外源施硒措施對水稻產(chǎn)量品質(zhì)及植株硒分布的影響

陳雪　沈方科　梁歡婷　陽繼輝　張宏旺　顧明華　韋燕燕

摘要：【目的】探究土壤和葉面施硒肥對水稻產(chǎn)量品質(zhì)及硒在稻株中分布的影響，為富硒水稻栽培提供參考。【方法】以博III優(yōu)、三香628為試驗材料，采用土壤和葉面施用亞硒酸鈉的不同施肥方式，分別測定兩個水稻品種的產(chǎn)量、品質(zhì)及植株中硒的含量分布特征?！窘Y(jié)果】通過土壤和葉面施用亞硒酸鈉對水稻生物量、產(chǎn)量及收獲指數(shù)均無顯著影響（P>0.05），但可提高水稻籽粒蛋白質(zhì)含量，平均增幅分別為1.57%和2.36%，存在品種差異。經(jīng)土壤和葉面施用硒肥均能顯著提高水稻籽粒中的硒含量（P<0.05），與對照相比，分別增加5.48和10.84倍，且采用葉面施硒時博III優(yōu)、三香628籽粒的硒含量均高于土壤施硒的方式和對照。從水稻植株各部位硒的分配比例看，采用土壤施硒，三香628中硒滯留在根中的比例高于博III優(yōu)，但三香628中硒在莖、葉、籽粒的分布比例低于博III優(yōu)；采用葉面噴施，三香628中硒滯留在葉片的比例高于博III優(yōu)，但三香628中硒在根、莖、籽粒的分布比例低于博III優(yōu)。硒在兩種水稻品種的籽粒和其他部位分配比例的不同是造成籽粒硒含量差異的一個重要原因。【結(jié)論】通過土壤和葉面施硒肥的農(nóng)藝措施可在一定程度上調(diào)控水稻籽粒硒積累，改善稻米主食區(qū)居民的硒營養(yǎng)狀況。

關(guān)鍵詞： 水稻；硒；產(chǎn)量；品質(zhì)；分布特征

中圖分類號： S511.062 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）01-0046-05

Abstract：【Objective】The present study researched effects of soil and foliar applications of selenium on rice yield， quality， distribution of selenium in seedling， in order to provide reference for selenium-enriched rice cultivation. 【Method】BoIIIyou and Sanxiang 628 were taken as experiment materials. After soil and foliar applications of sodium selenite on two rice varieties， yield， quality， the content distribution of selenium in the two rice varieties were determined. 【Result】Soil and foliar applications of selenium had no significant effect on rice biomass production and harvest index（P>0.05）， but they could increase rice grain protein content by 1.57% and 2.36% respectively. Significant difference on protein content was found between two varieties. Meanwhile， compared to control， soil application of selenium and foliar application of selenium significantly increased（P<0.05） the selenium content in rice grain by 5.48 and 10.84 times respectively. For both varieties， selenium content in rice grain in foliar application was the higher than those in soil application and control. Furthermore， after soil application of selenium， Sanxiang 628 contained higher proportion of selenium retention in roots than BoIIIyou， while Sanxiang 628 contained lower distribution proportion in stem， leaf and grain than BoIIIyou. After foliar application of selenium， Sanxiang 628 contained higher proportion of selenium in leaf than BoyIIIyou， but Sanxiang 628 contained lower proportion of selenium in root， stem and grain than BoIIIyou. These data indicated that selenium distribution differences in grain and other parts of the two rice varieties might an important cause of differences in grain selenium content. 【Conclusion】Agronomic measures like soil and foliar applications of selenium can regulate selenium accumulation in grain to a certain extent. In this way， selenium nutritional quality for people who eat rice as staple food can be improved.

Key words：rice； selenium； yield； quality； distribution feature

0 引言

【研究意義】硒是對人體有益的一種微量元素，人體缺硒會導致罹患大骨病和克山病等一系列疾病（熊詠民等，1998）。我國約有1億多人口由于膳食中硒缺乏，造成人體低硒營養(yǎng)不良狀態(tài)，且缺硒多在以谷類為主食的人群中發(fā)生（胡秋輝等，2000）。水稻是我國一半以上居民的主糧，稻米的硒生物強化是解決我國居民對硒元素需求的最有效途徑（方勇，2010）。因此，通過比較不同施硒方式對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及硒分布的影響，對富硒水稻的研究和發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，對于水稻自然富硒已有不少報道，但因各種原因無法控制水稻自然富硒的穩(wěn)定性，所得結(jié)果并不理想（石愛華等，2015）。因此，稻米硒生物強化的技術(shù)開始被廣泛關(guān)注，其中外源添加硒肥是補充植物硒含量的一條重要途徑。紀國成等（2003）通過葉面噴施1500 g/ha富硒增產(chǎn)劑，提高稻米中硒含量2～7倍。方勇等（2013）利用水稻葉面噴施75 g/ha硒肥處理，發(fā)現(xiàn)精米、米糠和稻殼中硒含量均顯著提高，且顯著提高了稻米中粗蛋白含量，其中積累硒最多的是米糠。王兆雙等（2015）通過土壤外源添加3 mg/kg亞硒酸鈉，研究得出10種不同稻米中的硒含量增加了0.71～16.36倍。同時，要獲得富硒大米可通過不同基因型水稻品種的差異篩選和鑒定累積硒能力強的水稻品種或中間材料來培育富硒功能性強的新品種（石愛華等，2015）。已有報道表明，利用水稻品種對硒富集能力存在基因型差異，可篩選獲得水稻籽粒硒積累高的水稻品種（余守武等，2011）。大量研究證明，土壤和葉面噴施硒可顯著提高水稻籽粒硒積累（周鑫斌等，2007）。因此，通過水稻施硒肥提高稻米硒含量被廣大研究者認為是一種經(jīng)濟、有效的方案。【本研究切入點】目前，外源施用硒肥被認為是提高稻米中硒含量的有效途徑，但不同施硒肥方式對不同水稻品種中硒含量及分布的系統(tǒng)研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以廣西地區(qū)種植面積較廣的兩個水稻品種博III優(yōu)和三香628為試驗材料，分別采用土壤施用和葉面噴施亞硒酸鈉兩種方式對水稻進行硒元素強化，比較兩個水稻品種對土壤硒和葉面硒的吸收、分配及其水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，篩選出富硒優(yōu)勢較明顯的水稻品種和硒施用技術(shù)，為發(fā)展富硒水稻產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試土壤采自廣西大學試驗田水稻土，用多點取樣法采集表層0～20 cm土壤。土壤基本理化性質(zhì)：pH 5.32，土壤有機質(zhì)17.95 g/kg，全氮8.67 g/kg，速效磷30.55 mg/kg，速效鉀90.65 mg/kg，總硒含量0.38 mg/kg，有效硒含量0.04 mg/kg。供試水稻品種：博III優(yōu)（博白縣農(nóng)業(yè)科學研究所提供）和三香628（廣西農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所提供）。

1. 2 試驗設(shè)計

試驗采用盆栽法，在直徑30 cm、高40 cm的塑料桶中盛9 kg風干土，于廣西大學農(nóng)學院農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)種植。采用完全因素試驗設(shè)計。設(shè)2個因子，即2個水稻品種（博III優(yōu)和三香628）。硒肥為亞硒酸鈉（Na2SeO3）（98.0%，天津市四通化工廠生產(chǎn)）。以不施硒肥為對照（CK），設(shè)兩種施硒肥方式：一種是土壤施硒肥（Soil Se），即于秧苗移栽前每千克干土中添加1 mg亞硒酸鈉（以Se計），充分混勻；另一種是葉面噴施硒肥（Foliar Se），即于水稻生長周期的分蘗期、孕穗期、灌漿期在葉面噴施10 mg/L的亞硒酸鈉（以Se計），每盆噴300 mL，噴施均勻。土壤施硒肥和CK噴施相同體積的去離子水。每處理設(shè)4次重復，試驗采用隨機區(qū)組實驗設(shè)計。所有處理施用尿素量均為0.332 g/kg，按7∶3的比例分別在移栽前與土壤混勻施入及在分蘗期追施，施磷酸二氫鉀（KH2PO4）量為0.288 g/kg，施氯化鉀（KCl）量為0.159 g/kg，磷肥和鉀肥在水稻移栽前與土壤混勻作為基肥施入。水稻種子經(jīng)人工挑選出飽滿的籽粒后，用10% H2O2消毒15 min，浸種過夜，然后用紗布包裹好催芽，等到種子露白時把種子撒入育苗盆中育苗，在5葉期時選擇大小一致的苗移栽。每桶3穴，每穴1株，每天澆水使水稻處于水淹狀態(tài)。

1. 3 取樣及指標測定

水稻成熟期取樣。將水稻植株連根拔起后，先用自來水沖洗干凈，然后用0.1%鹽酸溶液浸洗10 min，再用去離子水洗滌3次。之后，將水稻樣品稱取植株鮮重，并將水稻植株分為根、莖、葉、籽粒4個部分，籽粒用于風干，測定產(chǎn)量，根、莖、葉用信封袋儲存，放到恒溫烘箱里，先用105 ℃殺青30 min，再用75 ℃烘干至恒重，分別稱干重，并作記錄；然后用不銹鋼磨樣機粉碎，制成粉狀樣品用封口袋儲存，以備測定。用糙米機（型號JGMJ8098，上海嘉定糧油儀器有限公司）將籽粒脫殼成糙米，稱其重量，再用不銹鋼磨樣機粉碎，制成粉狀樣品，用封口袋儲存，置于常溫下，以備測定。

植株中全硒含量測定：稱取約0.3 g的水稻樣品，將其放入聚四氟乙烯管，加入4 mL優(yōu)級純硝酸和1 mL優(yōu)級純雙氧水，置于微波消解儀（CEM Mars6，美國）中消解，消解液中硒含量采用ICP-MS（Agilient 7500a，美國）進行測定。

籽粒中蛋白質(zhì)的測定采用凱氏定氮法進行測定。稱取約1.0 g的樣品放入消煮管中，加入5 mL濃硫酸和2 mL雙氧水，放置過夜，第2 d進行消煮至液體澄清；得到的消煮液用凱氏定氮儀測定氮含量；再根據(jù)換算因子5.92進行計算獲得樣品中蛋白質(zhì)含量。

1. 4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進行方差分析，采用Duncans進行多重比較，采用Excel 2013制圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 土壤和葉面施硒肥對水稻生物量、產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

由表1可知，博III優(yōu)和三香628兩個水稻品種在經(jīng)土壤和葉面施硒肥處理后，其生物量、產(chǎn)量和收獲指數(shù)與CK相比差異均不顯著（P>0.05，下同）?？傮w上，博III優(yōu)的生物量、籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)均高于三香628。

2. 2 土壤和葉面施硒肥對水稻籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

由圖1可看出，與CK相比，土壤和葉面噴施硒肥處理均能顯著提高博III優(yōu)和三香628兩個水稻品種的籽粒蛋白質(zhì)含量（P<0.05，下同），土壤和葉面噴施硒肥處理平均增幅分別為1.57%和2.36%。兩個水稻品種的籽粒蛋白質(zhì)含量存在明顯品種差異，博III優(yōu)的籽粒蛋白質(zhì)含量高于三香628，平均高出1.22%。

2. 3 土壤和葉面施硒肥對水稻各部位硒含量的影響

由表2可看出，對于博III優(yōu)，土壤和葉面施硒肥均能顯著提高其根部硒含量，分別比CK增加102.38和10.33倍，其莖部硒含量均有顯著提高，分別比CK增加1.82和11.68倍；葉面施硒肥對其葉部硒含量有顯著提高，比CK增加29.77倍，而土壤施硒肥對其葉部硒含量無顯著影響；土壤施硒肥和葉面噴硒對其籽粒硒含量有顯著影響，硒含量分別為216.64和362.10 μg/kg，比CK分別增加8.86和15.47倍。對于三香628，土壤和葉面施硒肥均能顯著提高其根部的硒含量，分別比CK增加72.03和3.38倍，其莖部硒含量也顯著提高，分別比CK增加4.37和18.43倍；葉面噴硒對其葉部硒含量具有顯著的提高作用，而土壤施硒肥對其葉部硒含量影響不顯著；土壤和葉面施硒肥均顯著提高其籽粒硒含量，分別比CK增加2.38和6.58倍。

由表2還可看出，水稻各部位硒含量存在顯著的品種差異。對于水稻根部，在土壤和葉面施硒肥及CK不同處理下，三香628的根部硒含量均顯著高于博III優(yōu)；對于水稻莖部，其結(jié)果與根部相反，在3種處理下，博III優(yōu)的莖部硒含量均顯著高于三香628；對于水稻葉部，在CK和土壤施硒肥兩個處理下，三香628和博III優(yōu)的葉部硒含量無顯著差異，但在葉面噴硒處理下，三香628的葉部硒含量顯著高于博III優(yōu)；對于水稻籽粒，在不施硒處理（CK）下，三香628和博III優(yōu)的籽粒硒含量無顯著差異，但在土壤和葉面施硒肥的處理下，博III優(yōu)的籽粒硒含量均高于三香628。

2. 4 土壤和葉面施硒肥對水稻各部位硒分配比例的影響

由圖2可看出，博III優(yōu)和三香628兩個水稻品種在成熟期其不同組織部位中硒的分布隨著不同施硒處理方式而變化。在不施硒肥條件下，博III優(yōu)植株根部吸收的硒大部分積累在莖和葉中，分配比例分別為39.54%和37.85%，其次為根部積累的硒（14.70%），只有小部分進入籽粒；三香628植株吸收的硒大部分積累在根部（40.00%），其次是葉（37.93%）和莖（14.60%），小部分硒進入籽粒；總體來看，不施硒的情況下兩個品種葉部中硒所占比例均較大。在土壤施硒肥條件下，兩個品種的植株中硒在其根、莖、葉中的分配比例存在差異，但總體上表現(xiàn)為，硒滯留在根部中的比例明顯增加，而莖、葉和籽粒占的比例降低。在葉面施硒肥條件下，兩個品種植株中硒在根、莖、葉的分配比例存在差異，但與不施硒肥相比，均表現(xiàn)為硒滯留在葉部中的比例顯著增加，而根、莖、籽粒中硒所占比例有所降低。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)通過土壤和葉面施硒肥對水稻生物量和產(chǎn)量均無顯著影響，因此，硒不是作物產(chǎn)量主要的限制因子，與張瑩（2009）通過葉面噴施亞硒酸鈉，發(fā)現(xiàn)兩種基因型水稻的生物量均無顯著變化的研究結(jié)果一致。另外，兩個水稻品種經(jīng)土壤和葉面施硒后，其籽粒所含蛋白質(zhì)含量均顯著提高，平均增幅度分別為1.57%和2.36%，與方勇（2010）通過噴施75 g/ha硒肥使稻米粗蛋白含量顯著提高的研究結(jié)果相一致。適量對水稻葉面施硒肥可提高稻米蛋白質(zhì)含量，其原因可能是植物體內(nèi)形成了新的含硒蛋白質(zhì)。

外源施硒可不同程度地提高籽粒中硒含量。本研究中，土壤施用亞硒酸鈉后可顯著提高兩個水稻品種籽粒硒含量，與Boldrin等（2013）發(fā)現(xiàn)巴西熱帶土壤中施用硒酸鹽和亞硒酸鹽均具有增加水稻籽粒中硒含量的結(jié)果相似。同樣，黃青青等（2014）研究發(fā)現(xiàn)在不同土壤中添加亞硒酸鈉均顯著提高水稻成熟期籽粒硒含量。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤施用亞硒酸鈉后，水稻根、莖和籽粒硒含量顯著提高，與CK相比，平均增幅分別為79.66、2.58和5.48倍；但總體上，硒主要積累在水稻的根部，其原因可能是外源亞硒酸鹽可被植物根部吸收，經(jīng)過轉(zhuǎn)化又成為其他的形態(tài)的硒，如硒代蛋氨酸等，這些物質(zhì)的大部分硒停留在根部，僅有少部分通過木質(zhì)部向地上部轉(zhuǎn)運（Li et al.，2008）。另外，葉面噴施亞硒酸鈉也可顯著提高水稻根、莖、葉和籽粒硒含量，在葉面噴硒處理下，博III優(yōu)籽粒硒含量為362.10 μg/kg，三香628籽粒硒含量為181.69 μg/kg，比不施硒處理分別提高了15.47和6.58倍；高岳等（2015）通過葉面噴施含亞硒酸鈉的富硒劑生產(chǎn)富硒米，其硒含量是對照組的10倍；Chen等（2002）發(fā)現(xiàn)，葉面噴施亞硒酸鈉使精米中硒含量分別提高了6.6倍；周鑫斌等（2007）研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施亞硒酸鈉能顯著提高籽粒硒含量，且這部分硒多為蛋白結(jié)合態(tài)硒形態(tài)存在于籽粒中。此外，本研究結(jié)果顯示，在外源硒施用量一致的情況下，兩個水稻品種均在葉面噴硒后，籽粒獲得的硒含量高于土壤施用硒處理。其主要原因是葉面噴施的硒能在較短時間內(nèi)被葉片吸收并轉(zhuǎn)運至籽粒，且較之土壤施硒，葉面施硒不接觸土壤，減少了土壤固定，提高了硒在植物中的利用效率。廣西地方標準《富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量分類要求》（DB45/T 1061-2014）規(guī)定富硒大米硒含量為150～500 μg/kg，本研究中在水稻的分蘗期、孕穗期和灌漿期進行葉面噴硒300 mL（濃度10 mg/mL）均可提高兩個品種籽粒硒含量，并達到富硒大米標準。

已有報道顯示，水稻籽粒硒含量存在基因型差異（余守武等，2011；周鑫斌等，2014）。在本研究中，在土壤和葉面施硒肥情況下，博III優(yōu)和三香628兩個品種植株各部分的硒分配存在差異。在土壤施硒肥處理下，三香628植株中硒滯留在根中的比例高于博III優(yōu)，而三香628的莖、葉和籽粒中硒的分布比例低于博III優(yōu)，可能與兩個品種中根向地上部的轉(zhuǎn)運效率不同有關(guān)。已有報道證實，木質(zhì)部裝載過程的快慢直接影響硒在植物體中長距離運輸效率（Zhang et al.，2006；Li et al.，2008；Sun et al.，2010）。本研究中，在高硒土壤中，博III優(yōu)和三香628相比較，博III優(yōu)具有更高效、快速地將硒從根系通過木質(zhì)部運輸?shù)降厣喜康奶攸c；當葉面噴硒后，硒滯留在三香628葉片的比例高于博III優(yōu)，而硒在三香628莖、根、籽粒中的分布比例低于博III優(yōu)。由此可知，水稻不同品種從葉組織經(jīng)由韌皮部向發(fā)育的籽粒轉(zhuǎn)運和種子的裝載硒能力不同，與三香628相比，博III優(yōu)能夠把其葉片中更多硒經(jīng)韌皮部轉(zhuǎn)運至籽粒中，從而提高籽粒硒含量。因此，外源硒在博III優(yōu)和三香628兩個品種的籽粒和其余部位中的分配差異是造成籽粒硒含量差異的一個重要原因。

4 結(jié)論

通過土壤和葉面施硒肥的農(nóng)藝措施可在一定程度上調(diào)控水稻籽粒硒積累，改善稻米主食區(qū)居民的硒營養(yǎng)狀況。

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（責任編輯 鄧慧靈）