孕穗期葉面施硒對(duì)水稻生育后期氮吸收和硒含量的影響

劉春梅，張明聰，王孟雪，張興梅，何淑平

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶163319）

水稻是中國(guó)種植范圍最大的農(nóng)作物，約占糧食總面積的29%，2019 年黑龍江水稻種植面積超400hm2。黑龍江省土壤硒含量極其匱乏，全硒含量變幅為0.008～0.660mg·kg-1，平均值為0.147mg·kg-1，位于世界硒含量范圍值的下限（＜0.1～2.0mg·kg-1）[1]。硒是人體必需的微量元素之一，對(duì)預(yù)防疾病、增進(jìn)健康和延緩衰老具有重要作用，被譽(yù)為生命的奇效元素[2]。自然土壤生長(zhǎng)狀況下，黑龍江4 個(gè)積溫帶92 個(gè)水稻品種稻米硒含量平均為32.99～44.26μg·kg-1[3]。水稻對(duì)硒具有生物富集作用，土壤施硒后，10 種不同水稻品種稻米硒含量增加了0.71～16.36 倍[4]。葉面施用亞硒酸鈉，能顯著提高稻米硒含量10.84 倍[5]。氮是水稻生長(zhǎng)發(fā)育所需三大營(yíng)養(yǎng)元素之首，對(duì)產(chǎn)量的影響僅次于水分管理，是水稻生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子[6]，也是水稻種植中投入成本的重要組成部分。適量的硒能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，緩解植物的氧化脅迫，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，減輕重金屬對(duì)植物的毒害[7-8]，但施硒后對(duì)植物氮吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)、利用研究較少。本試驗(yàn)通過(guò)研究孕穗期噴施不同濃度的亞硒酸鈉對(duì)水稻生育后期氮吸收、積累和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，為水稻合理施用硒肥，提高氮肥肥效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2018 年5～9 月在黑龍江省八一農(nóng)墾大學(xué)盆栽試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行盆栽模擬試驗(yàn)。供試水稻品種為松粳9 號(hào)，品種株高95～100 cm，穗長(zhǎng)20 cm，生育日數(shù)138～140 d，株型收斂，葉色深綠，從出苗到成熟需活動(dòng)積溫2650℃。供試土壤基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì) 48.7g·kg-1，速效鉀 194.8mg·kg-1，堿解氮 143.8mg·kg-1，速效磷 20.2 mg·kg-1，pH 6.78。供試尿素（含N 46%）和磷酸二銨（含N 18%，P2O546%）為云南云天化股份有限公司生產(chǎn)，氯化鉀（K2O 60%）購(gòu)自中國(guó)農(nóng)資集團(tuán)公司，亞硒酸鈉（化學(xué)試劑）為沈陽(yáng)市華東試劑廠生產(chǎn)。

1.2 方法

試驗(yàn)采用直徑 30cm，高 50cm 塑料桶，每桶裝土 15kg。施肥量：N 100kg·hm-2，P2O550kg·hm-2，K2O 60kg·hm-2。其中氮肥按基肥∶返青肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2.5∶1.5∶2 比例施用，磷肥以基肥方式一次性施用，鉀肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4 比例施用。移栽前，先用水泡土3d，將基肥施入土中混勻。每盆栽水稻3 穴，每穴2 株，共種植70盆，水層覆蓋2～3cm，直至成熟。

水稻孕穗期，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致，每盆總分蘗數(shù)相同的48 盆，分成4 組，使用聚乙烯塑料包裹水稻的方法進(jìn)行葉面噴硒，Se1 處理組每盆噴濃度為20 mg·kg-1亞硒酸鈉溶液100mL，Se2 處理組每盆噴濃度為40 mg·kg-1亞硒酸鈉溶液100mL，Se3 處理組每盆噴濃度為60 mg·kg-1亞硒酸鈉溶液100mL，對(duì)照（Se0）每盆噴清水100mL。每個(gè)處理 12 次重復(fù)。噴施時(shí)間為 8∶00～9∶00。

1.2.1 氮含量測(cè)定 孕穗期后5，20，35，50d，將整盆植株全部取出，將莖、鞘、葉片、穗、根分開(kāi)，分別用自來(lái)水和蒸餾水、去離子水清洗，105℃下殺青，60～80℃下烘干至恒重，用萬(wàn)分之一電子天平稱各部分的干重。將一部分稱重后的穗用礱谷機(jī)除去稻殼，用精米機(jī)將糙米處理為精米，用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎，過(guò)0.25 mm 尼龍篩，裝袋備用。將莖、鞘、葉片、根、剩余的穗分別粉碎，過(guò)0.25 mm 尼龍篩子備用。

樣品混勻后，在25℃室溫下平衡水分，放入60℃烘箱中連續(xù)干燥48 h。用萬(wàn)分之一電子天平稱取0.5000g放入100 mL 消煮管中，H2SO4-H2O2作為消煮液，消煮至溶液完全澄清，定容、搖勻后待用。吸取10mL 消煮液，采用TY1-KDY-9830 定氮儀測(cè)定全氮含量，每個(gè)樣品3 次重復(fù)。并計(jì)算各器官氮積累、氮分配比例、氮積累移動(dòng)率和轉(zhuǎn)運(yùn)率。

1.2.2 硒含量的測(cè)定 先用微波消解儀消解為澄清溶液后，利用原子熒光光度計(jì)（吉天AFS-9330）測(cè)定硒含量[9]。

1.2.3 土壤基礎(chǔ)肥力測(cè)定 在過(guò)篩后的土堆中，隨機(jī)取10 點(diǎn)組成混合樣品，風(fēng)干后過(guò)1 mm 和0.25 mm 的土篩。有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用外加熱容量法，堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，速效磷測(cè)定使用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用CH3COONH4浸提-火焰光度計(jì)測(cè)定，pH 采用酸度計(jì)法測(cè)定[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)結(jié)果采用Microsoft Excel 2010 和SPSS17.0 軟件進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析，作圖使用OriginLab 2018 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮含量、氮積累和氮轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響

2.1.1 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮含量的影響 由圖1 可知，隨著水稻生長(zhǎng)，水稻營(yíng)養(yǎng)體氮含量逐漸下降，穗的氮含量逐漸增加。同一取樣時(shí)期，營(yíng)養(yǎng)體氮含量順序?yàn)槿~片＞鞘＞莖＞根。孕穗后5d，隨著硒濃度的增加，葉片、莖和穗的氮含量先增加后下降，Se2 處理比Se0 處理氮含量分別增加24.35%、11.53%和18.03%；隨著硒濃度的增加，鞘的氮含量增加，而根系的氮含量下降。孕穗后20d，隨著硒濃度的增加，葉片、莖、穗和根系的氮含量先增后降，與Se0 處理相比，Se2 處理葉片氮含量增加27.47%，處理間差異達(dá)1%水平。隨著硒濃度的增加，鞘的氮含量呈下降趨勢(shì)。孕穗后35d，隨著硒濃度的增加，葉片、莖、穗和根系的氮含量先增加后下降，與Se0 處理相比，Se2 處理葉片和穗氮含量分別增加7.02%和7.90%（p＜0.05），根系氮含量增加11.04%（p＜0.01）；隨著硒濃度的增加，鞘氮含量呈下降趨勢(shì)，Se3 處理比Se0 處理減少12.54%（p＜0.05）。孕穗后50d，隨著硒濃度的增加，葉片、莖、穗和根氮含量呈先增加后下降的趨勢(shì)，與Se0 處理相比，Se2 處理氮含量分別增加19.55%、10.98%、3.84%和22.35%；隨著硒濃度的增加，鞘的氮含量下降，與Se0 處理相比，Se3 處理氮含量減少10.65%（p＜0.05）。

圖1 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮含量的影響Figure 1 Effects of different selenium levels on content nitrogen of rice

2.1.2 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮積累的影響 由圖2 可知，孕穗后5d，氮積累的順序?yàn)槿~片＞根＞鞘＞莖＞穗，其他時(shí)期氮積累的順序?yàn)樗耄靖救~片＞鞘＞莖。硒濃度在0～40 mg·kg-1時(shí)，隨著硒濃度的增加，葉片、莖、鞘和根系氮積累量均增加；硒濃度為60mg·kg-1，各器官氮積累量下降。孕穗后5d，葉片、莖、鞘和根系的氮積累量最高，Se2 處理是Se0 處理的1.36 倍、1.47 倍、1.45 倍和1.35 倍，方差分析達(dá)5%顯著水平。孕穗后50d，穗氮積累量最高，Se2 處理是 Se0 處理 1.25 倍（p＜0.05）。

圖2 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮積累的影響Figure 2 Effects of different selenium levels on nitrogen accumulation of rice

2.1.3 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮分配和轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響 由表1 可知，隨著水稻生長(zhǎng)，水稻營(yíng)養(yǎng)體（葉片、莖、鞘和根）氮分配比例逐漸下降，而穗的氮分配比例逐漸增加。不同生育時(shí)期，各器官氮分配比例不同。孕穗后5d，氮分配順序?yàn)椋喝~片＞根＞鞘＞莖＞穗；孕穗后20d 和35d，氮分配順序?yàn)椋核耄靖救~片＞鞘＞莖；孕穗后50d，氮分配順序?yàn)椋核耄靖厩o＞葉片＞鞘。氮移動(dòng)率順序?yàn)椋喝~片＞鞘＞根＞莖。營(yíng)養(yǎng)器官的氮向籽粒中的運(yùn)轉(zhuǎn)率順序?yàn)椋喝~片＞根＞鞘＞莖。

孕穗后5～35d，施硒使葉片和莖的氮分配比例下降；孕穗后50d，氮分配比例先增加后下降，Se2 處理比Se0處理葉片、莖氮分配比例分別增加20.46%和3.13%。孕穗后5d，隨著硒濃度增加，鞘的氮分配比例增加；孕穗后20～35d，施硒使鞘氮分配比例下降。孕穗后20d 和50d，隨著硒濃度增加，根的氮分配比例下降，孕穗后20d，根系氮分配比例增加。孕穗后20～35d，隨著硒濃度的增加，穗的氮分配比例先增加后下降，Se2 處理比Se0 處理分別增加22.16%和5.77%。

隨著硒濃度的增加，莖和根的氮移動(dòng)率先增加后下降，Se2 處理比Se0 處理分別增加10.24%和21.82%（p＜0.05）。隨著硒濃度的增加，鞘的氮移動(dòng)率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而各處理間葉片氮移動(dòng)率差異不顯著。隨著硒濃度的增加，葉片、莖、鞘和根系中的氮向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，Se2 處理氮運(yùn)轉(zhuǎn)率最高，分別比Se0處理增加7.68%、27.97%、41.14%和57.26%，差異達(dá)5%的顯著水平。

2.2 不同硒濃度處理對(duì)成熟期水稻硒含量和硒積累、遷移的影響

2.2.1 不同硒濃度處理對(duì)成熟期水稻硒含量的影響 由圖3 可知，成熟期水稻各器官硒含量順序?yàn)椋?葉片＞穗＞莖＞鞘＞根。隨著硒濃度的增加，各器官硒含量也增加，Se3 處理下葉片、莖、鞘、根和穗的硒含量是Se0 處理的 3.7 倍、6.4 倍、10.6 倍、2.3 倍和 19.4 倍。0 ～ 60 mg·kg-1硒處理時(shí)，精米硒含量為 0.023～0.173 mg·kg-1，符合富硒米的含量標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) （≤0.30 mg·kg-1），Se1、Se2、Se3 處理精米硒含量分別為Se0 處理增加的3.65 倍、4.09 倍和 7.52 倍（p＜0.01）。

表1 不同硒濃度處理對(duì)水稻氮分配和轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響Table 1 Effect of different selenium levels on distribution of nitrogen and transportation of nitrogen accumulation of rice

2.2.2 不同硒濃度處理對(duì)成熟期水稻硒積累、遷移的影響 由表2 可知，成熟期水稻各器官硒積累順序?yàn)椋核耄靖厩o＞葉片＞鞘。隨著硒濃度的增加，各器官硒積累均增加，Se3 處理下葉片、莖、鞘、根和穗硒積累量是Se0 處理的 4.25 倍、4.52 倍、5.5 倍、2.67 倍和 4.91 倍。

由表3 可知，各器官硒分配比例順序?yàn)椋旱竟龋厩o＞葉片≈鞘＞根系，并且隨著硒濃度的增加，葉片、莖和根中硒分配比例下降；而鞘和稻谷中硒分配比例增加，與Se0 處理相比，Se1 處理鞘分配比例增加49.34%，Se3 處理稻谷分配比例增加2.26%。葉片中硒向其他器官遷移比順序?yàn)椋旱竟龋厩o＞鞘＞根系。隨著硒濃度的增加，葉片的硒向莖、鞘、根系和稻谷的遷移比先增加后下降，Se1 處理是Se0 處理的1.10 倍、1.97 倍、1.25 倍和1.32倍。

圖3 不同硒濃度處理對(duì)成熟期水稻硒含量的影響Figure 3 Effect of different selenium treatment on selenium content of rice at mature stage

2.3 不同硒濃度處理對(duì)水稻產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)的影響

由表4 可知，施硒能增加穗粒數(shù)，降低空秕率，Se2 處理穗粒數(shù)增加25.91%，空秕率下降11.17%，處理間差異達(dá)5%顯著水平。施硒能增加千粒重，處理間差異不顯著。施硒能增加粒重，但不同濃度硒處理間差異不顯著，Se2 處理比Se0 處理增加26.94%。施硒能影響籽粒蛋白質(zhì)含量。硒濃度在0～40mg·kg-1時(shí)，隨著硒濃度的增加，籽粒蛋白質(zhì)含量逐漸增加，Se2 處理比Se0 處理增加3.83%（p＜0.05）；硒濃度為60mg·kg-1時(shí)，籽粒蛋白質(zhì)含量略有下降，但仍比Se0 處理增加0.67%。

表2 不同硒濃度處理對(duì)成熟期水稻各器官硒積累的影響Table 2 Effect of different seleniumtreatment on selenium accumulation in different organs of rice at mature stage

表3 不同硒濃度處理對(duì)水稻不同器官中硒分配比例和遷移比的影響Table 3 Effect of different selenium treatment on selenium distribution and mobility ratio in different organs of rice

表4 不同硒濃度處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Table 4 Effect of different selenium treatment on yield of rice

3 討論與結(jié)論

外源硒濃度是影響水稻硒含量的主控因子，在一定范圍內(nèi)水稻硒含量隨硒水平增加而增加[11]。水稻葉面施用 0～100 g·hm-2硒肥，大米硒含量范圍為 0.032～1.790 mg·kg-1，提高 6～55 倍[12]。土壤和葉面施用硒肥均能顯著提高水稻籽粒中的硒含量，與對(duì)照相比，分別增加5.48 和10.84 倍[5]。本研究結(jié)果與前人較一致，孕穗期葉面噴硒0～60 mg·kg-1，水稻植株和精米硒含量均顯著增加，精米硒含量含量范圍為0.023～0.173mg·kg-1，與不施硒相比，增加3.65～7.52 倍。若成人每日谷物攝入量為0.3～0.5kg，則食用此試驗(yàn)精米，每日硒攝入量為52～87μg，符合中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人的硒攝入量為每日50～250μg 營(yíng)養(yǎng)需求。精米中的SeMet 和SeCys 被認(rèn)為是人體補(bǔ)硒的安全高效的含硒化合物[13-14]。有研究表明，水稻葉面施用亞硒酸鈉后在葉片中幾乎全部轉(zhuǎn)化為SeMet 和少量的SeCys，并以此形態(tài)向籽粒中富集[15]。本課題組后續(xù)將對(duì)精米中硒的形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析，以期從施硒的大米中獲取足夠量的硒，同時(shí)保證攝入的硒足夠安全、有效。

目前，水稻施硒的方式主要有土壤施硒和葉片施硒兩種，土壤施硒時(shí)，硒首先被根部吸收，再轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部，再分配至籽粒中[16]。葉面噴硒則由葉片直接轉(zhuǎn)運(yùn)至籽粒[15]。等量施硒條件下，土壤施硒較葉面施硒更能有效提高籽粒硒含量，但是葉面噴硒處理的籽粒硒分配系數(shù)是土壤施硒的2 倍，說(shuō)明硒通過(guò)葉片向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)速率比根系向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)速率快。吳永堯等[17]通過(guò)盆栽土培試驗(yàn)認(rèn)為水稻硒的累積主要集中在生長(zhǎng)后期，成熟期水稻籽粒含硒量低于其他器官。硒含量較高條件下，硒由莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒的能力有所增強(qiáng)，籽粒富集硒的能力增強(qiáng)[18]。葉面噴硒后，葉片-籽粒轉(zhuǎn)移系數(shù)與其處理濃度呈顯著性相關(guān)，并且隨處理濃度的增加，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)[14]。本試驗(yàn)葉面噴硒后各器官硒分配比例順序?yàn)椋旱竟龋救~片＞莖＞根系＞鞘，葉片中硒向其他器官遷移率順序?yàn)椋旱竟龋厩o＞鞘＞根系。隨著硒濃度的增加，遷移率呈先增加后下降趨勢(shì)，與何巧[15]的結(jié)果相似，Se1 處理葉片中硒向稻谷遷移率是Se0 處理的1.32 倍。

硒對(duì)必需營(yíng)養(yǎng)元素的吸收存在著拮抗與協(xié)同兩種作用，甚至有報(bào)道顯示對(duì)于同一種元素而言協(xié)同和拮抗作用同時(shí)存在，相互作用的結(jié)果與植物種類、栽培品種有關(guān)。施硒降低了小麥、豆角、芥菜植株中氮含量[19]，顯著提高水稻和苦蕎籽粒氮含量[20]。韋葉娜等[21]研究指出硒濃度在0～15 g·hm-2時(shí)，稻米氮含量與硒含量極顯著正相關(guān)性，當(dāng)硒濃度＞15 g·hm-2時(shí)，稻米氮含量與硒含量極顯著負(fù)相關(guān)性。付冬冬[22]研究指出硒濃度在1～40mg·kg-1時(shí)，小白菜氮含量顯著高于不施硒處理，并且硒濃度在2.5mg·kg-1時(shí)，小白菜地上部分氮含量達(dá)到最大值。本研究結(jié)果表明，硒濃度在0～40mg·kg-1時(shí)，施硒能增加葉片、莖、穗和根系的氮含量和氮積累量，硒濃度為60 mg·kg-1時(shí)，除鞘以外，水稻各器官的氮含量和氮積累量下降。Se2（40mg·kg-1）處理葉片、莖、鞘和根系中的氮向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)率，比Se0 處理增加7.68%、27.97%、41.14%和57.26%，差異達(dá)5%的顯著水平。

松粳 9 孕穗期葉面施用 40 mg·kg-1硒既能使精米硒含量（0.09 mg·kg-1）達(dá)到富硒大米（0.04～0.3 mg·kg-1）水平，有利于植物的光合作用，并促進(jìn)了水稻的氮吸收，提高水稻產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量。