富硒区补硒对黑小麦植株硒积累的影响

白 雪，孙 敏，董石峰，卢鹏飞，侯非凡，刘 昊，高志强

（山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801）

硒作为一种人体必需的微量元素［1-2］，在人体内以硒蛋白的形式，发挥多种抗氧化作用［3-4］以及对细胞内生物结构提供保护［5］。2013 年，中国营养学会将成人每天硒的推荐摄入量（RNI）和可耐受最高摄入量(UL)分别定为 60 和 400 μg/d［6-7］，但实际人体摄入量仅为推荐摄入量的48%左右［8-9］。人体内硒含量主要来自于食物，因此提高粮食作物中硒含量，以天然有机硒的形式为人类提供安全有效的补硒途径已发展成一种趋势。在全球土壤中硒含量普遍较低［10-11］，李家熙等［12］根据全国土壤地球化学的调查数据在土壤类型上的硒含量分布特征，将土壤划分为极低硒土壤(＜100 μg/kg)、低硒土壤(100 ～200 μg/kg)、中硒土壤(200 ～400 μg/kg)、高硒土壤(＞400 μg/kg)，我国大部分土壤硒含量低于200 μg/kg［13-14］。黑小麦比普通小麦对硒的富集能力强［15］，在缺硒地区表现出更高的品质优势，因此黑小麦被认为是一种天然的富硒黑色营养谷物［16］，被营养学家称为补钙、富硒、高碘营养麦［17-18］。目前，在缺硒地区黑小麦的研究主要集中在富硒能力的强弱及对补硒的响应，而在富硒地区相关研究较少。我国除缺硒地区外，还有少部分的天然富硒区，例如：湖北恩施，江苏宜兴，山西洪洞等。洪洞县土壤硒含量达到604.98 μg/kg。因此，本研究选择山西洪洞天然富硒区为试验基地，以黑小麦品种（‘冀紫496’‘临黑145’和‘临黑131’）为试验对象，研究不同黑小麦品种自身的富硒能力，以及开花期喷施有机硒肥对不同黑小麦品种的硒吸收、积累及产量的影响，明确其硒吸收积累特征，为天然富硒区发展富硒黑小麦产业和人体科学补硒提供科学依据和理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试黑小麦品种为‘冀紫496’‘临黑145’‘临黑131’，由山西省临汾市洪洞县农委提供。有机硒肥（含硒量为548 200 μg/kg）由山西硒康乐商贸公司提供。

1.2 试验地概况

试 验 于2017 年10 月 至2018 年7 月 在 山 西省临汾市洪洞县辛村镇马三村试验基地实施。洪洞县位于山西省南部，临汾盆地北端，位于北纬36°05 ～36°23′、东 经111°30′ ～112°50′。0 ～20 cm 土层土壤基础地力状况为：土壤硒含量为604.98 μg/kg，有机质含量为13.15 g/kg，全氮含量为0.79 g/kg，速效磷含量为17.52 mg/kg，速效钾含量为209.46 mg/kg， pH 为8.03，试验田前茬作物为玉米。

1.3 试验设计

试验采用2 因素裂区设计，主区为开花期叶面喷施有机硒（Se）和不喷施硒肥（CK），副区为3 个黑小麦品种‘冀紫496’‘临黑145’‘临黑131’，共6 个处理，小区面积56 m2（3.5 m×16 m），重复3 次。开花期喷肥选择在晴天无风的下午(2018年5 月12 日)喷施，喷施量为15 g/hm2。10 月2 日播种，复合肥（N∶P∶K=20∶16∶4）750 kg/hm2，播量为300 kg/hm2，行距20 cm，采用宽幅条播施肥一体机播种，6 月15 日收获，大田常规管理。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 成熟期各器官干物质量的测定 在成熟期进行取样，植株样品沿茎基部剪去根系，地上部分为茎秆、叶、颖壳+穗轴、籽粒四部分。于105 ℃杀青30 min 后，80 ℃烘24 h，待冷却称量，记录干物质量。

1.4.2 产量及构成因素的测定 于成熟期，每个小区选择长势均匀的1 m2小麦样段，调查全部穗数后换算成每公顷穗数。以30 个穗的粒数均值获得平均穗粒数，脱粒、烘干、去除碎粒后称量得其籽粒重，换算成千粒重，3 次重复取平均值，计算产量。

1.4.3 各器官硒含量的测定 成熟期茎秆、叶、颖壳+穗轴和籽粒的硒含量均采用氢化物发生-原子荧光光度法，用原子荧光光度计(AFS，AFS-8220，北京吉天仪器有限公司）测定［19］。

1.4.4 籽粒中硒形态的测定 成熟期籽粒中硒形态主要以有机态硒和无机态硒存在，有机硒分为硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代胱氨酸（SeCys2）、甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）、硒代乙硫氨酸（SeEt）；无机硒分为硒酸盐（Se6+）和亚硒酸盐（Se4+）。籽粒中硒形态均用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪（HPLC-ICP-MS，NexION300X，美国）测定［20］。

1.4.5 硒积累量计算方法 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。

1.5 数据分析

采用Excel 2010 进行数据整理，数值计算结果用平均值表示；数据处理采用DPS10 统计软件进行统计分析，差异显著性检验用LSD 法，显著性水平取α=0.05。

2 结果与分析

2.1 富硒区黑小麦籽粒硒含量的差异

天然富硒区不施硒肥黑小麦籽粒硒含量在159 ～175 μg/kg 之间，开花期喷施硒肥提高籽粒硒含量1.47 ～1.54 倍（表1）。刘慧等［21］综合不同研究给出的适宜人和动物使用的小麦籽粒硒含量的推荐量，将富硒小麦籽粒硒含量标准定为150 ～300 μg/kg。可见，天然富硒区不喷施硒肥小麦籽粒硒含量仅达到此标准下限。而补硒即开花期喷施有机硒肥后可进一步强化籽粒硒含量。

表1 富硒区不同黑小麦开花期喷施有机硒的籽粒硒含量Table 1 Selenium contents in grains of triticale sprayed with organic selenium at different flowering stages in Se-enriched areas

2.2 开花期喷施有机硒对黑小麦籽粒硒吸收、积累的影响

2.2.1 开花期喷施有机硒对黑小麦籽粒硒含量的影响 在天然富硒区，开花期无论施硒与否，成熟期黑小麦籽粒硒形态均主要以有机硒形态存在，占总硒的51%～99%，无机硒形态占总硒含量1%～49%（表2）。开花期喷施硒肥较不喷施3 个黑小麦品种籽粒有机硒含量显著提高，达32.8%～61.8%，‘冀紫496’和‘临黑131’有机硒含量占比显著提高；‘冀紫496’和‘临黑131’无机硒含量及其占比降低，且以‘冀紫496’表现较好。可见，在天然富硒区补硒有利于提高黑小麦籽粒有机硒含量。

表2 富硒区黑小麦开花期喷施有机硒的籽粒硒含量Table 2 Grain selenium content of triticale sprayed with organic selenium in Se-enriched areas at flowering stage

2.2.2 开花期喷施有机硒对黑小麦籽粒中不同硒形态含量的影响 在天然富硒区，黑小麦籽粒有机硒均以硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸形态存在，含量占比达32%～81%、11%～20%，无机硒主要以硒酸盐形态存在（表3）。开花期喷施硒肥较不喷施，黑小麦籽粒硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸含量、积累量显著提高，‘冀紫496’和‘临黑131’硒代蛋氨酸积累量占比显著提高，‘冀紫496’硒代胱氨酸积累量占比显著提高，‘冀紫496’和‘临黑131’籽粒硒酸盐含量、积累量及其占比显著降低，以‘冀紫496’表现较好。可见，在天然富硒区补硒有利于提高黑小麦籽粒硒代蛋氨酸和硒代胱氨酸含量、积累量。

表3 富硒区黑小麦开花期喷施有机硒籽粒硒元素含量及积累量占比Table 3 Selenium content and accumulation ratio of organic selenium grains in triticale in Se-enriched areas at flowering stage

2.2.3 开花期喷施有机硒对成熟期黑小麦各器官硒含量的影响 在天然富硒区，开花期喷施有机硒肥对3 个黑小麦品种成熟期各器官硒积累的影响基本一致（表4），与不喷施硒肥相比，黑小麦成熟期各器官硒含量和积累量显著提高，叶片硒积累量占比显著提高，颖壳+穗轴硒积累量占比提高，茎秆硒含量占比显著降低，籽粒硒含量提高达32.1%～35.2%，以‘冀紫496’表现较好。可见，在天然富硒区补硒即开花期喷施有机硒减少了成熟期茎秆硒的残留，促进硒向籽粒中转移。

表4 富硒区黑小麦开花期喷施有机硒成熟期各器官硒含量及积累量Table 4 Selenium content and accumulation of organic selenium in organs of triticale in Se-enriched areas at the flowering stage

续表：

2.3 开花期喷施有机硒对黑小麦干物质积累的影响

2.3.1 开花期喷施有机硒对成熟期各器官干物质量的影响 在富硒区补硒对成熟期各器官干物质量的影响一致（表5）。开花期喷施有机硒可显著提高成熟期茎、叶、穗和整株干物质量，分别达6.1% ～8.1%、6.0% ～7.8%、6.2% ～8.3%、6.1%～8.2%。无论开花期喷施有机硒与否，叶、穗、整株干物质量均以‘冀紫496’表现较好。可见，在天然富硒区补硒有利于提高黑小麦成熟期各器官干物质量，从而提高整株干物质量。

表5 开花期喷施有机硒的黑小麦成熟期各器官干物质量Table 5 The dry matter mass of each organ in the mature stage of triticale sprayed with organic selenium at flowering stage

2.3.2 开花期喷施有机硒对黑小麦产量及其构成因素的影响 天然富硒区补硒对3 个黑小麦品种穗粒数、千粒重和产量的影响表现一致，对穗数无显著影响（表6）。开花期喷施有机硒可显著提高穗粒数、千粒重、产量，且‘冀紫496’和‘临黑131’之间差异显著，产量提升达6.2%～8.0%，尤以‘冀紫496’表现较好。可见，在天然富硒区补硒有利于提高产量，主要是通过穗粒数和千粒重。

表6 富硒区黑小麦开花期喷施有机硒的产量性状Table 6 The yield character of triticale sprayed with organic selenium in Se-enriched areas at flowering stage

3 讨论与结论

3.1 开花期喷施有机硒对黑小麦成熟期价态硒积累量的影响

喷施外源硒肥有利于提高硒含量［22-24］。吕臣浩等［22］研究表明施外源硒可显著提高生姜各部位硒含量；史衍玺等［23］研究表明，采用叶面喷施和土壤施硒可显著提高小白菜硒含量；蒋方山等［24］研究发现叶面喷硒15 g/hm2无机硒显著提高华东地区淄博市（缺硒区，土壤硒含量为230 μg/kg）黑粒小麦籽粒硒含量，达238 μg/kg。本研究结果表明，开花期喷施较不喷施有机硒显著提高富硒区黑小麦各器官硒含量，尤其籽粒硒含量，达246 ～ 258 μg/kg，这较前人在缺硒区的黑粒小麦籽粒硒含量高3.4%～7.8%，说明富硒区适当补硒使黑小麦籽粒硒含量进一步增加，且不超人体标准。据硒盐的毒理分析表明，无机硒具有毒害作用，一般仅用于医药品而不用于食品，其使用范围和剂量都受到限制［25］。无机硒的有益效应与毒理效应适用剂量相差很小，且有机硒化合物毒性远低于无机硒化合物，相较于无机硒具有更高的吸收利用效率［26］。有机硒因其对人体健康的有益影响和食用的低风险性进而逐渐受到人们的广泛关注。有机硒含量是富硒作物的重要衡量指标之一［27］。Whanger 等［28］研究表明，小麦籽粒中主要的硒形式是硒代蛋氨酸，占小麦籽粒全硒含量的56%～83%，硒酸盐占12%～19%；赵萍等［29］研究表明，富硒小麦硒的主要富存形态是有机态，占总硒的84%。本研究结果表明，硒代蛋氨酸（SeMet）是黑小麦籽粒中含量最多的有机硒形态，占黑小麦籽粒全硒含量的32%～81%；富硒区开花期补硒后，不同黑小麦品种成熟期籽粒硒形态主要为有机硒，无机硒Se6+只占少部分，其中‘冀紫496’品种有机硒占比达98%。这比前人研究的籽粒中有机硒所占比例提高，可作为硒生物强化或育种利用的潜在品种(系)。

3.2 开花期喷施有机硒对黑小麦产量及构成要素的影响

李韬等［9］研究表明喷施硒肥可以提高小麦千粒重；张妮等［30］研究表明喷施硒肥能提高小麦穗粒数、千粒重及产量；本研究表明，开花期喷施有机硒肥对黑小麦穗数无显著影响，但对产量及其他构成要素的影响是一致的，喷施硒肥后穗粒数提高3.4%～8.5%，千粒重提高0.2%～3.9%，产量提高6.2%～8.0%，且‘冀紫496’在喷硒处理后产量达7 500 kg/hm2以上。刘新伟等［31］研究表明，施硒促进小麦干物质量的积累；本研究表明，开花期喷施有机硒可有效提高黑小麦各营养器官干物质量。可见，硒肥可有效的促进小麦物质积累及籽粒形成。前人关于施硒对产量及其构成因素的研究报道不尽相同，这可能与喷施时间、部位以及品种不同有关，具体原因有待于进一步研究。