外源硒肥对小麦籽粒产量及植株硒元素积累的影响

卢鹏飞，高志强，孙 敏，董石峰，任爱霞，候非凡，尹雪斌

（1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学 山西功能农业研究院，山西 太谷 030801）

硒是世界卫生组织公认的人体及动物必需的微量元素，被誉为“生命火种”。因硒有很强的抗氧化作用，能保护自由基对线粒体的损坏，以及防治克山病、大骨节病等被人们广泛关注。我国72%的地区属于缺硒地带，属于缺硒国家，国民硒日摄入量严重不足。小麦属于硒敏感性植物，硒富集能力很强，采用外源补硒的方式利用小麦补充膳食中的硒元素，是满足缺硒地区人群补硒需求的一条有效途径［1］，其中叶面喷施硒肥是一种便捷、安全、有效提高粮食作物硒含量的方法［2］。张晓等［3］研究表明，小麦叶面喷施亚硒酸钠溶液能明显提高籽粒的硒含量，还能增加千粒重、产量；宋家永等［4］研究表明开花期叶面喷硒亚硒酸钠后小麦籽粒硒含量最高为对照的3.3 倍，且表现出增产趋势，达5.1%。但喷施无机硒肥的有益效应与毒理效应适用剂量相差很小，而喷施纳米硒肥和有机硒肥因为其对人体健康的有益影响和食用的低风险性而逐渐受到人们的广泛关注。李韬［5］等研究表明，基施纳米硒肥，籽粒中硒含量显著增加，籽粒中的硒主要以有机态形式存在，以硒代蛋氨酸含量最多，其次是甲基硒代半胱氨酸和少量的硒代胱氨酸，无机态硒含量较少。王琪［6］研究表明，叶面喷施硒代蛋氨酸小麦的产量增加了14%，籽粒中硒含量增加了3 倍。可见，外源硒种类虽然较多，但对小麦硒富集的适宜硒肥种类研究结果不尽相同。为此，本文开展喷施纳米硒肥、有机硒肥和无机硒肥的比较研究，采用开花期叶面喷施的方法，研究硒肥对产量形成、各器官硒含量和籽粒硒形态的影响，试图为富硒小麦生产提供理论指导和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为‘中麦175’，山西农业大学农学院小麦研究所提供。纳米硒肥（液态，兑水喷施，硒含量为548.2 mg/kg，推荐施硒量为15 g/hm2）、有机硒肥（液态，兑水喷施，硒含量为13 799.9 mg/kg，推荐施硒量为15 g/hm2）、亚硒酸钠（分析纯）分别由河北邢台绿邦胜农科技开发有限公司、山西硒康乐商贸有限公司、国药集团化学试剂厂提供。

1.2 试验地概况

试验于2017 年10 月至2018 年6 月在山西省晋中市太谷县申奉村（东经112°60′，北纬37°43′） 试验基地进行，该基地属于小麦—玉米轮作区域，前茬玉米，年平均气温9.9 ℃，无霜期176 d，降水量462.9 mm。土壤为灰褐土，土壤pH 值为8.3，有机质22.97 g/kg，全氮13.65 g/kg，全磷11.26 g/kg， 全钾187.64 g/kg，全硒0.132 mg/kg。

1.3 试验设计

小区面积10.7 m×2.5 m，各处理采用随机区组排列，重复3 次；设置4 个处理，分别为对照（喷施清水），喷施纳米硒肥，喷施有机硒肥，喷施无机硒肥（亚硒酸钠），纳米硒肥与有机硒肥均为推荐使用量（以纯硒计算），亚硒酸钠施用量根据蒋方山等人［7-9］的研究结果，选择30 g/hm2，在此施硒条件下小麦硒富集能力最强，产量最高。于2018年5 月3 日晴朗无风的下午喷施，为防止喷雾扩散干扰，喷肥时各小区采用塑料薄膜高墙围挡。配合基施纯氮肥240 kg/hm2，磷肥150 kg/hm2，钾肥 90 kg/hm2，采用宽幅条播，基本苗375×104株/hm2。 于2017 年10 月5 日播种，2018 年6 月28 日收获。

1.4 项目测定及方法

1.4.1 干物质及产量测定 小麦收获时，每个处理随机选取3 个样点，每个样点为1 m2，调查每1 m2内总穗数。取50 株小麦，先用自来水冲掉根部泥砂，再用去离子水将小麦样冲洗 3 次，洗净的小麦样品用滤纸吸干水分后将其分为茎、叶、颖壳+穗轴和籽粒共4 个部分，置于烘箱，在 105 ℃下杀青 30 min，60 ℃烘干至恒重，冷却后分别称量并记录茎、叶、颖壳+穗轴和籽粒各器官干物质量。同时统计穗粒数和千粒重，计算产量。

1.4.2 硒含量及籽粒中硒形态的测定 植物样品去除泥砂后，去离子水清洗3 次，在105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，粉碎并过100 目网筛后存放于自封袋中待测。称取0.300 0 ～0.310 0 g 植物样品置入消解管中，加6 mL 硝酸和2 mL 双氧水预消解3 h，微波消解（美国CEM 公司，MARS one）1 h 后，170 ℃赶酸至1 mL，去离子水定容至10 mL 待测。使用电感耦合等离子体质谱仪（Analytik Jena，PlasmaQuant MS）测定各器官的硒含量［10］。使用高效液相色谱仪（Analytik Jena，PQ-LC）-电感耦合等离子体质谱仪联用测定籽粒硒形态［11］。

1.5 计算与数据处理

1.5.1 计算公式

各器官硒积累量=各器官硒含量×各器官干物质量；

各器官硒强化指数=（施硒各器官硒含量-不施各器官硒含量）/ 施硒量［12］。

1.5.2 数据分析方法 采用Microsoft Excel 2016 处理数据，DPS 数据分析软件进行数据统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 硒肥对成熟期小麦植株干物质量的影响

开花期叶面喷施硒肥后，成熟期植株茎、叶干物质量差异不显著，穗部和整株干物质量增加，均达到显著水平，且以喷施有机硒肥最高，喷施纳米硒与有机硒对整株干物质量差异不显著（表1）。可见，整株干物质量增加是通过提高穗部干物质量实现的。

表1 开花期喷施硒肥小麦成熟期各器官干物质量Table 1 Effect of spraying selenium fertilizer at flowering tage on dry matter quality of various organs at maturity stage in wheat kg/hm2

2.2 硒肥对籽粒产量及其构成因素的影响

开花期叶面喷施硒肥后，穗数、穗粒数差异不显著；千粒重显著提高，达5.2%～8.8%，且以喷施有机硒肥最高，喷施纳米硒和无机硒差异不显著；产量显著提高，达5.7%～10%，且以喷施有机硒肥最高，纳米硒次之（表2）。可见，开花期喷施有机硒肥有利于通过提高千粒重提高产量。

表2 开花期喷施硒肥小麦成熟期产量性状Table 2 Effect of spraying selenium fertilizer at flowering stage on yield and its components at maturity stage in wheat

2.3 硒肥对成熟期植株各器官硒含量及其积累量的影响

开花期叶面喷施硒肥后，成熟期各器官硒含量及其累积量显著提高（表3）。喷施有机硒较纳米硒和无机硒成熟期茎、颖壳+穗轴及籽粒硒含量及其积累量显著提高，叶硒含量及其累积量显著降低，且喷施纳米硒肥和无机硒肥两处理叶硒累积量无显著差异。可见，喷施外源硒肥有利于提高植株各器官硒含量及其硒累积量，喷施有机硒有利于促进叶中硒元素向籽粒运转。

表3 开花期喷施硒肥小麦成熟期各器官硒含量及其累积量Table 3 Effect of spraying selenium fertilizer at flowering stage on selenium content and accumulation in various organs at maturity stage in wheat

2.4 硒肥对成熟期籽粒中不同硒形态及其含量的影响

籽粒中硒主要以有机形态存在，占总硒含量的79%～89%，有机态硒中以硒代蛋氨酸（SeMet）含量最高，以硒代胱氨酸（SeCys）含量最低，甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）含量居中；无机态硒以硒酸盐形态存在，占总硒含量的11%～21%，亚硒酸盐未检出（表4）。开花期叶面喷施硒肥后，籽粒不同形态硒含量均显著提高。且喷施有机硒肥较其他硒肥籽粒中硒代蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸含量显著最高，硒代胱氨酸显著最低，硒酸盐最低；喷施无机硒肥籽粒中硒酸盐含量显著最高。可见，喷施有机硒肥更有利于减少籽粒中无机硒积累，促进有机硒积累，纳米硒次之。

表4 开花期喷施硒肥小麦成熟期籽粒硒形态TabIe 4 Effect of spraying selenium fertilizer at flowering stage on grain selenium morphology at maturity stage in wheat

2.5 硒肥对硒强化指数（BI）的影响

硒强化指数是指施1 g/hm2纯硒能增加到植株体内的硒含量（μg/kg）。喷施纳米硒肥和有机硒肥植株、籽粒及籽粒有机态硒强化指数均显著高于无机硒，植株硒强化指数以喷施纳米硒显著最高，籽粒及籽粒有机态硒强化指数均以喷施有机硒显著最高（图1）。可见，喷施纳米硒肥有利于植株对硒素的吸收积累，而喷施有机硒肥更有利于植株中硒素转移到籽粒中，并提高籽粒中有机态硒含量。

图1 不同硒肥小麦硒强化指数的差异Fig.1 Difference of Se biofortification index in wheat with different selenium fertilizers

3 结论与讨论

3.1 硒肥与小麦干物质积累的关系

张妮等［13］研究表明小麦花后喷施亚硒酸钠显著提高了小麦穗粒数、千粒重和产量；冯魁等［14］研究表明，小麦花后喷施亚硒酸钠后，千粒重增加6%，产量增加10%。孙发宇［15］研究表明基施纳米硒肥，对小麦籽粒的百粒重，产量均有增加；王琪［6］研究表明，叶面喷施纳米硒（30 g/hm2）、硒代蛋氨酸（30 g/hm2）、无机硒（30 g/hm2）可提高小麦产量，分别达16%、14%、8%。本研究结果表明，开花期喷施硒肥后对穗数、穗粒数无影响，千粒重提高5.2% ～8.8%，产量提高5.7% ～10%，且以喷施有机硒肥处理最高，纳米硒次之。可见，硒肥可有效的促进小麦物质积累及籽粒形成，喷施有机硒肥和纳米硒肥增产效果明显。但也有研究表明，硒肥浓度增加对作物生长有抑制作用［16-17］，本试验采用的有机硒肥和纳米硒肥为生产上的推荐用量，有关过量施用硒肥对小麦生长的影响及其机理有待进一步研究。

3.2 硒肥与小麦硒含量的关系

小麦是硒敏感性植物之一，外源补硒可有效提高小麦硒含量，但各种硒肥的富集效果存在差异。晋永芬等［18］研究表明，叶面喷施亚硒酸钠后小麦籽粒硒含量提高3.9 倍，达225 μg/kg。李韬等［5］盆栽试验表明，每kg土施 0 mg（对照）、100 mg（Se100）、150 mg（Se150）纳米硒肥，籽粒中总硒含量分别为 2.00、12.46 和 17.35 mg/kg。王琪［6］研究表明，叶面喷施纳米硒肥、硒代蛋氨酸、无机硒肥后，小麦籽粒中的硒含量增加了20 ～310 μg/kg。本研究结果也表明，喷施硒肥后显著增加籽粒硒含量，但成熟期叶、茎、颖壳+穗轴中的硒含量均高于籽粒，且喷施有机硒肥较其他2 种硒肥显著降低了叶片中硒含量及其积累量，更有利于硒素从叶片向籽粒转移。李韬等［5］基施纳米硒后籽粒中硒含量超标，可能是由于施硒量过大导致，本试验采用的推荐施硒量喷施后，各处理籽粒硒含量达236 ～253 μg/kg，符合国家富硒稻谷标准［19］，均在可食用安全范围内，且喷施有机硒肥效果较好。此外，硒强化指数作为硒利用效率的有效指标被广泛使用，小麦籽粒硒强化指数一般1 ～18，相当于每克硒施用到每公顷农田中将増加1 ～18 的硒含量。叶喷亚硒酸钠的籽粒硒强化指数基本保持在10 以下，在5.3 ～8.9 之间［8-9，20-21］。本研究表明，植株硒强化指数以喷施纳米硒肥最高，籽粒硒强化指数（6.7 ～14.9）及籽粒有机态硒强化指数（5.3 ～13.6）均以喷施有机硒肥最高，也表明了喷施有机硒肥有利于植株中的硒向籽粒中运转。可见，有机硒肥的吸收利用率最高，其次为纳米硒肥，以无机硒肥利用率 最低。

3.3 硒肥与小麦籽粒硒形态的关系

通过硒生物营养强化后的小麦籽粒不仅具有较高的硒含量，而且可将外源无机硒转化为硒代蛋氨酸等有机形态的硒［4］，且在植株不同的硒形态中，通过植物富集转化的有机态硒更有利于人体吸收和利用［3］。刘庆等［22］认为小麦籽粒中总硒和有机硒含量随施硒量增加而增大，且有机硒占总硒的比例稳定在80%左右，陆景陵［23］认为植物体中无机硒约占10%～15%，多以Se6+形式存在。较多研究表明小麦籽粒中含量最多的有机态硒是硒代蛋氨酸，也是人们从食物中获取硒的主要形态［24-25］。李韬等［5］基施纳米硒肥的研究结果也表明小麦籽粒中有机态硒以硒代蛋氨酸含量最多，其次是硒甲基化半胱氨酸和少量的硒半胱氨酸。本研究表明，叶面喷施的3 种硒肥均可显著提高硒代蛋氨酸含量、硒甲基化半胱氨酸、硒半胱氨酸3 种硒蛋白和无机态的硒酸钠，且以喷施有机硒肥时籽粒硒蛋白含量最高，以喷施无机硒肥时籽粒中无机态硒含量最高，占比达21%。可见，硒肥对小麦籽粒硒蛋白的影响因外源硒肥形态不同而有明显差异。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［26］。有机硒化合物毒性远低于无机硒化合物，且生物利用率更高，只有将无机硒转化为有机硒，才具有普遍的食用和保健价值［27］。总之，喷施有机硒肥不仅促进小麦产量形成，而且能高效利用硒肥，对提升籽粒硒蛋白效果显著。