叶面喷硒对不同籼·粳水稻品种稻米品质及硒含量的影响

杨 英,赵士茹,舒小伟,王树深,伏 桐,丁周宇,周 娟,姚友礼,董桂春

(扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/教育部植物功能基因组重点实验室,江苏扬州 225009)

硒是人类维持健康必不可少的微量元素之一。稻米作为我国大部分人口的主粮,其含硒量与人体硒营养状态密切相关,据《中国居民膳食营养素参考摄入量》[1]标准,成年人平均需硒量(EAR)为50 μg/d,但我国稻米中的硒含量平均仅为0.025 mg/kg,成年人每天通过大米摄入的硒含量远低于需求量[2]。因此,通过增加稻米中的硒含量是目前最经济有效的补硒方法[3-6]。

喷硒可以提高作物硒含量已有不少报道,在生产中也有一定的应用。研究表明,通过外源施用硒肥,可提高水稻籽粒中硒含量[7-9],表现出在一定浓度范围内,随着硒浓度的增加稻米中硒含量也呈增加趋势[10-12],Wang等[8]研究表明,对抽穗期水稻叶面喷施亚硒酸钠(40 mg/L,10.5 g/hm2),水稻籽粒中的硒含量从0.03 μg/g提高到1.54 μg/g;周鑫斌等[13]研究显示,叶面喷施硒肥,尽管增加的幅度不同,但不同品种稻米硒含量均有所提高;而刘梦兰等[14]研究认为,外源施入硒肥可极显著地提高各品种糙米和精米中的硒含量,并降低稻米籽粒中的砷、铅和镉含量,一定程度改善稻米品质。外源施入硒肥通常在抽穗期进行,在其他时期施用对水稻生长也有一定的影响,如苗期施用一定浓度的硒肥(0.25 mg/L),可增强水稻叶片中 SOD 和 POD 的活性[15]。关于硒肥对稻米品质的影响,前人的研究或是针对同一亚种的水稻品种,或是针对不同籼粳水稻品种产量及稻米硒含量的影响进行研究,而对不同籼粳水稻品种在不同栽培处理的基础上研究叶面喷硒对稻米品质及硒含量的综合响应较少。为此,笔者以江苏近年来种植面积较大的优质食味粳稻南粳9108和曾经在江苏省应用较广的籼稻扬稻6号为材料,针对上述问题开展相应的研究,以期为水稻硒肥的合理应用及其效应评估提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点与试验材料试验于 2021 年在扬州大学农学院试验田进行。供试品种为常规籼稻扬稻 6 号、常规粳稻南粳 9108。

1.2 试验方法

(1)塑盘育秧。5 月 20 日播种,6 月 11 日移栽。人工模拟机插,株行距为 11 cm×30 cm,约 30.3 万穴/hm2,每穴 5 苗。每处理设3个重复,每重复20 m2,小区间以田埂分隔,用塑料薄膜包埋,单独排灌,防止肥水串灌。

(2)肥料施用。氮磷钾施用比例约为 1∶0.4∶0.4。施氮量为270 kg/hm2纯氮,磷肥、钾肥均以三元复合肥(15-15-15)形式分2次施用。氮肥运筹,基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3。基肥在移栽前 1 d施用,分蘖肥在移栽后 7 d施用,穗肥包括促花肥和保花肥,促花肥和保花肥分别在倒 4 叶、倒 2 叶施用。

(3)水分管理。移栽后浅水活棵,分蘖期干湿交替灌溉,达够苗 80%时多次轻搁田,直至稻田土壤出现鸡爪裂纹,穗分化期及抽穗期保持湿润或浅水层,然后干湿交替灌溉,收获前 10 d断水。适时防止病虫草害,水稻生长正常。

1.3 试验设计

1.3.1秸秆还田方式和穗肥处理试验。设秸秆还田和穗肥2个处理。秸秆还田设全量还田和不还田2个方式;穗肥处理,促花肥和保花肥施用比例设 0∶0(促花肥和保花肥均不施)、2∶0(只施促花肥)、1∶1(促花肥和保花肥等量施用)、0∶2(只施保花肥),另加1个全程不施肥的处理(CK),共 10 个处理。

1.3.2硒肥试验。每小区选择 5 行长势均匀一致的水稻,于抽穗后 5 d 人工叶面喷施 0.2%的亚硒酸钠溶液,以喷施清水(CK)为对照。

1.4 测定项目与方法

1.4.1产量及其构成因素。成熟期各小区取代表性植株6穴,每处理共18穴。测定各穴稻株的穗数;手工脱粒测定每穗粒数;以水漂法区分饱粒(沉入水底者)和空粒,用数粒板计数饱粒数,人工计数空粒数,计算结实率;烘干至恒重(80 ℃,72 h)后称量干重,计算饱粒千粒重。每小区实收1 m2水稻植株,作为实收产量。

1.4.2加工和外观品质。收获的稻谷进行脱粒后置于室内阴凉通风处,90 d后,测定稻米的糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率和垩白度。

1.4.3营养和食味品质。用近红外谷物分析仪测定稻米的蛋白质含量和直链淀粉含量。采用米饭食味计,自动测定米饭的气味、光泽和色泽、完整性、味道、口感的评分和综合评分值。

1.4.4稻米淀粉黏滞特性。采用 Super3 型 RVA 快速黏度分析仪测定淀粉黏滞特性。用峰值黏度、热浆黏度、崩解值(峰值黏度-热浆黏度)、最终黏度、消减值(最终黏度-峰值黏度)、峰值时间和糊化温度等表示 RVA 谱特征值。

1.5 数据处理与统计分析试验数据均以Microsoft Excel 2019进行数据处理,以SPSS(25.0)进行统计分析,以Origin 2022进行绘图。各处理的比较均采用最小显著差法(LSD),凡超过LSD 0.05视为显著。

2 结果与分析

2.1 叶面喷硒对不同籼、粳水稻品种产量的影响由图1可知,叶面喷施硒肥,扬稻6号各处理的产量较不喷施各处理平均增加1.46%,其中秸秆还田平均高0.82%,0∶0处理增幅最大,秸秆不还田平均高2.13%,1∶1处理增幅最大;南粳9108各处理的产量较不喷施各处理平均增加3.54%,其中秸秆还田平均高1.93%,0∶2处理增幅最大,秸秆不还田平均高5.24%,2∶0处理增幅最大。

注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments at the level of 0.05.图1 叶面喷施硒肥对不同籼、粳水稻品种产量的影响Fig.1 Effect of foliar application of selenium fertilizer on yield of different rice varieties

2.2 叶面喷硒对不同籼、粳水稻品种稻米品质的影响

2.2.1加工品质。由表1可知,扬稻6号喷硒处理的整精米率较不喷施处理平均增加1.60%,其中秸秆还田平均高0.03%,0∶2处理增幅最大,秸秆不还田平均高1.63%,0∶2处理增幅最大;南粳9108喷硒处理整精米率较不喷施各处理平均增加0.60%,其中秸秆还田平均高0.25%,0∶0处理增幅最大,秸秆不还田平均高0.41%,2∶0处理增幅最大。

可见,喷施硒粒肥处理均可小幅提高扬稻6号和南粳9108的整精米率,扬稻6号的增幅略大。

2.2.2外观品质。在稻米外观品质中,长宽比、垩白度是反映稻米外在特性的主要指标。由表2可知,扬稻6号稻米长宽比,喷硒处理与不喷施处理平均值相同,但秸秆还田条件下喷硒处理增加0.27%,秸秆不还田平均下降0.27%;南粳9108长宽比,喷硒处理与不喷施处理平均值相同,在秸秆还田条件下也无变化,在秸秆不还田条件下平均低0.11% 。叶面喷施硒肥处理下,扬稻6号的垩白粒率较不喷施处理平均降低0.10%,垩白度较不喷施处理平均增加0.13%,其中,垩白粒率在秸秆还田条件下平均降低0.16%,1∶1处理降幅最大,秸秆不还田条件下平均低0.44%,1∶1处理降幅最大;垩白度在秸秆还田条件下平均提高0.26%,0∶0处理增幅最大,秸秆不还田条件下平均降低0.42%,0∶0处理降幅最大;南粳9108的垩白粒率和垩白度,喷硒处理与不喷施处理的平均值相同,其中,垩白粒率在秸秆还田条件下平均降低0.27%,2∶0处理降幅最大,秸秆不还田条件下平均高0.18%,1∶1处理降幅最大;垩白度在秸秆还田条件下平均降低0.27%,0∶0处理降幅最大,秸秆不还田条件平均低0.06%,0∶2处理降幅最大。

可见,喷施硒肥处理可小幅降低扬稻6号、南粳9018的垩白粒率和垩白度,对垩白粒率降低效果稍大,对长宽比的影响更小。

表2 叶面喷硒对扬稻6号和南粳9108稻米外观品质的影响Table 2 Effect of foliar selenium spraying on rice appearance quality of Yangdao 6 and Nanjing 9108

接下表续表2

2.2.3蒸煮食味品质和营养品质。由表3可知,叶面喷施硒肥的扬稻6号各处理直链淀粉含量、糊化温度和蛋白质含量较不喷施各处理平均分别高0.15%、0.70%和0.03%,其中,直链淀粉含量在秸秆还田下平均高0.50%,1∶1处理增幅最大,在秸秆不还田下平均低0.20%,1∶1处理降幅最大;糊化温度在秸秆还田下平均高0.70%,1∶1处理增幅最大,在秸秆不还田下平均低0.70%,1∶1处理降幅最大;蛋白质含量在秸秆还田下平均高0.26%,1∶1处理增幅最大,在秸秆不还田下平均低0.19%,0∶0处理降幅最大;南粳9108各处理直链淀粉含量、糊化温度和蛋白质含量较不喷施各处理分别平均高0.59%、0.48%和0.18%,其中,直链淀粉含量在秸秆还田下平均高0.49%,2∶0处理增幅最大,在秸秆不还田下平均低0.48%,2∶0处理降幅最大,糊化温度在秸秆还田下平均高1.60%,CK处理增幅最大,在秸秆不还田下平均低0.43%,1∶1处理降幅最大,蛋白质含量在秸秆还田下平均高1.73%,2∶0处理增幅最大,在秸秆不还田下平均低1.34%,0∶0处理降幅最大。

可见,喷施硒粒肥处理可小幅度提高扬稻6号、南粳9018的直链淀粉含量、糊化温度、蛋白质,其中,扬稻6号在喷硒后直链淀粉含量的增幅略大,而南粳9108在喷硒后糊化温度和蛋白质含量的增幅略大。

表3 叶面喷硒对扬稻6号和南粳9108稻米蒸煮食味品质和蛋白质含量的影响Table 3 Effect of foliar selenium spraying on rice cooking and eating quality and protein content of Yangdao 6 and Nanjing 9108

2.3 叶面喷施对稻米淀粉RVA谱特征的影响RVA谱特征值指标很多,崩解值、消减值是依据峰值黏度、热浆黏度、最终黏度计算出来,是反映稻米食味品质的代表性RVA谱特征值。由表4可知,扬稻6号在喷硒处理下各处理的平均崩解值较不喷施各处理平均高2.61%,其中,秸秆还田平均高5.00%,1∶1处理增幅最大,秸秆不还田平均高4.99%,1∶1处理增幅最大;南粳9108各处理平均崩解值较不喷施各处理平均高3.82%,其中,秸秆还田平均高5.00%,1∶1处理增幅最大,秸秆不还田平均高2.61%,0∶0处理增幅最大;扬稻6号在喷硒处理下的平均消减值较不喷施各处理平均高0.30%,其中,秸秆还田平均高0.30%,秸秆不还田平均高0.30%;南粳9108各处理平均消减值较不喷施各处理平均低0.75%,其中,秸秆还田平均低1.78%,1∶1处理降幅最大,秸秆不还田平均低0.31%,1∶1处理降幅最大。

可见,喷施硒粒肥处理可小幅提高扬稻6号和南粳9018的崩解值,南粳9108在喷硒后崩解值的增幅略大。喷施硒粒肥处理小幅提高扬稻6号的消减值,小幅降低南粳9018的消减值。

表4 叶面喷硒对扬稻6号和南粳9108稻米淀粉RVA谱特征值的影响Table 4 Effect of rice foliar selenium spraying on RVA spectrum characteristic value of Yangdao 6 and Nanjing 9108 单位:Pa·s

2.4 叶面喷硒对不同籼、粳水稻品种植株各器官硒含量的影响由表5可知,扬稻6号各处理的茎鞘、叶片、稻穗(含枝梗、饱粒、空瘪粒)及精米中的硒含量较不喷施各处理平均分别高295%、494%、266%和270%,其中,茎鞘、叶片、稻穗及精米的硒含量在秸秆还田下平均分别高319%、475%、286%和296%,秸秆不还田下平均分别高269%、510%、246%和253%,南粳9108各器官中的硒含量较不喷施平均分别高324%、488%、266%和285%,其中,茎鞘、叶片、稻穗及精米在秸秆还田下平均分别高336%、481%、287%和226%,秸秆不还田下平均分别高283%、505%、243%和257%。

可见,喷施硒肥可显著提高扬稻6号、南粳9018茎鞘、叶片、穗部及精米中的硒含量,其中,南粳9108在喷硒后茎鞘、稻穗和精米中的硒含量增幅略大,扬稻6号叶片中的硒含量的增幅略大。

3 结论与讨论

3.1 叶面喷硒对不同籼、粳水稻品种稻米品质的影响

3.1.1加工和外观品质。稻米品质主要是通过加工、外观、蒸煮食味和营养等品质来评价。随着生活水平的提高,人们对稻米品质的要求也越来越高。采用叶面喷施硒肥,可补充根系吸收养分的不足,并有适度增产和改善稻米品质的作用[7-9,16]。整精米率是反映稻米加工品质的重要指标。徐琴等[17]研究表明,叶面喷施硒肥能明显提高整精米率和降低垩白度,但并不是随着施用量的增加而一直增高或降低。赵滢等[18]以从国际水稻所引进的一套籼稻微核心种质中筛选出25份种质为试材,通过土壤施入硒肥处理后显示,富硒分别提高了8个品种的糙米率、12个品种的精米率和10个品种的整精米率,但也降低了7个品种的糙米率、8个品种的精米率和8个品种的整精米率,表明增施硒肥对加工品质的影

表5 叶面喷硒对扬稻6号和南粳9108茎鞘、叶片、稻穗和精米中硒含量的影响Table 5 Effect of foliar selenium spraying on selenium content in stems,leaves,ears and polished rice of Yangdao 6 and Nanjing 9108 单位:mg/kg

响因品种遗传基础不同,反应也有明显的差异。该研究表明,叶面喷硒可小幅提高扬稻6号糙米率和南梗9108精米率,小幅降低扬稻6号精米率和南梗9108糙米率,但使2个品种的整精米率均有所提高。水稻的外观品质主要用长宽比、垩白度和垩白粒率来评价。长宽比、垩白等性状是反映稻米外在特性的主要指标,与稻谷产量及品质都有一定的联系[19]。余侃等[20]研究表明,施入外源硒肥,可降低水稻的垩白粒率和垩白度。该研究结果表明,叶面喷施硒肥使扬稻6号、南粳9108的垩白粒率和垩白度较均有所降低,垩白粒率下降幅度稍大,但对米粒的长度比几乎无影响。

3.1.2蒸煮食味和营养品质。稻米的蒸煮食味品质与其自身的理化特性密切相关,目前常用的稻米理化特性主要包括蛋白质含量、直链淀粉含量等化学组分、胶稠度、黏滞性、糊化特性和回生特性等[21]。朱文东[22]通过在不同时期叶面喷施硒肥,发现稻米的营养品质、外观品质、蒸煮品质都有一定的提升,抽穗期喷施效果最佳。淀粉是稻米的主要成分,主要由直链淀粉和支链淀粉组成,直链淀粉的含量会直接影响到米饭的黏度和软度,从而对稻米食味品质产生影响[23],而糊化温度主要与稻米的蒸煮品质有关。张有利等[5]研究表明,通过叶面喷施硒肥,提高了水稻中蛋白质含量和直链淀粉含量,从而提升稻米蒸煮和营养品质。该研究表明,喷施硒肥使扬稻6号、南粳9018的直链淀粉含量、糊化温度、蛋白质均略有提高,扬稻6号直链淀粉含量的增幅略大,南粳9108糊化温度和蛋白质含量的增幅略大。

3.1.3稻米淀粉RVA谱特征。RVA 谱特征值指标很多,但反映稻米食味品质的特征值主要是崩解值、消减值[24]。研究表明,崩解值和最高黏度与食味品质呈极显著正相关,与消解值呈极显著负相关[24-26]。该研究表明,叶面喷施硒肥使扬稻6号和南粳9018的崩解值均有所提高,使消解值均有所降低,南粳9108崩解值增幅略大于扬稻6号,消解值降幅略小于扬稻6号。这可能由于叶面喷施硒肥后,促进水稻生育后期养分的吸收,延缓根系衰老,增强了光合同化能力,促进籽粒灌浆,从而实现籽粒产量和稻米品质的同步优化,但其内在机理还需进一步分析。

3.2 叶面喷硒对不同籼、粳水稻品种植株各器官硒含量的影响硒是一种对人体健康十分重要的微量元素,具有提升血细胞中的携氧工作能力,维护、修补体细胞,提升人体免疫力等功能,通过提高食物中如稻米中的硒含量是实现其功效的有效手段。水稻对硒具有富集作用,不同水稻品种的富集能力不同,不同部位对硒的富集能力也不同[27]。研究表明,外源施入硒肥处理会不同程度地提高茎鞘、叶片和籽粒中的硒含量,各部位的硒含量表现为叶片>茎鞘>精米[3,5-6,13]。目前,水稻外源施入硒肥主要有叶面喷施和土壤施入2种方式,研究表明,叶面喷施硒肥促进水稻茎鞘、叶片和籽粒中的硒含量提高的效果明显大于土壤施入硒肥的效果[28-29],抽穗期施用效果更突出[30]。该研究表明,叶面喷施硒肥可显著提高扬稻6号和南粳9018茎鞘、叶片、精米中的硒含量,南粳9108精米硒含量增幅略大。各部位的硒含量表现为叶片>茎鞘>精米,与前人研究结果相似。目前我国国标《富硒稻谷》[31]中规定的富硒稻谷加工的大米中硒含量应在0.04～0.30 mg/kg,该研究表明,富硒处理后2个水稻品种精米硒含量在0.058～0.100 mg/kg,均达到了安全的富硒米标准。

4 结论

叶面喷施硒肥使扬稻6号和南粳9108精米中的硒含量分别提升了0.062、0.057 mg/kg,并达到了安全的富硒米标准;使2个品种整精米率分别提高了1.62%、0.70%,垩白粒率分别降低了0.10%、0.13%,略改善加工和外观品质;使2个品种的崩解值平均提高了2.61%、3.52%,消解值平均降低了1.82%、0.82%,使稻米淀粉RVA谱主要特征值向优质食味指标转变。