施硒對(duì)晉中和晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

秦 杰，宋麗芳，劉攀鋒，郝爽楠，馮美臣，張美俊，王 超，楊武德，宋曉彥

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

蕎麥在山西省種植面積約33 333 hm2，其中，苦蕎約占13 333 hm2，甜蕎約占20 000 hm2，是一種重要的特色雜糧作物[1]。山西省作為蕎麥的主要產(chǎn)區(qū)，資源富饒，種質(zhì)優(yōu)越[2]，加工精細(xì)，質(zhì)量穩(wěn)定，在全國(guó)蕎麥產(chǎn)業(yè)中具有較大的優(yōu)勢(shì)[3]?？嗍w在山西旱作地區(qū)的種植優(yōu)勢(shì)明顯[4]。晉中地區(qū)環(huán)境非常適合蕎麥等雜糧作物的生長(zhǎng)，有效積溫高、雨量適宜、光照充足、氣候干燥等，并且建立了較大的優(yōu)質(zhì)蕎麥基地[5]。晉西北地區(qū)雨量線年際之間差異較大，有較為豐富的土地資源，蕎麥種植面積不低于該地區(qū)優(yōu)勢(shì)作物莜麥，而且可以作為救災(zāi)作物，具有良好的發(fā)展前景[6]?？嗍w（Fagopyrum tataricum）是蓼科雙子葉植物[7]，可以藥食兩用[8-9]，生長(zhǎng)周期短[10]，抗旱、耐瘠薄[11]，營(yíng)養(yǎng)豐富[12]。其富含其他禾谷類作物較缺乏的黃酮類化合物蘆丁，被稱為“五谷之王”[13]，具有保護(hù)毛細(xì)血管、防止血細(xì)胞凝集、降血脂和增強(qiáng)冠狀動(dòng)脈血流量等作用[2，14]。

外源硒的施入對(duì)蕎麥蘆丁含量有一定影響，田秀英等[15]在苦蕎土壤施硒研究中發(fā)現(xiàn)，施用亞硒酸鈉能夠顯著增加苦蕎籽粒的蘆丁含量。徐瓏珀[16]通過(guò)在苦蕎葉面噴硒發(fā)現(xiàn)，苦蕎籽粒中蘆丁含量顯著增加。目前關(guān)于施硒對(duì)蕎麥影響的研究主要集中在施硒對(duì)蕎麥產(chǎn)量[17]、籽粒硒含量[18-19]、蛋白質(zhì)[20]、營(yíng)養(yǎng)元素[21-22]以及酶[23-25]等方面，而施硒濃度、品種、施硒方式以及施硒時(shí)期對(duì)蕎麥生物活性物質(zhì)蘆丁含量的影響尚不明確。

本研究選擇氣候條件好、蕎麥種植面積較大的晉中生態(tài)區(qū)和蕎麥發(fā)展前景較好的晉西北生態(tài)區(qū)，苦蕎品種選擇山西省生產(chǎn)中推廣較好的黑豐1 號(hào)、晉蕎2 號(hào)、晉蕎6 號(hào)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，探討施硒濃度、時(shí)期和方式對(duì)晉中和晉西北生態(tài)區(qū)不同苦蕎品種籽粒蘆丁含量的影響，以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蕎麥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

晉中試驗(yàn)地在晉中市太谷區(qū)申奉村。該地區(qū)位于山西省中部（37°25′N，112°35′E），海拔792 m，年平均氣溫11.5 ℃，無(wú)霜期平均176 d，年降水量為432.4 mm，蕎麥生長(zhǎng)期（6—10 月）積溫為3 033.9 ℃，日均太陽(yáng)輻射4 918.76 W/m2。試驗(yàn)期間具體降雨量如表1所示。試驗(yàn)地土壤pH值為7.68，土壤有機(jī)質(zhì)22.27 g/kg，全氮13.85 g/kg，堿解氮32.82 mg/kg，有效磷18.86 mg/kg，速效鉀265 mg/kg，全硒0.29 mg/kg。

表1 晉中和晉西北生態(tài)區(qū)試驗(yàn)期間降雨量Tab.1 Rainfall during the experiment in the ecological area of central and northwest Shanxi mm

晉西北試驗(yàn)地在朔州右玉縣林家堡村。該地區(qū)位于山西省西北端（40°15′N，112°25′E），海拔1 529 m，年平均氣溫4.98 ℃，無(wú)霜期平均104 d，年降水量為597.7 mm，蕎麥生長(zhǎng)期（5—9 月）積溫為2 625.8 ℃，日均太陽(yáng)輻射5 514.90 W/m2。試驗(yàn)期間具體降雨量如表1 所示。試驗(yàn)地土壤pH 值為7.37，土壤有機(jī)質(zhì)8.97 g/kg，全氮0.49 g/kg，堿解氮1.21 mg/kg，有效磷10.39 mg/kg，速效鉀0.99 mg/kg，全硒0.09 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試苦蕎品種為黑豐1 號(hào)、晉蕎2 號(hào)和晉蕎6 號(hào)，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。硒源為亞硒酸鈉（Na2SeO3），含量≥98.0%，分析純。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在晉中生態(tài)區(qū)太谷區(qū)申奉村（6—10月）和晉西北生態(tài)區(qū)右玉縣林家堡村（5—9 月）進(jìn)行，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表2），共設(shè)置0、1.37、2.74、5.48、8.22、12.33、18.495、27.742 5 g/hm2等8 個(gè)硒濃度。晉中生態(tài)區(qū)選用黑豐1 號(hào)和晉蕎2 號(hào)，分別在分枝期和開(kāi)花期進(jìn)行處理。晉西北地區(qū)選用黑豐1 號(hào)和晉蕎6 號(hào)，分別在開(kāi)花初期和盛花期進(jìn)行處理。2個(gè)生態(tài)區(qū)均采用土施和葉面噴施2種施硒方式，將亞硒酸鈉按照不同處理分別稱取并與定量清水混合于噴壺中進(jìn)行噴施，單個(gè)小區(qū)晉中生態(tài)區(qū)噴施量為1.2 L，晉西北生態(tài)區(qū)噴施量為1 L，對(duì)照噴施清水，噴施時(shí)間為18：00之后。晉中生態(tài)區(qū)共48個(gè)小區(qū)，單個(gè)小區(qū)面積為12 m2（3 m×4 m），每個(gè)處理重復(fù)3次，其他田間管理同常規(guī)大田。晉西北生態(tài)區(qū)共48 個(gè)小區(qū)，單個(gè)小區(qū)面積為10 m2（2 m×5 m），每個(gè)處理重復(fù)3 次，因土壤肥力較差，在該地區(qū)播前一次性施入氮磷鉀含量比例為20∶14∶6 的復(fù)合肥作為基肥，施用量300 kg/hm2，其他田間管理同常規(guī)大田。

表2 L16（8×23）正交試驗(yàn)的因素及水平Tab.2 L16（8×23）orthogonal test scheme

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

蘆丁含量的測(cè)定參照文平[26]的方法進(jìn)行，采用乙醇浸提法測(cè)定籽粒蘆丁含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與直觀分析，使用SPSS 19 進(jìn)行方差分析及回歸建模。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素對(duì)晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

由表3 可知，施硒濃度（A）、品種（B）、施硒時(shí)期（C）、施硒方式（D）對(duì)晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響從大到小順序依次是A＞B＞D＞C，施硒濃度和品種對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量影響較大，苦蕎籽粒蘆丁含量隨著施硒濃度的升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，在A6 處理下達(dá)到最大，晉蕎2 號(hào)籽粒中的蘆丁含量大于黑豐1 號(hào)。在考慮因素單獨(dú)作用的條件下，最佳組合為A6B2C1D1，即在分枝期對(duì)晉蕎2 號(hào)土施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，苦蕎籽粒蘆丁含量最高。

表3 各因素對(duì)晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響的直觀分析Tab.3 Visual analysis of effect of various factors on rutin content of Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

由方差分析（表4）可知，施硒濃度對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），品種對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響顯著（P＜0.05），施硒時(shí)期和施硒方式對(duì)苦蕎蘆丁含量的影響不顯著。

表4 各因素對(duì)晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響的方差分析Tab.4 Variance analysis of effect of various factors on rutin content in Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

利用施硒濃度和品種2 個(gè)因素構(gòu)建晉中地區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量預(yù)測(cè)模型，結(jié)果如公式（1）所示。

式 中，A為施硒濃度，B為品種。模 型R2為0.656，F(xiàn)=12.399，大于F0.01（2,13）=6.701，F(xiàn)檢驗(yàn)P值小于0.05（表5），回歸顯著，可以用來(lái)對(duì)本試驗(yàn)的籽粒蘆丁含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)公式（1）求極值，得A 為13.15，B 為2，即對(duì)晉 蕎2 號(hào) 施13.15 g/hm2濃度的硒時(shí)，晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量可以達(dá)到最高。

表5 晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量回歸模型顯著性檢驗(yàn)Tab.5 Significance test of regression model of rutin content in Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

2.2 各因素對(duì)晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

各因素對(duì)晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響的直觀分析如表6 所示。

表6 各因素對(duì)晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響的直觀分析Tab.6 Visual analysis of effect of various factors on rutin content of Tartary buckwheat grains in northwestern Shanxi ecological region

各因素對(duì)晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響從大到小的順序依次是：A＞B＞C＞D，施硒濃度、品種和施硒時(shí)期對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量影響較大，苦蕎籽粒蘆丁含量隨著施硒濃度的升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，在A6 處理下達(dá)到最大，晉蕎6 號(hào)籽粒中的蘆丁含量大于黑豐1 號(hào)。在考慮因素單獨(dú)作用的條件下，最佳組合為A6B2C1D1（D2）（表6），即在開(kāi)花初期對(duì)晉蕎6 號(hào)土施或葉面噴施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，苦蕎籽粒蘆丁含量最高。

各因素中，施硒濃度和品種對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），施硒時(shí)期對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響顯著（P＜0.05），施硒方式對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響不顯著（表7）。

利用施硒濃度、品種及時(shí)期3 個(gè)因素構(gòu)建晉西北地區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量預(yù)測(cè)模型，結(jié)果如公式（2）所示。

式中，A為施硒濃度，B為品種，C為施硒時(shí)期。模型R2為0.852，F(xiàn)=23.070，大于F0.01（3,12）=5.953，F(xiàn)檢驗(yàn)P值小于0.05（表8），回歸顯著，可以用來(lái)對(duì)本試驗(yàn)籽粒蘆丁含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)公式（2）求極值，得A 為15.75，B 為2，C 為1，即在開(kāi)花初期對(duì)晉蕎6 號(hào)施15.75 g/hm2濃度的硒時(shí)，晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量可以達(dá)到最高。

表8 晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量回歸模型顯著性檢驗(yàn)Tab.8 Significance test of regression model of rutin content in Tartary buckwheat grains in northwest Shanxi ecological region

2.3 各因素對(duì)不同生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

綜合2 個(gè)生態(tài)區(qū)各因素對(duì)苦蕎蘆丁含量的影響，可知施硒濃度和品種對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量影響較大。從施硒濃度來(lái)看，晉中生態(tài)區(qū)和晉西北生態(tài)區(qū)分別施入13.15、15.75 g/hm2濃度的硒能獲得籽粒高蘆丁含量。從施硒品種來(lái)看，晉中生態(tài)區(qū)晉蕎2 號(hào)和晉西北生態(tài)區(qū)晉蕎6 號(hào)籽粒蘆丁含量均明顯高于黑豐1 號(hào)。施硒時(shí)期對(duì)晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響不顯著，對(duì)晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響顯著，在晉西北生態(tài)區(qū)開(kāi)花初期施用外源硒對(duì)籽粒蘆丁含量影響較大?？梢?jiàn)，環(huán)境條件對(duì)于獲得苦蕎高蘆丁含量的影響也很大。

3 結(jié)論與討論

有研究表明，外源硒能促進(jìn)苦蕎黃酮類化合物增加，進(jìn)一步提高苦蕎的抗氧化能力[27-28]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適宜的施硒濃度可以增加苦蕎籽粒中蘆丁的含量，這與徐瓏珀[16]的研究結(jié)果相同。田秀英等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施硒量低于1.0 mg/kg 時(shí)苦蕎籽粒蘆丁含量呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，當(dāng)施硒量高于1.0 mg/kg 時(shí)蘆丁含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，這與本研究結(jié)果相同；本研究在晉中生態(tài)區(qū)和晉西北生態(tài)區(qū)發(fā)現(xiàn)，苦蕎籽粒蘆丁的含量均隨著施硒濃度的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，說(shuō)明施硒可以增加苦蕎籽粒蘆丁含量，當(dāng)施硒濃度過(guò)高時(shí)，蘆丁含量會(huì)受到抑制，不利于蘆丁含量的增加。本研究方差分析發(fā)現(xiàn)，施硒濃度對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明施硒濃度是影響蘆丁含量的一個(gè)重要因素，確定不同生態(tài)區(qū)適宜的施硒濃度，是苦蕎籽粒蘆丁含量增加的關(guān)鍵。通過(guò)回歸分析得出，晉中生態(tài)區(qū)和晉西北生態(tài)區(qū)最適施硒濃度分別為13.15、15.75 g/hm2。蕎麥?zhǔn)┮赃m宜濃度的外源硒，籽粒蘆丁含量增加的原因可能是施硒會(huì)提高蕎麥的光合作用[29]。類黃酮（又稱黃酮體、黃堿素）是植物光合作用產(chǎn)生的一類重要的天然有機(jī)化合物，其中包括蘆丁、檞皮素等物質(zhì)，蘆丁含量豐富[30]，光合作用的提高使得類黃酮中蘆丁含量提高。施硒濃度過(guò)高會(huì)使蕎麥籽粒蘆丁含量降低，可能原因是施高濃度硒使蕎麥葉片光合作用受到抑制，降低了葉片的凈光合速率[29]，進(jìn)而影響蘆丁含量。這符合Bertrand生物劑量規(guī)律，即對(duì)植物低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)、產(chǎn)生毒害[31]。

蕎麥不同品種自身的遺傳多樣性也不同[32]。前人研究表明，蕎麥籽粒蘆丁等品質(zhì)的含量在不同品種間會(huì)存在差異[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，在相同的處理?xiàng)l件下，不同品種間籽粒蘆丁含量不同；晉中生態(tài)區(qū)晉蕎2 號(hào)籽粒蘆丁含量?jī)?yōu)于黑豐1 號(hào)，晉西北生態(tài)區(qū)晉蕎6 號(hào)籽粒蘆丁含量?jī)?yōu)于黑豐1 號(hào)。本研究方差分析發(fā)現(xiàn)，晉中生態(tài)區(qū)不同品種對(duì)苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達(dá)到顯著水平，晉西北生態(tài)區(qū)不同品種對(duì)苦蕎蘆丁含量的影響達(dá)極顯著水平，這一結(jié)果與王世霞等[34]的研究結(jié)果一致。說(shuō)明不同品種苦蕎籽粒蘆丁含量不同，品種是影響蘆丁含量的重要因素。在不同的生態(tài)區(qū)選擇蘆丁含量較高的苦蕎品種，是獲得高蘆丁產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。

作物施硒的方式主要分為土壤噴硒和葉面噴硒2 種[35]，土壤噴硒是硒通過(guò)作物根部向籽粒中運(yùn)輸，葉面噴施是硒通過(guò)葉片向籽粒中運(yùn)輸。本研究方差分析結(jié)果表明，施硒時(shí)期對(duì)晉中生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響不顯著，對(duì)晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量影響顯著。這可能是由于2 個(gè)生態(tài)區(qū)施硒時(shí)期存在差異，晉中生態(tài)區(qū)籽粒蘆丁含量受到施硒濃度和品種的影響相對(duì)較大，具體原因有待進(jìn)一步探究。在作物不同的生育時(shí)期噴施外源硒，其吸收及轉(zhuǎn)化效率存在差異[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于籽粒蘆丁含量的積累，晉中生態(tài)區(qū)分枝期優(yōu)于開(kāi)花初期，晉西北生態(tài)區(qū)開(kāi)花初期優(yōu)于盛花期，造成這一結(jié)果的原因可能是由于較早的施用外源硒，使得硒更早的參與植物生理代謝過(guò)程，進(jìn)而有利于蘆丁含量的積累。

除了施硒濃度、品種、方式與時(shí)期外，本研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素（如海拔、溫度、土壤有機(jī)質(zhì)等）也是影響苦蕎蘆丁含量的重要因素。在相同試驗(yàn)處理下，黑豐1 號(hào)在晉中和晉西北生態(tài)區(qū)，其籽粒蘆丁含量也會(huì)存在差異，說(shuō)明苦蕎籽粒蘆丁在很大程度上受環(huán)境條件的影響，這一結(jié)果與國(guó)旭丹等[37]研究結(jié)果相同。這可能是由于土壤中所含的微量元素的多少及其相互作用或有機(jī)質(zhì)含量影響了苦蕎對(duì)硒的吸收和利用。本試驗(yàn)晉中和晉西北生態(tài)區(qū)土壤全硒底數(shù)差異較大，可能會(huì)對(duì)苦蕎籽粒蘆丁的積累產(chǎn)生影響；王興寧[38]也研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量會(huì)影響杜仲葉蘆丁的含量。前人研究表明，海拔高的地區(qū)有利于蘆丁含量的積累[37，39]，這與本試驗(yàn)結(jié)果不同。在本研究中，晉中生態(tài)區(qū)海拔低于晉西北生態(tài)區(qū)，但是籽粒蘆丁含量晉中生態(tài)區(qū)高于晉西北地區(qū)，造成這種差異的原因可能與溫度[26，40]、干旱[41]等因素的綜合影響有關(guān)；還可能是由于氣候條件差異所導(dǎo)致，在試驗(yàn)當(dāng)年晉西北生態(tài)區(qū)（右玉縣林家堡村）降雨量要明顯高于晉中生態(tài)區(qū)（申奉村），陰雨天較多，環(huán)境溫度受到影響，積溫較低，進(jìn)而影響到苦蕎蘆丁含量的積累。

綜上所述，施硒濃度和品種是影響晉中和晉西北生態(tài)區(qū)苦蕎籽粒蘆丁含量的重要因素。在晉中生態(tài)區(qū)對(duì)晉蕎2 號(hào)分枝期土施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，在晉西北生態(tài)區(qū)對(duì)晉蕎6 號(hào)開(kāi)花初期土施或葉面噴施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，可獲得較高的蘆丁含量。