土壤不同硒含量對(duì)小麥主要產(chǎn)量相關(guān)性狀和硒吸收利用的影響

姜宗昊，劉玉秀，張正茂，王文杰

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

硒是人體必需的微量元素之一，是人體內(nèi)各種代謝反應(yīng)和免疫反應(yīng)的參與者[1]，具有抗氧化、防衰老、增強(qiáng)免疫力等生物學(xué)功能，在防癌、抗腫瘤方面也起到關(guān)鍵的作用[2]。硒元素?cái)z入不足會(huì)影響人們身體健康，嚴(yán)重者可引發(fā)一系列疾病[3-4]，如大骨節(jié)病、帕金森和癲癇等[5]。世界衛(wèi)生組織推薦正常人體每日硒攝入量為50～200 μg[6]，而中國(guó)人均攝入量?jī)H為30 μg·d-1左右[7]，遠(yuǎn)低于世界平均水平?，F(xiàn)如今世界上大多數(shù)地區(qū)土壤中缺乏硒，從而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品硒含量過(guò)低[8-9]。

小麥?zhǔn)侵袊?guó)第三大糧食作物[10]，也是聚硒能力最強(qiáng)的谷類作物[11]。Fox等[12]研究發(fā)現(xiàn)人體對(duì)小麥硒的吸收利用率最高。黑小麥?zhǔn)瞧胀ㄐ←溨械囊环N特殊類型品種，營(yíng)養(yǎng)成分含量高，被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家們稱為補(bǔ)鈣、富硒、高碘營(yíng)養(yǎng)麥[13]，是有效的硒積累作物和高硒食物選擇[14]。由于無(wú)機(jī)硒具有較高的毒性，且不易被人體所吸收，因此經(jīng)植物轉(zhuǎn)化形成的有機(jī)硒是人體吸收硒元素的主要途徑[15]。目前，國(guó)際上富硒農(nóng)產(chǎn)品的來(lái)源主要有兩種途徑，一種是在富硒地區(qū)種植，另一種是種植過(guò)程中施加外源硒，因此，研究不同土壤硒含量對(duì)小麥主要產(chǎn)量相關(guān)性狀和硒吸收利用的影響，提高小麥籽粒硒含量和硒轉(zhuǎn)化率，滿足人們對(duì)硒元素的需求顯得尤為重要和迫切[16]。

硒對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育具有兩面性，適量的硒促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，反之高濃度的硒抑制生長(zhǎng)且產(chǎn)生毒害[17]。目前已有許多通過(guò)葉面噴施硒肥提高小麥籽粒硒含量的研究，但施用濃度差別較大，得到的結(jié)論也不盡相同。研究土壤硒含量對(duì)小麥籽粒硒含量影響的文獻(xiàn)較少，小麥品種對(duì)硒吸收利用和其生長(zhǎng)發(fā)育與土壤硒含量的關(guān)系也缺乏系統(tǒng)研究，在相同土壤硒含量條件下黑小麥和普通小麥對(duì)硒吸收的規(guī)律尚不明確。陜西紫陽(yáng)是中國(guó)已發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)高硒地區(qū)，當(dāng)?shù)胤N植的茶葉中有70%達(dá)到了富硒水平[18]。馬芳宇[19]對(duì)漢江平原富硒地區(qū)小麥等農(nóng)作物調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由富硒土壤種植生長(zhǎng)的小麥為硒含量適宜的富硒農(nóng)產(chǎn)品，因此，本研究以紫陽(yáng)高硒礦粉為硒源，按比例配制不同硒含量梯度的土壤，采用盆栽試驗(yàn)，研究不同土壤硒含量對(duì)黑小麥和普通小麥的主要農(nóng)藝性狀、葉綠素含量(SPAD值)、光合特性以及籽粒硒含量的影響，對(duì)有效開(kāi)發(fā)富硒土壤資源和為缺硒地區(qū)富硒小麥生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院張正茂研究員課題組選育的小麥品種(系)‘普冰151’和‘西農(nóng)黑大穗’，周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的‘周黑麥1號(hào)’為試驗(yàn)材料。

采用盆栽的種植方式，花盆高29 cm，最大內(nèi)徑44 cm。所用土壤類型為壤土，取0～20 cm土層土壤將其風(fēng)干、過(guò)篩。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀和硒含量分別為9.7 g·kg-1、 1.5 g·kg-1、10.5 mg·kg-1、250.1 mg·kg-1和 0.24 mg·kg-1，pH為8.2。土壤裝盆前加入復(fù)合肥(N 102 kg·hm-2、P2O5132 kg·hm-2和K2O 36 kg·hm-2)。

硒源為紫陽(yáng)高硒礦粉(硒含量513.4 mg·kg-1)。通過(guò)混入不同量的硒礦粉設(shè)置5個(gè)土壤硒濃度梯度: 0添加硒礦粉(對(duì)照，S0)、土壤硒含量4 mg·kg-1(S1)、土壤硒含量8 mg·kg-1(S2)、土壤硒含量12 mg·kg-1(S3)和土壤硒含量16 mg·kg-1(S4)。本試驗(yàn)共15個(gè)處理，每個(gè)處理6次重復(fù)，播種方式為穴播，每盆種植15穴，每穴種植2粒小麥，三葉期定苗至12株，試驗(yàn)期間統(tǒng)一管理。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

農(nóng)藝性狀的調(diào)查：于分蘗期每個(gè)處理隨機(jī)選取12株小麥調(diào)查其分蘗數(shù)，取其平均值。于成熟期每個(gè)處理隨機(jī)選取10株小麥測(cè)定其株高、穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)，取其平均值。收取每個(gè)處理3盆成熟期小麥測(cè)其單株產(chǎn)量和千粒質(zhì)量，重復(fù)3次，取平均值[20]。

旗葉葉綠素值測(cè)定： 每個(gè)處理于開(kāi)花期標(biāo)記12株小麥主莖，用葉綠素儀(SPAD-502puls，柯尼卡-美能達(dá))每隔5 d測(cè)定旗葉SPAD值，并取平均值[21]。

灌漿階段光合特性測(cè)定：灌漿期于晴朗無(wú)風(fēng)的上午每個(gè)處理選取12株具有代表性的小麥，用美國(guó)COR公司生產(chǎn)的Li-6400型便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度[22]。

小麥籽粒粗蛋白質(zhì)含量測(cè)定：稱取全麥粉 0.5 g(精確到0.000 1 g)于消化管中，加入催化劑(硫酸鉀與硫酸銅10∶1混合)2.0 g，加入H2SO410 mL，用消煮爐(晟聲公司 X20A型)在400 ℃下消化1 h，冷卻后用自動(dòng)凱氏定氮儀(海能儀器 K9840)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果乘以5.7，即為籽粒粗蛋白含量[23]。

籽粒全硒含量的測(cè)定：準(zhǔn)確稱取0.5 g(精確到0.000 1 g)樣品于錐形瓶中，加入硝酸+高氯酸4∶1混合液10 mL，搖勻，在瓶口加蓋塞有玻璃棉的小長(zhǎng)頸漏斗，于低溫電熱板上加熱分解，至高氯酸冒煙，小長(zhǎng)頸漏斗取下，加入5 moL·L-1的鹽酸10 mL，再加熱5 min，使其溶解，同時(shí)能保證Se6+還原為Se4+，取下冷卻，定容至25 mL，搖勻并倒入10 mL離心管中，用液相色譜原子熒光聯(lián)用儀(LC-AFS9780)測(cè)定[24]。

籽粒無(wú)機(jī)硒含量的測(cè)定：用電子天平準(zhǔn)確稱取1 g(精確到0.000 1 g)樣品于有塞刻度試管中，加體積分?jǐn)?shù)50%鹽酸溶液10 mL，超聲波混勻30 min后，沸水浴30 min，冷卻后用脫脂棉過(guò)濾，留其濾液待用。樣品消解及測(cè)定同上，測(cè)定其無(wú)機(jī)硒的含量[25]。

1.3 計(jì)算公式

參照張妮[26]計(jì)算公式：

籽粒硒轉(zhuǎn)化率= 籽粒有機(jī)硒含量/籽粒全硒含量×100%

籽粒硒利用率=(施硒處理籽粒硒含量-不施硒處理籽粒硒含量)/施硒量×100%

籽粒有機(jī)硒含量= 籽粒全硒含量-籽粒無(wú)機(jī)硒含量

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016處理數(shù)據(jù)、圖表，采用SPSS (Statistical Product and Service Solutions) 20.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤硒含量條件對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響

SPAD 值即葉綠素的相對(duì)含量，是反應(yīng)植物光合能力的重要參數(shù)。由圖1可知，土壤中施加高硒礦粉后，3個(gè)小麥材料旗葉SPAD值在花后5 d、10 d、15 d和20 d較S0均顯著增加(P< 0.05)，其中‘普冰151’在花后5 d達(dá)到最大值，‘西農(nóng)黑大穗’和‘周黑麥1號(hào)’在花后10 d達(dá)到最大值。土壤中施加高硒礦粉使小麥旗葉在花后20 d仍維持較高的葉綠素含量，有效延緩小麥 衰老。

2.2 不同土壤硒含量對(duì)小麥旗葉光合特性的影響

由表1可知，與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高3個(gè)小麥材料旗葉凈光合速率(Pn)(P<0.05)，Pn在S2水平下顯著高于其他水平(P<0.05)，S1、S3、S4水平之間無(wú)顯著差異，隨土壤硒含量的升高，呈先升高后降低的趨勢(shì)。氣孔導(dǎo)度表示氣孔開(kāi)放程度，與小麥光合、呼吸和蒸騰有密切的關(guān)聯(lián)。與S0相比，土壤硒含量對(duì)小麥旗葉氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率均無(wú)顯著影響，但數(shù)值變化呈現(xiàn)出與旗葉凈光合速率一致的規(guī)律 (表1)。CO2通過(guò)氣孔進(jìn)入葉片，擴(kuò)散到細(xì)胞間隙參與光合作用，小麥旗葉光合作用越強(qiáng)，消耗的CO2越多。由表1可知，3個(gè)小麥材料旗葉胞間CO2濃度隨硒含量的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，與旗葉凈光合速率規(guī)律相反。

表1 不同土壤硒含量下小麥灌漿期旗葉光合特性Table 1 Flag leaf photosynthetic characteristics of wheat during grain filling stage under different soil selenium contents

2.3 不同土壤硒含量對(duì)小麥農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，與S0相比，土壤硒含量對(duì)3個(gè)小麥材料分蘗數(shù)和穗長(zhǎng)無(wú)顯著影響，對(duì)‘普冰151’和‘周黑麥1號(hào)’的株高無(wú)顯著影響，S2和S3水平下，顯著提高‘西農(nóng)黑大穗’的株高(P< 0.05)。在不同土壤硒含量條件下，3個(gè)小麥材料單株產(chǎn)量較S0均顯著增加(P<0.05)，‘普冰151’和‘西農(nóng)黑大穗’在S2水平達(dá)到最大值，‘周黑麥1號(hào)’在S3水平達(dá)到最大值，三者最大產(chǎn)量較S0分別增產(chǎn)23.66%、 25.89%和26.42%。施硒條件下3個(gè)小麥材料穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量較S0均顯著增加(P<0.05)?？梢?jiàn)，土壤中施加高硒礦粉提高小麥的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，從而達(dá)到增產(chǎn)效果，表明土壤中施加一定量的硒能有效提高小麥產(chǎn)量。

表2 不同土壤硒含量下小麥農(nóng)藝性狀Table 2 Agronomic traits of wheat under different selenium contents in soil

2.4 不同土壤硒含量對(duì)小麥籽粒粗蛋白含量的影響

由圖2可知，與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒粗蛋白含量(P<0.05)。3個(gè)小麥材料籽粒粗蛋白含量在S2、S3和S4水平無(wú)顯著差異，但均顯著高于S0和S1水平(P< 0.05)，表明土壤中施加一定量的硒可以有效改善小麥籽粒粗蛋白含量。

2.5 不同土壤施硒量對(duì)小麥籽粒硒利用及含量的影響

由表3可知，與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒硒含量和有機(jī)硒含量(P< 0.05)。3個(gè)小麥材料籽粒硒含量和有機(jī)硒含量隨施硒量增加而增加，均在S4水平達(dá)到最大值。土壤中添加高硒礦粉條件下(S1、S2、S3、S4)，3個(gè)小麥材料籽粒硒轉(zhuǎn)化率均顯著高于S0(P< 0.05)，呈先增加后降低的趨勢(shì)，均在S2水平達(dá)到最大值；在施硒條件下3個(gè)小麥材料的籽粒硒利用率均無(wú)顯著差異，呈隨施硒量增加而減少的趨勢(shì)。小麥面粉的國(guó)家富硒標(biāo)準(zhǔn)為0.15～0.3 mg·kg-1，3個(gè)小麥材料籽粒有機(jī)硒含量在S1和S2水平下為0.163～0.288 mg·kg-1，均達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)(GB13105-1991)。表明土壤中施加一定量的硒可有效提高小麥籽粒硒含量和有機(jī)硒含量，使其達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)。

表3 不同土壤施硒量下小麥籽粒硒利用及含量Table 3 Wheat selenium utilization and content under different selenium application rates

3 討 論

目前有通過(guò)硒包衣劑及土壤中直接施硒等方法對(duì)小麥產(chǎn)量及相關(guān)性狀進(jìn)行研究。楊峰等[20]研究發(fā)現(xiàn)硒包衣劑處理小麥籽粒能顯著提高黑小麥株高，株高隨包衣劑濃度的增加而增加；對(duì)黑小麥穗長(zhǎng)有一定影響，呈現(xiàn)隨處理濃度先升高后下降的趨勢(shì)。本研究中發(fā)現(xiàn)隨土壤硒含量的增加，3個(gè)小麥材料穗長(zhǎng)較S0無(wú)顯著差異；與S0相比，S2和S3水平顯著提高‘西農(nóng)黑大穗’的株高。李鳴鳳等[24]研究發(fā)現(xiàn)土壤中施加硒礦粉后，小麥穗粒數(shù)較S0顯著增加，成穗數(shù)與千粒質(zhì)量略有增加但無(wú)顯著差異。李韜等[27]通過(guò)對(duì)土壤中施加納米硒肥發(fā)現(xiàn)低濃度的硒肥可顯著提高小麥的百粒質(zhì)量，但隨施硒量升高百粒質(zhì)量又會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)土壤中施加高硒礦粉可提高小麥的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，從而增加小麥產(chǎn)量。與楊峰等[20]關(guān)于穗長(zhǎng)的結(jié)論，以及與李鳴鳳等[24]和李韜等[27]的產(chǎn)量相關(guān)性狀結(jié)論有所差異，可能是由于硒源、施硒濃度和品種的不同造成的，具體原因還需要進(jìn)一步試驗(yàn)和探討。

葉綠素雖然不含硒，但是以硒-氨基酸的形式參與葉綠素前體物的合成，因此外施硒能對(duì)小麥葉綠素含量產(chǎn)生影響[28]。王海紅[29]在孕穗期對(duì)小麥噴施硒肥的研究中發(fā)現(xiàn)噴硒的4個(gè)處理SPAD值較清水對(duì)照均顯著提高，并經(jīng)過(guò)硒處理的小麥植株在生理后期旗葉SPAD值下降緩慢，延緩小麥的衰老。本研究通過(guò)土壤施硒試驗(yàn)方法得出的結(jié)論與王海紅[29]一致，適量的外源硒可有效促進(jìn)小麥旗葉SPAD值的增加，并延緩小麥的衰老?？姌?shù)寅[30]通過(guò)在土壤中混入亞硒酸鹽種植小麥發(fā)現(xiàn)外源Se4能顯著提高部分品種的旗葉凈光合速率，施用外源Se6對(duì)小麥旗葉凈光合速率無(wú)顯著影響，部分品種的旗葉凈光合速率甚至降低，胞間CO2濃度與凈光合速率呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，蒸騰速率與凈光合速率趨勢(shì)基本相同。本研究結(jié)論與繆樹(shù)寅[30]所得結(jié)論一致，土壤中施加適量的硒對(duì)小麥旗葉凈光合速率起到促進(jìn)作用。

葉面噴硒與土壤施硒是前人研究硒對(duì)小麥籽粒硒含量影響常用的方法，且結(jié)果都表明施用外源硒能顯著增加小麥籽粒硒含量。劉慶等[31]通過(guò)在不同時(shí)期對(duì)小麥葉面噴施硒肥發(fā)現(xiàn)噴施一定濃度的亞硝酸硒能有效提高小麥籽粒粗蛋白含量。蔣方山等[32]通過(guò)對(duì)小麥葉面噴施亞硒酸鈉同樣表明噴施硒肥能顯著提高小麥籽粒粗蛋白含量。本研究通過(guò)土壤中施加高硒礦粉的試驗(yàn)方法同樣發(fā)現(xiàn)適量的硒對(duì)小麥籽粒粗蛋白含量有顯著提高作用。本研究采用土施高硒礦粉的方法，所得到的結(jié)論與前人一致，3個(gè)小麥材料在S1、S2、S3和S4水平下籽粒硒含量和有機(jī)硒含量較S0均顯著增加，S1和S2水平下籽粒有機(jī)硒含量達(dá)到國(guó)家富硒標(biāo)準(zhǔn)(GB13105-1991)。人體對(duì)小麥有機(jī)硒吸收利用最高，轉(zhuǎn)化率是衡量小麥籽粒有機(jī)硒含量的重要指標(biāo)，轉(zhuǎn)化率越高則籽粒有機(jī)硒含量越高。張妮[26]在研究中發(fā)現(xiàn)施用外源硒顯著提高小麥籽粒硒轉(zhuǎn)化率，硒利用率則隨施硒量的增加而降低。樊俊等[33]研究表明小麥對(duì)有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化能力有限，施硒過(guò)多可能會(huì)導(dǎo)致硒的轉(zhuǎn)化率下降。本研究發(fā)現(xiàn)與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒硒轉(zhuǎn)化率，呈先增加后降低的趨勢(shì)；小麥籽粒硒利用率隨土壤硒含量的增加而降低，與張妮[26]研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論

本研究得出以下結(jié)論：(1)土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥旗葉葉綠素含量和凈光合速率，有效延緩小麥的衰老。(2)土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。(3)土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒粗蛋白含量。(4)土壤中施加高硒礦粉可顯著提高小麥籽粒硒含量和有機(jī)硒含量，3個(gè)小麥材料在S1和S2水平籽粒有機(jī)硒含量均達(dá)到富硒小麥標(biāo)準(zhǔn)，S2水平是最適宜種植富硒小麥的土壤硒濃度?！鬓r(nóng)黑大穗’在3個(gè)材料中表現(xiàn)最好，適宜在紫陽(yáng)縣等高硒地區(qū)種植。