施硒方式對(duì)不同類(lèi)型品種(系)小麥籽粒硒利用效率的影響

楊 浩， 劉 東， 嚴(yán) 俊， 梁 勇， 程劍平

(1.貴州大學(xué)麥類(lèi)作物研究中心， 貴陽(yáng) 550025； 2.成都大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院， 成都 610106)

硒(Se)是人和動(dòng)物必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，它參與了體內(nèi)多種代謝活動(dòng)，對(duì)氧化引起的衰老、組織硬化有預(yù)防作用，硒參與構(gòu)成很多酶類(lèi)，特別是谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)[1-2]，缺硒會(huì)導(dǎo)致多種疾病[3-5]。世界衛(wèi)生組織的調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)超過(guò)一半地區(qū)的土壤中缺乏硒元素，僅僅依靠天然硒遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足人體對(duì)微量元素的正常需求[6]。人體無(wú)法自動(dòng)合成硒，只能從食物中獲取經(jīng)過(guò)生物轉(zhuǎn)化后形成的有機(jī)硒才是人體所能吸收的安全硒形態(tài)，并且植物性硒源的安全性要大大高于動(dòng)物性硒源。因此，通過(guò)硒的生物強(qiáng)化提高人類(lèi)所食用的主要農(nóng)產(chǎn)品是補(bǔ)硒的有效途徑[7-8]，施加外源硒能夠顯著增加作物硒含量，通常是將硒酸鈉(Na2SeO4)或亞硒酸鈉(Na2SeO3)通過(guò)基施、噴施以及硒肥浸種的方法達(dá)到提高作物硒含量的目標(biāo)。硒不是高等植物的必需微量元素，但是適量的硒可以促進(jìn)植株生長(zhǎng)，改善作物品質(zhì)，過(guò)量則會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生毒害作用[9-10]。通過(guò)施加外源硒來(lái)增加硒含量的研究在玉米、水稻、高粱和蔬菜等作物中均有報(bào)道，適量的外源硒可以使蔬菜的硒含量提高8～32倍[11-12]，水稻的硒含量提高4～10倍[13-14]，玉米的硒含量提高8倍以上[15-16]，外源硒還能顯著提高煙葉硒含量[17]以及各種水果中的硒含量[18-19]。

小麥隸屬禾本科小麥屬(Triticum)，是三大口糧作物之一，是人類(lèi)的重要食物來(lái)源，其生產(chǎn)影響著世界糧食的安全問(wèn)題[20]，提供的熱量和蛋白質(zhì)占人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)的20%以上，全世界超過(guò)35%的人口以小麥為主食，因此小麥可作為富硒生產(chǎn)的載體[21]。硒生物強(qiáng)化一般包括土壤施硒和葉面噴硒兩種方式。研究結(jié)果表明，土壤施硒和葉面噴施硒均能提高小麥籽粒硒含量[22-23]，但二者的吸收途徑有較大差異。一般來(lái)說(shuō)，硒從土壤運(yùn)輸至籽粒屬于長(zhǎng)距離運(yùn)輸，而葉面噴施的方式似乎更直接。硒進(jìn)入小麥根系會(huì)在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)多種代謝機(jī)制轉(zhuǎn)化為多種硒代氨基酸，這可能會(huì)影響小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。因此，本試驗(yàn)在對(duì)土壤和葉面等量施硒的條件下，比較了兩種施硒方式對(duì)小麥的硒生物強(qiáng)化和主要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，對(duì)更深一步探究小麥籽粒硒生物強(qiáng)化和提高小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)具有一定的意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年10月—2019年6月在成都大學(xué)(北緯30°64′，東經(jīng)104°19′，海拔500 m)進(jìn)行，采用盆栽的方式。種植前土壤的養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)11.5 g·kg-1，速效氮46.7 g·kg-1，速效磷3.0 g·kg-1，速效鉀58.6 g·kg-1，總硒0.19 g·kg-1。

試驗(yàn)選用 野生二粒小麥G 18-16與四倍體栽培小麥Langdon的重組自交系后代的RIL群體以及國(guó)內(nèi)花青素含量極高的栽培品種貴紫麥1號(hào)和廣泛應(yīng)用于小麥遺傳學(xué)研究的中國(guó)春作為研究材料，設(shè)土壤施硒和葉面噴施硒兩種施硒方式，施硒量相同。土壤施硒播種前土壤添加0.5 mg·kg-1硒，同時(shí)加入復(fù)合肥攪拌均勻；葉面噴施硒在小麥孕穗期向葉面噴施3次硒濃度為50 μmol·L-1的Na2SeO4溶液，時(shí)間為08:00—10:00時(shí)。選取均勻飽滿(mǎn)的小麥種子，用H2O2消毒10 min后用純凈水沖洗干凈，置于培養(yǎng)皿中催芽12 h，然后進(jìn)行播種。實(shí)驗(yàn)按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 樣品的采集與處理

小麥成熟后收獲小麥植株，按照不同部位(根部、地上部以及籽粒)進(jìn)行分離，用去離子水分別洗干凈后烘干，然后保存于自封袋待測(cè)。

1.2.2 硒及其他礦質(zhì)元素的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5 g干燥后的小麥籽粒，加入5 mL濃HNO3、3 mL水和兩滴H2O2在微波消解儀上消解，消解液在50 mL的三角瓶中定容，用等離子發(fā)射光譜-原子吸收儀進(jìn)行硒及其他礦質(zhì)元素含量的測(cè)定，具體操作參照孫發(fā)宇等[23]的方法進(jìn)行。

1.2.3 小麥籽粒硒形態(tài)的測(cè)定

采用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)合測(cè)定法對(duì)小麥籽粒的幾種硒形態(tài)進(jìn)行測(cè)定，包括硒代蛋氨酸(SeMet)、硒代半胱氨酸(SeCys)、甲基硒代半胱氨酸(MeSeCys)、Na2SeO4、Na2SeO3[24]。

1.2.4 小麥籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的測(cè)定

蛋白質(zhì)含量參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 5009.5—2016)[25]進(jìn)行，使用全自動(dòng)定氮儀進(jìn)行測(cè)定，然后以換算系數(shù)6.25進(jìn)行蛋白質(zhì)計(jì)算；依照NY/T 83—1988[26]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定淀粉含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件處理，SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，使用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施硒方式對(duì)小麥生物量的影響

如圖1所示，與ck相比，葉面噴施硒和土壤施硒對(duì)水稻根部、地上部以及籽粒各器官的生物量沒(méi)有顯著影響，相同處理各個(gè)部分的生物量之間沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明兩種施硒方式的施用量對(duì)小麥生長(zhǎng)并未產(chǎn)生不良影響。

2.2 不同施硒方式對(duì)小麥各部位硒含量的影響

由圖2可以看出，兩種施硒方式都能提高小麥各部位的硒含量，且土壤施硒對(duì)根、地上部以及籽粒中的硒含量提升幅度在三個(gè)品種(系)中都比葉面噴施硒的提升幅度大。葉面噴施硒和ck中根部硒含量極少，分別為0.21 mg·kg-1和0.64 mg·kg-1，土壤施硒條件下RIL的根部硒含量最大，達(dá)到3.15 mg·kg-1；對(duì)于地上部來(lái)說(shuō)，貴紫麥1號(hào)的地上部硒含量最大，達(dá)到12.54 mg·kg-1，土壤施硒條件下的地上部硒含量分別為葉面噴施硒的24倍和8倍；對(duì)于籽粒硒含量來(lái)說(shuō)，在土壤施硒條件下貴紫麥1號(hào)的籽粒硒含量達(dá)到最大值，為11.26 mg·kg-1， 且分別為ck和葉面噴施硒的86倍和2.5倍。土壤施硒的方式更能提高小麥各部位的硒含量，且土壤施硒比葉面噴施硒更能被小麥各個(gè)器官所吸收，說(shuō)明小麥根部吸收土壤中的硒比葉面吸收的作用機(jī)制更加高效。

施硒方式不同，小麥品種(系)不同，硒在小麥植株內(nèi)各部位所占的比例也有所不同(圖3)。

2.3 不同施硒方式對(duì)小麥籽粒中其他礦質(zhì)元素含量的影響

如表1所示，不同施硒方式下對(duì)小麥籽粒中的礦質(zhì)元素含量有不同程度的影響。施硒方式對(duì)銅、鎘含量無(wú)顯著影響，但相比對(duì)照組，葉面噴施硒和土壤施硒下籽粒銅含量分別下降1.8%和2%，而鎘含量則升高13%和9%。對(duì)于錳、鐵、鋅元素而言，葉面噴施硒和土壤施硒均高于對(duì)照組，且差異達(dá)顯著水平。對(duì)于籽粒鋅含量，對(duì)照組與葉面噴施硒和土壤施硒處理間差異顯著， 而兩種施硒方式間差異不顯著。

表1 不同施硒方式下小麥籽粒礦質(zhì)元素含量

2.4 不同施硒方式對(duì)小麥籽粒中硒形態(tài)的影響

如表2所示，不同施硒方式對(duì)小麥籽粒中各種形態(tài)的硒含量影響較大，這與小麥籽粒中的總硒含量有關(guān)。但是在不同施硒方式下，各種不同的硒形態(tài)所占的比例幾乎一致，這說(shuō)明施硒方式并不會(huì)對(duì)小麥籽粒中各種硒形態(tài)的分布產(chǎn)生影響。其中，ck的有機(jī)硒含量和無(wú)機(jī)硒含量分別占80.4%和19.6%；葉面噴施硒情況下，三個(gè)品種(系)中有機(jī)硒含量最高的是貴紫麥1號(hào)，有機(jī)硒占比為87.3%，最小的是中國(guó)春，為80.2%；土壤施硒情況下，三個(gè)品種(系)的有機(jī)硒含量占比以貴紫麥1號(hào)最高，為90.3%，RIL最低，為82.9%。說(shuō)明小麥籽粒中的硒主要以有機(jī)硒的形態(tài)存在，而有機(jī)硒中又以SeMet為主要形式存在。

表2 不同施硒方式下小麥籽粒硒形態(tài)

2.5 不同施硒方式對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)、淀粉含量的影響

淀粉和蛋白質(zhì)是小麥重要的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。從圖4可以看出，兩種不同的施硒方式對(duì)三個(gè)品種(系)的籽?？偟矸酆坎o(wú)顯著影響，但是在兩種施硒方式下小麥籽粒蛋白質(zhì)含量顯著提高，且土壤施硒效果優(yōu)于葉面噴施硒，土壤施硒和葉面噴施硒相較ck蛋白質(zhì)含量提高最大的是RIL，為12.0%和18.1%，提高最小的是中國(guó)春，為3.8%和6.9%。

3 討 論

3.1 不同施硒方式對(duì)小麥籽粒硒強(qiáng)化效應(yīng)的影響

本試驗(yàn)中，Na2SeO4處理對(duì)小麥植株沒(méi)有造成毒害，這表示本試驗(yàn)所采用的Na2SeO4濃度在安全范圍內(nèi)。兩種施硒方式對(duì)小麥各部位生物量沒(méi)有顯著影響(圖1)，這與董石峰等[27]的研究結(jié)果一致，同時(shí)與張銘誠(chéng)等[28]在水稻中的研究結(jié)果也一致，說(shuō)明外源硒對(duì)不同作物的生物量沒(méi)有顯著影響。而匡恩俊等[29]認(rèn)為，施硒能夠提高小麥產(chǎn)量，這說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果可能受試驗(yàn)條件與所研究材料的影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種施硒方式均能提高小麥地上部和籽粒中的硒含量，且土壤施硒的效果優(yōu)于葉面噴施硒[30-31]，說(shuō)明土壤中的硒更容易被小麥吸收，同時(shí)也反映出小麥葉面對(duì)硒的吸收能力較低。本試驗(yàn)葉面噴施硒效果較差，一是硒源的不同，前人對(duì)葉面噴施所選硒源為Na2SeO3，而本試驗(yàn)為了減小誤差，選擇了兩種方式都用Na2SeO4，葉片中具有多種酶，可在短時(shí)間內(nèi)對(duì)Na2SeO3進(jìn)行吸收以及轉(zhuǎn)化；二是土壤施加Na2SeO4不容易被土壤中的氧化物固定，具有更強(qiáng)的生物有效性；三是葉面噴施容易蒸騰而損失，導(dǎo)致硒利用率較低，土壤中的硒與小麥發(fā)達(dá)的根系結(jié)構(gòu)接觸更全面，不易流失，從而能夠更加充分地吸收。

土壤施硒和葉面噴施硒對(duì)小麥籽粒中的硒含量具有較大的差異(圖2)，在貴紫麥1號(hào)中，土壤施硒處理下的籽粒硒含量是葉面噴施的5.6倍。小麥籽粒中硒的存在形式主要是有機(jī)硒，這也導(dǎo)致了土壤施硒處理下籽粒有機(jī)硒含量顯著高于葉面噴施處理，兩種方式處理下有機(jī)硒的占比均在80%以上(表2)，小麥籽粒中的硒還是以有機(jī)硒為主，說(shuō)明硒的轉(zhuǎn)化效率與施硒方式無(wú)關(guān)[32-34]。兩種施硒方式下，小麥籽粒中的Na2SeO3含量都較少，且含量的變化不大，這可能是Na2SeO4進(jìn)入小麥葉片后，在硫酸化酶和還原酶的作用下轉(zhuǎn)化為Na2SeO3，Na2SeO3在亞硫酸還原酶和GSH的作用下在葉綠體中轉(zhuǎn)化為硒化合物[34-37]。這也說(shuō)明了高價(jià)態(tài)硒向有機(jī)硒轉(zhuǎn)化的主要場(chǎng)所是葉片中的葉綠體，不管是哪種施硒方式，并不會(huì)影響硒的代謝及轉(zhuǎn)化過(guò)程。在本研究中，各品種(系)籽粒中的四價(jià)硒(Se4+)含量幾乎沒(méi)有變化，其范圍在0.002～0.005 mg·kg-1之間，這說(shuō)明六價(jià)硒(Se6+)沒(méi)有向四價(jià)硒(Se4+)轉(zhuǎn)化。

3.2 土壤施硒對(duì)小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

小麥籽粒中含有多種礦質(zhì)元素，包括Al、Mn、Fe、Cu、Zn等，都是人體必需微量元素，雖然所需量不多，但這些微量元素對(duì)于人體和動(dòng)植物都有相應(yīng)的作用。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 在兩種施硒方式下。小麥籽粒中錳、鐵、鋅含量都上升，這與劉慶等[33]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明Na2SeO4與這些元素之間可能存在協(xié)同作用，促進(jìn)了這幾種元素的吸收。

蛋白質(zhì)和總淀粉含量是評(píng)價(jià)小麥營(yíng)養(yǎng)的重要指標(biāo)，對(duì)小麥的加工和食用具有重要影響。從圖4可以看出，兩種施硒方式對(duì)小麥的總淀粉含量沒(méi)有顯著影響，但是施硒提高了小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量，這可能是因?yàn)槲M(jìn)入小麥植株內(nèi)形成各種硒代蛋白有關(guān)[38-39]。三個(gè)品種(系)中，貴紫麥1號(hào)的蛋白質(zhì)提升幅度較大，且土壤施硒處理比葉面噴施硒處理對(duì)蛋白質(zhì)的提升效果好。說(shuō)明施硒方式對(duì)小麥籽粒的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響是由小麥籽粒所積累的硒含量所決定的，土壤施硒處理下，其籽粒硒含量顯著高于葉面噴施硒處理，從而更多的硒代謝轉(zhuǎn)化為硒代蛋白[40]，提高其蛋白質(zhì)含量，從而達(dá)到提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的目的。

4 結(jié) 論

對(duì)土壤施硒和葉面噴施硒進(jìn)行等量硒處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種方式對(duì)小麥生物量沒(méi)有產(chǎn)生影響，而是顯著提高了小麥籽粒的硒含量，且土壤施硒處理的效果較葉面噴施處理更好。兩種處理下有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒所占比例沒(méi)有顯著變化，說(shuō)明不管哪種施硒方式，小麥對(duì)硒的代謝、轉(zhuǎn)化及機(jī)制是一樣的。施硒處理還提高了鐵、錳、鋅含量，這顯示硒在小麥植株內(nèi)與這些元素有一定的協(xié)同作用。