花期喷施亚硒酸钠对小麦生长特性及硒积累的影响

董石峰，孙敏*，赵剑敏，白雪，卢鹏飞，高志强，任爱霞，侯非凡，尹雪斌,2

(1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801；2.中国科学技术大学 苏州研究院，江苏 苏州 215123)

硒是人体谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化物的重要组分，有利于增强免疫力，在健康恢复和癌症防御上有重要作用[1，2]。植物硒是人体补硒的主要途径，但我国72%的土地处于低硒或缺硒状态，天然状态下难以满足人体对硒的需求[3，4]。通过增施外源硒可有效提高作物硒含量，是当前满足人体硒需求的主要途径之一[5]。小麦是我国主要的粮食作物之一，且相较于水稻、玉米有更强的硒富集能力，具有全民补硒的潜在价值[6]。前人在硒对小麦生长和硒积累上已有一定研究，适当浓度的硒可有效提高作物各器官硒含量，且随施硒浓度的增加，出现先增高后降低的趋势，而各器官硒积累量及分布则有所不同。陈玉鹏[7]、周鑫斌等[8]研究中，小麦各器官硒含量以根系最高，其次为穗部；而张妮等[9]研究表明，施硒后小麦穗部硒含量最高，根部最少。尽管硒不是小麦必需元素，但较多研究表明施硒可促进小麦产量的增加。宋家永等[10]研究表明，喷施亚硒酸钠可提高小麦籽粒硒含量及产量；冯魁等[11]研究表明，于灌浆期喷施15～60 g·hm-2亚硒酸钠可显著提高春小麦千粒重、穗粒数达6%～15%、3%～8%，增产5%～16%。但付冬冬等[12]研究表明，随施硒量的增加，小麦籽粒的产量出现降低的趋势；唐玉霞等[13]等研究表明，基施0.5～2 mg·kg-1亚硒酸钠对小麦产量的影响不显著，而浓度为2～5 mg·kg-1时，小麦株高、千粒重降低，减产5%～15%。籽粒中有机硒含量及其占比是评判籽粒对人体有益程度的重要指标，目前小麦富硒生产中主要以有机硒的含量及占比为生产目标。有机硒成分对人体的功效也有所不同[14]，了解小麦籽粒中有机硒的成分含量及其所占比例，有利于完善小麦富硒生产技术，为富硒小麦的推广提出更为详细的评价标准。为此，本试验通过喷施不同浓度亚硒酸钠，研究其对小麦生长特性、产量要素和硒元素积累形成的影响，旨在明确施硒对小麦生长及硒元素积累特性的影响，探究小麦硒肥施用技术，为富硒小麦生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验于2017—2018年连续2年在山西农业大学小麦研究基地进行，采用直径32 cm、高40 cm的陶瓷盆进行盆栽试验。供试土样基本地力状况为：有机质10.64 g·kg-1，全氮0.72 g·kg-1，全磷28.32 mg·kg-1，全钾102.06 mg·kg-1，全硒0.102 mg·kg-1，pH 8.4。土样过筛(直径10 mm)，土样与沙子以3∶1混匀，每盆装25 kg，同时基施5 g复合肥(N-P2O5-K2O=14-13-15)，品种为中麦175。于2017年10月1日播种，每盆播种16粒，出苗后定苗8株。返青期每盆追施纯氮0.46 g。以保持盆内土壤含水量70%为原则，平均每3 d称重浇水。

试验以亚硒酸钠分析纯试剂作为硒源，设施硒浓度8 mg·L-1(LSe)、16 mg·L-1(MSe)、24 mg·L-1(HSe)，不喷施硒为对照(CK)，共4个处理，重复10次，共40盆。于开花初期进行喷施，每盆喷施15 mL。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 根系形态指标

于开花期、成熟期将根系分别从3个陶瓷盆中整体取出，将其表面的附着物清洗干净，使用根系扫描仪(Epson Perfection V850 Pro)进行整盆根系形态分析。

1.2.2 各器官干物质量测定

于成熟期将小麦整盆取出，分成根、叶、茎、颖壳+穗轴和籽粒5个部分，于105 ℃下杀青30 min，65 ℃下烘干至恒重，称干物质量。

1.2.3 籽粒产量的测定

于成熟期整盆收获，风干后进行考种，记录籽粒产量以及有效穗数、穗粒数和千粒重等产量构成要素。

1.2.4 各器官硒含量及籽粒中硒形态的测定

籽粒硒含量采用原子荧光光谱仪(海光AFS-9780)测定[15]；籽粒硒形态用高效液相色谱—电感耦合等离子体质谱仪(HPLC：SHIMADZU LC-20AT；ICP-MS：Thermo Fisher Series X2)测定[16]。

1.3 计算方法及数据分析方法

采用Excel 2016进行数据处理，用DPS软件进行统计分析，用LSD法进行差异显著性分析，显著性水平取a=0.05。

各器官硒积累量=各器官硒含量×各器官干物质量；

各器官硒积累量占比=各器官硒积累量/植株总硒积累量；

籽粒中各形态硒积累量=籽粒中各形态硒含量×籽粒干物质量；

籽粒中各形态硒积累量占比=各形态硒积累量/籽粒硒积累量。

2 结果与分析

2.1 亚硒酸钠对成熟期植株根系形态的影响

开花期喷施亚硒酸钠处理较不喷施对照，增加了成熟期最大根长，显著增加了根总长、根表面积、根体积(表1)。喷施低浓度较中浓度显著增加了根直径，较高浓度显著增加了根表面积、根体积，喷施中浓度亚硒酸钠较其他两浓度显著增加了最大根长、根总长，但显著降低了根直径。可见，开花期喷施低浓度亚硒酸钠可有效缓解植株生育后期根系的衰老，提高根直径、根表面积及根体积，而喷施中浓度亚硒酸钠虽可增加根总长，根直径却降低。

表1 开花期喷施亚硒酸钠对成熟期根系形态的影响Table 1 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on root morphology at maturity

注:同列不同小写字母表示在0.05水平下差异显著。下同。

Note： Different letters in the same column indicate significant difference at 0.05. Same below.

2.2 亚硒酸钠对植株干物质量的影响

开花期喷施亚硒酸钠处理较不喷施对照，显著增加了成熟期根、叶干物质量及根冠比，但喷施高浓度亚硒酸钠显著降低了穗干物质量(表2)。根、茎、穗、整株干物质量及根冠比以喷施低浓度亚硒酸钠显著最高，以喷施高浓度显著最低。叶干物质量以中浓度最高，但与低浓度差异不显著。可见，开花期喷施低浓度亚硒酸钠有利于促进干物质积累，提高根冠比。

表2 开花期喷施亚硒酸钠对成熟期植株干物质量的影响Table 2 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on plant dry weight at maturity

2.3 亚硒酸钠对产量及其构成因素的影响

开花期喷施低、中浓度亚硒酸钠处理较不喷施对照，显著提高了穗粒数、千粒重、产量，分别达9%～12%、1%～2%、8%～17%。且低浓度较中浓度显著提高了千粒重和产量。喷施高浓度亚硒酸钠处理较不喷硒对照降低穗粒数显著，减产7%(表3)。可见，开花期喷施低浓度亚硒酸钠主要通过提高穗粒数、千粒重，从而提高产量。

表3 开花期喷施亚硒酸钠对产量及其构成因素的影响Table 3 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on plant yield and components

2.4 亚硒酸钠对植株各器官硒含量及硒累积量的影响

开花期喷施亚硒酸钠处理较不喷施对照显著提高了成熟期各器官硒含量及其累积量，提高了根和叶硒累积量所占比例(表4)。随着硒浓度的增加，根、茎、叶、籽粒中硒含量及茎硒积累量显著提高，茎、叶硒积累量所占比例提高；而籽粒中硒积累量及其所占的比例降低。可见，花期喷施亚硒酸钠可提高植株各器官硒含量，且随硒浓度的增加而提高，但低浓度亚硒酸钠更利于根、茎、叶中硒向籽粒中运转。

表4 开花期喷施亚硒酸钠对成熟期各器官硒含量及硒累积量的影响Table 4 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on Se content and Se accumulation in different parts at maturity

2.5 亚硒酸钠对籽粒中不同硒形态含量的影响

籽粒中有机硒形态主要为硒代蛋氨酸(占总硒的66%～72%)、硒代胱氨酸(占总硒12%～19%)及少量甲基硒代半胱氨酸，无机硒形态主要为硒酸盐(占总硒的10%～22%)(表5)。开花期喷施亚硒酸钠处理较不喷施对照显著提高了籽粒各形态硒含量及其积累量，降低硒代蛋氨酸积累量所占比例。随着硒浓度的增加，籽粒中硒代蛋氨酸及硒酸盐含量显著提高，硒酸盐累积量及其所占比例显著提高；而硒代胱氨酸含量显著降低，硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸积累量及其所占比例显著降低，且低浓度存在少量甲基硒代半胱氨酸。可见，花期喷施亚硒酸钠可提高籽粒各形态硒含量，且低浓度较中、高浓度更利于籽粒中有机态硒积累。

表5 开花期喷施亚硒酸钠对籽粒中硒元素含量及其占比的影响Table 5 Effects of spraying sodium selenite at anthesis on Se content and ratio in grain

3 讨论与结论

3.1 亚硒酸钠对小麦生长发育的影响

硒是人体必需的微量元素，但对作物的必要性尚无定论，总体趋势为低浓度促进，高浓度抑制。宋家永等[10]研究表明，灌浆期叶面喷施外源硒可有效提高小麦根系活性；刘新伟等[17]研究表明，施硒促进了小麦干物质量的积累；唐玉霞[18]、邵志慧等[19]研究表明，使用浓度低于0.5 mg·L-1的亚硒酸钠溶液浸种有利于小麦苗期的生长，浓度高于5 mg·L-1则出现抑制，有毒害效应。本试验中成熟期根系较开花期根长、根直径、根表面积、根体积均降低，但施硒较对照可有效缓解根长、根表面、根体积的衰老，有利于维持地上部的生长。低、中浓度处理有利于地上部各器官发育，高浓度处理使地上部干物质积累有所下降。随硒浓度的增加，硒对小麦各器官生长发育的促进作用有所降低，这可能是由于适当的硒能提高小麦体内谷胱甘肽过氧化物酶的含量，增加小麦的抗氧化性，促进小麦生长；而高浓度硒则会导致小麦体内积累过量，引起小麦的过氧化反应，增高了丙二醛等的含量，对小麦的生长有所抑制。

3.2 亚硒酸钠对小麦产量及构成要素的影响

前人关于硒对小麦产量影响的研究报道有所差异。匡恩俊等[20]研究表明，开花期喷施施亚硒酸钠可增加小麦穗粒数和千粒重，促进产量的增加；张妮等[21]研究表明，施硒使小麦穗粒数和千粒重分别提高9%、6%，产量增加15%。刘红恩等[22]研究表明，施加浓度为0.5 mg·kg-1的亚硒酸钠时，促进小麦产量及其构成要素，而浓度为5～10 mg·kg-1时，则减产8%～29%。本试验结果表明，开花期叶面喷施低、中浓度亚硒酸钠时，促进了小麦穗粒数、千粒重的增加，分别达9%～12%、1%～2%，增产8%～17%；而高浓度显著降低穗粒数，使小麦减产。低、中浓度处理下，小麦的不孕小穗数较少，主要增加了小麦的穗粒数，促进小麦增产，高浓度则由于显著增加不孕小穗数，导致减产。小麦穗数主要受其生育前期发育的影响，本试验亚硒酸钠喷施时期为开花期，对穗数的影响并不显著，但在基施外源硒的研究报道中，小麦穗数会出现随硒浓度升高逐渐降低的趋势[12]。

3.3 亚硒酸钠对小麦硒积累、形态的影响

施加外源硒可显著提高作物各器官硒含量，且随硒浓度的增加而增加。李鸣凤等[23]研究表明，施加外源硒后，籽粒硒积累量较其他器官最高；冯魁等[11]研究表明随施硒浓度的增加，籽粒硒积累所占比例下降，硒利用率呈降低趋势。本试验研究表明，随施硒浓度的增加，小麦各器官硒含量显著提高，显著提高根、茎、叶硒积累量，籽粒硒积累量占植株总硒比例随施硒浓度的增加显著降低，这与前人研究结果基本一致。此外，随施硒浓度的增加，根、叶硒含量增长幅度较大，硒向籽粒中的转移量下降。根、叶是小麦吸收外源硒的主要部位，增加硒浓度后，根、叶硒含量急剧增加，而籽粒硒积累量占比受到籽粒硒含量和籽粒产量的综合影响，从而导致籽粒积累量占比有所用不同。

硒在植株体内主要以硒酸盐的形态存在，在叶中转化为有机硒后向籽粒中运输，但也有部分硒酸盐直接进入籽粒中。小麦籽粒中的有机硒较无机硒安全性更高，利于人体吸收。有机硒不同的形态对人体的作用有所不同，硒代蛋氨酸有较强的抗病作用[14],硒代胱氨酸可以提高人体对肿瘤的抗性[24],甲基硒代半胱氨酸在缓解、治疗癌症方面有重要作用[25]。刘庆等[26]研究表明，施硒使籽粒有机硒达总硒的79%～82%，且随硒浓度的提升，籽粒有机硒、无机硒含量增高，但有机硒含量占比有所降低。本试验结果表明，开花期喷施亚硒酸钠使籽粒有机硒含量达78%～90%，低浓度有机硒所占比例较中、高浓度高6.3%、11.6%，且存在对抗癌极有意义的甲基硒代半胱氨酸。随施硒量的增加，籽粒有机硒占比逐渐降低，硒酸盐含量有所上升。此外，施硒浓度对小麦硒形态存在形式及占比有所影响，但具体调控机制仍需进一步研究。