外源硒礦粉對(duì)玉米硒累積及礦質(zhì)元素吸收的影響

劉 慶， 田 俠， 史衍璽

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，青島 266109)

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外源硒礦粉對(duì)玉米硒累積及礦質(zhì)元素吸收的影響

劉 慶， 田 俠， 史衍璽*

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，青島 266109)

外源富硒礦粉; 玉米; 硒富集; 硒轉(zhuǎn)化; 礦質(zhì)元素吸收; 有機(jī)硒

absorptionofmineralelements;organicSe

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年在山東省濱州市濱城區(qū)進(jìn)行，土壤類(lèi)型為潮土，土壤pH為8.1，總硒含量0.23mg/kg，有機(jī)質(zhì) 8.4g/kg，堿解氮 54.6mg/kg，速效磷42.5mg/kg，速效鉀66.1mg/kg。以購(gòu)自湖北恩施富硒礦粉(總硒含量為180mg/kg)為硒源，試驗(yàn)玉米品種為西星黑糯1號(hào)。

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，施硒量分別為Se0(CK)、750(Se1)、1500 (Se2)、2250 (Se3)和3000 (Se4)g/hm2。硒礦粉于玉米播種前均勻撒施于土表，并將其與0—10cm表層土壤混勻。選取均勻飽滿(mǎn)的玉米種子，經(jīng)催芽后于6月20日播種，南北行向栽植，株行距分別為20cm×60cm，小區(qū)面積120m2。試驗(yàn)按照隨機(jī)區(qū)組法設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)。10月7日收獲。

1.2樣品采集與處理

分別于玉米大喇叭口期和成熟期進(jìn)行取樣，將大喇叭口期所取玉米植株分為根、莖、葉三部分，將成熟期所取玉米植株分為根、莖、葉、籽粒四個(gè)部分。所有植株樣品于鼓風(fēng)烘箱中90℃殺青30min，75℃烘至恒重，粉碎過(guò)0.25mm篩，然后進(jìn)行總硒、有機(jī)硒及礦質(zhì)元素含量測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤樣品測(cè)定: 土壤總硒測(cè)定采用國(guó)標(biāo)方法[9]，土壤pH測(cè)定采用電位法，有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，速效磷測(cè)定采用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀測(cè)定采用定1mol/L醋酸銨浸提—原子吸收分光光度法[10]。

植株樣品礦質(zhì)元素(K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn)采用硝酸-高氯酸聯(lián)合消煮，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定[11]。

植株樣品總硒測(cè)定: 準(zhǔn)確稱(chēng)取過(guò)篩的植株樣品1g，置于150mL錐形瓶中，加入10mL硝酸-高氯酸混合酸(10 ∶1，V/V)消化至溶液澄清無(wú)色并有大量白煙冒出時(shí)取下，然后加入2mL濃鹽酸，再置于電熱板上加熱沸騰幾分鐘后取下，使Se(Ⅵ)全部還原為Se(Ⅳ)，冷卻后用去離子水轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶，加入2mL10%的鐵氰化鉀，定容,用原子熒光光譜儀測(cè)定[12]。

玉米籽粒有機(jī)硒測(cè)定采用差減法進(jìn)行。具體步驟為: 準(zhǔn)確稱(chēng)取過(guò)篩的玉米粉1g，置于50mL離心管中，加入30mL超純水，室溫下超聲振蕩30min，于5000r/min離心10min，倒出上清液，殘?jiān)僦貜?fù)提取一次。上清液收集后，倒入分液漏斗中，加入5mL環(huán)己烷萃取，收集水相于燒杯中，電熱板上加熱蒸發(fā)掉大部分水分后，加入10mL的硝酸-高氯酸混合酸(10 ∶1，V/V)，在電熱板上加熱消解至無(wú)色透明并有大量白煙冒出時(shí)取下，冷卻后加2mL鹽酸，再置于電熱板上加熱沸騰幾分鐘后取下，冷卻后用去離子水轉(zhuǎn)移定容至50mL容量瓶，原子熒光光譜儀測(cè)定溶液中無(wú)機(jī)硒含量。利用已測(cè)得的玉米籽粒總硒含量減去無(wú)機(jī)硒含量，即得玉米籽粒中有機(jī)硒含量[13]。

通過(guò)以下公式計(jì)算玉米籽粒的硒富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù):

玉米硒富集系數(shù)=玉米各器官中硒元素含量/土壤中硒元素含量

玉米硒轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部各器官中硒元素含量/根系中硒元素含量

其中，富集系數(shù)是指施入土壤中的硒元素經(jīng)植物的吸收與同化作用后植物各器官中硒含量與土壤硒含量之比，它反映了施入土壤中的外源硒在植物各器官以及土壤之間進(jìn)行重新分配的情況; 轉(zhuǎn)移系數(shù)是指玉米地上部硒與根中硒含量之比，它反映的是玉米將硒元素從根部向地上部各器官遷移的能力，轉(zhuǎn)移系數(shù)越大，說(shuō)明植物將該元素由地下部向地上部運(yùn)輸?shù)哪芰υ綇?qiáng)。

1.4數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)利用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件包和Excel2007軟件進(jìn)行分析，采用LSD法進(jìn)行不同處理之間的多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1玉米籽粒產(chǎn)量與生物量

表1　玉米產(chǎn)量和生物量

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母代表不同處理之間在0.05水平下差異顯著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

2.2玉米不同器官中硒的分布及隨生育期的變化

從表2還可以看出，隨土壤施硒量增加，大喇叭口期玉米各器官硒含量的變化是先增加后降低然后再增加，呈現(xiàn)波動(dòng)式上升的特點(diǎn); 收獲期玉米各器官硒含量呈現(xiàn)平穩(wěn)增加的特點(diǎn)。通過(guò)比較大喇叭期和收獲期玉米各器官中硒含量還可以發(fā)現(xiàn)，除施硒量為1500g/hm2處理外，收獲期玉米根中硒含量普遍高于大喇叭口期，而莖、葉中硒含量普遍低于大喇叭口期。這可能與收獲期莖、葉中的硒元素向籽粒大量轉(zhuǎn)移有關(guān)。

表2　玉米植株不同器官硒含量(μg/kg)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母代表不同處理之間在0.05水平下差異顯著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

2.3硒在玉米體內(nèi)的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)

表3　玉米植株各器官硒的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母代表不同處理之間在0.05水平下差異顯著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

2.4玉米籽粒中無(wú)機(jī)硒向有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化

2.5玉米籽粒總硒、有機(jī)硒與各器官硒含量的關(guān)系

為了明確玉米籽粒中總硒與有機(jī)硒含量與各器官硒含量之間的關(guān)系，對(duì)籽粒中總硒與有機(jī)硒含量和不同器官硒含量之間進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)。由表5可以看出，玉米籽粒總硒和有機(jī)硒與各器官硒含量之間均表現(xiàn)出較好的相關(guān)關(guān)系。其中，玉米籽粒總硒與大喇叭口期根、莖、葉以及收獲期根中硒含量具有顯著的相關(guān)性(P≤0.05); 與收獲期莖、葉中硒含量相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)。

表4　玉米籽粒有機(jī)硒含量及其占總硒的比例

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母代表不同處理之間在0.05水平下差異顯著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

玉米籽粒中有機(jī)硒與根中硒含量相關(guān)性在兩個(gè)時(shí)期均達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)，與莖、葉中的硒含量在大喇叭口期為顯著相關(guān)(P≤0.05)，而在收獲期則達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)。

2.6施硒對(duì)玉米礦質(zhì)元素吸收的影響

土壤施用富硒礦粉后，對(duì)玉米根系對(duì)礦質(zhì)元素吸收及其在籽粒中的累積造成不同程度的影響(見(jiàn)表6)。可以看出，施硒顯著抑制了根系對(duì)Na的吸收，隨施硒量增加，根系對(duì)Na的吸收量顯著降低，這對(duì)提高玉米植株的耐鹽性具有重要意義; 各施硒量下，根系中K、Ca、Mg、Fe4種元素含量沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明施硒未對(duì)根系中以上4種元素的吸收產(chǎn)生顯著影響; 根系中Mn、Cu、Zn3種元素的含量隨施硒量增加呈先降低后增加的趨勢(shì)，差異達(dá)顯著水平，但其影響機(jī)理需進(jìn)一步研究。

表5　玉米籽粒總硒、有機(jī)硒與各器官總硒含量相關(guān)性 (r)

注(Note): *—P<0.05; **—P<0.01

表6　玉米體內(nèi)各器官礦質(zhì)元素含量(mg/kg)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同硒小寫(xiě)字母代表不同硒處理之間在0.05水平下差異顯著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongdifferentSetreatments.

施硒對(duì)玉米籽粒中礦質(zhì)元素累積的影響較為復(fù)雜，隨土壤施硒量的增加，礦質(zhì)元素在玉米籽粒的累積呈現(xiàn)出波動(dòng)式升降變化的特點(diǎn)。可見(jiàn)，土壤施用富硒礦粉后，并沒(méi)有對(duì)玉米籽粒中礦質(zhì)元素的累積帶來(lái)明顯的增加或降低的效應(yīng)。

3　討論

3.1施硒對(duì)玉米產(chǎn)量和生物量的影響

3.2施硒對(duì)玉米籽粒及各器官硒含量的影響

3.3施硒對(duì)玉米籽粒硒形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響

天然植物中硒主要以硒酸鹽和有機(jī)態(tài)硒存在[2]，在玉米、小麥等非富硒谷類(lèi)作物中，主要以硒代蛋氨酸形式(又稱(chēng)硒代甲硫氨酸，Se-Met)存在于蛋白質(zhì)中，是人體安全有效的補(bǔ)硒形態(tài)[22]。本研究中，隨施硒量的增加，玉米籽粒中有機(jī)硒含量隨之增大，施硒未對(duì)玉米籽粒中有機(jī)硒轉(zhuǎn)化產(chǎn)生顯著影響，同時(shí)，玉米籽粒中有機(jī)硒占總硒的比例與施硒量之間無(wú)線性相關(guān)關(guān)系。玉米籽粒中的總硒、有機(jī)硒與各器官中硒含量的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，總硒含量只與收獲期莖、葉中硒含量達(dá)到極顯著相關(guān)，而有機(jī)硒不僅與收獲期莖、葉中硒含量呈極顯著相關(guān)，還與兩個(gè)時(shí)期根中的硒含量呈極顯著相關(guān)性，這說(shuō)明根系對(duì)硒的吸收能力大小對(duì)有機(jī)硒轉(zhuǎn)化的影響大于對(duì)總硒累積的影響，但其影響機(jī)理尚不清楚。

3.4施硒對(duì)玉米礦質(zhì)元素吸收的影響

隨土壤施硒量的增加，玉米各器官中硒的富集或累積量均顯著增加，呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的同步增長(zhǎng)關(guān)系。土壤施用富硒礦粉，除了顯著抑制玉米根系對(duì)Na的吸收外，對(duì)K、Ca、Mg、Fe元素的吸收并無(wú)顯著影響，隨施硒量增加，對(duì)Mn、Cu、Zn3種元素的吸收呈先降低后增加的趨勢(shì)。施硒對(duì)礦質(zhì)元素在玉米籽粒中累積的影響較為復(fù)雜，本研究結(jié)果也并未產(chǎn)生規(guī)律性的促進(jìn)或抑制效應(yīng)，多數(shù)元素在玉米籽粒中的累積呈現(xiàn)出波動(dòng)式的升降變化，這可能與硒在玉米籽粒中累積受多種因素影響有關(guān)，如離子拮抗與協(xié)同效應(yīng)[23]、與蛋白質(zhì)合成相關(guān)的各種酶的作用[24]以及玉米自身的生理特性[2]等。由于在這方面已有的類(lèi)似研究成果較少，所以關(guān)于施用外源硒對(duì)礦質(zhì)元素的根系吸收及其在籽粒中累積的影響及其機(jī)理，仍需進(jìn)一步深入研究。

4　結(jié)論

玉米各器官對(duì)土壤中硒的富集系數(shù)總體表現(xiàn)為根>葉>籽粒>莖，玉米各器官對(duì)硒的富集系數(shù)在土壤施硒量為750g/hm2時(shí)最大，而轉(zhuǎn)移系數(shù)在施硒量為2250g/hm2時(shí)最大。

施硒可顯著抑制玉米根系對(duì)Na的吸收，對(duì)玉米根系吸收K、Ca、Mg、Fe4種元素?zé)o顯著影響，一定施硒量可促進(jìn)Mn、Cu、Zn3種元素的吸收。施硒未對(duì)礦質(zhì)元素在玉米籽粒中的累積產(chǎn)生顯著的抑制效應(yīng)。

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EffectsofexogenousSemineralpowderontheaccumulationofSeandtheabsorptionofmineralelementsinmaize

LIUQing,TIANXia,SHIYan-xi*

(College of Resources and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

【Objectives】Bio-augmentationoforganicSethroughfertilizationisanimportantstrategytoincreasetheSeintakeofwholepopulations.HeretheproperdoseofSeincropproductionwasstudiedtoprovidethetheoreticalandtechniqueguidanceforSe-enrichedagriculturalproducts.【Methods】MaizewasusedasexperimentalmaterialsandSemineralpowder(Se180mg/kg)fromEnshiCityofHubeiProvinceastheexogenousSesources,afieldexperimentwasconductedinShandongProvice.TheSeaccumulationandtransformation,theabsorptionofmainnutrientelementsinmaizeweredetermined.FivelevelsofSemineralpowerweretestedinthisexperimentasfollows:Se0 (CK), 750 (Se1), 1500 (Se2), 2250 (Se3), 3000g/hm2(Se4).Theplantsampleswerecollectedatthebigtrumpetperiodandharvesttimeofmaize.TheconcentrationoftotalSeindifferentorgansandthetotalSe,organicandinorganicSeconcentrationsinmaizegrainsweremeasured.【Results】ThereisnosignificanteffectsonmaizebiomassandgrainyieldwithSeapplications,butsignificantimprovementontheSecontentinmaizegrainandtheorgans.TheSecontentinmaizegrainisincreasedfrom14.2to350.3μg/kgwiththeSeapplicationdoseincreasingfrom0to3000g/hm2.TheSecontentinrootatharvestishigherthanattassellingstage,buttheSecontentinstemsandleavesatharvestislowerthanattassellingstage,exceptforthetreatmentofSe1500g/hm2.TheSeaccumulationcoefficientindifferentmaizeorgansisinorderofroot>leaf>grain>stem,thetransferredcoefficientisinorderofleaf>grain>stem.ComparedwithCK,theorganicSecontentingrainissignificantlyincreasedwiththeapplicationofSe.TheorganicSecontentisrangedfrom12.9to302.6μg/kg,andtheirproportionintotalSecontentisrangedof86.87%-90.84%,therearenosignificantdifferencesamongtheSetreatments.ThetotalSeandorganicSeinmaizegrainarebothsignificantlycorrelatedwiththetotalSeinvegetativeorgans(P≤0.05),andextremelysignificantwiththatinroot(P≤0.01)inboththetassellingandharveststage.ExogenousSesignificantlyrestrainstheabsorptionofNa,notonthoseofK,Ca,MgandFe,increasesthoseofMn,CuandZnincertainSedose.【Conclusions】TheapplicationofexogenousSemineralpowderwillnotaffectthegrainandbiomassyieldofmaize.ThetotalSeandorganicSeconcentrationinmaizegraincouldbeincreasedsignificantlywiththeSeapplication,butitdoesnotsignificantlyaffecttheirratios.SeapplicationcouldincreasetheabsorptionofMn,CuandZninthegrainofmaizewithcertainapplicationdoes.TheSeof750-1500g/hm2canberecommendedastheSemineralpowderrates.

exogenousSemineralpowder;maize;Seaccumulation;Setransformation;

2014-07-21接受日期： 2015-03-30網(wǎng)絡(luò)出版日期： 2015-07-02

公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“優(yōu)質(zhì)高效富硒農(nóng)產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(201303106)。

劉慶(1972—)，男，山東菏澤人，博士，副教授,主要從事植物營(yíng)養(yǎng)機(jī)理與調(diào)控、土壤生態(tài)與環(huán)境研究。E-mail:qy7271@163.com

E-mail:yanxiyy@126.com

S143.7+9

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1008-505X(2016)02-0403-07