叶面喷施外源硒对谷子产量及品质的影响

闫锋 董扬 赵富阳 侯晓敏 李清泉 王立达 范国权 刘凯

摘要：为探究不同生育时期喷施不同剂量的外源硒对谷子产量因子及品质的影响，并明确最佳施用期及施用量，以黑龙江省主栽谷子品种嫩选18为参试材料，采用裂区设计，设置3个富硒时期（拔节期、抽穗期、灌浆期）、5个外源硒剂量（0、15、30、60、120 g/hm2），以叶面喷施的方式进行富硒处理，研究不同富硒时期下外源硒剂量对嫩选18产量因子及籽粒品质、硒含量的影响。结果表明：拔节期施用中低剂量的外源硒处理对产量因子无显著影响，其余各处理主要表现为随着施硒剂量增加产量因子呈先升高后下降的变化趋势；叶面富硒可显著提高谷子籽粒粗蛋白、粗脂肪、总氨基酸含量，不同品质指标对富硒时期及剂量响应不同，不同富硒时期下各品质指标均在T2或T3剂量下达到最高，拔节期施硒对粗脂肪含量无显著影响；叶面施硒能提高籽粒的硒含量，不同富硒时期内随着施硒剂量增加，籽粒中硒含量逐渐增大，富硒时期对籽粒中硒积累的影响表现为灌浆期>抽穗期>拔节期。从施硒时期来看，灌浆期施硒对嫩选18各指标的提高效果优于拔节期和抽穗期。模糊隶属函数分析表明，在灌浆期施用60 g/hm2  的亚硒酸钠对提高嫩选18产量因子及籽粒品质、含硒量效果最好。

关键词：谷子；硒含量；产量；品质；亚硒酸钠

中图分类号：S515.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）23-0035-05

谷子起源于我国黄河流域，在我国已经有8 000年的种植历史，对我国农耕文明产生了深远影响，其具有抗逆性强、营养价值高等特点，是典型的环境友好型作物，在我国的种植面积位居世界第一［1-2］。硒（selenium）最初被认为是一种对环境不利的有害元素，是致癌元素之一［3］。直至20世纪50年代，人们才开始关注到硒元素对动物的营养学功能［4］。随着科研工作的不断深入，发现硒能够维持植物和动物的正常生理活动和功能，是植物体内的非必需元素、动物体内的必需元素，已被证实可以提高人体机能、预防心血管疾病及高血压等，严重缺硒可导致糖尿病、克山病、心血管疾病、贫血等疾病［5］。

在自然界中的硒元素被植物吸收形成硒蛋白，转化为有机硒存在于植物体内，人和动物通过食用植物是摄入硒最直接有效的手段［6］。前人关于农作物对硒的生理响应已做过较多研究［7-10］。侯青光等研究发现，在玉米大喇叭口期或抽雄期喷施硒肥可显著提高籽粒产量和硒含量［11］。龚天芝等指出，在核桃果实膨大期，通过叶面富硒可以显著提高核桃果实硒含量，提高果实抗氧化能力和品质［12］。我国约有3/4的国土面积属缺硒地区，以华北、东北、西北地区为主，黑龙江地区为我国严重缺硒贫硒地区，该地区生产的谷子籽粒中硒含量偏低，不能满足人们通过使用谷子补硒营养的需求［13-14］。因此，本研究以黑龙江省主栽谷子品种嫩选18为研究对象，以亚硒酸钠为外源硒供体，在谷子拔节期、抽穗期和灌浆期对其叶面喷施进行富硒处理，探究叶面喷施外源硒对谷子产量形成和品质的影响。进一步探讨谷子各项指标对不同喷硒时期和不同施硒剂量的响应规律，进而明确最佳施硒时期和剂量，为本地区谷子生产提质增效和富硒谷子生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 参试材料

供试谷子品种嫩选18为黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院育成品种；外源硒为亚硒酸钠（Na2SeO3）分析纯，购自上海泰瑞公司。

1.2 试验地概况

试验于2022年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院试验田（123°45′E，47°15′N）进行，试验地点属于中温带大陆性季风气候，年降水量415 mm，年均温度3.2 ℃，活动积温为2 900 ℃。土壤类型为碳酸盐黑钙土，pH值=7.82，理化性质见表1。

1.3 试验设计

试验地块前茬为大豆。2022年4月22日灭茬、旋耕、起垄，施磷酸二铵200 kg/hm2、尿素 100 kg/hm2、硫酸钾75 kg/hm2，4月27日灌水，5月10日采用机械开沟，人工播种，播后镇压。试验采用裂区设计，以富硒时期为主处理，富硒剂量为副处理，喷施分别设定在3个时期：拔节期（7月1日）、抽穗期（7月30日）和灌浆期（8月15日）。亚硒酸钠设 15 g/hm2（T1）、30 g/hm2（T2）、60 g/hm2（T3）、120 g/hm2（T4）4个剂量梯度，清水（T0）为对照，共计15个处理，按照各处理设计剂量将亚硒酸钠溶于2 L清水中，采用水溶液叶面喷施的方法对各小区进行富硒处理，每小区硒溶液喷施量均为2 L。每个小区为6行区，行长 4 m，小区面积15.6 m2，3次重复。各处理定植密度均为40万株/hm2。

1.4 测定内容及方法

1.4.1 产量因子指标 于成熟期每处理中间4行中选取长势均匀的植株20株，测定穗粒质量、千粒质量并对小区测产。

1.4.2 硒含量及品质指标 采用唐玉霞等的方法［15］测定不同处理下的谷子籽粒硒含量。粗脂肪、粗蛋白、总氨基酸含量的测定参考鲍士旦的方法［16］。

1.5 数据统计

用Microsoft Excel 2019、SPSS 19.0软件进行数据统计及方差分析。参照孙东雷的方法［17］运用模糊隶属函数和均方差系数赋予权重对参试品种进行综合评价，具体公式如下：

Uij=（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）。（1）

式中：Uij表示第i处理第j个指标的隶属函数值；Xij表示第i处理第j个指标值；Xjmax和Xjmin分别表示第j个指标值中的最大值和最小值。

式中：Wj表示第j个指标在所有指标中的权重系数；Pj为第j个指标的均方差系数。

式中：Di表示第i个处理的综合评價值，根据D值大小可以对各处理下谷子综合表现进行排序。

2 结果与分析

2.1 外源硒对谷子产量因子的影响

2.1.1 对穗粒质量的影响

由表1可知，叶面喷施不同剂量外源硒对嫩选18穗粒质量有显著影响，在T0～T4剂量范围内，穗粒质量在各富硒时期整体表现为先上升后下降，在拔节期除T4处理外各剂量均与对照相比没有显著差异。在抽穗期和灌浆期喷硒，嫩选18穗粒质量随着富硒剂量增加表现为先上升后下降，抽穗期T2剂量下穗粒质量达到最高（15.70 g），比对照增加11.27%，显著高于T0、T1剂量处理，但与T3、T4剂量处理差异不显著；灌浆期喷施处理穗粒质量也是在T2剂量下达到最高（16.28 g），分别比对照增加16.12%，且显著高于其他处理。

2.1.2 对千粒质量的影响

由表1可知，在拔节期进行T1～T4剂量外源硒喷施处理后，嫩选18的千粒质量与对照相比没有显著变化，在抽穗期和灌浆期进行各剂量外源硒处理对千粒质量产生了一定影响，具体表现为在抽穗期喷施T2、T3剂量处理可显著增加千粒质量，分别为3.20 g和3.19 g，显著高于其他剂量处理及对照，T1、T4剂量处理下千粒质量与对照差异不显著；在灌浆期进行喷硒处理，除T1计量外，其他剂量处理均显著高于对照，具体 表现为随着剂量升高呈先升高后下降的变化趋势，在T2、T3剂量下千粒质量达到最高，分别为3.18 g和3.15 g，显著高于其他处理及对照。

2.1.3 对产量的影响

由表1可知，在拔节期对嫩选18喷施外源硒处理后，T4剂量处理下的产量显著低于对照及其他处理，T1～T3剂量处理的产量与对照差异不显著；在抽穗期和灌浆期进行富硒处理，嫩选18的产量随着富硒剂量增加表现为先上升后下降，且均在T2剂量处理下产量达到最高，分别为6 279.42、6 510 kg/hm2，分别比对照增加11.25%、17.81%。

2.2 外源硒对谷子籽粒品质的影响

2.2.1 对籽粒粗蛋白含量的影響

由表2可知，叶面喷施不同剂量外源硒对嫩选18粗蛋白含量有显著影响，在T0～T4剂量范围内，籽粒粗蛋白含量在各富硒时期整体表现为先上升后下降。拔节期喷硒处理的粗蛋白含量在T3剂量下达到最高（11.65%），比对照增加4.48%，抽穗期T3剂量下粗蛋白含量最高（12.03%），比对照增加6.65%；灌浆期T2剂量下粗蛋白含量最高（12.63%），比对照增加13.78% 。总体来看，灌浆期对谷子进行叶面喷施硒处理对提高籽粒中粗蛋白含量效果最好。

2.2.2 对籽粒粗脂肪含量的影响

由表2可知，谷子籽粒中粗脂肪含量对外源硒富硒时期响应不同，在拔节期喷硒各剂量处理下粗脂肪含量与对照相比没有显著变化；在抽穗期和灌浆期喷硒，嫩选18籽粒粗脂肪含量随着富硒剂量增加表现为先上升后下降趋势，抽穗期T2剂量下粗脂肪含量达到最高（3.21%），比对照增加18.89%，显著高于抽穗期下其他剂量处理；灌浆期喷施硒粗脂肪含量也是在T2剂量下达到最高（3.27%），比对照增加20.22%。

2.2.3 对籽粒总氨基酸含量的影响

在拔节期、抽穗期和灌浆期进行喷施外源硒处理后，嫩选18籽粒中总氨基酸含量整体比对照明显提高（表2），在不同喷硒时期内，总氨基酸含量随着剂量升高整体表现为先升高后降低的变化趋势。拔节期喷硒处理的总氨基酸含量在T3剂量硒达到最高（10.27%），显著高于对照，但与T1、T2处理差异不显著；抽穗期T3剂量下总氨基酸含量最高（10.80%），比对照增加6.72%；灌浆期T3剂量下总氨基酸含量最高（10.85%），比对照增加8.50%。

2.3 外源硒对谷子籽粒硒含量的影响

嫩选18在拔节期、抽穗期、灌浆期不同剂量下的叶面喷硒处理，均可提高籽粒中的硒含量，且硒含量随着施用剂量的增加呈逐渐上升的变化趋势（图1）。不同富硒时期的富硒效果总体表现为灌浆期>抽穗期>拔节期，在灌浆期进行富硒处理对谷子籽粒硒富集效果最好。

从施用剂量看，各富硒时期处理中籽粒硒含量在T1～T4处理剂量下均显著高于对照，不同富硒时期处理下籽粒硒含量均在T4剂量下达到最高，分别为0.46、0.57、0.62 mg/kg，分别为对照的11.5倍、14.25倍和15.5倍。

2.4 不同喷硒处理的综合评价

为避免单一指标的片面性，本试验将产量指标（穗粒质量、千粒质量、产量）与品质指标（粗蛋白、粗脂肪、总氨基酸、硒含量）相结合，通过模糊隶属函数将数据标准化，而后采用均方差系数赋予权重法综合评价了不同施硒处理下嫩选18各性状指标的综合价值。结果显示，将原始数据通过公式（1）进行隶属函数标准化（表3），然后通过公式（2）和公式（3）确定各指标的权重系数，权重系数分别为穗粒质量（4.65%）、千粒质量（2.12%）、产量（5.20%）、粗蛋白含量（3.95%）、粗脂肪含量（6.77%）、总氨基酸含量（2.80%）、硒含量（74.47%），利用公式（4）计算出各施硒处理下嫩选18的综合评价值。由表3可知，嫩选18在灌浆期T3、T4处理及抽穗期T4处理下的综合评价值最高，分别为0.81、0.79、0.77，富硒效果最好。

3 讨论

3.1 外源硒与谷子的产量

在外源硒对谷子的影响中，形态指标和产量形成因素是判断谷子对喷硒时期和喷硒浓度响应最直观的指标，也是农业生产中最关心的指标。本试验结果表明，适宜浓度硒肥能提高谷子产量及产量构成因素，T2浓度达到最大值，但施硒浓度过高会产生抑制作用。这一结果符合Bertrand生物剂量规律，即低浓度时，对植物的生长有促进效应，过量则对植物构成毒害［18］，本研究结论与张晓等的研究结果［9，19］一致。

本研究在抽穗期及灌浆期T1、T4剂量范围内进行喷硒处理，嫩选18的穗粒质量、千粒质量和产量均随施硒剂量升高而呈先升高后降低趋势。由于抽穗期和灌浆期施硒，此时谷子的有效穗数己基本确定，说明嫩选18施硒增产效应是通过提高千粒质量及穗粒质量实现的，这与吴季蓉等的研究结果［20］一致。总体来看灌浆期施硒对提高谷子产量因子效果最好，优于拔节期和抽穗期。穆婷婷等在谷子的不同时期进行叶面喷硒发现，在抽穗期施硒更利于谷子产量的提高［21］，本研究结果与其有一定出入，这可能是由于施硒剂量及谷子品种差异造成的。

3.2 外源硒与谷子的品质

本研究中，除了拔节期施硒对粗脂肪含量无明显影响外，在抽穗期和灌浆期施用T2～T3剂量的外源硒均可以促进嫩选18粗蛋白、粗脂肪及总氨基酸含量的提高，具有显著的正效应，可以改善其营养品质，但在T4剂量下各营养指标从高峰期开始下降。这说明该作物在适宜硒剂量下可提高其品质，但在高剂量下会出现硒中毒现象，从而导致品质下降［12］。彭晓伟等对4个谷子品种在孕穗期进行喷硒处理，结果发现4个谷子品种籽粒中粗蛋白含量变化规律并不一致，这可能是品种间对硒的敏感度差异造成的［22］。高贞攀等在谷子灌浆期叶面喷施不同剂量的亚硒酸钠，发现籽粒中粗蛋白含量随施用剂量呈先升高后降低的变化趋势［23］，本研究结果的变化趋势与之相一致。谷子的品质是由多个指标共同决定的，由于本研究试验条件有限，只探究了外源硒对粗蛋白、粗脂肪、总氨基酸含量的影响，对于施用外源硒能否提高谷子全部的品质指标，需要进一步研究。

3.3 外源硒与谷子籽粒的硒含量

前人关于不同作物的富硒报道，相比拌种或土壤施用，叶面喷施具有富硒效果好、简单易操作的优点［24］。粮食作物经过叶面喷施硒肥后，籽粒含硒量一般可提高3～32倍，但富硒效果与作物种类、喷施剂量、富硒时期有关［25］。本研究中嫩选18在不同生育时期进行喷硒处理均可显著提高籽粒含硒量，且富硒效果与剂量呈正相关，这与张鹏飞等的研究结果［26-27］一致。不同生育時期叶面喷硒对嫩选18籽粒硒富集效果好的时期为灌浆期，与刘秀桃等的研究结果［28-29］一致。这说明生育后期喷施硒肥更有利于谷子对硒的吸收积累，因为灌浆期是谷子籽粒形成的关键生育期，所以此时喷施硒可以更好地提高成熟后籽粒的硒含量。

4 结论

通过不同施硒时期及剂量下对嫩选18的产量因子及籽粒品质指标、硒含量的研究表明，所有处理中，除拔节期施用中低剂量的外源硒处理对产量因子无显著影响外，其余各处理随着施硒剂量增加产量因子及品质指标均呈先升高后下降的变化趋势，籽粒中硒含量则呈逐渐上升的变化趋势。从施硒时期来看，灌浆期施硒对嫩选18各指标提高效果优于拔节期和抽穗期。利用模糊隶属函数分析计算出在灌浆期施用60 g/hm2  的亚硒酸钠对提高嫩选18产量因子及籽粒品质、含硒量效果最好。

参考文献：

［1］刁现民. 中国谷子产业与产业技术体系［M］. 北京：中国农业科学技术出版社，2011.

［2］李顺国，刘 斐，刘 猛，等. 新时期中国谷子产业发展技术需求与展望［J］. 农学学报，2018，8（6）：96-100.

［3］万春云，郭定宗. 微量元素硒生物学作用研究进展［J］. 畜禽业，2004（1）：20-21.

［4］Schwarz K，Foltzs C M.Selenium as an integral part of factor 3 against dietary necrotic liver degeneration［J］. Nutrition Reviews，1978，36（11）：338-340.

［5］聂婷婷，李 晖. 硒与心血管疾病相关性的研究进展［J］. 中国食物与营养，2019，25（9）：9-13.

［6］马秀杰，张跃安. 硒对人体健康影响研究进展［J］. 中国公共卫生，2009，25（8）：1021-1023.

［7］陈 金，潘根兴，王雅玲. 土壤硒水平对两种春大豆硒吸收与转化的影响［J］. 中国农业科学，2005，38（2）：428-432.

［8］滕世辉，李晓霞，曹洪祥，等. 叶面喷硒对稻米产量和含硒量影响研究初报［J］. 农学学报，2015，5（11）：1-3.

［9］张 晓，卜冬宁，李瑞奇，等. 叶面喷施微肥对冬小麦产量和品质的影响［J］. 麦类作物学报，2012，32（4）：747-749.

［10］蒋曦龙，乔月彤，李晓靖，等. 叶面过量施硒对玉米产量、硒和矿质营养元素含量的影响［J］. 核农学报，2021，35（12）：2841-2849.

［11］侯青光，韦林汕，卢亚妮，等. 硒肥不同喷施时期和种类对玉米产量、品质及硒和重金属含量的影响［J］. 西南农业学报，2021，34（9）：1900-1906.

［12］龚天芝，张德健. 外源硒对核桃硒含量和果实品质的影响及生理作用机制［J］. 果树学报，2022，39（8）：1443-1449.

［13］赵双玲，银永安，黄 东，等. 富硒肥对膜下滴灌水稻农艺性状、产量及品质的影响［J］. 中国稻米，2021，27（2）：93-94，97.

［14］吴永尧，彭振坤，罗泽民. 植物对硒的吸收及其效应［J］. 湖北民族学院学报（自然科学版），1997，15（3）：10-13，51.

［15］唐玉霞，王慧敏，刘巧玲，等. 原子荧光法测定小麦中硒含量的研究［J］. 华北农学报，2009，24（增刊1）：218-220.

［16］鲍士旦. 土壤农化分析［M］. 3版.北京：中国农业出版社，2000.[HJ2mm]

［17］孙东雷，卞能飞，王 幸，等. 高油酸花生萌发期耐冷性综合评价及种质筛选［J］. 核农学报，2021，35（6）：1263-1272.

［18］Djanaguiraman M，Devi D D，Shanker A K，et al. Selenium-an antioxidative protectant in soybean during senescence［J］. Plant and Soil，2005，272（1）：77-86.

［19］王建偉. 硒锌对典型旱地主要作物产量及矿质营养的影响［D］. 杨凌：西北农林科技大学，2012：12-13.

［20］吴季蓉，王宏富. 不同生育时期喷施硒肥对谷子农艺性状及产量的影响［J］. 山西农业科学，2018，46（4）：595-598，619.

［21］穆婷婷，杜慧玲，景小兰，等. 外源硒对谷子产量因子及硒含量的影响［J］. 作物杂志，2017（1）：73-78.

［22］彭晓伟，蒋沛含，张爱军，等. 叶面喷施硒肥对谷子农艺性状及品质的影响［J］. 山西农业大学学报（自然科学版），2022，42（1）：1-9.

［23］高贞攀，郭平毅，原向阳，等. 叶面喷施亚硒酸钠对谷子籽粒含硒量及品质的影响［J］. 山西农业大学学报（自然科学版），2015，35（2）：157-161.

［24］Li H F，McGrath S P，Zhao F J. Selenium uptake，translocation and

speciation in wheat supplied with selenate or selenite［J］. New Phytologist，2008，178（1）：92-102.

［25］Hawkesford M J，Zhao F J. Strategies for increasing the selenium content of wheat［J］. Journal of Cereal Science，2007，46（3）：282-292.

［26］张鹏飞，张爱军，张建恒，等. 叶面施硒对谷子硒富集及品质的影响［J］. 华北农学报，2010，25（4）：231-234.

［27］李 冉，刘宇航，梁 杉，等. 硒肥对谷子产量因子及其籽粒富硒效果的影响［J］. 中国农业科技导报，2021，23（6）：140-146.

［28］刘秀桃，薛海龙，李萍花，等. 硒肥对谷子产量构成因子及其籽粒含硒量的影响［J］. 现代农业科技，2013（12）：13，15.

［29］许佳昕. 叶面喷施硒肥对谷子生理特性、产量形成及元素吸收的影响［D］. 太谷：山西农业大学，2020：18-20.