外源施硒措施对水稻产量品质及植株硒分布的影响

陈雪　沈方科　梁欢婷　阳继辉　张宏旺　顾明华　韦燕燕

摘要：【目的】探究土壤和葉面施硒肥对水稻产量品质及硒在稻株中分布的影响，为富硒水稻栽培提供参考。【方法】以博III优、三香628为试验材料，采用土壤和叶面施用亚硒酸钠的不同施肥方式，分别测定两个水稻品种的产量、品质及植株中硒的含量分布特征。【结果】通过土壤和叶面施用亚硒酸钠对水稻生物量、产量及收获指数均无显著影响（P>0.05），但可提高水稻籽粒蛋白质含量，平均增幅分别为1.57%和2.36%，存在品种差异。经土壤和叶面施用硒肥均能显著提高水稻籽粒中的硒含量（P<0.05），与对照相比，分别增加5.48和10.84倍，且采用叶面施硒时博III优、三香628籽粒的硒含量均高于土壤施硒的方式和对照。从水稻植株各部位硒的分配比例看，采用土壤施硒，三香628中硒滞留在根中的比例高于博III优，但三香628中硒在茎、叶、籽粒的分布比例低于博III优；采用叶面喷施，三香628中硒滞留在叶片的比例高于博III优，但三香628中硒在根、茎、籽粒的分布比例低于博III优。硒在两种水稻品种的籽粒和其他部位分配比例的不同是造成籽粒硒含量差异的一个重要原因。【结论】通过土壤和叶面施硒肥的农艺措施可在一定程度上调控水稻籽粒硒积累，改善稻米主食区居民的硒营养状况。

关键词： 水稻；硒；产量；品质；分布特征

中图分类号： S511.062 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）01-0046-05

Abstract：【Objective】The present study researched effects of soil and foliar applications of selenium on rice yield， quality， distribution of selenium in seedling， in order to provide reference for selenium-enriched rice cultivation. 【Method】BoIIIyou and Sanxiang 628 were taken as experiment materials. After soil and foliar applications of sodium selenite on two rice varieties， yield， quality， the content distribution of selenium in the two rice varieties were determined. 【Result】Soil and foliar applications of selenium had no significant effect on rice biomass production and harvest index（P>0.05）， but they could increase rice grain protein content by 1.57% and 2.36% respectively. Significant difference on protein content was found between two varieties. Meanwhile， compared to control， soil application of selenium and foliar application of selenium significantly increased（P<0.05） the selenium content in rice grain by 5.48 and 10.84 times respectively. For both varieties， selenium content in rice grain in foliar application was the higher than those in soil application and control. Furthermore， after soil application of selenium， Sanxiang 628 contained higher proportion of selenium retention in roots than BoIIIyou， while Sanxiang 628 contained lower distribution proportion in stem， leaf and grain than BoIIIyou. After foliar application of selenium， Sanxiang 628 contained higher proportion of selenium in leaf than BoyIIIyou， but Sanxiang 628 contained lower proportion of selenium in root， stem and grain than BoIIIyou. These data indicated that selenium distribution differences in grain and other parts of the two rice varieties might an important cause of differences in grain selenium content. 【Conclusion】Agronomic measures like soil and foliar applications of selenium can regulate selenium accumulation in grain to a certain extent. In this way， selenium nutritional quality for people who eat rice as staple food can be improved.

Key words：rice； selenium； yield； quality； distribution feature

0 引言

【研究意义】硒是对人体有益的一种微量元素，人体缺硒会导致罹患大骨病和克山病等一系列疾病（熊咏民等，1998）。我国约有1亿多人口由于膳食中硒缺乏，造成人体低硒营养不良状态，且缺硒多在以谷类为主食的人群中发生（胡秋辉等，2000）。水稻是我国一半以上居民的主粮，稻米的硒生物强化是解决我国居民对硒元素需求的最有效途径（方勇，2010）。因此，通过比较不同施硒方式对水稻产量、品质及硒分布的影响，对富硒水稻的研究和发展具有重要意义。【前人研究进展】目前，对于水稻自然富硒已有不少报道，但因各种原因无法控制水稻自然富硒的稳定性，所得结果并不理想（石爱华等，2015）。因此，稻米硒生物强化的技术开始被广泛关注，其中外源添加硒肥是补充植物硒含量的一条重要途径。纪国成等（2003）通过叶面喷施1500 g/ha富硒增产剂，提高稻米中硒含量2～7倍。方勇等（2013）利用水稻叶面喷施75 g/ha硒肥处理，发现精米、米糠和稻壳中硒含量均显著提高，且显著提高了稻米中粗蛋白含量，其中積累硒最多的是米糠。王兆双等（2015）通过土壤外源添加3 mg/kg亚硒酸钠，研究得出10种不同稻米中的硒含量增加了0.71～16.36倍。同时，要获得富硒大米可通过不同基因型水稻品种的差异筛选和鉴定累积硒能力强的水稻品种或中间材料来培育富硒功能性强的新品种（石爱华等，2015）。已有报道表明，利用水稻品种对硒富集能力存在基因型差异，可筛选获得水稻籽粒硒积累高的水稻品种（余守武等，2011）。大量研究证明，土壤和叶面喷施硒可显著提高水稻籽粒硒积累（周鑫斌等，2007）。因此，通过水稻施硒肥提高稻米硒含量被广大研究者认为是一种经济、有效的方案。【本研究切入点】目前，外源施用硒肥被认为是提高稻米中硒含量的有效途径，但不同施硒肥方式对不同水稻品种中硒含量及分布的系统研究较少。【拟解决的关键问题】以广西地区种植面积较广的两个水稻品种博III优和三香628为试验材料，分别采用土壤施用和叶面喷施亚硒酸钠两种方式对水稻进行硒元素强化，比较两个水稻品种对土壤硒和叶面硒的吸收、分配及其水稻产量和品质的变化，筛选出富硒优势较明显的水稻品种和硒施用技术，为发展富硒水稻产业提供技术支持。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试土壤采自广西大学试验田水稻土，用多点取样法采集表层0～20 cm土壤。土壤基本理化性质：pH 5.32，土壤有机质17.95 g/kg，全氮8.67 g/kg，速效磷30.55 mg/kg，速效钾90.65 mg/kg，总硒含量0.38 mg/kg，有效硒含量0.04 mg/kg。供试水稻品种：博III优（博白县农业科学研究所提供）和三香628（广西农业科学院水稻研究所提供）。

1. 2 试验设计

试验采用盆栽法，在直径30 cm、高40 cm的塑料桶中盛9 kg风干土，于广西大学农学院农业大棚内种植。采用完全因素试验设计。设2个因子，即2个水稻品种（博III优和三香628）。硒肥为亚硒酸钠（Na2SeO3）（98.0%，天津市四通化工厂生产）。以不施硒肥为对照（CK），设两种施硒肥方式：一种是土壤施硒肥（Soil Se），即于秧苗移栽前每千克干土中添加1 mg亚硒酸钠（以Se计），充分混匀；另一种是叶面喷施硒肥（Foliar Se），即于水稻生长周期的分蘖期、孕穗期、灌浆期在叶面喷施10 mg/L的亚硒酸钠（以Se计），每盆喷300 mL，喷施均匀。土壤施硒肥和CK喷施相同体积的去离子水。每处理设4次重复，试验采用随机区组实验设计。所有处理施用尿素量均为0.332 g/kg，按7∶3的比例分别在移栽前与土壤混匀施入及在分蘖期追施，施磷酸二氢钾（KH2PO4）量为0.288 g/kg，施氯化钾（KCl）量为0.159 g/kg，磷肥和钾肥在水稻移栽前与土壤混匀作为基肥施入。水稻种子经人工挑选出饱满的籽粒后，用10% H2O2消毒15 min，浸种过夜，然后用纱布包裹好催芽，等到种子露白时把种子撒入育苗盆中育苗，在5叶期时选择大小一致的苗移栽。每桶3穴，每穴1株，每天浇水使水稻处于水淹状态。

1. 3 取样及指标测定

水稻成熟期取样。将水稻植株连根拔起后，先用自来水冲洗干净，然后用0.1%盐酸溶液浸洗10 min，再用去离子水洗涤3次。之后，将水稻样品称取植株鲜重，并将水稻植株分为根、茎、叶、籽粒4个部分，籽粒用于风干，测定产量，根、茎、叶用信封袋储存，放到恒温烘箱里，先用105 ℃杀青30 min，再用75 ℃烘干至恒重，分别称干重，并作记录；然后用不锈钢磨样机粉碎，制成粉状样品用封口袋储存，以备测定。用糙米机（型号JGMJ8098，上海嘉定粮油仪器有限公司）将籽粒脱壳成糙米，称其重量，再用不锈钢磨样机粉碎，制成粉状样品，用封口袋储存，置于常温下，以备测定。

植株中全硒含量测定：称取约0.3 g的水稻样品，将其放入聚四氟乙烯管，加入4 mL优级纯硝酸和1 mL优级纯双氧水，置于微波消解仪（CEM Mars6，美国）中消解，消解液中硒含量采用ICP-MS（Agilient 7500a，美国）进行测定。

籽粒中蛋白质的测定采用凯氏定氮法进行测定。称取约1.0 g的样品放入消煮管中，加入5 mL浓硫酸和2 mL双氧水，放置过夜，第2 d进行消煮至液体澄清；得到的消煮液用凯氏定氮仪测定氮含量；再根据换算因子5.92进行计算获得样品中蛋白质含量。

1. 4 统计分析

试验数据采用SPSS 19.0进行方差分析，采用Duncans进行多重比较，采用Excel 2013制图。

2 结果与分析

2. 1 土壤和叶面施硒肥对水稻生物量、产量和收获指数的影响

由表1可知，博III优和三香628两个水稻品种在经土壤和叶面施硒肥处理后，其生物量、产量和收获指数与CK相比差异均不显著（P>0.05，下同）。总体上，博III优的生物量、籽粒产量和收获指数均高于三香628。

2. 2 土壤和叶面施硒肥对水稻籽粒蛋白质含量的影响

由图1可看出，与CK相比，土壤和叶面喷施硒肥处理均能显著提高博III优和三香628两个水稻品种的籽粒蛋白质含量（P<0.05，下同），土壤和叶面喷施硒肥处理平均增幅分别为1.57%和2.36%。两个水稻品种的籽粒蛋白质含量存在明显品种差异，博III优的籽粒蛋白质含量高于三香628，平均高出1.22%。

2. 3 土壤和叶面施硒肥对水稻各部位硒含量的影响

由表2可看出，对于博III优，土壤和叶面施硒肥均能显著提高其根部硒含量，分别比CK增加102.38和10.33倍，其茎部硒含量均有显著提高，分别比CK增加1.82和11.68倍；叶面施硒肥对其叶部硒含量有显著提高，比CK增加29.77倍，而土壤施硒肥对其叶部硒含量无显著影响；土壤施硒肥和叶面噴硒对其籽粒硒含量有显著影响，硒含量分别为216.64和362.10 μg/kg，比CK分别增加8.86和15.47倍。对于三香628，土壤和叶面施硒肥均能显著提高其根部的硒含量，分别比CK增加72.03和3.38倍，其茎部硒含量也显著提高，分别比CK增加4.37和18.43倍；叶面喷硒对其叶部硒含量具有显著的提高作用，而土壤施硒肥对其叶部硒含量影响不显著；土壤和叶面施硒肥均显著提高其籽粒硒含量，分别比CK增加2.38和6.58倍。

由表2还可看出，水稻各部位硒含量存在显著的品种差异。对于水稻根部，在土壤和叶面施硒肥及CK不同处理下，三香628的根部硒含量均显著高于博III优；对于水稻茎部，其结果与根部相反，在3种处理下，博III优的茎部硒含量均显著高于三香628；对于水稻叶部，在CK和土壤施硒肥两个处理下，三香628和博III优的叶部硒含量无显著差异，但在叶面喷硒处理下，三香628的叶部硒含量显著高于博III优；对于水稻籽粒，在不施硒处理（CK）下，三香628和博III优的籽粒硒含量无显著差异，但在土壤和叶面施硒肥的处理下，博III优的籽粒硒含量均高于三香628。

2. 4 土壤和叶面施硒肥对水稻各部位硒分配比例的影响

由图2可看出，博III优和三香628两个水稻品种在成熟期其不同组织部位中硒的分布随着不同施硒处理方式而变化。在不施硒肥条件下，博III优植株根部吸收的硒大部分积累在茎和叶中，分配比例分别为39.54%和37.85%，其次为根部积累的硒（14.70%），只有小部分进入籽粒；三香628植株吸收的硒大部分积累在根部（40.00%），其次是叶（37.93%）和茎（14.60%），小部分硒进入籽粒；总体来看，不施硒的情况下两个品种叶部中硒所占比例均较大。在土壤施硒肥条件下，两个品种的植株中硒在其根、茎、叶中的分配比例存在差异，但总体上表现为，硒滞留在根部中的比例明显增加，而茎、叶和籽粒占的比例降低。在叶面施硒肥条件下，两个品种植株中硒在根、茎、叶的分配比例存在差异，但与不施硒肥相比，均表现为硒滞留在叶部中的比例显著增加，而根、茎、籽粒中硒所占比例有所降低。

3 讨论

本研究发现通过土壤和叶面施硒肥对水稻生物量和产量均无显著影响，因此，硒不是作物产量主要的限制因子，与张莹（2009）通过叶面喷施亚硒酸钠，发现两种基因型水稻的生物量均无显著变化的研究结果一致。另外，两个水稻品种经土壤和叶面施硒后，其籽粒所含蛋白质含量均显著提高，平均增幅度分别为1.57%和2.36%，与方勇（2010）通过喷施75 g/ha硒肥使稻米粗蛋白含量显著提高的研究结果相一致。适量对水稻叶面施硒肥可提高稻米蛋白质含量，其原因可能是植物体内形成了新的含硒蛋白质。

外源施硒可不同程度地提高籽粒中硒含量。本研究中，土壤施用亚硒酸钠后可显著提高两个水稻品种籽粒硒含量，与Boldrin等（2013）发现巴西热带土壤中施用硒酸盐和亚硒酸盐均具有增加水稻籽粒中硒含量的结果相似。同样，黄青青等（2014）研究发现在不同土壤中添加亚硒酸钠均显著提高水稻成熟期籽粒硒含量。本研究还发现，土壤施用亚硒酸钠后，水稻根、茎和籽粒硒含量显著提高，与CK相比，平均增幅分别为79.66、2.58和5.48倍；但总体上，硒主要积累在水稻的根部，其原因可能是外源亚硒酸盐可被植物根部吸收，经过转化又成为其他的形态的硒，如硒代蛋氨酸等，这些物质的大部分硒停留在根部，仅有少部分通过木质部向地上部转运（Li et al.，2008）。另外，叶面喷施亚硒酸钠也可显著提高水稻根、茎、叶和籽粒硒含量，在叶面喷硒处理下，博III优籽粒硒含量为362.10 μg/kg，三香628籽粒硒含量为181.69 μg/kg，比不施硒处理分别提高了15.47和6.58倍；高岳等（2015）通过叶面喷施含亚硒酸钠的富硒剂生产富硒米，其硒含量是对照组的10倍；Chen等（2002）发现，叶面喷施亚硒酸钠使精米中硒含量分别提高了6.6倍；周鑫斌等（2007）研究发现叶面喷施亚硒酸钠能显著提高籽粒硒含量，且这部分硒多为蛋白结合态硒形态存在于籽粒中。此外，本研究结果显示，在外源硒施用量一致的情况下，两个水稻品种均在叶面喷硒后，籽粒获得的硒含量高于土壤施用硒处理。其主要原因是叶面喷施的硒能在较短时间内被叶片吸收并转运至籽粒，且较之土壤施硒，叶面施硒不接触土壤，减少了土壤固定，提高了硒在植物中的利用效率。广西地方标准《富硒农产品硒含量分类要求》（DB45/T 1061-2014）规定富硒大米硒含量为150～500 μg/kg，本研究中在水稻的分蘖期、孕穗期和灌浆期进行叶面喷硒300 mL（浓度10 mg/mL）均可提高两个品种籽粒硒含量，并达到富硒大米标准。

已有报道显示，水稻籽粒硒含量存在基因型差异（余守武等，2011；周鑫斌等，2014）。在本研究中，在土壤和叶面施硒肥情况下，博III优和三香628两个品种植株各部分的硒分配存在差异。在土壤施硒肥处理下，三香628植株中硒滞留在根中的比例高于博III優，而三香628的茎、叶和籽粒中硒的分布比例低于博III优，可能与两个品种中根向地上部的转运效率不同有关。已有报道证实，木质部装载过程的快慢直接影响硒在植物体中长距离运输效率（Zhang et al.，2006；Li et al.，2008；Sun et al.，2010）。本研究中，在高硒土壤中，博III优和三香628相比较，博III优具有更高效、快速地将硒从根系通过木质部运输到地上部的特点；当叶面喷硒后，硒滞留在三香628叶片的比例高于博III优，而硒在三香628茎、根、籽粒中的分布比例低于博III优。由此可知，水稻不同品种从叶组织经由韧皮部向发育的籽粒转运和种子的装载硒能力不同，与三香628相比，博III优能够把其叶片中更多硒经韧皮部转运至籽粒中，从而提高籽粒硒含量。因此，外源硒在博III优和三香628两个品种的籽粒和其余部位中的分配差异是造成籽粒硒含量差异的一个重要原因。

4 结论

通过土壤和叶面施硒肥的农艺措施可在一定程度上调控水稻籽粒硒积累，改善稻米主食区居民的硒营养状况。

参考文献：

方勇. 2010. 外源硒在水稻籽中的生物强化和化学形态研究[D]. 南京：南京农业大学.

Fang Y. 2010. Studies on slenium biofortification and chemical speciation in rice grain[D]. Nanjing： Nanjing Agricultural University.

方勇，陈曦，陈悦，罗佩竹，杨文建，马宁，辛志宏，赵立艳，胡秋会. 2013. 外源硒对水稻籽粒营养品质和重金属含量的影响[J]. 江苏农业学报，29（4）： 760-765.

Fang Y， Chen X， Chen Y， Luo P Z ， Yang W J， Ma N， Xin Z H， Zhao L Y， Hu Q H. 2013. Effects of exogenous selenium on nutritional quality and heavy metal content of rice grain[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences， 29（4）： 760-765.

高岳，宋京城，阙小峰，徐良，司文会. 2015. 灌浆期喷施叶面富硒剂对水稻茎，籽粒富硒及氮磷钾吸收的影响[J]. 江苏农业科学， 43（10）： 74-76.

Gao Y，Song J C，Que X F，Xu L，Si W H. 2015. Effects of spraying foliar selenium-rich agent on selenium and NPK absorption of stem and grain at filling stage[J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 43（10）： 74-76.

胡秋辉，朱建春，潘根兴. 2000. 硒的土壤生态环境、生物地球化学与食物链的研究现状[J]. 农村生态环境，16（4）： 54-57.

Hu Q H，Zhu J C，Pan G X. 2000. Biological geochemistry and selenium in food chain[J]. Ecology and Rural Environment，16（4）： 54-57.

黄青青，杜威，王琪，张敬锁，江荣风，李花粉. 2013. 水稻对不同土壤中硒酸盐/亚硒酸盐的吸收和富集[J]. 环境科学学报，33（5）： 1423-1429.

Huang Q Q，Du W，Wang Q，Zhang J S，Jiang R F，Li H F. 2013. Uptake and accumulation of Se by rice in different soils supplied with selenite or selenate[J]. Acta Scientiae Circumstantiae，33（5）： 1423-1429.

纪国成，李秀琪，黄洪明. 2003. 富硒增产剂在水稻上应用效果研究初报[J]. 中国稻米，（6）：31.

Ji G C，Li X Q，Huang H M. 2003. Study on application of Se- fertilizer to rice[J]. China Rice，（6）：31.

石爱华，彭祚全，张妍艳，刘龙庆. 2015. 我国富硒大米的研究与开发[J]. 微量元素与健康研究， 32（1）： 31-32.

Shi A H，Peng Z Q，Zhang Y Y，Liu L Q. 2015. Selenium-rich rice research and development in China[J]. Studies of Trace Elements and Health， 32（1）： 31-32.

王兆双，涂书新，熊双莲，郑威. 2015. 土壤硒水平和硒肥对水稻硒含量、抗氧化反应及干物质积累的影响[J]. 核农学报，29（12）： 2375-2384.

Wang Z S，Tu S X，Xiong S L，Zheng W. 2015. Effects of soil Se levels and Se application on Se content， antioxidative responses and biomass accumulation of rice[J]. Journal of Nuclear Agriculture Sciences，29（12）： 2375-2384.

熊咏民，毕华银，王治伦，白偲，于志道，薜莉，耿冬，陈风石. 1998. 大骨节病、克山病共存区及特异病区血硒及有关生化指标的测定[J]. 广东微量元素科学， 5（10）： 18-21.

Xiong Y M，Bi H Y，Wang Z L，Bai S，Yu Z D，Xue L，Geng D，Chen F S. 1998. Determination of blood selenium， vitamin C and phosphorus in people from the co-existence of KBD and KSD areas and some special areas[J]. Guangdong Trace Elements Science，5（10）： 18-21.

余守武，陳合云，郑学强，范天云，马德高，闫川，陈珊宇，洪晓富，阮关海. 2011. 水稻籽粒硒含量的基因型差异及其与产量性状的相关性分析[J]. 核农学报，25（5）： 993-997.

Yu S W，Chen H Y，Zheng X Q，Fan T Y，Ma D G，Yan C，Chen S Y，Hong X F，Ruan G H. 2011. Genotypic variation of seed selenium content and its relationship with yield traits in rice（Oryza sativa L.）[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences， 25（5）： 993-997.

张莹. 2009. 叶面喷施亚硒酸钠对红米糙米中有益微量元素和花色苷成分含量的影响[D]. 雅安：四川农业大学.

Zhang Y. 2009. Effect of applying sodium selenite on contents of beneficial microelements and anthoyanin in red rice[D]. Yaan： Sichuan Agricultural University.

周鑫斌，施卫明，杨林章. 2007. 叶面喷硒对水稻籽粒硒富集及分布的影响[J]. 土壤学报，44（1）： 73-78.

Zhou X B，Shi W M，Yang L Z. 2007. Effect of follar application of selenite on selenium accumulation and distribution in rice[J]. Acta Pedologica Sinica， 44（1）： 73-78.

周鑫斌，于淑惠，赖凡. 2014. 水稻品种间吸收和转运硒特性差异机制研究[J]. 土壤学报，51（3）： 594-599.

Zhou X B，Yu S H，Lai F. 2014. Mechanisms of differences in selenium absorption and transport between rice plants different in cultivar[J]. Acta Pedologica Sinica， 51（3）： 594-599.

Boldrin， Faquin P F， Ramos V， Boldrin S J， vila K V F， Guilherme F W G， Guimar es L R. 2013. Soil and foliar application of selenium in rice biofortification[J]. Journal of Food Composition and Analysis，31（2）： 238-244.

Chen L C，Yang F M， Xu J， Hu Y，Hu Q H，Zhang Y L，Pan G X. 2002. Determination of selenium concentration of rice in China and effect of fertilization of selenite and selenate on selenium content of rice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，50（18）： 5128-5130.

Li H F， Mcgrath S P，Zhao F J. 2008. Selenium uptake， translocation and speciation in wheat supplied with selenate or selenite[J]. New Phytologist，178（1）： 92-102.

Sun G X， Liu X， Williams P N， Zhu Y G. 2010. Distribution and translocation of selenium from soil to grain and its speciation in paddy rice（Oryza sativa L.）[J]. Environmental Science & Technology， 44（17）： 6706-6711.

Zhang L H，Shi W M，Wang X C. 2006. Difference in selenium accumulation in shoots of two rice cultivars[J]. Pedosphere，16（5）： 646-653.

（责任编辑 邓慧灵）