磷硒配施對冬小麥硒吸收、轉(zhuǎn)運及籽粒有機硒的影響

胡彩霞， 劉紅恩， 李暢， 秦世玉， 趙玉煥， 張玉鵬， 劉亥揚，許嘉陽， 趙鵬， 聶兆君*， 王秋紅

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 土壤污染防控與修復(fù)重點實驗室， 鄭州 450002； 2.河南省臺前縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 河南 濮陽 457600； 3.鄭州市農(nóng)業(yè)生態(tài)保護服務(wù)中心， 鄭州 450006）

硒（Se）是人類和動物所必需的微量元素之一，在提高人體免疫力、抗氧化、防癌抗癌及防治心腦血管疾病等方面具有重要作用[1]。當(dāng)膳食中硒攝入量低于40 μg·d-1時會造成人體硒的缺乏，加速機體衰老，導(dǎo)致癌癥、克山病及大骨病等疾病的發(fā)生[2-3]。有研究[4]表明，我國72%的地區(qū)土壤中嚴(yán)重缺硒，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中硒含量過低。土壤作為作物吸收硒的主要來源，通過土施硒肥提高農(nóng)產(chǎn)品硒含量是人體安全補硒的重要途徑[5]。土壤中的有效硒被植物吸收利用后，可以轉(zhuǎn)化為對人體安全的有機硒形態(tài)，包括硒蛋白、硒代氨基酸、硒多糖及硒核酸等[6-9]。

磷（P）是植物生長必需的第二大營養(yǎng)元素，在植物生長、代謝、提高產(chǎn)量和品質(zhì)中發(fā)揮著不可替代的作用[10]。磷酸鹽與亞硒酸鹽化學(xué)性質(zhì)相似，均以陰離子形態(tài)被作物吸收，因此二者在土壤-植物系統(tǒng)中可能存在相互作用[11]。趙文龍等[12]發(fā)現(xiàn)，磷硒配施水平直接影響硒在植株中的轉(zhuǎn)運及吸收累積。施用磷肥抑制硒從根系向地上部的轉(zhuǎn)運，顯著降低植株硒含量，磷與硒存在拮抗作用[13-14]。Wang 等[15]在磷缺乏條件下，添加1 mmol·L-1KH2PO4降低了水稻根系硒含量，但提高了水稻地上部硒含量，且影響水稻幼苗體內(nèi)有機硒形態(tài)轉(zhuǎn)化。也有報道稱磷硒在土壤溶液中存在吸附競爭關(guān)系，磷肥的施用能提高土壤中有效硒含量，進而促進冬小麥對硒的吸收和累積[16-18]。因此，關(guān)于磷硒配施在植物體內(nèi)的相互影響不盡一致。有研究表明，硒在水稻體內(nèi)的分配表現(xiàn)為葉>莖>籽粒[19]；小白菜對硒的吸收和富集能力表現(xiàn)為地上部高于根部[20]。小麥各部位對硒的吸收累積規(guī)律也存在差異，馬小艷等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施用硒酸鈉后冬小麥各器官硒的分配表現(xiàn)為葉片>籽粒>莖>穎殼。

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物，其籽粒中的硒代氨基酸安全性高，易被人體吸收利用。因此，提高籽?？偽坝袡C硒含量對于人體合理補硒具有重要作用。目前，相關(guān)研究主要集中在磷硒配施對植株生長、硒含量和土壤中磷、硒有效性的影響等方面[22-25]，但關(guān)于冬小麥各部位硒含量分布及籽粒有機硒形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究鮮有報道。因此，本研究通過分析磷硒配施對冬小麥硒吸收、轉(zhuǎn)運及籽粒有機硒的影響，以期為生產(chǎn)富硒小麥及合理施用磷肥與硒肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019 年10 月至2020 年6 月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)試驗場進行。供試土壤類型為壤質(zhì)潮土，基本理化性質(zhì)為：pH 7.30，有機質(zhì)含量11.04 mg·kg-1，堿解氮含量70.42 mg·kg-1，有效磷含量10.31 mg·kg-1，速效鉀含量140.65 mg·kg-1，有效硒含量0.004 mg·kg-1，全硒含量0.174 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試小麥品種為‘鄭麥379’，為河南省廣泛種植的冬小麥品種，種子購于河南秋樂種業(yè)科技股份有限公司。供試硒試劑為亞硒酸鈉（Na2SeO3·5H2O），磷試劑為磷酸二氫鈉（NaH2PO4·2H2O）；底肥分別為尿素（CH4N2O）、氯化鉀（KCl）。所有供試試劑均為分析純。

1.3 試驗設(shè)計

試驗以NaH2PO4·2H2O 為磷源，設(shè)置0（P0）、80（P80）和160 mg·kg-1（P160）3 個磷水平；以Na2SeO3·5H2O 為硒源，設(shè)置0（Se0）和1 mg·kg-1（Se1）2 個硒水平；共6 個處理，分別為P0Se0、P80Se0、P160Se0、P0Se1、P80Se1、P160Se1，每個處理重復(fù)4 次，共計24盆。采用盆栽試驗，聚乙烯塑料盆型號為直徑310 mm、深度200 mm，把過10目篩的風(fēng)干土樣8.0 kg裝入盆中。每盆播種12粒小麥種子，定株8 棵。試驗場設(shè)有塑料膜防雨棚以防止雨水淋洗。底肥用量按照每千克土壤施N 0.2 g、K2O 0.2 g，分別以尿素（CH4N2O）、氯化鉀（KCl）作為肥源，并于拔節(jié)期每盆追施尿素1.0 g。生長期間保持土壤含水量為田間持水量的70%，每3 d 澆1次水。

1.4 測定項目和方法

參照常規(guī)分析方法[26]測定土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷及速效鉀含量。土壤有效硒的測定參照陳娥等[27]的方法。土壤總硒含量的測定參照高雯雯等[28]的方法。植株磷含量的測定參照鮑士旦[26]的方法。

于成熟期采集冬小麥植株樣品。植株硒含量的測定參照 GB 5009.93—2017《食品中硒的測定》[29]。植株硒形態(tài)的測定參照王鐵良等[30]方法：稱取過0.150 mm 篩的植株試樣0.050 0 g（精確至0.000 1 g）于15 mL 離心管中，加入5 mL Tris-HCl搖勻后超聲30 min；再加入50 mg 纖維素酶和20 mg 蛋白酶K搖勻，在（50±2） ℃以250 r·min-1恒溫振蕩18 h。加入20 mg蛋白酶XIV，在（37±2） ℃以250 r·min-1恒溫振蕩18h，然后在4 ℃以10 000 r·min-1離心30 min。提取濾液過0.22 μm水系濾膜后用SA-50高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜聯(lián)用儀（SA-50-HPLC-HG-AFS）測定硒形態(tài)。

1.5 數(shù)據(jù)計算、統(tǒng)計與分析方法

本研究用到的計算公式如下。

試驗數(shù)據(jù)均為4 個重復(fù)的平均值，采用DPS 7.05版進行數(shù)據(jù)處理，采用LSD 法(P<0.05)進行多重比較，F(xiàn)(P)表示施磷的主效應(yīng)、F(Se)表示施硒的主效應(yīng)、F(P×Se)表示磷硒的交互效應(yīng)。采用Excel 2003進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷硒配施對冬小麥干物質(zhì)量的影響

由表1 可知，無論施硒與否，施磷顯著增加冬小麥各部位的干物質(zhì)量。與Se0處理相比，Se1處理顯著降低P160水平下莖葉、穎殼、籽粒干物質(zhì)量以及總生物量，其降幅分別為11.10%、15.18%、7.21%和9.44%，但顯著提高P80水平下根系和籽粒干物質(zhì)量，其增幅分別為17.44%和45.72%。磷硒配施情況下，在P80Se1處理下冬小麥總生物量達到最大，說明適宜的磷硒配施可促進冬小麥生長。

表1 磷硒配施下冬小麥各部位干物質(zhì)的量Table 1 Dry weight in winter wheat under phosphorus and selenium combined application （g·盆-1/g·pot-1)

2.2 磷硒配施對冬小麥籽粒產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

由表2可知，施磷顯著提高了‘鄭麥379’的穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重，其增幅為5.35%~231.43%。與Se0處理相比，施硒顯著增加了P80水平下‘鄭麥379’的穗數(shù)、穗粒數(shù)，其增幅為15.03%~18.92%，但顯著降低了P160水平下穗粒數(shù)，降幅為12.16%。冬小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)在P80Se1處理下達到最高，說明適宜的磷硒配施可提高冬小麥產(chǎn)量。

表2 磷硒配施下冬小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素Table 2 Grain yield its components of winter wheat under phosphorus and selenium combined application

2.3 磷硒配施對冬小麥植株各部位磷含量及磷遷移系數(shù)的影響

由表3可知，施磷均顯著增加‘鄭麥379’各器官磷含量。與Se0處理相比，施硒顯著降低了P80和P160水平下‘鄭麥379’各器官磷含量，其降幅為11.54%~41.38%。根系、莖葉、穎殼和籽粒磷含量的最大值均出現(xiàn)在P160Se0處理，說明施硒抑制冬小麥對磷的吸收。在Se0水平下，施磷顯著增加了P80和P160水平下莖葉向穎殼的磷遷移系數(shù)，其增幅分別為38.78%和28.57%，但顯著降低了穎殼向籽粒的磷遷移系數(shù)，其降幅分別為29.25%和25.69%。在Se1水平下，施磷顯著降低了根系向莖葉的磷遷移系數(shù)，P80和P160水平下降幅為68.87%和70.82%，但顯著增加了穎殼向籽粒的磷遷移系數(shù)，其增幅分別為36.04%和15.23%，說明施硒改變磷在冬小麥中的轉(zhuǎn)運，施硒可能抑制冬小麥根系對磷的吸收從而降低磷從根系向莖葉的遷移。

表3 磷硒配施下冬小麥各部位磷含量及遷移系數(shù)Table 3 Phosphorus content and migration coefficient of winter wheat under phosphorus and selenium combined application

2.4 磷硒配施對冬小麥植株各部位磷累積量和分配比例的影響

由表4 可知，在Se0和Se1水平下施磷均顯著增加了‘鄭麥379’籽粒、穎殼、莖葉和根系的磷累積量。與Se0處理相比，施硒顯著降低了P80和P160水平下‘鄭麥379’籽粒、穎殼、莖葉磷累積量以及總磷累積量，其降幅為13.82%~45.97%。籽粒和總磷累積量的最小值和最大值分別出現(xiàn)在P0Se1和 P160Se0處理。在Se0水平下，施磷增加了籽粒和穎殼的磷累積量分配比例，其增幅為15.60%~26.37%，但降低了莖葉的磷累積量分配比例，其降幅分別為37.34%和42.12%。在Se1水平下，施磷增加了籽粒和根系的磷累積量的分配比例，其增幅為22.27%~218.58%，但降低了穎殼和莖葉的磷累積量分配比例，其降幅為32.43%~44.17%。

表4 磷硒配施下冬小麥磷累積量Table 4 P accumulation amount of winter wheat under phosphorus and selenium combined application

2.5 磷硒配施對冬小麥植株各部位硒含量及硒遷移系數(shù)的影響

由表5 可知，在Se1水平下‘鄭麥379’各器官硒含量依次為根系>籽粒>穎殼>莖葉。在3 個磷水平下，施硒均顯著提高了各器官硒含量。在Se1水平下，施磷顯著降低了‘鄭麥379’根系、莖葉、穎殼和籽粒硒含量，其降幅為17.63%~62.45%。根系、莖葉、穎殼和籽粒硒含量的最大值均出現(xiàn)在P0Se1處理。與Se0處理相比，Se1處理降低了P80和P160水平下根系向莖葉的硒遷移系數(shù)，其降幅分別為31.58%和14.29%，但顯著增加了穎殼向籽粒的硒遷移系數(shù)，其增幅分別為181.93% 和118.52%，說明磷硒配施改變硒在冬小麥中的轉(zhuǎn)運，促進硒從穎殼向籽粒的遷移。

表5 磷硒配施下冬小麥各部位硒含量及遷移系數(shù)Table 5 Se content and migration coefficient of winter wheat under phosphorus and selenium combined application

2.6 磷硒配施對冬小麥植株各部位硒累積量和分配比例的影響

由表6可知，‘鄭麥379’成熟期各器官硒累積量依次為籽粒>根系>莖葉>穎殼。與Se0處理相比，施硒顯著增加了‘鄭麥379’籽粒、穎殼、莖葉、根系及總硒累積量。在Se0水平下，施磷降低了莖葉和根系硒累積量的分配比例，其降幅為6.35%~35.18%，增加了籽粒硒累積量的分配比例，其增幅為21.67%~37.16%。在Se1水平下，施磷降低了穎殼和莖葉硒累積量的分配比例，其降幅為16.00%~48.75%，增加了根系硒累積量的分配比例，其增幅為30.06%~55.56%。穎殼、莖葉、根系和整株硒累積量的最大值均出現(xiàn)在P80Se1處理，籽粒硒累積量分配比例的最大值出現(xiàn)在P160Se1處理。

表6 磷硒配施下冬小麥硒累積量Table 6 Se accumulation amount of winter wheat under phosphorus and selenium combined application

2.7 磷硒配施對‘鄭麥379’籽粒硒形態(tài)的影響

由表7 可知，在Se0水平下‘鄭麥379’小麥籽粒中未檢測到硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸和無機硒。在施硒條件下，籽粒中硒形態(tài)含量依次為硒代蛋氨酸>無機硒>硒代胱氨酸。在Se1水平下，施磷降低了冬小麥籽粒中硒代蛋氨酸和無機硒含量，其降幅分別為64.34%~66.96%和16.85%~34.83%。硒代胱氨酸僅在P0Se1處理檢測到，其含量為0.70 mg·kg-1。籽粒硒代蛋氨酸含量最大值出現(xiàn)在P0Se1處理，最小值出現(xiàn)在P160Se1處理，前者為后者的3.03倍。

表7 磷硒配施下冬小麥籽粒硒形態(tài)Table 7 Grain Se species of winter wheat under phosphorus and selenium combined application

3 討論

3.1 磷硒配施可顯著提高冬小麥產(chǎn)量

磷肥在提高作物產(chǎn)量方面具有重要作用，硒元素能夠參與植物體內(nèi)的能量代謝及光合作用，調(diào)節(jié)植物生長進而促進作物高產(chǎn)[31-32]。本研究中，冬小麥生物量和籽粒產(chǎn)量均隨磷肥用量的增加而增加。閆金垚等[33]發(fā)現(xiàn)，增施磷肥可促進不同品種水稻顯著增產(chǎn)，這與本研究結(jié)果相似。施硒1 mg·kg-1顯著增加了P80水平下冬小麥生物量及籽粒產(chǎn)量，降低了P160水平下冬小麥生物量及籽粒產(chǎn)量，表明施硒對冬小麥生物量和籽粒產(chǎn)量的影響受磷肥施用水平的影響。Nie 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在不同硒水平下，冬小麥籽粒產(chǎn)量隨施磷水平的增加呈先增加后降低的趨勢，這與本研究結(jié)果一致，可能是因為在正常磷水平（P80）條件下，配施一定量的亞硒酸鹽能提高植株光合作用進而促進增產(chǎn)[34-35]；而在高磷水平（P160）條件下，植物吸收磷酸鹽與亞硒酸鹽共用磷轉(zhuǎn)運蛋白通道[36]，施硒顯著降低了P160水平下小麥各部位磷含量及累積量，抑制了冬小麥根系對磷的吸收進而導(dǎo)致磷對植株的生長的促進作用減弱。趙文龍等[12]指出，在硒含量≤5 mg·kg-1時，施磷均能顯著增加小白菜地上部和地下部生物量，促進小白菜的生長，這與本研究結(jié)果不太一致，可能與作物種類有關(guān)。

3.2 磷硒配施降低冬小麥各器官硒含量，但提高硒累積量及硒從穎殼向籽粒的遷移

研究表明，土壤和葉面施硒均可提高植株葉片和水稻根、莖、葉及籽粒硒含量[37-38]。本研究中，與Se0處理相比，施用亞硒酸鈉可顯著提高冬小麥根、莖葉、穎殼及籽粒硒含量，與史麗娟等[39]對高粱的研究結(jié)果相似。在土壤-植物系統(tǒng)中，磷酸鹽與亞硒酸鹽關(guān)系復(fù)雜[12,17]。在土壤中由于磷酸鹽與亞硒酸鹽競爭吸附位點，增加磷的供應(yīng)水平可減少土壤表面對Se 的吸附，提高土壤中有效硒含量；在植物體中，由于磷酸鹽與亞硒酸鹽用相同的轉(zhuǎn)運通道，磷肥的施用降低了磷轉(zhuǎn)運蛋白的表達量，二者存在競爭吸收作用[25]。本研究表明，在Se1水平下，施磷顯著降低了冬小麥各部位硒含量。Wang 等[15]在水培條件下發(fā)現(xiàn)，水稻地上部硒含量與施磷水平呈顯著負(fù)相關(guān)，這一方面可能是因為施磷降低了磷轉(zhuǎn)運蛋白的表達量進而抑制冬小麥對硒的吸收[25,36]，另一方面可能是由于施磷顯著增加了植株生物量進而引起的生物稀釋效應(yīng)。趙文龍等[12]得出相似結(jié)論，施用磷肥促進小白菜生長產(chǎn)生生物稀釋作用，進而降低小白菜各部位硒含量。安軍妹等[16]在田間試驗條件下發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鹽（7.2 kg·hm-2）與磷酸一銨（180 kg·hm-2）配施能促進小麥對硒的吸收，顯著增加籽粒硒含量，這與本研究結(jié)果不一致，這可能與作物品種、磷肥形態(tài)和磷硒施用水平有關(guān)。本試驗在Se1水平下，P80和P160處理顯著增加冬小麥各部位硒累積量，且在P80Se1處理下達到最大值。磷肥的施用一方面會提高植物蒸騰作用，增強植物對硒的吸收能力；另一方面由于磷酸根和亞硒酸根在土壤中競爭吸附位點，施磷提高硒的有效性，促進植株對硒的吸收[17-18]。Liu 等[14]也發(fā)現(xiàn)，適宜的磷水平能促進水稻地上部對硒的累積，但過量施磷卻抑制硒的累積。潘麗萍等[40]研究表明，甘薯中硒的分配規(guī)律表現(xiàn)為葉片>莖葉>塊根。本研究中，‘鄭麥379’成熟期各器官硒累積分布依次為籽粒>根系>莖葉>穎殼，且磷硒配施處理促進了穎殼向籽粒的遷移，進而增加了硒在籽粒中的占比，這與劉紅恩等[5]研究結(jié)果一致。

3.3 施硒增加籽粒有機硒含量

植物體內(nèi)存在多種含硒化合物，包括蛋白硒、硒代氨基酸、硒多糖以及硒核酸等[41-43]，而大多數(shù)研究集中在硒代半胱氨酸、硒代胱氨酸和硒代蛋氨酸[15,44]。研究表明，施硒顯著增加小麥籽粒中總硒和有機硒含量，且含量最多的有機硒是硒代蛋氨酸[45]。盧鵬飛等[46]研究表明，葉面噴施納米硒、有機硒和無機硒肥均可顯著提高硒代氨基酸和無機硒含量，且噴施無機硒亞硒酸鈉時籽粒中無機硒含量最高。本研究中，在Se0水平下未檢測到硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸和無機硒，可能是因為在不施硒時冬小麥籽粒中硒含量較低。在Se1水平下，冬小麥籽粒硒形態(tài)含量依次為硒代蛋氨酸>無機硒>硒代胱氨酸，這與前人研究結(jié)果不太一致[46-47]，可能與外源硒肥形態(tài)和施硒方式有關(guān)。Wang 等[15]在水培條件下研究結(jié)果表明，水稻體內(nèi)硒代蛋氨酸含量占比最高，且磷酸鹽的施用顯著影響亞硒酸鹽在水稻體內(nèi)的代謝。本研究表明，在Se1水平下施磷顯著降低籽粒中硒代蛋氨酸和無機硒含量，一方面是因為施磷抑制了冬小麥對硒的吸收[25]；另一方面可能是因為磷參與植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成，進而影響植物體內(nèi)硒的代謝[23]。目前，磷肥與硒肥配施影響冬小麥籽粒硒的代謝機制尚未清楚，仍需進一步研究。