土壤不同硒含量對小麥主要產量相關性狀和硒吸收利用的影響

姜宗昊，劉玉秀，張正茂，王文杰

(西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌 712100)

硒是人體必需的微量元素之一，是人體內各種代謝反應和免疫反應的參與者[1]，具有抗氧化、防衰老、增強免疫力等生物學功能，在防癌、抗腫瘤方面也起到關鍵的作用[2]。硒元素攝入不足會影響人們身體健康，嚴重者可引發一系列疾病[3-4]，如大骨節病、帕金森和癲癇等[5]。世界衛生組織推薦正常人體每日硒攝入量為50～200 μg[6]，而中國人均攝入量僅為30 μg·d-1左右[7]，遠低于世界平均水平。現如今世界上大多數地區土壤中缺乏硒，從而導致農產品硒含量過低[8-9]。

小麥是中國第三大糧食作物[10]，也是聚硒能力最強的谷類作物[11]。Fox等[12]研究發現人體對小麥硒的吸收利用率最高。黑小麥是普通小麥中的一種特殊類型品種，營養成分含量高，被營養學家們稱為補鈣、富硒、高碘營養麥[13]，是有效的硒積累作物和高硒食物選擇[14]。由于無機硒具有較高的毒性，且不易被人體所吸收，因此經植物轉化形成的有機硒是人體吸收硒元素的主要途徑[15]。目前，國際上富硒農產品的來源主要有兩種途徑，一種是在富硒地區種植，另一種是種植過程中施加外源硒，因此，研究不同土壤硒含量對小麥主要產量相關性狀和硒吸收利用的影響，提高小麥籽粒硒含量和硒轉化率，滿足人們對硒元素的需求顯得尤為重要和迫切[16]。

硒對農作物的生長發育具有兩面性，適量的硒促進作物的生長發育，反之高濃度的硒抑制生長且產生毒害[17]。目前已有許多通過葉面噴施硒肥提高小麥籽粒硒含量的研究，但施用濃度差別較大，得到的結論也不盡相同。研究土壤硒含量對小麥籽粒硒含量影響的文獻較少，小麥品種對硒吸收利用和其生長發育與土壤硒含量的關系也缺乏系統研究，在相同土壤硒含量條件下黑小麥和普通小麥對硒吸收的規律尚不明確。陜西紫陽是中國已發現的第二個高硒地區，當地種植的茶葉中有70%達到了富硒水平[18]。馬芳宇[19]對漢江平原富硒地區小麥等農作物調查發現，由富硒土壤種植生長的小麥為硒含量適宜的富硒農產品，因此，本研究以紫陽高硒礦粉為硒源，按比例配制不同硒含量梯度的土壤，采用盆栽試驗，研究不同土壤硒含量對黑小麥和普通小麥的主要農藝性狀、葉綠素含量(SPAD值)、光合特性以及籽粒硒含量的影響，對有效開發富硒土壤資源和為缺硒地區富硒小麥生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗選用由西北農林科技大學農學院張正茂研究員課題組選育的小麥品種(系)‘普冰151’和‘西農黑大穗’，周口市農業科學院提供的‘周黑麥1號’為試驗材料。

采用盆栽的種植方式，花盆高29 cm，最大內徑44 cm。所用土壤類型為壤土，取0～20 cm土層土壤將其風干、過篩。土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀和硒含量分別為9.7 g·kg-1、 1.5 g·kg-1、10.5 mg·kg-1、250.1 mg·kg-1和 0.24 mg·kg-1，pH為8.2。土壤裝盆前加入復合肥(N 102 kg·hm-2、P2O5132 kg·hm-2和K2O 36 kg·hm-2)。

硒源為紫陽高硒礦粉(硒含量513.4 mg·kg-1)。通過混入不同量的硒礦粉設置5個土壤硒濃度梯度: 0添加硒礦粉(對照，S0)、土壤硒含量4 mg·kg-1(S1)、土壤硒含量8 mg·kg-1(S2)、土壤硒含量12 mg·kg-1(S3)和土壤硒含量16 mg·kg-1(S4)。本試驗共15個處理，每個處理6次重復，播種方式為穴播，每盆種植15穴，每穴種植2粒小麥，三葉期定苗至12株，試驗期間統一管理。

1.2 測定項目及方法

農藝性狀的調查：于分蘗期每個處理隨機選取12株小麥調查其分蘗數，取其平均值。于成熟期每個處理隨機選取10株小麥測定其株高、穗長和穗粒數，取其平均值。收取每個處理3盆成熟期小麥測其單株產量和千粒質量，重復3次，取平均值[20]。

旗葉葉綠素值測定： 每個處理于開花期標記12株小麥主莖，用葉綠素儀(SPAD-502puls，柯尼卡-美能達)每隔5 d測定旗葉SPAD值，并取平均值[21]。

灌漿階段光合特性測定：灌漿期于晴朗無風的上午每個處理選取12株具有代表性的小麥，用美國COR公司生產的Li-6400型便攜式光合測定儀測定旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度[22]。

小麥籽粒粗蛋白質含量測定：稱取全麥粉 0.5 g(精確到0.000 1 g)于消化管中，加入催化劑(硫酸鉀與硫酸銅10∶1混合)2.0 g，加入H2SO410 mL，用消煮爐(晟聲公司 X20A型)在400 ℃下消化1 h，冷卻后用自動凱氏定氮儀(海能儀器 K9840)測定，測定結果乘以5.7，即為籽粒粗蛋白含量[23]。

籽粒全硒含量的測定：準確稱取0.5 g(精確到0.000 1 g)樣品于錐形瓶中，加入硝酸+高氯酸4∶1混合液10 mL，搖勻，在瓶口加蓋塞有玻璃棉的小長頸漏斗，于低溫電熱板上加熱分解，至高氯酸冒煙，小長頸漏斗取下，加入5 moL·L-1的鹽酸10 mL，再加熱5 min，使其溶解，同時能保證Se6+還原為Se4+，取下冷卻，定容至25 mL，搖勻并倒入10 mL離心管中，用液相色譜原子熒光聯用儀(LC-AFS9780)測定[24]。

籽粒無機硒含量的測定：用電子天平準確稱取1 g(精確到0.000 1 g)樣品于有塞刻度試管中，加體積分數50%鹽酸溶液10 mL，超聲波混勻30 min后，沸水浴30 min，冷卻后用脫脂棉過濾，留其濾液待用。樣品消解及測定同上，測定其無機硒的含量[25]。

1.3 計算公式

參照張妮[26]計算公式：

籽粒硒轉化率= 籽粒有機硒含量/籽粒全硒含量×100%

籽粒硒利用率=(施硒處理籽粒硒含量-不施硒處理籽粒硒含量)/施硒量×100%

籽粒有機硒含量= 籽粒全硒含量-籽粒無機硒含量

1.4 統計分析

采用Excel 2016處理數據、圖表，采用SPSS (Statistical Product and Service Solutions) 20.0數據處理軟件進行數據統計分析，采用新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤硒含量條件對小麥旗葉SPAD值的影響

SPAD 值即葉綠素的相對含量，是反應植物光合能力的重要參數。由圖1可知，土壤中施加高硒礦粉后，3個小麥材料旗葉SPAD值在花后5 d、10 d、15 d和20 d較S0均顯著增加(P< 0.05)，其中‘普冰151’在花后5 d達到最大值，‘西農黑大穗’和‘周黑麥1號’在花后10 d達到最大值。土壤中施加高硒礦粉使小麥旗葉在花后20 d仍維持較高的葉綠素含量，有效延緩小麥 衰老。

2.2 不同土壤硒含量對小麥旗葉光合特性的影響

由表1可知，與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高3個小麥材料旗葉凈光合速率(Pn)(P<0.05)，Pn在S2水平下顯著高于其他水平(P<0.05)，S1、S3、S4水平之間無顯著差異，隨土壤硒含量的升高，呈先升高后降低的趨勢。氣孔導度表示氣孔開放程度，與小麥光合、呼吸和蒸騰有密切的關聯。與S0相比，土壤硒含量對小麥旗葉氣孔導度與蒸騰速率均無顯著影響，但數值變化呈現出與旗葉凈光合速率一致的規律 (表1)。CO2通過氣孔進入葉片，擴散到細胞間隙參與光合作用，小麥旗葉光合作用越強，消耗的CO2越多。由表1可知，3個小麥材料旗葉胞間CO2濃度隨硒含量的增加呈先降低后升高的趨勢，與旗葉凈光合速率規律相反。

表1 不同土壤硒含量下小麥灌漿期旗葉光合特性Table 1 Flag leaf photosynthetic characteristics of wheat during grain filling stage under different soil selenium contents

2.3 不同土壤硒含量對小麥農藝性狀的影響

由表2可知，與S0相比，土壤硒含量對3個小麥材料分蘗數和穗長無顯著影響，對‘普冰151’和‘周黑麥1號’的株高無顯著影響，S2和S3水平下，顯著提高‘西農黑大穗’的株高(P< 0.05)。在不同土壤硒含量條件下，3個小麥材料單株產量較S0均顯著增加(P<0.05)，‘普冰151’和‘西農黑大穗’在S2水平達到最大值，‘周黑麥1號’在S3水平達到最大值，三者最大產量較S0分別增產23.66%、 25.89%和26.42%。施硒條件下3個小麥材料穗粒數和千粒質量較S0均顯著增加(P<0.05)。可見，土壤中施加高硒礦粉提高小麥的穗粒數和千粒質量，從而達到增產效果，表明土壤中施加一定量的硒能有效提高小麥產量。

表2 不同土壤硒含量下小麥農藝性狀Table 2 Agronomic traits of wheat under different selenium contents in soil

2.4 不同土壤硒含量對小麥籽粒粗蛋白含量的影響

由圖2可知，與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒粗蛋白含量(P<0.05)。3個小麥材料籽粒粗蛋白含量在S2、S3和S4水平無顯著差異，但均顯著高于S0和S1水平(P< 0.05)，表明土壤中施加一定量的硒可以有效改善小麥籽粒粗蛋白含量。

2.5 不同土壤施硒量對小麥籽粒硒利用及含量的影響

由表3可知，與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒硒含量和有機硒含量(P< 0.05)。3個小麥材料籽粒硒含量和有機硒含量隨施硒量增加而增加，均在S4水平達到最大值。土壤中添加高硒礦粉條件下(S1、S2、S3、S4)，3個小麥材料籽粒硒轉化率均顯著高于S0(P< 0.05)，呈先增加后降低的趨勢，均在S2水平達到最大值；在施硒條件下3個小麥材料的籽粒硒利用率均無顯著差異，呈隨施硒量增加而減少的趨勢。小麥面粉的國家富硒標準為0.15～0.3 mg·kg-1，3個小麥材料籽粒有機硒含量在S1和S2水平下為0.163～0.288 mg·kg-1，均達到富硒標準(GB13105-1991)。表明土壤中施加一定量的硒可有效提高小麥籽粒硒含量和有機硒含量，使其達到富硒標準。

表3 不同土壤施硒量下小麥籽粒硒利用及含量Table 3 Wheat selenium utilization and content under different selenium application rates

3 討 論

目前有通過硒包衣劑及土壤中直接施硒等方法對小麥產量及相關性狀進行研究。楊峰等[20]研究發現硒包衣劑處理小麥籽粒能顯著提高黑小麥株高，株高隨包衣劑濃度的增加而增加；對黑小麥穗長有一定影響，呈現隨處理濃度先升高后下降的趨勢。本研究中發現隨土壤硒含量的增加，3個小麥材料穗長較S0無顯著差異；與S0相比，S2和S3水平顯著提高‘西農黑大穗’的株高。李鳴鳳等[24]研究發現土壤中施加硒礦粉后，小麥穗粒數較S0顯著增加，成穗數與千粒質量略有增加但無顯著差異。李韜等[27]通過對土壤中施加納米硒肥發現低濃度的硒肥可顯著提高小麥的百粒質量，但隨施硒量升高百粒質量又會出現下降的趨勢。本研究發現土壤中施加高硒礦粉可提高小麥的穗粒數和千粒質量，從而增加小麥產量。與楊峰等[20]關于穗長的結論，以及與李鳴鳳等[24]和李韜等[27]的產量相關性狀結論有所差異，可能是由于硒源、施硒濃度和品種的不同造成的，具體原因還需要進一步試驗和探討。

葉綠素雖然不含硒，但是以硒-氨基酸的形式參與葉綠素前體物的合成，因此外施硒能對小麥葉綠素含量產生影響[28]。王海紅[29]在孕穗期對小麥噴施硒肥的研究中發現噴硒的4個處理SPAD值較清水對照均顯著提高，并經過硒處理的小麥植株在生理后期旗葉SPAD值下降緩慢，延緩小麥的衰老。本研究通過土壤施硒試驗方法得出的結論與王海紅[29]一致，適量的外源硒可有效促進小麥旗葉SPAD值的增加，并延緩小麥的衰老。繆樹寅[30]通過在土壤中混入亞硒酸鹽種植小麥發現外源Se4能顯著提高部分品種的旗葉凈光合速率，施用外源Se6對小麥旗葉凈光合速率無顯著影響，部分品種的旗葉凈光合速率甚至降低，胞間CO2濃度與凈光合速率呈現相反的趨勢，蒸騰速率與凈光合速率趨勢基本相同。本研究結論與繆樹寅[30]所得結論一致，土壤中施加適量的硒對小麥旗葉凈光合速率起到促進作用。

葉面噴硒與土壤施硒是前人研究硒對小麥籽粒硒含量影響常用的方法，且結果都表明施用外源硒能顯著增加小麥籽粒硒含量。劉慶等[31]通過在不同時期對小麥葉面噴施硒肥發現噴施一定濃度的亞硝酸硒能有效提高小麥籽粒粗蛋白含量。蔣方山等[32]通過對小麥葉面噴施亞硒酸鈉同樣表明噴施硒肥能顯著提高小麥籽粒粗蛋白含量。本研究通過土壤中施加高硒礦粉的試驗方法同樣發現適量的硒對小麥籽粒粗蛋白含量有顯著提高作用。本研究采用土施高硒礦粉的方法，所得到的結論與前人一致，3個小麥材料在S1、S2、S3和S4水平下籽粒硒含量和有機硒含量較S0均顯著增加，S1和S2水平下籽粒有機硒含量達到國家富硒標準(GB13105-1991)。人體對小麥有機硒吸收利用最高，轉化率是衡量小麥籽粒有機硒含量的重要指標，轉化率越高則籽粒有機硒含量越高。張妮[26]在研究中發現施用外源硒顯著提高小麥籽粒硒轉化率，硒利用率則隨施硒量的增加而降低。樊俊等[33]研究表明小麥對有機硒的轉化能力有限，施硒過多可能會導致硒的轉化率下降。本研究發現與S0相比，土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒硒轉化率，呈先增加后降低的趨勢；小麥籽粒硒利用率隨土壤硒含量的增加而降低，與張妮[26]研究結論一致。

4 結論

本研究得出以下結論：(1)土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥旗葉葉綠素含量和凈光合速率，有效延緩小麥的衰老。(2)土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥穗粒數、千粒質量和產量。(3)土壤中施加高硒礦粉顯著提高小麥籽粒粗蛋白含量。(4)土壤中施加高硒礦粉可顯著提高小麥籽粒硒含量和有機硒含量，3個小麥材料在S1和S2水平籽粒有機硒含量均達到富硒小麥標準，S2水平是最適宜種植富硒小麥的土壤硒濃度。‘西農黑大穗’在3個材料中表現最好，適宜在紫陽縣等高硒地區種植。