磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗磷硒吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

聶兆君，李金峰，趙 鵬，劉世亮，方先芝，劉紅恩 *

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.河南省土壤污染防控與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002)

【研究意義】硒是人類和牲畜必不可少的微量元素之一，具有清除自由基、抗氧化、保護(hù)細(xì)胞膜、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的功效[1]，已被科學(xué)界認(rèn)定為有效的“抗癌之王”、“生命火種”[2-3]。硒在維持機(jī)體正常的生理功能、細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)中均有重要作用，缺硒可加速機(jī)體衰老并可能導(dǎo)致癌癥、心血管疾病等多種疾病[4-5]。近年來，人們對(duì)于硒與植物代謝和生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)硒對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育也具有重要影響[6]，通過參與植物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝、能量代謝、抗氧化作用以及與其它元素的相互作用發(fā)揮其生理功能[7]。資料表明，我國(guó)有72 %的地區(qū)、約7億人口處于缺硒狀態(tài)[7-8]。膳食中硒攝入量的不足，嚴(yán)重影響人類的身體健康。根據(jù)中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)的調(diào)查報(bào)告，我國(guó)成人每日的硒攝入量?jī)H為26.63 μg，距中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)和國(guó)際硒學(xué)會(huì)推薦日攝入量50 μg相差甚遠(yuǎn)[9]。研究表明，以亞硒酸鈉作為人體和動(dòng)物的直接硒源，其風(fēng)險(xiǎn)性較大，通過食物鏈轉(zhuǎn)化，從中獲取適量的硒營(yíng)養(yǎng)則是一條安全、價(jià)廉、可行的途徑[10]。小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物，是我國(guó)北方人民的主要口糧。小麥中的有機(jī)態(tài)硒對(duì)人體安全、有效，因此提高小麥籽粒硒含量，開發(fā)富硒食品，以增加以小麥為主食人群對(duì)硒的攝入量，已顯得尤為重要[7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】磷作為植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素[11]，與硒雖為不同族元素，但它們?cè)谕寥乐芯躁庪x子形態(tài)被植株吸收，離子半徑和理化性質(zhì)類似[12]，因此兩者在植物吸收和生理代謝過程中可能存在相互作用。但是，關(guān)于磷、硒在植物體內(nèi)的相互影響，卻出現(xiàn)了相互矛盾的研究結(jié)果。Cater等 (1972)在美國(guó)觀察到在14種土壤中添加磷，增加了硒在紫花苜蓿中的吸收和積累[13]。Singh等(1976)指出施鋅能增加三葉草硒含量[14]。然而，也有報(bào)道稱施磷能顯著降低植物對(duì)硒的吸收[15-16]。Liu等(2004)指出當(dāng)施磷水平能滿足水稻生長(zhǎng)需求時(shí)，能促進(jìn)硒的吸收和在地上部的累積，但是施磷過量時(shí)反而抑制了地上部硒累積；而對(duì)于根系，增加的施磷水平則顯著降低了硒含量[17]。趙文龍等(2013)研究表明當(dāng)施硒濃度較低時(shí)，施磷對(duì)根系和地上部硒含量有降低作用，而當(dāng)硒濃度較高時(shí)，施磷可提高小白菜根系和地上部硒含量[18]。因此，有關(guān)磷對(duì)植物硒吸收的影響，與硒、磷的施用水平有關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本文通過水培試驗(yàn)，分析冬小麥幼苗地上部和根系干物質(zhì)重、根冠比、磷、硒含量、累積量及遷移系數(shù)，探究磷硒配施對(duì)磷、硒吸收、累積和遷移的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為深入認(rèn)識(shí)植物磷、硒互作效應(yīng)，推動(dòng)小麥生產(chǎn)中合理施用磷肥和硒肥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試小麥 供試小麥品種為豫農(nóng)416，由國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心提供。

1.1.2 供試營(yíng)養(yǎng)液 試驗(yàn)采用改良的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，其配方為：945 mg /L Ca (NO3)2·4H2O，607 mg /L KNO3，493 mg/L MgSO4·7H2O，20 mg /L EDTA-Fe，2.86 mg/ L H3BO3，1.81 mg /L MnC12·4H2O，0.22 mg/L ZnSO4·7H2O，0.08 mg/L CuSO4·5H2O和0.02mg/L (NH4)6Mo7O24·4H2O。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)分別設(shè)置3個(gè)磷水平(0.31、3.1、31 mg/L)和3個(gè)硒水平(0、0.1、1.0 mg/L)，采用完全交互設(shè)計(jì)，共9個(gè)處理：P0.31Se0，P0.31Se0.1，P0.31Se1.0，P3.1Se0，P3.1Se0.1，P3.1Se1.0，P31Se0，P31Se0.1，P31Se1.0，分別以NaH2PO4·2H2O和Na2SeO3·5H2O作為肥源，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所有器皿先用2 mol/L HCl 浸泡48 h，后用去離子水沖洗干凈。小麥種子先用98 %乙醇消毒30 s，后用0.5 %次氯酸鈉溶液消毒30 min，用去離子水沖洗干凈，播于醫(yī)用紗布上25 ℃恒溫催芽。7 d后，選擇大小一致的小麥幼苗，移植于盛有3.8 L營(yíng)養(yǎng)液的塑料盒并放置在人工氣候室(溫度20～25 ℃、光照時(shí)間14 h、濕度60 %、光照強(qiáng)度400 μmol/ m2/s)中培養(yǎng)。首先在1/4濃度營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)一周，然后在1/2營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)一周，最后在完全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)至收獲。為了保證營(yíng)養(yǎng)液具有足夠的濃度，每3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。為盡量避免試中可能的微量元素污染，營(yíng)養(yǎng)液采用去離子水配制(電阻率> 18 MΩ.cm，25 ℃)，所用試劑均采用分析純級(jí)別。小麥幼苗生長(zhǎng)30 d后，分地上部和根剪開，去離子水沖洗干凈，105 ℃殺青30 min后60 ℃烘干至恒重，并記錄地上部和根干物質(zhì)重。植物樣品粉碎過篩，測(cè)定Se、P元素的含量。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

植株磷含量采用濃酸硫-高氯酸(4∶1)消化-釩鉬黃比色法[19]。

植物硒含量采用原子熒光測(cè)定[20]：稱約0.15 g 樣品于三角瓶中，加入4∶1的硝酸和高氯酸混合液10 mL，靜置過夜后于170 ℃消化至冒白煙且只剩余約3 mL左右時(shí)取下，冷卻后加入10 mL (1∶1)的鹽酸繼續(xù)加熱，消化至白煙產(chǎn)生，只剩少許消化液時(shí)取下轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，上機(jī)測(cè)定。

植株養(yǎng)分累積量=植株養(yǎng)分含量×干物質(zhì)重

植株養(yǎng)分遷移系數(shù)=植株地上部養(yǎng)分含量/地下部養(yǎng)分含量

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003和SPSS18.0程序進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用雙因素方差分析，主效應(yīng)及交互效應(yīng)分析采用F-test，各處理平均值的多重比較采用Duncan-test。

表1 磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗干物質(zhì)重的影響Table 1 Effects of phosphorus combined with selenium on dry matter weight in winter wheat seedlings (g/pot)

注：表中各處理數(shù)據(jù)為3個(gè)重復(fù)的平均值，不同的小寫字母表示不同處理之間在P<0.05水平差異顯著；**和*分別表示磷、硒處理主效應(yīng)及交互效應(yīng)在P<0.01和P<0.05水平下顯著。下同。
Note: Data in the table are the mean of three replicates; The different small letters mean significant atP< 0.05; ** and * mean significance atP< 0.01 andP< 0.05 the main and interactive effect of P and Se, respectively.The same as below.

2 結(jié)果與分析

2.1 磷硒配施對(duì)小麥幼苗干物質(zhì)累積的影響

由表1可知，在Se0和Se0.1水平下，P31處理可顯著提高冬小麥地上部的干物質(zhì)重，較P0.31處理提高幅度分別為49.5 %和41.5 %；在Se1水平下，P3.1和P31處理可顯著提高地上部干物質(zhì)重，其增幅分別達(dá)66.3 %和104 %。在P0.31和P31水平下，Se1處理顯著降低地上部干物質(zhì)重，其降幅分別為43.5 %和22.9 %。地上部干物質(zhì)重最高值出現(xiàn)在P31Se0處理，而最小值則出現(xiàn)在P0.31Se1處理，前者為后者的2.64倍。

在Se0水平下，P3.1和P31處理均顯著降低根系干物質(zhì)重，較P0.31處理降幅分別為33.3 %和23.7 %；在Se0.1和在Se1水平下，根系干物質(zhì)重在施磷處理之間未達(dá)到顯著差異。在P0.31水平下，Se0.1和Se1處理顯著降低根系干物質(zhì)重，其降幅分別為14.5 %和31.7 %；在P3.1和P31水平下，不同硒處理之間的根系干物質(zhì)重?zé)o顯著差異。磷、硒對(duì)小麥根系干物質(zhì)重存在極顯著的交互效應(yīng)。

如表2可知， 在3個(gè)施硒水平下，P3.1和P31處理均可顯著降低冬小麥根冠比。在3個(gè)施磷水平下，Se1處理顯著提高根冠比，較Se0增幅分別達(dá)19.6 %、31.0 %和38.5 %。小麥根冠比的最高值和最低值分別出現(xiàn)在P0.31Se1和P31Se0處理。

2.2 磷硒互作對(duì)小麥幼苗磷含量及磷累積量的影響

如表3可知，在3個(gè)施硒水平下，與P0.31處理相比，P3.1和P31處理顯著提高冬小麥地上部磷含量和累積量。在P31水平下，Se0.1和Se1處理顯著降低地上部磷含量，其降幅分別為9.80 %和11.1 %；在P3.1水平下，Se1處理顯著降低地上部磷累積量，其降幅為26.9 %；在P31水平下，Se0.1和Se1處理顯著降低地上部磷累積量，其降幅分別為21.9 %和32.2 %。最高值和最低值分別出現(xiàn)在P31Se0和P0.31Se0.1處理。磷、硒對(duì)地上部磷累積量存在極顯著的交互效應(yīng)，其最高值和最低值分別出現(xiàn)在P31Se0和P0.31Se1處理。

如表4可知，3個(gè)施硒水平下，與P0.31處理相比，P3.1和P31處理顯著提高根系磷含量和磷累積量。在P0.31和P3.1水平下，施硒對(duì)根系磷含量和磷累積量均無顯著影響，而在P31水平下，Se0.1處理顯著提高根系磷含量，增幅為3.1 %，Se1處理顯著提高根系磷含量和磷累積量，其增幅分別為16.1 %和25.4 %。磷、硒對(duì)根系磷含量和磷累積量分別存在顯著和極顯著的交互效應(yīng)，最高值均出現(xiàn)在P31Se1處理，最小值則分別出現(xiàn)在P0.31Se0和P0.31Se1處理。

表2 磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗根冠比的影響Table 2 Effects of phosphorus combined with selenium on root/shoot ratio in winter wheat seedlings

表3 磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗地上部磷含量及累積量的影響Table 3 Effects of phosphorus combined with selenium on phosphorus content and accumulation in shoot of winter wheat seedlings

表4 磷硒互配施對(duì)冬小麥幼苗根系磷含量及累積量的影響Table 4 Effects of phosphorus combined with selenium on phosphorus content and accumulation in root of winter wheat seedlings

表5 磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗地上部硒含量及累積量的影響Table 5 Effects of phosphorus combined with selenium on selenium content and accumulation in shoot of winter wheat seedlings

2.3 磷硒互作對(duì)小麥幼苗硒含量及硒累積量的影響

如表5可知，在Se0.1和Se1水平下， P3.1和P31處理下的地上部硒含量顯著低于P0.31處理；在Se1水平下，P3.1處理下的地上部硒累積量顯著低于P0.31處理。在P0.31水平下，Se0.1處理下的地上部硒含量是Se0處理的10.9倍，Se1處理下的地上部硒含量和累積量分別是Se0處理的47.8倍和27.1倍；在P3.1水平下，Se1處理下的地上部硒含量和累積量分別是Se0處理的37.8和29.6倍；在P31水平下，Se1處理下的地上部硒含量和累積量分別是Se0處理的30.0和23.1倍。磷、硒對(duì)地上部硒含量和硒累積量分別存在極顯著和顯著的交互效應(yīng)，其最高值出現(xiàn)在P0.31Se1處理，最低值出現(xiàn)在P31Se0處理。

如表6可知，在Se0.1和Se1水平下，與P0.31處理相比，P3.1和P31處理顯著降低根系硒含量和累積量。在P0.31水平下，Se0.1和Se1處理下根系硒含量和累積量均顯著高于Se0處理；在P3.1和P31水平下，Se1處理下根系硒含量和累積量均顯著高于Se0處理。磷、硒對(duì)根系硒含量和累積量均存在極顯著的交互效應(yīng)，其最高值出現(xiàn)在P0.31Se1處理，最低值出現(xiàn)在P0.31Se0處理。

表6 磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗根系硒含量及累積量的影響Table 6 Effects of phosphorus combined with selenium on selenium content and accumulation in root of winter wheat seedlings

表7 磷硒配施對(duì)冬小麥幼苗磷、硒遷移系數(shù)的影響Table 7 Effects of phosphorus combined with selenium on transport coefficient of phosphorus and selenium in winter wheat seedlings

2.4 磷硒互作對(duì)小麥幼苗磷、硒遷移系數(shù)的影響

如表7可知，P31處理僅在Se0水平下顯著提高磷遷移系數(shù)，增幅為31.4 %；Se1處理顯著降低P31水平下的磷遷移系數(shù)，降幅為23.9 %。磷遷移系數(shù)的最高值和最低值分別出現(xiàn)在P31Se0和P0.31Se1處理下。

在Se0水平下，P3.1和P31處理顯著降低硒遷移系數(shù)，降低幅度分別為74.4 %和72.2 %；在Se1水平下，P3.1和P31處理顯著提高了硒遷移系數(shù)，提高幅度分別為71.4 %和121 %。Se0.1和Se1處理顯著降低P0.31水平下硒的遷移系數(shù)，降低幅度分別為88.3 %和84.4 %。磷、硒對(duì)硒遷移系數(shù)存在極顯著的交互效應(yīng)，最大值和最低值分別出現(xiàn)在P0.31Se0和P3.1Se0.1處理下。

3 討 論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，無論施硒與否，施磷顯著提高冬小麥地上部干物質(zhì)重(表1)，這與Mora等[21]和Zhang等[22]的結(jié)果相一致。相對(duì)于P3.1Se0和P31Se0處理來說，磷硒配施(P3.1Se0.1、P3.1Se1、P31Se0.1和P31Se1)對(duì)冬小麥地上部干物質(zhì)重有顯著降低的作用。在缺硒(Se0)和低硒(Se0.1)水平下，施磷顯著降低根系干物質(zhì)重，但在高硒(Se1)水平下，施磷有提高根系干物質(zhì)重的趨勢(shì)，盡管差異不顯著。因此單施磷肥更有利于冬小麥地上部的生長(zhǎng)。高硒(Se1)處理顯著降低冬小麥地上部干物質(zhì)重，同樣，兩個(gè)施硒(Se0.1和Se1)處理僅在低磷(P0.31)水平下顯著降低根系干物質(zhì)重。從根冠比也可以看出，相對(duì)于P0.31Se0.1和P0.31Se1來說，磷硒配施有降低根冠比的作用，但相對(duì)于P3.1Se0和P31Se0來說，則有提高根冠比的作用(表2)。因此，磷硒配施更有利于根系的發(fā)育，這與Terry等[23]的研究結(jié)果相同。

無論施磷水平的高低，施硒均降低地上部磷含量、累積量及遷移系數(shù)，且隨著施硒水平的增加作用越顯著(表3、5)，說明硒對(duì)冬小麥磷向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)及累積存在顯著的抑制效應(yīng)。在高磷條件下，高硒顯著提高根系磷含量和累積量。說明，高磷、高硒對(duì)根系吸收磷存在協(xié)同效應(yīng)，這可能與促進(jìn)根系的生長(zhǎng)發(fā)育從而提高對(duì)磷的吸收有關(guān)[17]。

施磷對(duì)冬小麥地上部和根系硒含量及累積量、硒遷移系數(shù)的影響均與施硒水平有關(guān)(表4～5)。在缺硒條件下，施磷對(duì)地上部硒含量和累積量、對(duì)硒向地上部遷移有增加的作用，對(duì)根系硒含量和累積量無顯著影響，說明施磷促進(jìn)冬小麥硒向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)是對(duì)缺硒脅迫條件的響應(yīng)。陳思楊等[24]研究發(fā)現(xiàn)，施磷處理顯著增加在極低硒含量條件下的水稻幼苗硒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。在低硒和高硒條件下，無論是地上部和根系硒含量及累積量，還是硒遷移系數(shù)，兩個(gè)施磷處理均有顯著降低的作用，說明磷、硒對(duì)冬小麥硒的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)存在顯著的拮抗效應(yīng)，這與趙文龍等[18]的研究結(jié)果一致。施磷降低冬小麥硒吸收，一方面可能與硒競(jìng)爭(zhēng)根系上的吸附位點(diǎn)，可能通過吸收磷酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)通道進(jìn)入植物體內(nèi)[25-26]，另一方面促使土壤中的硒從可溶性和交換態(tài)向鐵錳氧化物和有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，降低了土壤硒的有效性[22]。

4 結(jié) 論

在水培條件下，施磷增加小麥幼苗地上部生物量，施硒則降低地上部生物量，磷硒配施有利于小麥幼苗根系的生長(zhǎng)發(fā)育。磷、硒對(duì)冬小麥磷、硒吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的交互作用受到施用水平高低的影響。較高的施硒水平能抑制磷向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)和累積，且這種拮抗效應(yīng)隨著磷水平的提高而增強(qiáng)；高磷高硒對(duì)根系吸收磷則表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。施磷能促進(jìn)缺硒條件下的冬小麥幼苗硒向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，但抑制了施硒條件下冬小麥根系對(duì)硒的吸收及硒向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。