喷施有机硒肥对黑糯玉米籽粒硒及花青素含量的影响

詹 昕 ，赵芳芳 ，高志强 ，杨珍平 ，杨文平

（1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801；2.山西省黄土高原特色作物优质高效生产省部共建协同创新中心，山西 太谷 030801；3.山西农业大学 食品学院，山西 太谷 030801；4.华北理工大学 生命科学学院，河北 唐山 063210）

硒是人和动物的必需微量元素，人体缺硒会导致硒蛋白代谢和表达紊乱，产生疾病，如克山病[1-2]。根据世界卫生组织（WHO）推荐，正常成年人每日摄入膳食硒约55～200µg[3]，目前全球大约10亿人硒摄入不足[4-7]。解决人体缺硒的主要途径是利用生物强化手段提高粮食作物硒含量。

叶面喷施硒肥对作物籽粒硒含量增加快速而有效[8-11]。姬玉梅[12]在豫北地区通过叶面喷施不同种类硒肥发现，小麦籽粒硒含量均随着喷硒量的增加而增加，富硒有机肥效果最好，籽粒硒含量高达800µg/kg。此外，喷施次数也会影响作物硒积累。刘春菊等[13]研究发现，玉米大喇叭口期、抽雄期和采收前 7 d 分别喷施 1.0 mol/L 富硒康 1、2、3 次，随次数增多，籽粒硒含量由27µg/kg增加到380µg/kg，且喷施3 次效果最佳。陈泊宁[14]的盆栽试验表明，小麦抽穗期、齐穗期、扬花期喷施300 mg/L 硒酸钠溶液，籽粒硒含量达3 793µg/kg，高于单个时期喷施等量硒酸钠的籽粒硒含量之和，小麦对硒的耐受性也增强，但籽粒硒中毒。因此，相对于无机硒肥，有机硒肥风险较低，但目前多数研究集中在无机硒肥施用上[15-16]。

多数研究表明，硒和花青素具有协同作用。朱帅蒙[17]在陕西关中的叶面喷施氨基酸螯合态富硒肥试验发现，葡萄果实的花青素含量显著增加，而喷施次数在各品种间表现不同。陈文红等[18]在四川地区的试验表明，苗期喷施硒质量浓度为15 g/L的康硒富硒剂提高了马铃薯整薯的花青素含量，达360～450 mg/kg。黑糯玉米作为鲜食玉米的一种，较高的花青素具有较强的抗氧化作用，可以清除人体内自由基，不仅可以抗衰老、增强免疫力，还对治疗高血糖、高血脂、心血管疾病有一定作用[19-24]。但关于黑糯玉米硒肥应用研究甚少。也有研究发现，硒与重金属可能存在交互作用。管文文等[25]在苏州地区的试验表明，施用120 kg/hm2硒肥可降低水稻穗部铬、镉含量，分别降低约53%、45%；而开建荣等[26]研究发现，外源喷施螯合叶面硒肥提高了糙米镉、铬等重金属含量。

本试验通过设置叶面喷施不同用量和次数的有机硒肥，探究同时提高黑糯玉米籽粒硒和花青素含量的最佳施用方法，明确有机硒肥对黑糯玉米籽粒铬和镉等重金属元素的影响，以期为黑糯玉米合理施用有机硒肥提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在山西省大同市左云县山西农业大学试验田（44°13ʹN，112°55ʹE）进行。该地地处塞北高原，属北温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温6.1 ℃，年均日照时数2 760 h，年平均降雨量399 mm，无霜期125 d。供试土壤pH值8.0，有机质16.62 g/kg，全氮0.79 g/kg，硝态氮15.07 mg/kg，有效磷5.65 mg/kg，速效钾101.12 mg/kg。

1.2 试验材料

供试玉米品种为黑甜糯632。硒肥为水溶性硒肥（SETEK-BF-003），有效成分为氨基酸螯合态硒，其中，硒含量≥2 000 mg/L，氨基酸≥100 g/L，含有促吸收辅料，由苏州硒谷科技有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用二因素完全随机区组设计，设3个施硒水平，即Se1、Se2、Se3，用量分别为1.5、3.0、6.0 g/hm2；2 个喷硒次数（1、2 次），其中，喷施1 次于玉米吐丝期进行，2 次分别在吐丝期和之后7 d 进行，每次喷硒量为相应硒用量的1/2；另以喷施等体积（450 L/hm2）清水为对照，共7 个处理，重复3 次，总计21个小区，每个小区面积67 m2。喷施时，选择晴朗无风的傍晚，用手持压缩喷雾器均匀喷在叶片表面。喷施1次时，硒用量分别为1.5、3.0、6.0 g/hm2的处理分别以Se1-1、Se2-1、Se3-1表示，喷施2次分别以 Se1-2、Se2-2、Se3-2 表示。田间玉米播种量为14.2 kg/hm2，行距50 cm，株距45 cm，待玉米出苗后进行间苗。生育期病、虫、草害管理与当地农户相同。

1.4 测定项目及方法

玉米播前，移除地表覆盖物，用不锈钢土钻以5 点混合法采集0～20 cm 土层土壤，去除石砾、植物残根等杂物，用自封袋密封带回实验室，四分法取样，部分存于4 ℃冰箱，备测土壤硝态氮；部分风干后通过1 mm 尼龙网筛，用于测定土壤pH、有效磷和速效钾，另取小部分土样，磨至全部通过0.25 mm网筛，用于土壤有机质和全氮的测定。

收获前2 d 采集玉米植株样品，在各小区随机选择10 株玉米果穗，去掉苞叶、手工脱粒，脱粒后一部分在60 ℃烘箱中烘干，再进行粉碎，存于塑封袋中，用于花青素含量的测定。另取一部分籽粒，用自来水和去离子水分别清洗3遍，去除尘土等污染，60 ℃烘箱中烘至恒质量，再粉碎，密封于自封袋中，用于测定籽粒硒、铁、锰、铜、锌、铁、镉、铬等元素含量。

土壤pH值用2.5∶1水土比浸提，pH计测定；硝态氮用CaCl2浸提，AA3流动分析仪测定；有效磷用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾用乙酸铵溶液浸提，火焰光度计测定；有机质用重铬酸钾容量法测定；全氮用凯氏定氮法测定[27]。

花青素含量采用pH示差法[28]测定。称取1 g黑糯玉米粉干样，将提取液（95%乙醇4 mL、0.1 mol/L柠檬酸1 mL、蒸馏水7 mL 为溶剂；料液比1∶12）和30 mg/g纤维素酶一并加入50 mL小烧杯内，混合浸泡，置于40 ℃超声波清洗器中提取20 min，提取液在8 000 r/min 离心10 min，取上清液经滤纸过滤后，采用UV-5500 紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）测吸光度，根据吸光度计算得出花青素含量。

硒及矿质元素采用电感耦合等离子体-质谱法（ICP-MS）[29]测定。称取粉碎黑糯玉米0.300 0 g 于消化管中，加入 8 mL 混酸（6 mL 硝酸+2 mL 双氧水），盖上消化管盖子过夜。次日将消化管放于消化炉上加热至溶液变为澄清透明且剩余体积为2 mL 左右，取下。冷却后转移至10 mL 容量瓶中，用去离子水定容，混匀，然后用0.22 nm滤膜过滤于5 mL离心管中，ICP-MS测定分析。

1.5 数据处理及分析

采用Excel 2010 和SAS 9.4 软件处理数据和图表制作，采用二因素随机区组设计的方差分析检验施硒量、喷硒次数效应以及二者的交互作用（ANOVA），相关性分析处理变量间关系。多重比较采用LSD（Least Significant Difference）法，显著性水平为5%。

2 结果与分析

2.1 叶面有机硒肥对黑糯玉米籽粒花青素含量的影响

由图1可知，施硒量和喷施次数均可增加黑糯玉米籽粒花青素含量。同一喷硒次数，随着施硒量的增加，籽粒花青素含量逐渐降低，且施硒量为1.5 g/hm2时，花青素含量最高，达0.50 mg/g。同一施硒量，喷施2 次的花青素含量明显高于1 次，且施硒量为1.5 g/hm2时，喷施2次的花青素含量达0.53 mg/g，高于其他处理。说明试验条件下，施硒量为1.5 g/hm2且分2次喷施，利于提高黑糯玉米籽粒花青素含量。

2.2 叶面有机硒肥对黑糯玉米籽粒硒含量的影响

从图2可以看出，施硒量和喷施次数也可增加玉米籽粒硒含量。喷施次数相同时，籽粒硒含量随施硒量的增加呈先升高后降低趋势，且施硒量为3.0 g/hm2时，籽粒硒含量最高，达0.21 mg/kg。施硒量相同时，喷施2次的籽粒硒含量高于喷施1次，且施硒量为3.0 g/hm2时，喷施2 次的硒含量最高，达0.24 mg/kg。说明试验条件下，施硒量为3.0 g/hm2、喷施2次更有利于改善玉米籽粒硒营养。

2.3 叶面有机硒肥对黑糯玉米籽粒微量营养元素的影响

玉米籽粒微量元素含量变化因施硒量和喷施次数而异（表1）。对于铁、锌、锰而言，喷施1次下，虽然籽粒铁、锌、锰含量随施硒量的增加有降低趋势，但锌、锰含量均明显高于对照，而铁差异不显著；喷施2 次，籽粒铁、锌、锰均有上升趋势，且施硒量为6.0 g/hm2时达最高值，分别较对照提高39%、35%、27%。对于铜而言，喷施有机硒肥降低籽粒铜含量，喷施1 次，籽粒铜含量随施硒量增加而降低，但喷施2次，籽粒铜含量先降低后增加，施硒量6.0 g/hm2的籽粒铜含量达最高。说明施硒量为6.0 g/hm2、喷施2次更利于综合改善黑糯玉米籽粒铁、锌、锰、铜营养。

表1 施硒量和喷施次数对黑糯玉米籽粒铁、锌、锰、铜含量的影响Tab.1 Effects of selenium application amount and spraying times on the contents of iron，zinc，manganese and copper in black waxy maize grain mg/kg

2.4 叶面有机硒肥对黑糯玉米籽粒铬和镉含量的影响

由图3 可知，随施硒量和喷施次数增加，黑糯玉米籽粒镉含量降低，但喷施1 次和喷施2 次下铬含量随施硒量增加变化不同。喷施1次，铬含量随施硒量的增加而降低，施硒量6.0 g/hm2时，籽粒铬含量最低，为0.63 mg/kg，喷施2 次，铬含量随施硒量的增加先降低后增加，施硒量为3.0 g/hm2籽粒铬含量最低，为0.49 mg/kg。相同喷施次数下，镉含量随施硒量的增加而降低，且施硒量6.0 g/hm2镉含量最低，均为0.014 mg/kg。同一施硒量下，喷施2 次较喷施1 次铬和镉含量均降低，且施硒量为3.0 g/hm2时差异显著。说明喷施2 次可以更有效地抑制玉米籽粒铬、镉的累积，且施硒量3.0 g/hm2分2次喷施更利于降低玉米籽粒铬含量，施硒量6.0 g/hm2分2 次喷施更利于降低玉米籽粒镉含量。总之，合理的施硒量和喷施次数可抑制黑糯玉米籽粒铬和镉的积累。

2.5 硒含量与花青素、微量营养元素和铬、镉的相关性分析

叶面喷施有机肥条件下，玉米籽粒硒含量与籽粒铜、铬含量呈显著或者极显著负相关（表2）。因此，黑糯玉米籽粒硒可对铜、铬起拮抗作用，而与籽粒花青素、铁、锌、锰、镉无线性关系。

表2 黑糯玉米籽粒硒含量与花青素、微量元素及铬、镉的相关性Tab.2 Correlation of selenium content with anthocyanin，micronutrients，chromium and cadmium in black waxy maize grain

3 讨论

3.1 外源喷硒对黑糯玉米籽粒花青素含量的影响

本研究发现，外源喷硒提高了玉米籽粒花青素含量，但随施硒量增加，籽粒花青素含量呈降低趋势，喷硒2 次籽粒花青素含量显著高于喷施1 次。刘丹丹[30]在紫色生菜的研究也发现，生菜花青素含量随亚硒酸钠浓度增加呈先升高再降低，究其原因，主要是因为喷高浓度硒在一定程度上会抑制F3H（黄烷酮3-羟化酶）和UFGT（类黄酮糖基转移酶）基因表达，从而减少花青素的合成。郭函[31]也研究发现，亚硒酸钠喷施质量浓度由250 mg/L增至750 mg/L时，各小麦品种籽粒花青素含量先增加后降低，主要由于低浓度亚硒酸钠提高了花青素结构基因和合成相关酶基因表达量，而高浓度时表达量相对较低。说明，喷硒确实可以影响玉米籽粒花青素的积累，但是花青素含量却与施硒量不呈单一线性关系，确定适宜施硒量至关重要。

3.2 外源喷硒对黑糯玉米籽粒硒含量的影响

本研究发现，外源喷施有机硒肥可明显提高玉米籽粒硒含量，随施硒量增加，籽粒硒含量先增加后降低，同时喷施2次比喷施1次硒含量高，且施硒量 3.0 g/hm2、喷施 2 次，达最高值 0.24 mg/kg。殷金岩等[32]盆栽试验（土壤硒含量为0.158 mg/kg）表明，随施硒量增加，马铃薯总硒含量呈先增加后降低趋势。究其原因，可能是因为施硒虽然可以提高作物硒含量，但由于产量增加，致使作物中硒被“稀释”，所谓的“稀释效应”[33]。山西省中部[34]，玉米籽粒硒含量随施硒量的增加而增加，但是当施硒量达120 g/hm2时，籽粒硒含量已经超过了富硒标准。说明，本试验施硒量3.0 g/hm2、喷施2次不仅达到了本试验玉米籽粒的最高硒含量，还在国家食品安全标准值范围内，“稀释效应”是否是导致籽粒硒含量随施硒量增加先增加后降低的原因，还有待进一步验证。

3.3 外源喷硒对黑糯玉米籽粒微量营养元素及铬、镉的影响

本研究表明，外源喷施有机硒肥，随施硒量的增加玉米籽粒铁、锌、锰、铜含量有不同的变化趋势，但与喷施清水相比，施硒量6.0 g/hm2且喷施2次，可以同时提高籽粒铁、锌、锰含量，均衡营养；外源喷施有机硒肥还可以降低籽粒铬和镉含量。不同的硒肥试验，作物铁、锰、铜、锌含量的变化也有所不同，土壤全硒含量为28µg/kg的内蒙古地区试验发现[35]，施用硒酸钠提高了燕麦籽粒铜含量，但却降低了籽粒铁、锰含量，而东北地区（土壤全硒含量0.23 mg/kg）试验发现[36]，施用适宜硒矿粉可促进玉米籽粒对铁、锌、锰、铜的积累；还有试验表明[37]，叶面喷施亚硒酸钠，提高了玉米籽粒锰含量，降低了籽粒铜含量，但对铁、锰含量没有影响，因为铁、锰、锌、铜等微量元素相互之间的关系复杂，受影响较多，各试验结果也有差异。黄丽美等[37]在缺硒地区研究发现，叶面喷施亚硒酸钠，随着施硒量的增加，玉米籽粒中镉等重金属元素含量显著下降。在陕西省土壤硒含量68µg/kg的土壤上，喷施硒肥可以显著改善葡萄果实的营养品质，减少葡萄果实铬和镉等重金属的积累[17]。有试验表明，硒和镉之间确实存在拮抗作用，较不施硒、低硒（0.5 mg/kg Na2SeO3）和高硒处理（2.0 mg/kg Na2SeO3）可以减少水稻地上部镉的积累，缓解水稻镉胁迫[38]。但在宁夏硒含量为0.175～0.222 mg/kg的土壤上的研究有不同发现[26]，外源喷硒肥对稻谷、糙米和精米铁、锌、锰、铜等营养元素无影响，但提高了糙米镉和铬等重金属的含量，可能是由于各微量元素累积受多种因素影响，但对此方面研究较少，所以，需要进一步进行研究。

4 结论

本试验结果表明，施用有机硒肥可提高黑糯玉米籽粒花青素和硒含量，喷施2次的效果优于喷施1次，施硒量1.5 g/hm2的玉米籽粒花青素含量最高，而施硒量3.0 g/hm2时，籽粒硒含量最高。喷施2次，随施硒量增加，籽粒铁、铜含量先降低后增加，锌、锰逐步增加，施硒量6.0 g/hm2时，籽粒铁、锌、锰含量最高。喷施有机硒肥可降低黑糯玉米籽粒铬和镉含量，喷施2次，施硒量3.0 g/hm2的玉米籽粒铬含量最低，施硒量6.0 g/hm2籽粒镉含量最低。综上所述，本试验有机硒肥施用量为1.5～3.0 g/hm2，喷施2次不仅可以有效提高黑糯玉米籽粒花青素和硒含量，还可降低铬含量，施硒量为6.0 g/hm2、喷施2 次可更有效地提高玉米籽粒铁、锌、锰含量，降低籽粒镉含量。