外源硒在绿色优质小麦生产中的应用研究

成东梅，尹国红，赵伟峰，彭涛，王铁良，高燕，于金林，杜空军，段栓成，尹雪斌，郝玲玲，黄莎莎

（1.济源市农业科学院，河南 济源459002；2.河南省农业科学院 农业质量标准与检测技术研究所，河南 郑州450000；3.中国科学技术大学 苏州研究院，江苏 苏州215123）

硒具有抗氧化、抗衰老、抗癌、提高机体免疫力等多种生物学功能；2011 年中国营养学会推荐正常成人日摄入硒的安全和合适范围为60～250 μg·d-1，且膳食硒最高安全摄入量为400 μg·d-1［1］。我国成人每天硒的摄入量仅为26.6 μg［2］。由于人体自身无法合成硒，从食物中获取硒是补硒的主要途径［3，4］。天然食物中的硒含量普遍较低，一般难以满足人体的正常需要［5］。植物中的有机硒，尤其是大分子含硒化合物被视为低毒且具有生物有效活性，具有更高的生物利用度［6］。小麦作为主要的口粮作物，在谷类作物中对硒的集聚集能力最强［7］，由于小麦中的有机硒安全有效［8］，通过施用外源硒充分挖掘绿色优质小麦的营养保健功能，对开发生态高值功能小麦产品和改善传统膳食结构意义重大；且“生态高值型功能农业”是农业未来发展的新兴战略领域［9］，必将会成为引领推动传统小麦产业转型升级、提质增效的重要抓手。

目前，小麦富硒主要采用土壤施硒、硒拌种和叶面施硒3 种方法，且以叶面施硒效果最好［10］。在最佳施硒时期方面，唐玉霞等［11］认为冬小麦以灌浆初期叶面喷施效果最好，其次是抽穗期，灌浆中期效果较差；施硒量以30 g·hm-2为宜。宋家永等［12］认为小麦孕穗期喷施比灌浆期喷施效果好；马玉霞等［13］则认为灌浆期比孕穗期喷施效果显著。关于硒对小麦籽粒品质的影响，张睿等［14］认为，富硒植物营养素对小麦籽粒的容重、蛋白质含量和面团的湿面筋含量、吸水率和最大拉伸阻力没有显著影响，但不同程度地提高了小麦籽粒硬度、面团沉降值、稳定时间、拉伸面积及延展性。刘庆等［15］认为，施硒提高了籽粒中粗蛋白含量；蒋方山等［16］研究认为，叶面施硒对黑粒小麦籽粒湿面筋含量、沉淀指数和吸水量影响不显著，但对籽粒粗蛋白含量、面筋指数、形成时间和稳定时间有不同程度的影响。关于小麦籽粒硒的主要存在形式，向东山［17］李韬等［18］认为富硒小麦籽粒中硒主要以有机态存在，有机硒中以蛋白质硒为主要存在形式。综上所述，前人有关小麦最佳施硒时期以及对籽粒品质的影响等研究结果不尽一致，且关于外源硒在绿色优质小麦生产中的应用研究还未见报道。

本研究以国审优质小麦品种郑麦7698，以单一亚硒酸钠、复配亚硒酸钠2 种外源硒液肥为研究对象，在符合绿色生产条件的土壤下、按绿色优质小麦大田生产要求种植管理小麦，选择小麦抽穗期、始花第5 天和始花第15 天，在达到绿色生产条件的土壤下、设置不同硒肥、不同喷施量和次数处理开展叶面施硒试验研究，依据中华人民共和国供销合作行业标准（GH/T 1135-2017）《富硒农产品》规定的谷物类总硒含量为0.10～0.50 mg·kg-1的标准，将不同处理获得的含硒小麦划分为富硒（0.1～0.5 mg·kg-1）小麦和高硒（＞0.5 mg·kg-1）小麦，开展硒形态、绿色和优质指标分析研究；拟探索叶面喷施外源硒对绿色优质小麦的硒含量、硒形态以及绿色、优质指标的影响，以期为绿色优质富硒或高硒小麦简化高效生产及可行性发展提供参考指导。

1 材料与方法

1.1 试点概况

试验于2017～2018 年度河南省济源市轵城镇柏树庄试验地进行。该试验地环境质量条件较好，土壤肥力中上水平，排灌方便，前茬作物为玉米；土壤理化性质检测结果为：pH 8.58、有机质15.4 g·kg-1、全氮1.31 g·kg-1，有效磷14.5 mg·kg-1、速效钾224 mg·kg-1、全硒0.27 mg·kg-1、总砷9.76 mg·kg-1、总汞0.044 1 mg·kg-1、铅38.6 mg·kg-1、镉0.38 mg·kg-1、铜29.6 mg·kg-1、总铬57.3 mg·kg-1、阳离子交换量16.2 cmol（+）·kg-1，符合中华人民共和国农业行业标准（NY/T391-2013）《绿色食品产地环境质量》绿色指标要求。

1.2 试验设计

供试小麦品种为河南省农业科学院育成的小麦品种郑麦7698；供试外源硒为单一亚硒酸钠（分析纯度99.9%）和复配亚硒酸钠液肥（以亚硒酸钠为硒原料，由腐植酸钾、磷酸二氢钾等多种成分复配而成的液肥，含亚硒酸钠25 g·L-1）。试验设置喷施时期（次数）和外源硒两因素试验（表1），采用随机区组排列，3 次重复，小区面积为4.0 m×5.0 m。喷施时期（次数）设置抽穗期（A1，4 月19 日1次）、始花第5 天（A2，5 月2 日1 次）、始花第15 天（A3，5 月12 日1 次）、抽穗期（4 月19 日1 次）+始花第5 天（5 月2 日1 次）（A4，共2 次）、抽穗期（4 月19日1 次）+始花第15 天（5 月2 日1 次）（A5，共2 次）5个处理；外源硒设置单一亚硒酸钠37.5 g·hm-2（B1）、单一亚硒酸钠75 g·hm-2（B2）、复配亚硒酸钠液肥1 500 mL·hm-2（B3）和对照CK（B4，不喷施）4个处理，共计20 个处理。2017 年10 月31 日进行小麦播种，播量为210 kg·hm-2；试验各处理施肥、浇水、化学除草、病虫害防治等田间管理均按绿色、优质小麦大田生产要求进行。喷施外源硒按试验设置用量、每公顷兑水225 kg，选择在阴天或无风的晴天上午8：00～10：00 或下午16：00 以后进行，用小型喷雾器均匀喷洒在小麦叶部和穗部，2018年6 月8 日收获。

1.3 测定指标及方法

于小麦成熟期分小区人工收获、脱粒、晾晒和取样，籽粒硒含量［19］、硒形态［20］、总砷含量［21］、铅镉含 量［22］、乐 果［23］、抗 蚜 威 和 辛 硫 磷 及 吡 虫 啉 含量［24］、氯氰菊酯和溴氰菊酯及氰戊菊酯含量［25］、磷化物［26］、黄曲霉毒素B1［27］、容重［28］、蛋白质含量［29］、湿面筋含量［30］、面团形成时间和稳定时间［31］、延伸性［32］等指标均由农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）检测。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003 进行数据整理，使用DPS 分析软件的Duncan（新复极差法）对试验数据进行显著性分析比较。

2 结果与分析

2.1 喷施时期（次数）对小麦籽粒硒含量的影响

以不同时期（次数）喷施处理的各小区籽粒硒含量平均值进行比较（表2），无论在抽穗期（A1）、始花第5 天（A2）、始花第15 天（A3）叶面喷施1 次外源硒，还是在抽穗期+始花第5 天（A4）、抽穗期+始花第15 天（A5）叶面喷施2 次外源硒，均能极显著提高小麦籽粒硒含量（P＜0.01），表现为A5＞A4＞A3＞A2＞A1，叶面喷施2 次处理的小麦籽粒硒含量要极显著高于喷施1 次的处理（P＜0.01）；叶面喷施1 次外源硒处理下，外源硒的籽粒硒含量均值为0.16～0.32 mg·kg-1，即可达到富硒小麦标准，且以小麦始花第15 天获得的籽粒硒含量最高。

表1 喷施时期（次数）和外源硒两因素处理试验设计Table 1 The experimental design of spraying time，spraying internals and different formulations of exogenous Selenium

表2 喷施时期（次数）对籽粒硒含量的影响Table 2 Effects of spraying times on selenium content in seeds

2.2 外源硒对小麦籽粒硒含量的影响

以喷施不同外源硒处理的各小区籽粒硒含量平均值进行比较（表3），叶面喷施单一亚硒酸钠的情况下，随着施用量的增加，小麦籽粒硒含量也随着增大，喷施亚硒酸钠75 g·hm-2（B2）的籽粒硒含量要极显著高于喷施亚硒酸钠37.5 g·hm-2（B1）（P＜0.01）；叶面喷施不同外源硒且亚硒酸钠含量相同的情况下，施用复配亚硒酸钠（B3）的籽粒硒含量达到0.50 mg·kg-1，极显著高于单一亚硒酸钠（B1）的0.31 mg·kg-1（P＜0.01）。

表3 外源硒对小麦籽粒硒含量的影响Table 3 Effects of different formulations of exogenous Selenium on selenium content in wheat grain

2.3 喷施时期（次数）和外源硒交互效应以及土壤硒对籽粒硒含量的影响

以喷施时期（次数）和外源硒两因素处理的各小区籽粒硒含量平均值进行比较（表4），喷施时期（次数）和外源硒的互作效应显著。叶面喷施2 次外源硒处理下，获得的籽粒硒含量除A4B1偏低外，其余A5B2、A5B3、A4B3、A5B1、A4B2籽粒硒含量均值为0.57～0.91 mg·kg-1，达到高硒小麦标准；且以A5B2处理组合最好，即在小麦抽穗期+始花第15 天，每公顷叶面喷施2 次75 g 单一亚硒酸钠，籽粒硒含量可达0.91 mg·kg-1；其次为A5B3和A4B3处理组合较好，即在小麦抽穗期+始花第15 天或小麦抽穗期+始花第5 天，每公顷叶面喷施2 次1 500 mL 复配亚硒酸钠（含亚硒酸钠37.5 g），籽粒分别达到0.77 mg·kg-1和0.69 mg·kg-1；在实际应用中，如果采用A5B3和A4B3组合方式，可以根据需要增加施用复配亚硒酸钠的用量以获得籽粒硒含量更高的高硒小麦。

在叶面喷施1 次外源硒处理下，可获得籽粒硒含量均值为0.13～0.47 mg·kg-1的富硒小麦；且以A3B3和A3B2处理组合较为理想，即在小麦始花第15天每公顷叶面喷施复配亚硒酸钠液肥1 500 mL（含亚硒酸钠37.5 g）或75 g 单一亚硒酸钠液肥效果最好，小麦籽粒硒含量均为0.47 mg·kg-1，且施用复配亚硒酸钠液肥中亚硒酸钠含量仅为单一亚硒酸钠液肥的50%，却可以获得同样的籽粒硒含量，再次说明复配亚硒酸钠液肥效果优于单一亚硒酸钠。

在土壤pH 8.58、全硒0.27 mg·kg-1的条件下，未喷施外源硒的小麦籽粒硒含量A1B4、A2B4、A3B4、A4B4、A5B4间 无 显 著 差 异，均 值 分 别 为0.03 mg·kg-1、0.05 mg·kg-1、0.05 mg·kg-1、0.06 mg·kg-1，均未达到富硒小麦0.1 mg·kg-1的低限值，说明在这类土壤条件下，要产出富硒小麦是需要通过添加外源硒才能实现的。

2.4 外源硒对小麦籽粒硒形态的影响

对试验处理重复1 获得的A1B3和重复2 获得的A3B1富硒小麦籽粒，以及重复1 获得的A3B2、A3B3、A5B2、A5B3的高硒小麦籽粒进行了硒形态分析（表5）。在不同喷施时期（次数）、采用2 种外源硒获得的富硒和高硒小麦籽粒内均未检出无机硒，硒代蛋氨酸是小麦籽粒硒存在的主要形式，占比达73.68%～96.15%，已经超出了中华人民共和国供销合作行业标准（GH/T 1135-2017）《富硒农产品》中规定的谷物类中，要求硒代氨基酸含量（是硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸和甲基硒代半胱氨酸含量之和）占总硒含量百分比大于65%的标准，表明小麦叶面喷施单一亚硒酸钠和复配亚硒酸钠外源硒，能够被小麦吸收转化为较高含量的有机硒。

表4 喷施时期（次数）和外源硒交互效应对籽粒硒含量的影响Table 4 Effects of spraying times and different formulations of exogenous Selenium interaction on selenium content of wheat grains

表5 外源硒对小麦籽粒硒形态的影响Table 5 Effects of different formulations of exogenous Selenium on selenium morphology of wheat grains

2.5 外源硒对小麦绿色指标的影响

对叶面喷施复配亚硒酸钠重复1 处理获得的代表性富硒小麦A1B3、高硒小麦A5B3以及对照A1B4（不喷施）3 类籽粒，进行绿色指标检测分析（表6）。3 类小麦均符合中华人民共和国农业行业标准NY/T 421-2012《绿色食品 小麦及小麦粉》规定检测项目指标的要求，尽管在绿色小麦生产中，人工叶面施用了外源复配亚硒酸钠，但获得的富硒和高硒小麦其绿色指标完全达标，表明在实际生产应用中，采用以亚硒酸钠为硒原料复配的外源硒生产富硒或高硒小麦是绿色安全的。

表6 外源硒对小麦绿色指标的影响Table 6 Effects of exogenous Selenium on green index of wheat

2.6 外源硒对小麦品质指标的影响

选择喷施复配亚硒酸钠重复1 处理获得的代表性富硒A1B3、高硒A4B3和对照A1B4（不喷施）3 类小麦籽粒，进行品质指标检测分析（表7）。郑麦7698富硒和高硒小麦的品质指标与未喷施外源硒的对照比较，蛋白质和湿面筋基本没变化；部分指标存在一定程度的变化，如容重增加了3～4 g·L-1，稳定时间增加1～4 min 等，但依据中华人民共和国国家标准（GB/T 17892-1999）《优质小麦 强筋小麦》主要品质指标规定二等以上的强筋小麦，籽粒容重≥770 g·L-1、蛋白质（干基）≥14%，小麦粉湿面筋≥32%、面团稳定时间≥7 min，未喷硒的对照小麦郑麦7698 没有达到强筋小麦标准，属于中强筋小麦；其富硒和高硒小麦的容重、蛋白质、湿面筋、稳定时间等主要品质指标虽然有一定的变化，但没有根本改变该品种原有的中强筋品质特性。

表7 外源硒对小麦品质指标的影响Table 7 Effects of exogenous Selenium on grain quality indexes

3 讨论与结论

针对外源硒对小麦籽粒硒含量的影响研究报道较多，在小麦不同时期叶面喷硒1 次或2 次不同浓度亚硒酸钠，小麦籽粒含硒量能明显提高且随喷硒浓度增大而增大［11，33］。本试验结果表明，在小麦抽穗期、始花第5 天、始花第15 天叶面喷施外源硒，均能显著提高籽粒硒含量；随着喷施次数和施用量的增加，小麦籽粒硒含量也随之增大，与前人研究结果一致。本研究中小麦叶面喷施1 次适量的外源硒，可获得籽粒硒含量均值为0.13～0.47 mg·kg-1的富硒小麦；叶面喷施2 次可获得籽粒硒含量均值多为0.57～0.91 mg·kg-1的高硒小麦，高的达1.14 mg·kg-1；且以小麦始花第15 天喷施外源硒获得的籽粒硒含量最高。

关于复配亚硒酸钠和单一亚硒酸钠的应用效果比较研究，尤铁学［34］、宋家永等［12］认为含有腐殖酸成分的硒肥喷施效果明显优于单一亚硒酸钠。本试验结果也表明，施用复配亚硒酸钠效果显著优于单一亚硒酸钠，但本试验中复配亚硒酸钠含有腐殖酸、磷酸二氢钾等多种成分，除前人研究认为腐殖酸有助于硒的吸收外，具体还有哪些成分参与并促进了作物对硒的有效吸收，有待进一步研究。目前，有关这方面的文献较少，是今后需要着重关注的研究方向。

硒对小麦品质的影响方面，前人所得结果不尽一致。马玉霞［13］、赵淑章等［35］认为喷硒对强筋小麦的主要品质指标没有影响；张睿等［14］认为外源硒对籽粒蛋白质含量、容重和面团的湿面筋含量、吸水率和最大拉伸阻力没有显著影响，但小麦籽粒硬度、面团沉降值、稳定时间、拉伸面积及延展性有不同程度的影响。刘庆等［15］认为外源硒可以提高籽粒粗蛋白含量，但影响不显著；蒋方山等［16］研究认为外源硒对黑粒小麦籽粒湿面筋含量、沉淀指数和吸水量影响不显著，但不同程度的改善了籽粒粗蛋白含量、面筋指数、形成时间和稳定时间。本试验表明，叶面喷施外源硒获得的富硒或高硒优质小麦与对照相比，籽粒容重、蛋白质、湿面筋、稳定时间等主要品质指标有一定的变化，但不会根本改变该品种原有的品质特性。叶面喷施适量的硒肥，可以达到小麦高产优质目的，但是在高浓度下，会出现小麦硒中毒和品质下降［8］，本试验小麦在喷施外源施硒的生长过程中未发现植物中毒现象。

有关小麦籽粒硒的主要存在形态，与前人研究结果基本一致。富硒小麦籽粒中以有机态硒为主，且以蛋白质硒为主要存在形式［17］，其中硒代蛋氨酸（SeMet）占较大比重，此外还有小分子的硒代氨基酸及其衍生物，如硒代半胱氨酸、硒代胱氨酸、硒-甲基硒代半胱氨酸、硒代半胱氨酸亚硒酸等［36］。本研究富硒和高硒小麦硒形态主要以有机硒存在，且硒代蛋氨酸占总硒含量的73.68%～96.15%，超出了中华人民共和国供销合作行业标准（GH/T 1135-2017）《富硒农产品》中规定的谷物类中，要求硒代氨基酸含量（是硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸和甲基硒代半胱氨酸含量之和）占总硒含量百分比大于65%的标准，占比重较大，与前人研究结果相符。

有关硒对铅、镉等污染物所诱发毒性的缓解作用已有较多报道。在一定条件下，硒可抑制对汞、镉、砷的吸收；硒与砷化合可变成毒性较低的硒-砷复合物，从而减轻砷的毒害［37］。硒也能拮抗铅、铬等重金属元素［8］。本研究获得的富硒和高硒小麦中的砷、镉和铅污染物指标均符合中华人民共和国农业行业标准（NY/T 421-2012）《绿色食品 小麦及小麦粉》规定要求，表明在绿色生产条件下，叶面喷施适量外源硒不会造成小麦产品安全风险。

在自然条件下，土壤中的硒是小麦硒的主要来源［9］。依据谭见安（1989）从我国克山病带和低硒环境的研究出发，划分出我国土壤中硒元素生态景观的 界 限 值，即 硒 含 量 小 于0.125 μg·g-1为 缺 硒，0.125～0.175 μg·g-1为 少 硒；0.175～0.40 μg·g-1为足硒；0.40～3.0 μg·g-1为富硒，大于3.0 μg·g-1为硒中毒［1］。本试验土 壤 硒 含 量0.27 μg·g-1为足硒土壤，但在自然未喷施外源硒情况下，所产小麦均未达到富硒标准，需要通过添加外源硒才能生产出达标富硒小麦。土壤中的有效态硒才是能够被植物直接利用的硒［38］，硒的有效性与土壤类型、质地、pH值、有机质含量等因素有关［39］，应针对提高土壤有效硒及其在土壤和小麦生长过程中转化、迁移机理加以深入研究。

综上研究，发展绿色优质富硒或高硒功能小麦安全可靠、切实可行。可以在土壤足硒以下地区、符合绿色生产的环境条件下，通过大力发展绿色优质富硒或高硒功能小麦，打造品牌，促进传统小麦产业转型升级和高质高效发展，进一步提高产品市场效益和竞争力。建议在实际生产应用中，选择在小麦始花后第15 天左右，叶面喷施1 次适量的复配亚硒酸钠外源硒，以获得绿色优质富硒小麦；喷施2次以获得绿色优质高硒小麦，从而达到简化高效生产之目的。