富硒區(qū)補硒對黑小麥植株硒積累的影響

白 雪，孫 敏，董石峰，盧鵬飛，侯非凡，劉 昊，高志強

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

硒作為一種人體必需的微量元素［1-2］，在人體內(nèi)以硒蛋白的形式，發(fā)揮多種抗氧化作用［3-4］以及對細(xì)胞內(nèi)生物結(jié)構(gòu)提供保護［5］。2013 年，中國營養(yǎng)學(xué)會將成人每天硒的推薦攝入量（RNI）和可耐受最高攝入量(UL)分別定為 60 和 400 μg/d［6-7］，但實際人體攝入量僅為推薦攝入量的48%左右［8-9］。人體內(nèi)硒含量主要來自于食物，因此提高糧食作物中硒含量，以天然有機硒的形式為人類提供安全有效的補硒途徑已發(fā)展成一種趨勢。在全球土壤中硒含量普遍較低［10-11］，李家熙等［12］根據(jù)全國土壤地球化學(xué)的調(diào)查數(shù)據(jù)在土壤類型上的硒含量分布特征，將土壤劃分為極低硒土壤(＜100 μg/kg)、低硒土壤(100 ～200 μg/kg)、中硒土壤(200 ～400 μg/kg)、高硒土壤(＞400 μg/kg)，我國大部分土壤硒含量低于200 μg/kg［13-14］。黑小麥比普通小麥對硒的富集能力強［15］，在缺硒地區(qū)表現(xiàn)出更高的品質(zhì)優(yōu)勢，因此黑小麥被認(rèn)為是一種天然的富硒黑色營養(yǎng)谷物［16］，被營養(yǎng)學(xué)家稱為補鈣、富硒、高碘營養(yǎng)麥［17-18］。目前，在缺硒地區(qū)黑小麥的研究主要集中在富硒能力的強弱及對補硒的響應(yīng)，而在富硒地區(qū)相關(guān)研究較少。我國除缺硒地區(qū)外，還有少部分的天然富硒區(qū)，例如：湖北恩施，江蘇宜興，山西洪洞等。洪洞縣土壤硒含量達到604.98 μg/kg。因此，本研究選擇山西洪洞天然富硒區(qū)為試驗基地，以黑小麥品種（‘冀紫496’‘臨黑145’和‘臨黑131’）為試驗對象，研究不同黑小麥品種自身的富硒能力，以及開花期噴施有機硒肥對不同黑小麥品種的硒吸收、積累及產(chǎn)量的影響，明確其硒吸收積累特征，為天然富硒區(qū)發(fā)展富硒黑小麥產(chǎn)業(yè)和人體科學(xué)補硒提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試黑小麥品種為‘冀紫496’‘臨黑145’‘臨黑131’，由山西省臨汾市洪洞縣農(nóng)委提供。有機硒肥（含硒量為548 200 μg/kg）由山西硒康樂商貿(mào)公司提供。

1.2 試驗地概況

試 驗 于2017 年10 月 至2018 年7 月 在 山 西省臨汾市洪洞縣辛村鎮(zhèn)馬三村試驗基地實施。洪洞縣位于山西省南部，臨汾盆地北端，位于北緯36°05 ～36°23′、東 經(jīng)111°30′ ～112°50′。0 ～20 cm 土層土壤基礎(chǔ)地力狀況為：土壤硒含量為604.98 μg/kg，有機質(zhì)含量為13.15 g/kg，全氮含量為0.79 g/kg，速效磷含量為17.52 mg/kg，速效鉀含量為209.46 mg/kg， pH 為8.03，試驗田前茬作物為玉米。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用2 因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為開花期葉面噴施有機硒（Se）和不噴施硒肥（CK），副區(qū)為3 個黑小麥品種‘冀紫496’‘臨黑145’‘臨黑131’，共6 個處理，小區(qū)面積56 m2（3.5 m×16 m），重復(fù)3 次。開花期噴肥選擇在晴天無風(fēng)的下午(2018年5 月12 日)噴施，噴施量為15 g/hm2。10 月2 日播種，復(fù)合肥（N∶P∶K=20∶16∶4）750 kg/hm2，播量為300 kg/hm2，行距20 cm，采用寬幅條播施肥一體機播種，6 月15 日收獲，大田常規(guī)管理。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 成熟期各器官干物質(zhì)量的測定 在成熟期進行取樣，植株樣品沿莖基部剪去根系，地上部分為莖稈、葉、穎殼+穗軸、籽粒四部分。于105 ℃殺青30 min 后，80 ℃烘24 h，待冷卻稱量，記錄干物質(zhì)量。

1.4.2 產(chǎn)量及構(gòu)成因素的測定 于成熟期，每個小區(qū)選擇長勢均勻的1 m2小麥樣段，調(diào)查全部穗數(shù)后換算成每公頃穗數(shù)。以30 個穗的粒數(shù)均值獲得平均穗粒數(shù)，脫粒、烘干、去除碎粒后稱量得其籽粒重，換算成千粒重，3 次重復(fù)取平均值，計算產(chǎn)量。

1.4.3 各器官硒含量的測定 成熟期莖稈、葉、穎殼+穗軸和籽粒的硒含量均采用氫化物發(fā)生-原子熒光光度法，用原子熒光光度計(AFS，AFS-8220，北京吉天儀器有限公司）測定［19］。

1.4.4 籽粒中硒形態(tài)的測定 成熟期籽粒中硒形態(tài)主要以有機態(tài)硒和無機態(tài)硒存在，有機硒分為硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代胱氨酸（SeCys2）、甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）、硒代乙硫氨酸（SeEt）；無機硒分為硒酸鹽（Se6+）和亞硒酸鹽（Se4+）。籽粒中硒形態(tài)均用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（HPLC-ICP-MS，NexION300X，美國）測定［20］。

1.4.5 硒積累量計算方法 各器官硒積累量=各器官硒含量 × 各器官干物質(zhì)量；各器官硒積累量占比=各器官硒積累量 / 植株總硒積累量；籽粒中各形態(tài)硒積累量=籽粒中各形態(tài)硒含量 × 籽粒干物質(zhì)量；籽粒中各形態(tài)硒積累量占比=各形態(tài)硒積累量 / 籽粒硒積累量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理，數(shù)值計算結(jié)果用平均值表示；數(shù)據(jù)處理采用DPS10 統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，差異顯著性檢驗用LSD 法，顯著性水平取α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 富硒區(qū)黑小麥籽粒硒含量的差異

天然富硒區(qū)不施硒肥黑小麥籽粒硒含量在159 ～175 μg/kg 之間，開花期噴施硒肥提高籽粒硒含量1.47 ～1.54 倍（表1）。劉慧等［21］綜合不同研究給出的適宜人和動物使用的小麥籽粒硒含量的推薦量，將富硒小麥籽粒硒含量標(biāo)準(zhǔn)定為150 ～300 μg/kg?？梢?，天然富硒區(qū)不噴施硒肥小麥籽粒硒含量僅達到此標(biāo)準(zhǔn)下限。而補硒即開花期噴施有機硒肥后可進一步強化籽粒硒含量。

表1 富硒區(qū)不同黑小麥開花期噴施有機硒的籽粒硒含量Table 1 Selenium contents in grains of triticale sprayed with organic selenium at different flowering stages in Se-enriched areas

2.2 開花期噴施有機硒對黑小麥籽粒硒吸收、積累的影響

2.2.1 開花期噴施有機硒對黑小麥籽粒硒含量的影響 在天然富硒區(qū)，開花期無論施硒與否，成熟期黑小麥籽粒硒形態(tài)均主要以有機硒形態(tài)存在，占總硒的51%～99%，無機硒形態(tài)占總硒含量1%～49%（表2）。開花期噴施硒肥較不噴施3 個黑小麥品種籽粒有機硒含量顯著提高，達32.8%～61.8%，‘冀紫496’和‘臨黑131’有機硒含量占比顯著提高；‘冀紫496’和‘臨黑131’無機硒含量及其占比降低，且以‘冀紫496’表現(xiàn)較好。可見，在天然富硒區(qū)補硒有利于提高黑小麥籽粒有機硒含量。

表2 富硒區(qū)黑小麥開花期噴施有機硒的籽粒硒含量Table 2 Grain selenium content of triticale sprayed with organic selenium in Se-enriched areas at flowering stage

2.2.2 開花期噴施有機硒對黑小麥籽粒中不同硒形態(tài)含量的影響 在天然富硒區(qū)，黑小麥籽粒有機硒均以硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸形態(tài)存在，含量占比達32%～81%、11%～20%，無機硒主要以硒酸鹽形態(tài)存在（表3）。開花期噴施硒肥較不噴施，黑小麥籽粒硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸含量、積累量顯著提高，‘冀紫496’和‘臨黑131’硒代蛋氨酸積累量占比顯著提高，‘冀紫496’硒代胱氨酸積累量占比顯著提高，‘冀紫496’和‘臨黑131’籽粒硒酸鹽含量、積累量及其占比顯著降低，以‘冀紫496’表現(xiàn)較好?？梢?，在天然富硒區(qū)補硒有利于提高黑小麥籽粒硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸含量、積累量。

表3 富硒區(qū)黑小麥開花期噴施有機硒籽粒硒元素含量及積累量占比Table 3 Selenium content and accumulation ratio of organic selenium grains in triticale in Se-enriched areas at flowering stage

2.2.3 開花期噴施有機硒對成熟期黑小麥各器官硒含量的影響 在天然富硒區(qū)，開花期噴施有機硒肥對3 個黑小麥品種成熟期各器官硒積累的影響基本一致（表4），與不噴施硒肥相比，黑小麥成熟期各器官硒含量和積累量顯著提高，葉片硒積累量占比顯著提高，穎殼+穗軸硒積累量占比提高，莖稈硒含量占比顯著降低，籽粒硒含量提高達32.1%～35.2%，以‘冀紫496’表現(xiàn)較好?？梢?，在天然富硒區(qū)補硒即開花期噴施有機硒減少了成熟期莖稈硒的殘留，促進硒向籽粒中轉(zhuǎn)移。

表4 富硒區(qū)黑小麥開花期噴施有機硒成熟期各器官硒含量及積累量Table 4 Selenium content and accumulation of organic selenium in organs of triticale in Se-enriched areas at the flowering stage

續(xù)表：

2.3 開花期噴施有機硒對黑小麥干物質(zhì)積累的影響

2.3.1 開花期噴施有機硒對成熟期各器官干物質(zhì)量的影響 在富硒區(qū)補硒對成熟期各器官干物質(zhì)量的影響一致（表5）。開花期噴施有機硒可顯著提高成熟期莖、葉、穗和整株干物質(zhì)量，分別達6.1% ～8.1%、6.0% ～7.8%、6.2% ～8.3%、6.1%～8.2%。無論開花期噴施有機硒與否，葉、穗、整株干物質(zhì)量均以‘冀紫496’表現(xiàn)較好?？梢姡谔烊桓晃鴧^(qū)補硒有利于提高黑小麥成熟期各器官干物質(zhì)量，從而提高整株干物質(zhì)量。

表5 開花期噴施有機硒的黑小麥成熟期各器官干物質(zhì)量Table 5 The dry matter mass of each organ in the mature stage of triticale sprayed with organic selenium at flowering stage

2.3.2 開花期噴施有機硒對黑小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響 天然富硒區(qū)補硒對3 個黑小麥品種穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量的影響表現(xiàn)一致，對穗數(shù)無顯著影響（表6）。開花期噴施有機硒可顯著提高穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量，且‘冀紫496’和‘臨黑131’之間差異顯著，產(chǎn)量提升達6.2%～8.0%，尤以‘冀紫496’表現(xiàn)較好?？梢姡谔烊桓晃鴧^(qū)補硒有利于提高產(chǎn)量，主要是通過穗粒數(shù)和千粒重。

表6 富硒區(qū)黑小麥開花期噴施有機硒的產(chǎn)量性狀Table 6 The yield character of triticale sprayed with organic selenium in Se-enriched areas at flowering stage

3 討論與結(jié)論

3.1 開花期噴施有機硒對黑小麥成熟期價態(tài)硒積累量的影響

噴施外源硒肥有利于提高硒含量［22-24］。呂臣浩等［22］研究表明施外源硒可顯著提高生姜各部位硒含量；史衍璽等［23］研究表明，采用葉面噴施和土壤施硒可顯著提高小白菜硒含量；蔣方山等［24］研究發(fā)現(xiàn)葉面噴硒15 g/hm2無機硒顯著提高華東地區(qū)淄博市（缺硒區(qū)，土壤硒含量為230 μg/kg）黑粒小麥籽粒硒含量，達238 μg/kg。本研究結(jié)果表明，開花期噴施較不噴施有機硒顯著提高富硒區(qū)黑小麥各器官硒含量，尤其籽粒硒含量，達246 ～ 258 μg/kg，這較前人在缺硒區(qū)的黑粒小麥籽粒硒含量高3.4%～7.8%，說明富硒區(qū)適當(dāng)補硒使黑小麥籽粒硒含量進一步增加，且不超人體標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)硒鹽的毒理分析表明，無機硒具有毒害作用，一般僅用于醫(yī)藥品而不用于食品，其使用范圍和劑量都受到限制［25］。無機硒的有益效應(yīng)與毒理效應(yīng)適用劑量相差很小，且有機硒化合物毒性遠低于無機硒化合物，相較于無機硒具有更高的吸收利用效率［26］。有機硒因其對人體健康的有益影響和食用的低風(fēng)險性進而逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。有機硒含量是富硒作物的重要衡量指標(biāo)之一［27］。Whanger 等［28］研究表明，小麥籽粒中主要的硒形式是硒代蛋氨酸，占小麥籽粒全硒含量的56%～83%，硒酸鹽占12%～19%；趙萍等［29］研究表明，富硒小麥硒的主要富存形態(tài)是有機態(tài)，占總硒的84%。本研究結(jié)果表明，硒代蛋氨酸（SeMet）是黑小麥籽粒中含量最多的有機硒形態(tài)，占黑小麥籽粒全硒含量的32%～81%；富硒區(qū)開花期補硒后，不同黑小麥品種成熟期籽粒硒形態(tài)主要為有機硒，無機硒Se6+只占少部分，其中‘冀紫496’品種有機硒占比達98%。這比前人研究的籽粒中有機硒所占比例提高，可作為硒生物強化或育種利用的潛在品種(系)。

3.2 開花期噴施有機硒對黑小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

李韜等［9］研究表明噴施硒肥可以提高小麥千粒重；張妮等［30］研究表明噴施硒肥能提高小麥穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量；本研究表明，開花期噴施有機硒肥對黑小麥穗數(shù)無顯著影響，但對產(chǎn)量及其他構(gòu)成要素的影響是一致的，噴施硒肥后穗粒數(shù)提高3.4%～8.5%，千粒重提高0.2%～3.9%，產(chǎn)量提高6.2%～8.0%，且‘冀紫496’在噴硒處理后產(chǎn)量達7 500 kg/hm2以上。劉新偉等［31］研究表明，施硒促進小麥干物質(zhì)量的積累；本研究表明，開花期噴施有機硒可有效提高黑小麥各營養(yǎng)器官干物質(zhì)量?？梢?，硒肥可有效的促進小麥物質(zhì)積累及籽粒形成。前人關(guān)于施硒對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的研究報道不盡相同，這可能與噴施時間、部位以及品種不同有關(guān)，具體原因有待于進一步研究。