叶喷有机硒对黑糯玉米硒吸收及籽粒花青素和铁锰铜锌的影响

黄婷苗 詹 昕 陆乃昆 乔月静 陈 杰 杨珍平 高志强

研究简报

叶喷有机硒对黑糯玉米硒吸收及籽粒花青素和铁锰铜锌的影响

黄婷苗 詹 昕 陆乃昆 乔月静 陈 杰 杨珍平*高志强

山西农业大学农学院 / 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

探索黑糯玉米硒吸收利用和籽粒营养品质对叶面喷施有机硒肥的响应, 对生产中合理施用硒肥, 进而支撑山西“特” “优”农业高质量发展具有重要意义。本研究以品种晋鲜糯8号为试验材料, 于2020—2021年连续2年在山西晋中黑糯玉米典型种植区开展田间试验, 设置一次喷施不同用量有机硒0、6和12 g Se hm–2, 以及喷施量12 g Se hm–2条件下分2次喷施, 共4个处理, 研究叶喷有机硒对黑糯玉米产量、硒吸收利用、籽粒花青素和铁锰铜锌含量的影响。结果表明, 喷硒量和喷硒次数对黑糯玉米鲜食期籽粒产量和成熟期地上部各器官干物质量无影响。相比不喷硒, 喷硒可提高鲜食期籽粒和成熟期地上部各器官硒含量、硒积累。喷硒12 g Se hm–2时, 籽粒硒含量达到满足人体硒营养需求的最低目标值100 μg kg–1, 增幅最大, 介于110～181 μg kg–1。成熟期, 植株各器官硒积累从高到低依次为叶片、籽粒、茎秆、苞叶、穗轴。喷硒12 g Se hm–2, 分2次喷施的平均籽粒硒强化指数和籽粒硒回收率分别为6.95 (μg kg–1) (g hm–2)–1和2.4%, 优于1次喷施。同时, 鲜食期籽粒花青素和铁锰锌含量也最高, 2年平均值分别为209、27.9、15.9和22.8 mg kg–1, 但各处理间籽粒铜含量无差异。因此, 兼顾硒吸收利用和籽粒营养品质同步提升, 该区黑糯玉米生产中叶喷有机硒肥用量至少应不低于12 g Se hm–2, 且分2次喷施效果较优。

有机硒肥; 黑糯玉米; 叶喷; 硒含量; 花青素; 微量元素

硒(Se)是人体的必需微量营养元素, 具有增强机体免疫力、抗病毒、防癌、预防心脑血管疾病等特殊功能[1-2]。我国缺硒人口大约为1.05亿, 广泛分布在由东北向西南低硒区的366个县市[3], 这些地区人们日常膳食摄入的硒有70%源于谷类及其制品[4]。因此, 通过合理的农业措施实现富硒农产品生产, 进而缓解人体硒缺乏尤为重要。

硒生物强化的农艺措施主要以土施和叶面喷施无机硒肥为主。研究发现, 施入土壤后, 80%～95%的硒酸盐易随灌溉、降水或地表径流途径淋失, 造成水体环境污染[5-6],大部分亚硒酸盐很快被土壤吸附固定, 作物当季利用率不足5%, 持续施用也会造成土壤退化、有害重金属残留等问题[7]。土施硒肥的效果受气候条件、土壤理化性质等影响, 并且成本十分高昂[8]。叶喷的硒直接由叶片转运至可食部分, 硒强化效果是土施的2～3倍[9]。然而, 硒在人体内的安全范围相对较窄, 施用不当也会出现作物毒害症状, 且因过度追求农产品富硒还会引发毛发脱落、指甲变形、消化系统和呼吸系统不适等疾病[8]。近年来, 硒肥生产逐渐由毒性较大的无机硒向更加安全绿色的新型硒肥转变。其中, 有机硒肥通常是硒和有机物质混合而成, 如氨基酸螯合态硒肥、腐殖酸硒肥, 具有安全低毒、生物活性高、吸收效果好等特点[10]。Yuan等[11]研究发现, 相比亚硒酸盐, 叶面喷施30 g Se hm–2有机硒可增加水稻总硒、蛋白硒和有机硒积累, 且对作物生长无害。Wang等[12]利用水培试验研究表明, 根部施硒时, 玉米根系对有机硒的吸收能力更强; 叶喷时, 叶片对无机硒的吸收能力更强。目前, 关于作物对有机硒的吸收仅有零星报道, 多集中在有机、无机硒肥效果或是不同有机硒形态方面的比较[8,13-14],缺乏田间条件下针对特定作物的有机硒肥施用研究。

甜糯玉米营养丰富, 在山西从南到北均有种植, 面积达2.65万公顷, 其中, 黑糯玉米因其籽粒富含花青素和各种人体必需的微量元素、氨基酸等, 鲜食期的食用价值较高, 备受广大消费者喜赖, 经济效益显著[15]。已有研究发现, 施硒可提高参与花青素合成的UFGT和F3H基因表达水平, 进而增加紫色生菜的花青素积累[16]。在一定喷施量范围内, 黑糯玉米籽粒花青素含量是否随有机硒肥用量增加而增加？有待验证。再者, 硒肥对作物铁锰铜锌等微量元素影响的报道结果不尽相同[17-18]。基于此, 本研究在山西晋中黑糯玉米典型种植区, 通过连续2年田间试验, 研究喷施不同用量和次数有机硒肥对黑糯玉米产量、硒吸收利用、籽粒花青素和其他微量元素营养的影响。相关结果可为支撑山西“特”“优”农业高质量发展、以及黑糯玉米生产中有机硒肥的合理施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于黄土高原东部的山西省晋中市太谷区武家堡村(37°41′N, 112°45′E, 海拔774 m)。该区气候类型为暖温带大陆性半干旱季风气候, 雨热同季, 降水主要集中在夏季。年均气温、日照时数和降水量分别为11℃、2362 h和598 mm, 无霜期160～190 d。供试土壤类型为石灰性褐土, 由黄土母质发育而来。试验初始的耕层土壤(0～20 cm)基础肥力: pH 8.03、有机质15.74 g kg–1、全氮0.81 g kg–1、碱解氮41.1 mg kg–1、有效磷7.78 mg kg–1、速效钾151.6 mg kg–1、全硒0.538 mg kg–1, 属于非缺硒土壤[19]。试验2020—2021年的主要气象要素如图1所示, 整体看, 2年间的气温相差不大, 但第2年黑糯玉米生育期降水量(318 mm)明显少于第1年(407 mm)。

1.2 试验设计与田间管理

田间试验采用完全随机区组设计, 设置叶面喷施不同用量有机硒肥: 0、6和12 g Se hm–2, 分别用CK、Se1和Se2表示, 一次喷施; 此外, 为进一步明确合理的喷硒次数, 再将Se2处理分2次喷施, 用Se2-2表示, 共4个处理。其中, CK、Se1、Se2处理是在玉米开始灌浆时, 将有机硒肥溶于去离子水中, 充分混匀后, 用手持压缩喷雾器均匀喷洒在叶片表面, 对照CK是喷施与硒处理等体积的去离子水450 L hm–2。Se2-2是玉米开始灌浆和其后第8天喷施, 每次用量是Se2处理的一半。2020年、2021年第1次喷施时间分别为7月23日、8月1日, 第2次分别为7月31日、8月9日, 均在晴朗无风的傍晚进行。硒肥由苏州硒谷科技有限公司提供, 属于水溶性有机硒, 含硒量为2000 mg L–1, 有效成分是氨基酸螯合态硒, 其中氨基酸含量≥100 g L–1。

图1 2020–2021年试验点的月降水量和平均气温

氮肥用量的50%和全部磷钾肥作基肥, 随播种机一次性混合施入, 剩余氮肥作追肥在大喇叭口期穴施。各处理氮磷钾投入量保持一致, 分别为N 210 kg hm–2、P2O5100 kg hm–2、K2O 90 kg hm–2, 种类是尿素、磷酸二铵、氯化钾。玉米品种为晋鲜糯8号, 由山西省农业科学院玉米研究所选育, 属早熟黑色糯性玉米, 等行距种植, 行距60 cm, 株距30 cm, 种植密度54,000株hm–2, 分别于2020年5月13日和2021年5月17日播种。小区面积25 m2(5 m × 5 m), 各处理重复4次, 整个生育期其他田间管理按照当地农户习惯, 及时防除病、虫、草害。

1.3 样品采集与测定

鲜食期, 避开边行, 在各小区一侧选择植株长势一致、穗形相似、具有代表性的10个糯玉米果穗, 手工脱粒后, 65℃烘干至恒重, 称重。成熟期, 在每个小区另一侧选取5 m2玉米作为测产样方, 收获并记产。同时, 于各小区随机采集3株玉米地上部全株, 记录果穗数, 风干后分为籽粒、苞叶、穗轴、茎秆、叶片5部分, 分别用自来水、去离子水快速冲洗3遍后, 65℃烘干后称重, 由3株玉米果穗数和籽粒干重、样方产量计算田间公顷玉米果穗数。取各器官的部分烘干样, 用带碳化钨罐的高通量组织研磨仪(QIAGEN TissueLyser II, 德国)粉碎备用。鲜食期籽粒产量由鲜食期10个糯玉米的籽粒干物质量和田间玉米果穗数计算得出, 各器官干物质量均以烘干基表示。

植物样品的硒、铁锰铜锌含量用浓HNO3和H2O2微波消解, 电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS (iCAP Qc, 美国)测定[20-22]。以玉米粉国家标准物质GBW10012 (GSB-3)监控消解和测定过程。采用pH示差法测定籽粒花青素含量[23]: 称取样品0.2 g, 加入2 mL丙酮摇匀离心后, 弃掉上清液, 再加入2 mL稀盐酸溶液, 置于60℃恒温水浴加热1 h, 离心后, 保留上清液, 重复加热、离心, 混匀2次的上清液, 取1 mL于10 mL离心管中, 分别加入5 mL pH 1.0的HCl-KCl缓冲溶液和pH 4.5的HAc-NaAc缓冲液, 混匀后用蒸馏水作对照, 平衡20 min后, 在510 nm和700 nm波长下, 用分光光度计分别测定其吸光度。样品均进行2次平行测定, 取平均值。

2020年玉米播前, 以“5点混合法”采集3份0～20 cm土层土壤样品作为基础土样, 剔除根系等杂物, 风干后分别过1 mm和0.25 mm尼龙网筛, 参照《土壤农化分析(第三版)》[24]测定土壤基础肥力。土壤全硒用氢化物发生-原子荧光光谱法[25]测定。

1.4 数据计算和处理

黑糯玉米各器官(籽粒、苞叶、穗轴、茎秆、叶片)硒积累(mg hm–2) = 各器官硒含量(μg kg–1) ×各器官干物质量(kg hm–2)/1000; 鲜食期籽粒硒强化指数(μg kg–1) (g hm–2)–1= [鲜食期喷硒籽粒硒含量(μg kg–1)–鲜食期不喷硒籽粒硒含量(μg kg–1)]/喷硒量(g hm–2)[26]; 籽粒硒回收率(%) = [喷硒籽粒硒积累(mg hm–2) – 不喷硒籽粒硒积累(mg hm–2)]/喷硒量(g hm–2)/10×100; 硒肥利用率(%) = [喷硒地上部硒积累(mg hm–2) – 不喷硒地上部硒积累(mg hm–2)]/喷硒量(g hm–2)/10×100; 硒肥累计利用率(%) = [喷硒地上部硒积累总和(mg hm–2) – 不喷硒地上部硒积累总和(mg hm–2)]/总喷硒量(g hm–2)/10×100。利用IBM SPSS Statistics 26软件统计分析试验数据, LSD (Least Significant Difference)多重比较分析不同处理间差异显著性, 显著性水平设为<0.05。

2 结果与分析

2.1 鲜食期籽粒产量和成熟期各器官干物质量

叶面喷施有机硒的用量和次数对黑糯玉米鲜食期籽粒产量和成熟期地上部各器官干物质量均无影响, 但年份间差异较大, 表现为第2年明显低于第1年(图2)。前后2年, 鲜食期平均籽粒产量分别为2189 kg hm–2、1735 kg hm–2; 成熟期地上部生物量分别为13,090 kg hm–2、8409 kg hm–2, 各器官干物质量由高到低排序依次为籽粒、茎秆、叶片、苞叶、穗轴。

2.2 鲜食期籽粒和成熟期各器官硒含量

叶喷有机硒可明显提高鲜食期籽粒和成熟期各器官硒含量(表1)。鲜食期, 籽粒硒含量随喷硒量、喷硒次数的增加而增加, 除Se1外, 各喷硒处理的籽粒硒含量均高于100 μg kg–1, Se2-2最高, 2年平均为148 μg kg–1, 比不喷硒CK增加130%。成熟期, 喷硒后的籽粒、苞叶、穗轴、茎秆、叶片硒含量分别较不喷硒CK增加55%～120%、15%～28%、19%～36%、10%～21%、59%～97%, 但不同喷硒量Se1、Se2处理间各器官硒含量无差异, 除苞叶外, 各器官硒含量均随喷硒次数增加而增加。整体看, 硒含量大小呈现为叶片>茎秆>籽粒、苞叶>穗轴。

图2 不同喷硒处理的鲜食期黑糯玉米产籽粒产量(A)和成熟期各器官干物质量(B)

CK、Se1、Se2和Se2-2分别代表灌浆初期喷硒量为0、6、12 g Se hm–2和喷硒12 g Se hm–2条件下分2次喷施。同一年份的不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

CK, Se1,Se2, and Se2-2represent the treatments of Se spraying rates of 0, 6, 12 g hm–2at early filling stage, and spraying Se in twice under Se rate of 12 g hm–2, respectively. Different lowercase letters in the same year indicate significant difference among four treatments at the 0.05 probability level.

表1 不同喷硒处理黑糯玉米的鲜食期籽粒硒含量和成熟期地上部各器官硒含量

同列数据后不同字母表示同一年份的不同处理间差异显著(< 0.05)。*和**分别表示在0.05和0.01概率水平差异显著, NS为不显著。处理同图2。

Different letters in the same column indicate significant difference among four treatments in each year at< 0.05. * and ** represent significantt difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, while NS represents not significant difference. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.3 硒的积累和分配

同样, 叶喷有机硒可显著提高鲜食期籽粒和成熟期地上部硒积累, 提高幅度因喷施量、喷施次数而异(图3)。鲜食期, 前后2年的籽粒硒积累无差异, 就2年均值来看, 籽粒硒积累随喷硒量、喷硒次数递增, Se2-2最高, 平均287 mg hm–2。成熟期, 各器官硒积累随喷硒次数增加而增加, 叶喷有机硒12 g Se hm–2时, 1次(Se2)、2次(Se2-2)喷施的地上部总硒积累比不喷硒CK增加48%、74%, 但不同喷施量Se1、Se2间无差异; 各器官硒积累由高到低依次为叶片、籽粒、茎秆、苞叶、穗轴, 其中, 叶片、茎秆硒占植株地上部总硒的60%～62%。

图3 不同喷硒处理的黑糯玉米鲜食期籽粒硒积累(A)和成熟期地上部硒积累(B)

同一年份的不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。处理同图2。

Different lowercase letters in the same year indicate significant difference among four treatments at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.4 硒强化指数和硒肥利用率

籽粒硒强化指数表征喷施1 g hm–2纯硒能增加的籽粒硒含量。鲜食期, 第1年, 各喷硒处理的籽粒硒强化指数无差异, 第2年, 喷施12 g Se hm–2高于喷施6 g Se hm–2, 喷施2次高于喷施1次(表2)。籽粒硒回收率、硒肥利用率和硒肥累计利用率是评价作物对硒肥利用情况的关键指标。成熟期, 第1年, Se1、Se2-2的籽粒硒回收率分别较Se2处理高94%、79%, 硒肥利用率高67%、45%; 第2年, 各处理的籽粒硒回收率、硒肥利用率和硒肥累计利用率无差异。

2.5 鲜食期籽粒花青素和铁锰铜锌含量

除籽粒铜含量外, 叶面喷硒可不同程度地增加籽粒花青素和铁锰锌含量, 且籽粒铁锰铜锌含量在年际间差异显著(表3)。不喷硒时, 2年平均籽粒花青素为135.2 mg kg–1, 2年平均铁锰铜锌含量分别为19.05、12.1、2.4和17.5 mg kg–1。籽粒花青素与喷硒量无关, 但随喷硒次数增加而增加, 第2年, Se2-2处理最高, 为273 mg kg–1。就2年平均值而言, 与不喷硒CK相比, 喷硒的籽粒铁、锰、锌含量分别增加12%～46%、4%～32%、14%～30%, Se2-2处理增幅最大。

表2 不同喷硒处理黑糯玉米的籽粒硒强化指数、籽粒硒回收率、硒肥利用率和硒肥累计利用率

同列数据后不同字母表示同一年份的不同处理间差异显著(< 0.05)。*和**分别表示在0.05和0.01概率水平差异显著, NS为不显著。处理同图2。

Different letters in the same column indicate significant difference among four treatments in each year at< 0.05. * and ** representsignificant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, while NS represents not significant difference. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

表3 不同喷硒处理黑糯玉米鲜食期的籽粒花青素和铁锰铜锌含量

同列数据后不同字母表示同一年份的不同处理间差异显著(< 0.05)。*和**分别表示0.05和0.01概率水平差异显著, NS为不显著。处理同图2。

Different letters in the same column indicate significant difference among four treatments in each year at< 0.05. * and ** represent significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, while NS represents not significant difference. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

3 讨论

3.1 叶喷有机硒对黑糯玉米产量的影响

本试验中, 不论喷施量、喷施次数, 叶喷有机硒对黑糯玉米鲜食期籽粒产量和成熟期地上部各器官干物质量均无影响, 与田间条件下报道的水稻、小麦、玉米等叶面喷施无机硒肥结果类似[11,18,27]。但也有研究表明, 施硒对作物生长具有两面性, 表现为“低促高抑”[28]。如, Jiang等[29]在内蒙赤峰的研究发现, 与不喷硒相比, 叶喷亚硒酸钠5 g Se hm–2可提高荞麦籽粒产量, 而喷施10 g Se hm–2无影响。一项营养液培养试验发现, 20 µmol L–1的亚硒酸盐溶液显著降低了水稻幼苗的根长、株高和地上部鲜重, 促进侧根数目增加[11]。山东德州的田间试验也表明, 叶喷亚硒酸钠0～5 g L–1时, 随喷施量增加, 鲜食糯玉米的籽粒产量和秸秆干物质量逐渐降低[30]。无机硒虽在作物硒强化方面发挥了重要作用, 但高剂量施用甚至会导致减产。从农业生态环境安全角度考虑, 寻求更加安全、低毒的新型硒肥更为迫切。本研究设定的有机硒肥喷施量范围内, 未观察到“低促高抑”现象, 最高喷硒量12 g Se hm–2时, 喷施1次或2次, 不会影响黑糯玉米生长, 可能试验地土壤本身不缺硒(全硒0.538 mg kg–1), 硒并不是玉米生产中的限制因子, 因此, 有机硒肥可作为该区替代无机硒的可选硒源。前后2年, 籽粒产量和各器官干物质量差异较大, 主要是试验第2年, 生育期降水偏少(图1), 限制了玉米干物质积累和产量形成。

3.2 叶喷有机硒对黑糯玉米硒含量和硒吸收利用的影响

大量研究表明, 叶喷硒肥可有效改善作物硒营养[31-33], 本试验喷施有机硒的结果亦是如此, 但不同喷硒处理增幅不同。作为重要的特色经济作物, 鲜食期黑糯玉米硒营养备受关注, 一次喷硒12 g Se hm–2时, 2年平均籽粒硒含量为124 μg kg–1, 虽达到了人体健康需求的最低谷物硒强化目标100 μg kg–1 [34], 却仍不足富硒农产品要求的150 μg kg–1。分2次喷施效果较优, 2年平均为148 μg kg–1, 接近150 μg kg–1, 说明合理喷施有机硒也可提高籽粒硒水平, 进而缓解区域人群硒缺乏现状。值得注意的是, 与鲜食期不同, 成熟期Se1、Se2处理的籽粒硒含量无差异, 可能由于生育后期不同喷硒量的玉米籽粒硒积累速率不同, 籽粒硒与淀粉合成不同步。除此之外, 硒生物强化的另一个重要目标是增加作物可食部分中对人体有益的有机硒含量[35]。谷物籽粒中, 硒主要以硒代蛋氨酸形式存在[28], 叶喷硒肥促进籽粒中有机硒比例的增加, 已被多数研究证实[36]。田间条件下, 第2年, 产量较低, Se2-2处理的籽粒硒含量和硒积累增幅明显高于第1年, 同时, 籽粒硒强化指数最高, 为9.96 μg kg–1(g hm–2)–1, 数值接近于华北平原麦玉轮作体系中普通玉米喷施亚硒酸钠60 g Se hm–2的籽粒硒强化指数10 μg kg–1(g hm–2)–1[14], 而本试验中, 有机硒用量仅为12 g Se hm–2。可见, 遭遇干旱时, 叶喷有机硒更能促进硒在籽粒的积聚, 也从另一方面说明了黑糯玉米硒强化效果可能受“产量稀释”效应影响, 低产时, 硒强化效果更强。因此, 根据目标硒营养进行有机硒肥施用调控时, 也应兼顾作物产量变化。

喷硒12 g Se hm–2, 分2次喷施的成熟期地上部各器官硒积累最高。目前, 关于植物叶片吸收硒元素的机理尚不清楚, 也缺乏叶面喷施后硒在作物体内的转运机制研究。就硒分配来看, 叶片、茎秆硒积累占植株地上部总硒的60%以上, 富硒秸秆还田后, 会直接或间接地影响土壤硒的赋存形态, 秸秆硒可能随秸秆腐解逐渐释放供作物利用, 也可能活化土壤缓效态硒, 提高硒生物有效性[37]。本研究中, 等量喷硒时, 2次喷施的籽粒硒回收率是1次喷施的2倍, 再次证明分次喷施更利于硒向籽粒的转移, 但仍不足4%, 低于陕西缺硒土壤普通玉米中叶喷亚硒酸钠11 g Se hm–2的6.5%[18]和山东非缺硒土壤小麦玉米上喷施硒代蛋氨酸90 g Se hm–2的9.8%[14]。连续2年, 各处理黑糯玉米的硒肥累计利用率无差异, 平均为6.27% (表2),与其他作物较低的硒肥利用率结果相似[27,38], 适度提高硒肥利用, 也是未来新型硒肥研制需考虑的方向之一。

3.3 叶喷有机硒对黑糯玉米籽粒花青素和其他微量元素的影响与调控

黑糯玉米中, 花青素属于类黄酮类物质, 可清除人体内自由基, 具有防衰老、抗氧化等作用。已有研究表明, 叶面喷硒可增加彩色小麦籽粒花青素含量[39-40], 主要由于提高了花青素合成关键转录因子R2R3MYB和bHLH的表达水平[39]。本研究中, 叶喷有机硒有增加籽粒花青素含量的趋势, 第2年Se2-2处理达显著水平, 可能因试验设定的喷硒量(0～12 g Se hm–2)较低所致。不同喷硒的鲜食期籽粒产量无差异, 说明黑糯玉米籽粒花青素积累与碳代谢无关, 即, 碳架并不是花青素生物合成的关键限制因子。一些果蔬的研究发现, 花青素含量与其合成过程中酶的基因表达水平有关[16], 而喷硒影响黑糯玉米籽粒花青素含量的内在机制有待进一步研究。此外, 籽粒微量元素含量也是评价黑糯玉米营养价值的关键参数, 不喷硒时, 前后2年籽粒铁锰铜锌平均含量分别为19.1、12.1、2.4和17.5 mg kg–1, 高于全国普通玉米主产区报道的17.3、4.9、1.5和17.4 mg kg–1 [41], 但其籽粒铁、锌含量仍远不足国际生物强化项目HarvestPlus提出的目标值45～60 mg kg–1和38 mg kg–1[42]。喷施有机硒后, 除铜外, 籽粒铁锰锌含量均明显增加, 尤其是铁、锌, 说明可在不减产前提下通过喷硒协同提升籽粒铁、锌营养, 分析原因可能主要在于施硒可促进作物体内蛋白质合成[43-45], 为籽粒铁、锌贮存提供更大的库容[46]。

本试验设置的最高喷硒量为12 g Se hm–2, 可有效提高黑糯玉米鲜食期籽粒花青素和锌铁硒营养, 但富硒效果不是很理想, 随有机硒肥用量增加, 籽粒花青素、锌、铁、硒等含量是否可在保障人们安全食用范围内持续提高, 喷施有机硒的上限应为多少合适, 等等, 有待进一步深入研究。此外, 喷硒12 g Se hm–2时, 2次喷施效果优于一次, 然而, 实际生产中, 分次喷施需增加额外的劳力和资金投入, 因此, 仍需继续探究更加经济可行的有机硒叶面喷施方式。本研究结果中, 以晋鲜糯8号为代表, 综合考虑硒吸收利用和籽粒营养品质协同提升, 山西晋中黑糯玉米叶喷有机硒肥用量至少应不低于12 g Se hm–2, 分2次喷施效果较优。

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Impact of foliar organic selenium application on selenium uptake and grain anthocyanins, iron, manganese, copper, and zinc concentrations of black waxy corn

HUANG Ting-Miao, ZHAN Xin, LU Nai-Kun, QIAO Yue-Jing, CHEN Jie, YANG Zhen-Ping*, and GAO Zhi-Qiang

College of Agronomy, Shanxi Agricultural University / Ministerial and Provincial Co-Innovation Centre for Endemic Crops Production with High-quality and Efficiency in Loess Plateau, Taigu 030801, Shanxi, China

It is of great significance to explore the responses of selenium (Se) uptake and grain nutritional quality to foliar application of organic Se fertilizer in black waxy corn, so as to provide a scientific basis for the rational application of Se fertilizer, and then guarantee the high-quality development of ‘Special’ and ‘Excellent’ agriculture in Shanxi, China. A two-year field experiment was conducted at Jinzhong in Shanxi Province, located in the typical growing region of black waxy corn from 2020 to 2021. The cultivar of Jinxiannuo 8 was used as the test crop. There were four treatments of three Se spraying rates of 0, 6, and 12 g hm–2at early filling stage, and spraying Se in twice under Se rate of 12 g hm–2. The objective of this study is to clarify the impact of spraying rates and times of organic Se fertilizer on grain yield, Se uptake, and utilization in aerial plant part, grain anthocyanins and iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu), and zinc (Zn) concentrations. These results showed that grain yield at fresh stage and biomass in aerial part at maturity stage were influenced by neither Se spraying rates nor spraying times. Compared with the control, foliar Se application remarkably increased both Se concentration and accumulation in grain and each organ of aerial plant part at fresh and maturity stages, respectively. Grain Se concentration at 12 g Se hm–2was observed to be the highest with a range of 110–181 μg kg–1, which reaching the minimum recommended value of 100 μg kg–1for better human health. At maturity stage, Se accumulation in different organ of aerial part showed the following ranking: leaf > grain > stem > bract > cob. At the rate of 12 g Se hm-2, the average grain Se biofortification index and Se recovery were 6.95 (μg kg–1) (g hm–2)–1and 2.4% under the condition of spraying twice, respectively, which were higher than spraying one time. Also, the highest grain anthocyanin and Fe, Mn, Zn concentrations were found when spraying Se twice at 12 g hm–2, they were 209, 27.9, 15.9, and 22.8 mg kg–1, respectively, whereas there was no difference for grain Cu concentration among the treatments at fresh stage. Therefore, the organic Se rate should be at least 12 g hm-2with spraying twice, for better promoting Se uptake and utilization and grain nutritional quality synchronously during black waxy corn production in Jinzhong of Shanxi province.

organic selenium fertilizer; black waxy corn; foliar application; Se concentration; anthocyanins; micro-element

10.3724/SP.J.1006.2023.33005

本研究由黄土高原特色作物优质高效生产省部共建协同创新中心自主研发项目(SBGJXTZX-42), 国家重点研发计划项目(2021YFD1900700)、山西省高等学校科技创新项目(2021L167), 山西省博士毕业生来晋工作奖励资金科研项目(SXBYKY2021030)和山西农业大学科技创新基金项目(2020BQ72)资助。

This study was supported by the Ministerial and Provincial Co-Innovation Centre for Endemic Crops Production with High-quality and Efficiency in Loess Plateau (SBGJXTZX-42), the National Key Research and Development Program of China (2021YFD1900700), the Scientific and Technological Innovation Programs of Higher Education Institutions in Shanxi (2021L167), the Incentive Funding Research Program for Doctor Graduates Working in Shanxi Province, China (SXBYKY2021030), and the Science and Technology Innovation Fund Program by Shanxi Agricultural University (2020BQ72).

杨珍平, E-mail: yangzp.2@163.com

E-mail: huangtingmiao@126.com

2023-01-16;

2023-04-18;

2023-04-24.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230424.0931.008.html

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