率卻隨施硒量的增加而減小， 處理間差異顯著； 小麥籽粒對外源硒的利用率， 以灌漿前期噴施最高， 以孕穗期噴施最低。當(dāng)灌漿前期施硒量為37.5 g hm-2時(shí)， 硒利用率最大，兩年度分別為19.0%和15.9%； 而當(dāng)孕穗期施硒量為150 g hm-2時(shí)， 硒利用率最小， 兩年度分別為3.9%和3.3% （表2）。

2.3 施硒對小麥籽粒中粗蛋白含量的影響

隨施硒量的增加， 小麥籽粒中粗蛋白含量有所升高。與不施硒相比， 施硒可提高籽粒中粗蛋白含量， 但差異不顯著； 不同施硒時(shí)期對小麥籽粒中的粗蛋白含量也有一定的影響， 但差異也未達(dá)顯著水平（表3）。

2.4 施硒對小麥礦質(zhì)元素吸收的影響

表1 不同施硒處理的小麥籽粒產(chǎn)量和千粒重Table 1 Wheat grain yield and 1000-grain weight in different Se application treatments

表2 小麥籽粒有機(jī)硒含量及其占總硒的比例Table 2 Concentration of organic selenium in wheat grain and the ratios to total selenium

當(dāng)施硒量≤75 g hm-2時(shí)， P、Fe、Mn和Zn元素在籽粒中的累積隨施硒量增加而增加， 繼續(xù)提高施硒量至150 g hm-2時(shí)， 除對P元素累積具有促進(jìn)作用外， 對Fe、Mn和Zn的累積均表現(xiàn)抑制作用； 籽粒中K、Ca、Mg和Cu的累積沒有受到施硒處理的影響， 處理間差異不顯著； 施硒150 g hm-2對籽粒Na的累積有顯著抑制作用（表4）。

表3 不同施硒處理小麥籽粒粗蛋白含量Table 3 Content of gross protein in wheat grain in different selenium treatments （%）

表4 小麥籽粒礦質(zhì)元素含量（2013-2014）Table 4 Content of mineral elements in wheat grain （2013-2014）

3 討論

3.1 施硒對小麥千粒重和產(chǎn)量的影響

研究表明， 土壤施硒、拌種、浸種和葉面噴硒等不同方式補(bǔ)充外源硒均能提高農(nóng)產(chǎn)品中的含硒量； 相比而言，噴施外源硒具有快速、高效、成本低的優(yōu)點(diǎn)， 而且環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)?。?9］。但噴硒對小麥籽粒產(chǎn)量的影響， 研究結(jié)論不一。李根林等［20］報(bào)道， 返青和拔節(jié)2次噴施亞硒酸鈉， 小麥的株高有所降低， 穗數(shù)和穗粒數(shù)增加， 增產(chǎn)13.6%～15.2%；史芹等［21］試驗(yàn)表明， 葉面噴灑富硒溶液， 增加小麥穗粒數(shù)和千粒重， 增產(chǎn)1.6%～8.5%。然而， 唐玉霞等［7］和馬玉霞等［22］多點(diǎn)噴施富硒液肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 小麥產(chǎn)量并沒有增加；本試驗(yàn)結(jié)果與此一致， 各施硒處理對小麥籽粒產(chǎn)量和千粒重?zé)o顯著影響。施硒對小麥產(chǎn)量的影響機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.2 施硒對小麥籽粒硒富集的影響

圍繞施硒時(shí)期對作物富硒效果的影響， 已有不同研究報(bào)道， 對最佳施硒時(shí)期的結(jié)論并不一致［19-21］。本研究結(jié)果表明， 相同施硒量條件下， 總硒含量、有機(jī)硒含量和硒利用率均以灌漿前期噴施效果最好， 而孕穗期噴施效果最差， 與唐玉霞等［7］的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。孕穗期與灌漿前期對不同濃度外源硒吸收能力的差異， 可能與不同時(shí)期小麥對外源亞硒酸鈉溶液的吸收、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)運(yùn)能力有關(guān)［23］。灌漿前期是小麥生殖生長最旺盛的時(shí)期， 此時(shí)小麥對噴施液吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)速度較快， 小麥通過葉片吸收的硒能很快轉(zhuǎn)移到小麥籽粒中； 孕穗期屬于小麥營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)換時(shí)期， 此時(shí)小麥營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)， 對亞硒酸鈉噴施液吸收能力雖然很強(qiáng)， 但小麥尚未開花結(jié)實(shí)，植物體吸收的硒在細(xì)胞中通過化學(xué)轉(zhuǎn)化， 一部分被固定在葉片和莖桿的細(xì)胞中， 降低了硒向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)比例［23-24］。但是， 不同噴施時(shí)期和施硒量導(dǎo)致的小麥籽粒中含硒量及品質(zhì)指標(biāo)的差異， 是否與噴施液的濃度有關(guān)尚需進(jìn)一步剖析。

3.3 施硒對小麥籽粒有機(jī)硒轉(zhuǎn)化的影響

植物可食部位的總硒含量僅代表作物富集能力的差異， 而只有經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化所形成的有機(jī)形態(tài)的硒對人類才是安全有效的［16］， 但不同植物將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒的能力存在差異［25-26］。研究表明， 作物吸收的無機(jī)形態(tài)的硒在體內(nèi)不同部位轉(zhuǎn)運(yùn)之前， 就已在根系、葉片等部位實(shí)現(xiàn)了無機(jī)硒向有機(jī)硒的形態(tài)轉(zhuǎn)化， 僅有少部分以無機(jī)離子的形態(tài)向籽粒部位轉(zhuǎn)移［23-25］。本研究小麥籽粒有機(jī)硒占總硒的比例處于78.5%～82.1%之間， 略低于對湖北恩施富硒土壤上小麥［27］和玉米籽粒［28］有機(jī)硒占總硒的比例， 可能是不同作物及品種自身差異所致。本研究還發(fā)現(xiàn)， 不同施硒量和噴施時(shí)期對小麥籽粒中有機(jī)硒含量及其占總硒的比例沒有顯著差異， 說明施硒量和噴施時(shí)期對小麥體內(nèi)有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化未產(chǎn)生顯著影響， 這與植物體內(nèi)有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化機(jī)制有關(guān)［25］， 也為進(jìn)一步的富硒農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

3.4 施硒對小麥籽粒硒利用率與籽粒品質(zhì)的影響

作物對硒的吸收規(guī)律與利用效率與其他元素類似，即在技術(shù)條件相對穩(wěn)定的情況下， 作物體內(nèi)含硒量隨施硒量的增加而增加， 但是硒的利用效率下降。本試驗(yàn)結(jié)果表明， 小麥籽粒含硒量與施硒量的關(guān)系可以用一元二次函數(shù)［29］擬合， 且其相關(guān)性達(dá)到顯著水平。小麥籽粒產(chǎn)量在不同施硒量下相對穩(wěn)定， 籽粒中硒累積量隨施硒量增加有所增加， 但其規(guī)律仍然符合一元二次函數(shù)。

已有研究表明， 施硒可顯著提高稻米中的粗蛋白含量， 對淀粉、脂類含量影響不顯著， 適量施硒有利于稻米中錳、鐵等元素的吸收， 降低稻米中銅的含量， 對鋅和鈣的影響不顯著［30］。葉面噴硒可有效提高谷子籽粒粗蛋白質(zhì)、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖含量， 但隨著施硒量的增加，呈先升高后降低的趨勢［31］?？梢?， 施硒對作物籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的影響已引起研究者的關(guān)注。本研究在一定濃度范圍內(nèi)噴施外源硒， 小麥籽粒產(chǎn)量未受顯著影響而籽粒中總硒和有機(jī)硒含量增加， 提高了小麥籽粒中粗蛋白含量， 促進(jìn)了P、Fe、Mn、Zn元素和降低了Na元素在小麥籽粒中積累。本研究關(guān)于施硒對籽粒中Cu、Zn累積的影響與前人在稻米上的結(jié)果不一致［27］， 原因可能是不同作物的營養(yǎng)特性存在差異。

3.5 富硒小麥生產(chǎn)與食用安全性

本研究結(jié)果表明， 在小麥特定生育期， 通過葉面噴施一定濃度的亞硒酸鈉溶液， 未對小麥生長發(fā)育與籽粒產(chǎn)量產(chǎn)生不良影響， 小麥籽粒品質(zhì)也沒有明顯下降， 證明了通過噴施外源亞硒酸鈉溶液獲取富硒小麥產(chǎn)品是行之有效的。但需要強(qiáng)調(diào)的是， 本研究通過改變施硒量與施硒時(shí)期獲得的較高硒含量的小麥產(chǎn)品， 僅反映了該小麥品種的富硒能力和指示了該富硒方法的可行性。由于過量食用硒元素會(huì)對人體健康帶來危害， 因此生產(chǎn)富硒小麥時(shí)， 應(yīng)根據(jù)人群膳食結(jié)構(gòu)與人體補(bǔ)硒的要求， 首先確定富硒小麥的含硒量標(biāo)準(zhǔn)， 然后再選擇適宜的小麥富硒方法獲取適宜硒含量的小麥產(chǎn)品。

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DOI：10.3724/SP.J.1006.2016.00778

* 通訊作者（

Corresponding author）∶ 史衍璽， E-mail∶ yanxiyy@126.com

收稿日期Received（）∶ 2015-09-12； Accepted（接受日期）∶ 2016-03-02； Published online（網(wǎng)絡(luò)出版日期）∶ 2016-03-11.

Effects of Se Application on Se Accumulation and Transformation and Content of Gross Protein and Mineral Elements in Wheat Grain

LIU Qing， TIAN Xia， and SHI Yan-Xi*
College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China

Abstract：The objectives of this study were to understand the characteristics of selenium （Se） accumulation and transformation from inorganic to organic form in wheat grain and the effects of exogenous Se on grain yield， quality and Se utilization.In the 2012-2013 and 2013-2014 winter wheat growing seasons， we carried out a field experiment with foliage spray of Se fertilizer （sodium selenite solution） in four Se levels and three spray timing treatments.The results showed that grain yield and thousand-grain weight of wheat received no significantly effect from Se foliage spray.In contrast， the total and organic Se contents in grain increased with increasing the exogenous Se level， with the proportion of organic Se to the total Se from 78.5% to 82.1%.Under the same Se application rate， spraying at early-filling stage resulted in larger Se accumulation in grain than spraying at booting stage.The maximum Se content in grain was 3101 μg kg-1in the treatment of Se 150 g ha-1sprayed at early-filling stage.The Se utilization rate in wheat ranged from 3.3% to 19.0%， showing a decrease trend with more exogenous Se applied.Se utilization rate was influenced by Se application timing， with the maximum rate at early-filling stage and the minimum rate at booting stage under the same Se application rate.Besides， grain quality of wheat was improved by exogenous Se application.The contents of gross protein and accumulations of P， Fe， Mn， and Zn elements increased and the absorption of Na decreased in grain.Application of Se fertilizer had no significant effect on the accumulations of K， Mg， and Cu elements in wheat grain.

Keywords：Selenium； Organic selenium； Wheat grain； Gross protein； Mineral elements