施硒方式及濃度對粳稻品種籽粒硒積累和形態的影響

劉夢蘭 高鵬 姚澤天 馮志明，2 陳宗祥，2 張澤洲 袁林喜 康厚祥 潘學彪 左示敏 ，2*

（1 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/植物功能基因組學教育部重點實驗室/江蘇省作物基因組學和分子育種重點實驗室/揚州大學農學院，江蘇揚州225009；2 江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心/揚州大學，江蘇揚州225009；3 中國地質大學（武漢）生物地質和環境地質國家重點實驗室，武漢430074；4 江蘇省硒生物工程技術研究中心，江蘇蘇州 215123；5 中國農業科學院植物保護研究所，北京100193；*通訊作者：smzuo@yzu.edu.cn）

硒是一種多功能的、人體所必需的生命元素，以硒氨基酸形式參與蛋白質的合成，具有重要的生理活性。攝入適量硒能夠提高人體對多種重金屬的解毒作用，增加人體免疫功能，具有抗氧化、抗腫瘤、保護心血管和心肌功能健康的作用[1]。研究表明，硒的生物學功能不僅取決于總硒的含量，還與硒的化學形態，即無機硒和有機硒密切相關[2]。無機硒是指四價的亞硒酸鹽和六價的硒酸鹽，有機硒主要以硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒甲基硒代半胱氨酸等形式存在，有機硒是人體攝取硒元素的主要來源[3]。

人體缺硒容易患克山病、大骨節病、血管疾病、癌癥、腫瘤以及加速人體衰老等。我國營養學家楊光圻在1973 年首次揭露，克山病和大骨節病是我國典型的也是最為嚴重的地方性疾病[4-7]；其團隊發現克山病病區居民長期處于世界罕見的低硒地區[8]，該地區人體血漿、毛發硒含量極低，人體膳食硒攝入量僅為11 μg，遠低于非病區。然而, 硒攝入也不宜過量，如湖北恩施爆發的地方病——脫發掉甲病，其病因被發現與硒攝入過量（＞800 μg）有關[9]。據此，楊光圻提出了人體對硒的膳食最低需求量、適宜需求量和最大安全需求量。該研究也被FAO、WHO、IAEA 所采用并定義了硒最低需要量（以預防克山病發生為界限）為17 μg/d，生理需要量（以GPx 達到飽和為正常的生理功能指標）為40 μg/d，膳食最高安全攝入量為400 μg/d[10]。在此范圍內，適當增加硒攝入量有利于提高人體免疫力和抗衰老能力。近年來，我國衛生部也采用此標準專門頒發了富硒食品的硒含量標準[11]。

根據地質學家考證，我國從東北、華北到西北存在一條低硒帶，涉及22 個省市，除去山區，相當于全國有近72%的地區屬于缺硒地區[12-13]。由于人體不能自主合成硒，硒元素供給必須通過食補，而糧食等天然食物硒含量較低，因此，改善人體硒攝入水平的根本途徑是合理提高農產品硒含量[14]。水稻是我國最主要的糧食作物，有一半以上人口以稻米為主食，而正常情況下，稻米的硒含量為32 μg/kg，遠不能滿足人體對硒的需求[15]。因此，開發富硒稻米具有重要現實意義。本研究通過采用根部施用或葉面噴施，將不同濃度的硒肥施用于不同的優良食味粳稻品種中，研究不同施硒方式和濃度對不同品種稻米硒積累的影響，以篩選有效的施肥措施和富硒能力強的優良食味水稻品種，為優質高效的富硒大米開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試品種及肥料

供試品種為揚農稻1 號、南粳9108、南粳5055、南粳46、揚粳805 和紫稻。其中，南粳46、南粳9108 和南粳5055 為江蘇近年主推的優良食味軟米品種，曾在國內多次優良食味水稻評比中榮獲一等獎；紫稻為本實驗室自行選育的粳稻品系，葉片淡紫色，糙米為黑色。

供試硒肥由蘇州硒谷科技有限公司提供，其中葉面噴施的液體肥（產品代碼SETEK-BF-003）總硒含量為5 000 mg/L，根部撒施的顆粒肥（產品代碼SETEKBF-001）總硒含量為 1 000 mg/kg。

1.2 試驗設計

2018 年3 月份進行試驗, 試驗地點設在江蘇省鎮江市京口區新民洲臨港產業園（原國營共青團農場）內，試驗地土壤質地為半黏土。試驗前進行土壤基礎硒含量測定。

試驗設根部撒施和葉面噴施兩種施肥處理，每個處理3 個硒肥水平，試驗小區30 m2，3 次重復，隨機區組設計。根部撒施的低、中、高3 個施肥水平分別為：7.5 kg/667 m2、15.0 kg/667 m2和 22.5 kg/667 m2，在水稻破口期進行，設空白處理作對照（CK）。葉面噴施的低、中、高 3 個施肥水平分別為：50 mL/667 m2、100 mL/667 m2和150 mL/667 m2，在水稻揚花期進行，噴施等量清水作對照（CK）。

水稻成熟期，采用3 點取樣法，每個品種、每個處理各取90 株，收獲全部稻穗，脫粒后裝網袋內正常晾曬。

1.3 硒含量、形態測量方法

1.3.1 土壤硒含量

在試驗田采用5 點取樣法，取0～20 cm 耕層土壤作樣本，共采集5 個樣本。在鄰近田塊同樣方法取得5個樣品，混合成1 個樣品作為對照。土壤樣品采集完成后風干，當達到半干狀態時將土塊壓碎，除去其中的礫石、碎石、生物殘骸和植物根系等雜物。然后進一步烘干，干燥后將其粉碎，過200 目篩，采用四分法稱取100 g 左右的土壤裝袋，待測。

稱取約0.5 g 土壤，過200 目篩，將樣品置于100 mL 的三角瓶中，加入10 mL 的優級濃硝酸和高氯酸混合酸（HNO3∶HClO4=4∶1），靜置過夜后，在 350℃電熱板上消化3 h，消化至無色并冒白煙，取下稍冷后加入5 mL 濃HCl，繼續加熱至無色并冒白煙，取下冷卻至室溫，再加5 mL HCl，全部轉入50 mL 容量瓶中，用超純水定容，制成待測液。用原子熒光光譜儀測定待測液中的硒含量。

1.3.2 籽粒硒含量

測定各處理糙米硒含量以及南粳46 葉面噴施高水平硒肥處理的精米硒含量。將烘干的樣品粉碎，過200 目篩，將過篩后的樣品置于4℃冰箱中避光保存。檢測在江蘇省硒生物工程技術研究中心進行。微波萃取測定硒含量，具體方法：稱取0.5 g 干燥籽粒粉末，加入到準備好的玻璃試管當中，再加入5 mL 濃硝酸、3 mL 的水和2 滴過氧化氫。采用如下萃取程序：800 W，10 min 升溫到150℃，控制溫度于150℃進行消解10 min。消解結束后，冷卻，打開消解罐，消解液過濾，并定容至50 mL 容量瓶中，混勻后量取10 mL 溶液加入離心管中，直接用ICP-MS 測定硒總量。

1.3.3 籽粒硒形態

測定高硒肥水平處理后幾個水稻品種精米硒含量。樣品制備同1.3.2。稱取0.5 g 樣品于消解罐中，加入15 mg 蛋白酶 XIV 和10 mL 超純水進行微波萃取。采用如下萃取程序：200 W，10 min 升溫到37℃，控溫37℃萃取30 min。通過高效液相色譜（HPLC；LC20AT；Shimadzu，Kyoto，Japan）分離提取物，萃取液經離心（6000 r/min，5 min）后，過 0.45 μm 水性濾膜，進行硒形態分析。同樣方法做空白試驗。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003 和SPSS 11.5 軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤基礎硒含量分析

檢測結果表明，試驗田硒含量平均值為69.1 μg/kg，最高值為 69.5 μg/kg，最低值為 68.7 μg/kg。與全國土壤背景值0.29 mg/kg 相比[16]，本試驗田土壤硒含量極低，這也表明江蘇處于低硒帶地區，與前人的認識一致[12]。

2.2 不同施硒方式下不同水稻品種籽粒硒含量比較

采用3 因素試驗設計對籽粒硒含量進行方差分析，結果見表1。從表1 可見，不同品種間籽粒硒含量差異達到極顯著水平，施肥方式和品種間以及硒肥濃度和品種間的互作也都達到顯著水平。說明水稻品種對施用硒肥的敏感性有差異，篩選合適的品種，并采用適宜的施硒方式，可以經濟有效的提高水稻籽粒硒含量。

表1 3 因素試驗水稻籽粒硒含量方差分析

圖1 根部撒施不同硒肥水平對水稻品種糙米硒含量的影響

圖2 葉面噴施不同硒肥水平對水稻品種糙米硒含量的影響

2.2.1 根施處理不同水稻品種糙米硒含量比較

從圖1 可見，未施硒肥處理，不同品種間糙米硒含量存在顯著差異，南粳46 糙米含硒量最低，僅5.73 μg/kg，揚農稻 1 號最高，達到 34.05 μg/kg；根部撒施硒肥，不同品種糙米硒含量都顯著增加，隨著硒肥施用量的增加，大部分品種糙米硒含量的增加也達到顯著水平，僅有個別品種表現略有不同。如南粳5055 在低、中硒肥水平間糙米硒含量差異不顯著，而南粳46 在中、高硒肥水平間糙米硒含量差異不顯著。在低硒水平下，揚農稻1 號糙米硒含量為38.86 μg/kg，低于富硒稻谷硒含量標準，其他品種糙米硒含量都高于40 μg/kg，在富硒稻谷標準規定的范圍內（40～300 μg/kg）。在高硒肥水平下，以揚粳805 糙米硒含量最高，達到316.45 μg/kg，其次為南粳9108、南粳5055、紫稻及揚農稻1 號，南粳46 糙米硒含量最低，僅為114.8 μg/kg，不到揚粳805的一半。

2.2.2 葉面噴施處理不同水稻品種糙米硒含量比較

從圖2 可見，清水處理各品種糙米硒含量與未進行根部撒施硒肥的空白對照一致。葉面噴施硒肥，不同品種糙米硒含量都顯著增加。隨著硒肥量的增加，不同品種糙米硒含量有增加的趨勢，部分品種糙米硒含量在兩個硒肥水平處理間差異達顯著水平，如高硒肥水平與低硒肥水平間比較，除揚農稻1 號以外的5 個品種糙米硒含量都顯著增加，中硒肥水平與低硒肥水平比較，僅有南粳5055 和紫稻兩個品種糙米硒含量增加達顯著水平。在低硒肥水平下，僅南粳5055 糙米硒含量為36.86 μg/kg，低于富硒稻谷標準，其他品種糙米硒含量都高于40 μg/kg，在富硒稻谷標準規定的范圍內（40～300 μg /kg）。在高硒肥水平下，以南粳 5055 糙米硒含量最高，達286.82 μg/kg，其次為南粳9108、揚粳805 以及紫稻，再次是揚農稻1 號和南粳46，分別為121.59 μg/kg 和 127.10 μg/kg。硒含量最高的品種是最低品種的2 倍以上，說明不同品種富集硒的能力存在顯著差異。揚農稻1 號糙米硒含量在3 個硒肥水平處理間差異都不顯著，南粳46 高硒肥水平下糙米硒含量盡管顯著高于中、低硒肥水平，但增加幅度較小，而紫稻高硒肥水平下糙米硒含量還略低于中硒肥水平，說明這3 個品種對高硒肥水平敏感性較差。

2.3 水稻精米和糙米硒含量比較

從圖3 可見，葉面噴施硒肥的處理精米和糙米內的硒含量沒有顯著差異，說明稻米硒主要儲存在精米中，富硒稻谷加工成精米后基本不影響人們對硒元素的食用需求，這與開建榮的研究結果一致[17]。

2.4 水稻籽粒硒形態及含量比較

圖3 葉面噴施硒肥后南粳46 精米和糙米中硒含量比較

圖4 水稻籽粒硒形態比較

人體內硒生物活性不僅取決于攝入的總硒量，還與硒的化學形態密切相關[18]。由圖4 可以看出，水稻精米中檢測不到無機硒，只含有3 種形態的有機硒，即硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和硒甲基硒代半胱氨酸。總體上，不論是根施還是葉片噴施，硒代蛋氨酸含量均最高，占稻米總硒含量80%左右，硒代半胱氨酸所占比例較少，僅占10%左右，硒甲基硒代半胱氨酸所占比例最少。本研究結果表明，富硒精米中的硒形態是利于人體吸收的安全有機硒。

國內外大量研究證實，硒甲基硒代半胱氨酸與其他兩種形態的硒相比是最有效的抗癌含硒化合物[19-22]。由圖4 根部撒施與葉面噴施比較可知，硒甲基硒代半胱氨酸含量跟品種和施肥方式有很大關系。檢測結果表明，紫稻在根施或是葉面噴施中都含有硒甲基硒代半胱氨酸，而南粳46，南粳9108 只有在葉面噴施條件下才會合成硒甲基硒代半胱氨酸，南粳5055 在根施和葉面噴肥方式下均不含有硒甲基硒代半胱氨酸。表明葉面噴硒有利于水稻品種合成硒甲基硒代半胱氨酸。

3 討論與結論

臨床醫學研究表明，硒元素對人體健康以及抑制腫瘤和癌癥發生具有重要作用[23-25]。因此，通過對水稻施用硒肥來提高稻米的含硒量，可為低硒地區人體提供富硒稻米，滿足人體對硒元素的需求。

本研究通過根部撒施和葉面噴施兩種硒肥施用方式，采用低、中、高三種施肥水平，對南粳9108、南粳5055、南粳 46、揚粳 805、揚農稻 1 號、紫稻等 6 個優質粳稻品種的稻米硒含量進行測定分析。結果發現，在兩種施肥方式中，中、高硒肥水平處理后稻米硒含量都達到富硒稻米標準，揚粳805 在根部撒施條件下富集硒能力最強，南粳5055 在葉面噴施條件下富集硒能力最強。因此，生產上可以選擇南粳5055 和揚粳805 開發富硒大米。另外，還發現揚農稻1 號和南粳46 對硒葉面噴施濃度的敏感性差，南粳5055、南粳9108 和揚粳805 這3 個品種對硒肥葉面噴施濃度的敏感性高。因此，對敏感性差的品種，可以通過噴施少量硒肥來提高稻米的硒含量；對敏感性高的品種，可以通過噴施適量多的硒肥來大幅提高稻米的硒含量[26-30]。這些結果為富硒優質稻米開發中的品種選擇和硒肥施用技術選擇提供了理論參考，具有重要的實際意義。

人們食用稻米主要以精米為主，本研究檢測了葉面噴施高水平硒肥南粳46 的精米和糙米硒含量，發現兩者沒有顯著差異，這一結果與開建榮的結果一致[17]，說明施用硒肥生產的富硒稻米，加工成精米后能夠滿足人們補充硒元素的食用要求。也有研究表明，硒主要累積在糙米當中，可能是由于品種、施肥方式以及肥料種類不同所引起的[31]。

本研究對稻米中硒形態檢測表明，硒肥處理后水稻籽粒中檢測不到不利于人體吸收的無機硒，相反主要存在對人體安全且易吸收的有機硒，包括硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和硒甲基硒代半胱氨酸。通過對比葉面噴施和根部撒施結果，發現葉面噴施更利于硒甲基硒代半胱氨酸的積累。而據文獻報道，硒甲基硒代半胱氨酸與其他有機硒相比是最有效的抗癌含硒化合物[23-25]。另據文獻報道，添加在土壤中的硒不能被植物有效吸收，殘留的硒會被土壤微生物浸出或者保留在土壤中，對土壤環境造成污染[32]。綜合這幾個方面，筆者認為與根部撒施相比，葉面噴施不僅能產生較高的經濟效益，而且用量少，更加環保，是目前生產富硒大米的較好方式。