不同富硒酵母對水稻硒吸收分配和品質的影響

張有利，徐常健，蔣志慧，郭永霞

（黑龍江八一農墾大學農學院，國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江省作物-有害生物互作生物學及生態防控重點實驗室，黑龍江 大慶 163319）

硒是人體必不可少的微量元素，然而中國大多數的地理區域存在硒缺乏的問題。硒的不均衡分布，使部分地區土壤中缺硒，同時也導致克山病等諸多疾病［1-2］。為應對此類問題，補充硒是對抗硒缺乏的有效舉措，植物被認為是增加膳食中硒含量的主要硒源，水稻作為中國的主要食物來源，富含硒的大米已被人們越來越多地納入日常飲食中。硒的利用率和活性取決于其添加的濃度和形式［3］。有機硒的添加成為高效、無毒的典型代表，富硒酵母成為硒添加、補充劑的一種高效形式，其具有無毒、高效、轉化率高的特點。硒缺乏會引起動物免疫功能、生產性能、代謝功能以及抗應激能力降低，嚴重時導致動物死亡。研究表明，硒添加不僅可以參與動物體內多種應激反應，提升動物免疫力［4］，同時可以保護植物，在鹽堿脅迫、重金屬脅迫中均起到重要作用［5-6］。試驗表明，土壤和葉面施硒均可增加植物可食部分的硒含量，葉面噴施硒比在土壤上施用通常具有更高的生物利用率。所使用的肥料種類、噴灑方法、肥料中硒的種類均可影響植物中硒的富集［7］。余侃等［8］研究表明添加硒能夠提高水稻產量，提升水稻品質。稻米品質是水稻產業發展的核心問題，與水稻產業可持續發展密切相關。蒸煮食味品質是評價水稻品質的關鍵條件。因此，本文通過噴施科學配比的富硒酵母和破壁型富硒酵母，提升酵母硒的利用率和植物硒含量，評估水稻不同部位硒的生物利用率和對品質的影響，并為外源硒肥用于缺硒水稻補硒的研究提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗地位于黑龍江農墾集團總公司大興農場分公司，試驗地土壤類型為草甸白漿土，土壤硒含量0.263 mg/kg，堿解氮含量161.4 mg/kg，有效磷含量29.8 mg/kg，速效鉀含量131.3 mg/kg，有機質含量44.2 g/kg，土壤pH 6.3。

1.2 試驗設計

試驗用富硒酵母和破壁型富硒酵母配方由黑龍江八一農墾大學提供，酵母硒是酵母菌處理亞硒酸鈉轉化而成的硒蛋白材料，試驗所用酵母硒的有機硒含量為2100 mg/kg，破壁酵母硒是用同樣材料進行破壁處理，顆粒更小，硒含量相同。試驗所用材料為酵母硒50%搭配懸浮劑、滲透劑等材料而成的一款專利酵母硒葉面肥。試驗分為8個處理，1 個對照，共9 個小區，隨機區組排列。分別為富硒酵母375 g/hm2（S1）、富硒酵母750 g/hm2（S2）、富硒酵母1125 g/hm2（S3）、富硒酵母1500 g/hm2（S4）、破壁型富硒酵母375 g/hm2（B1）、破壁型富硒酵母750 g/hm2（B2）、破壁型富硒酵母1125 g/hm2（B3）、破壁型富硒酵母1500 g/hm2（B4），試驗設不使用富硒酵母為對照組（CK）。各小區面積均為10 m×6 m=60 m2。在揚花期和灌漿期對水稻植株葉片均勻噴霧處理。有效成分=噴施量×50%×2100 mg/kg。成熟期取樣，脫粒待測。

1.3 氣象條件概述

噴施當天多云天氣，全天無降雨。2019 年有效積溫2686℃，無霜期141 d。6～7 月有利于水稻生長。8 月份出現長時間降雨、低溫、寡照天，此時期是水稻產量形成的關鍵時期，溫度低，光照不足影響光合產物形成和運轉，導致水稻結實率和千粒重下降，影響產量及品質。同時也影響水稻灌漿速度，導致水稻成熟期拖后。

1.4 取樣方式

田間取樣連續數10 穴，計算產量平均數。取相鄰的1 穴，進行產量構成因素調查。各處理取3點，每點取1 m3實脫。

1.5 原子熒光吸收法

使用原子熒光吸收法檢測水稻莖、葉、精米中硒含量。對樣品進行消解處理后，使用硫脲將硒還原成四價，硒化氫氣體在氬氣導入條件下激發產生原子熒光，通過手機熒光強度計算硒濃度，最終與標準作對比。

1.6 稻米的品質

相關指標采用GB/T 17891-2017、GB 5009.9-2016、GB 1354-2018 方法測定。

1.7 數據處理

采用Excel 2010 進行數據處理，使用SPSS 19.0軟件單因素方差分析對數據進行顯著性分析，采用Graphpad 6 繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同酵母硒肥料對水稻生長性能的影響

2.1.1 不同處理株高和有效穗數、穗長的變化情況由表2 顯示，不同水平處理的水稻株高、有效穗數較對照組有增加趨勢，但無顯著差異（P＞0.05）；穗長無顯著變化。相同水平富硒酵母與破壁富硒酵母相比較，株高、有效穗數和穗長無顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同處理水稻株高、有效穗數和穗長調查結果

2.1.2 不同處理農藝性狀及產量構成

從表3 中得出，與對照組（CK）相比，不同處理的富硒酵母和破壁型富硒酵母的穗粒數和結實率無顯著差異。當富硒酵母使用劑量為1500 g/hm2（S4），水稻千粒重差異顯著（P＜0.05）。與CK 組相比，B3、B4 千粒重差異顯著，即破壁型富硒酵母使用劑量1125、1500 g/hm2，千粒重差異顯著（P＜0.05）。富硒酵母和破壁型富硒酵母均可以達到增產的效果。破壁型富硒酵母噴施劑量為1500 g/hm2時（B4），產量達到8172.0 kg/hm2。同時，破壁型富硒酵母對增產效果呈現劑量依賴的方式上升。

表3 不同處理水稻農藝性狀和產量

2.2 不同酵母硒肥料對水稻硒含量的影響

2.2.1 不同處理對水稻莖、葉中硒含量的影響

對水稻噴施不同濃度富硒酵母和破壁富硒酵母，結果如圖1 所示。水稻葉片和莖稈中硒含量隨著噴施富硒酵母或破壁型酵母的劑量增加呈現增加的趨勢，葉片和莖稈中硒含量的4 個處理均高于CK。水稻葉片中硒含量（圖1）表明：與CK相比，S3 組葉片中硒含量顯著增加（P＜0.05），S4 組葉片中硒含量極顯著增加（P＜0.01）。破壁型富硒酵母組葉片硒含量顯著增加，硒含量B1＜B2＜B3＜B4，呈現劑量依賴式增加。其中B3、B4 組葉片含硒量極顯著增加（P＜0.01）。水稻莖稈中硒含量（圖1）結果表明：與CK 相比，S3、S4 B2 莖稈硒含量顯著增加（P＜0.05）。B3、B4 莖稈硒含量極顯著增加（P＜0.01）。水稻莖、葉中整體的吸收規律呈現出葉片硒含量均高于莖稈的趨勢。綜合水稻莖、葉中硒含量的結果表明，相對于富硒酵母，破壁型富硒酵母能顯著促進水稻葉片、莖稈對硒的吸收。

2.2.2 不同處理對水稻稻米中硒含量的影響

對水稻噴施不同濃度富硒酵母和破壁富硒酵母，水稻精米硒含量高于CK（圖2），說明二者均可以在一定程度上提升水稻對硒的富集能力。較CK 組相比，S1、B1 組精米中硒含量增加顯著（P＜0.05），S2、S3、S4、B2、B3、B4 精米中硒含量增加極顯著（P＜0.01）。噴施富硒酵母和破壁型富硒酵母的精米硒含量增加顯著，且隨著噴施濃度的升高，各處理的硒含量呈現逐漸增加的趨勢，其中精米硒含量表現為S2＜S3＜S4，B2＜B3＜B4。在用量達到1500 g/hm2時（B4），硒的含量最大（0.107 mg/kg）。水稻噴施富硒酵母和破壁型富硒酵母，可以提升水稻精米的硒含量。

2.3 不同酵母硒肥料對水稻品質的影響

2.3.1 外觀品質

由表4 可知，葉面噴施不同濃度的富硒酵母和破壁型富硒酵母后，與CK 相比，S3 和S4 在堊白率上均降低了1%，但是B2的堊白率較CK 上升了1%，其中B4的改善效果最為明顯。葉面噴施不同濃度的富硒酵母和破壁型富硒酵母對稻米透明度無顯著影響。

表4 不同處理對水稻外觀品質和碾磨品質的影響

2.3.2 碾磨品質

酵母硒肥和破壁型富硒酵母對稻米碾磨品質的影響，如表4 所示。不同處理間碾磨品質分析結果表明：S3的糙米率為79.9%，較常規對照高0.6 個百分點；B4的糙米率為80.0%，較常規對照高0.7個百分點；B3 精米率72.0%，較常規對照高0.6 個百分點；B3 整精米率71.9%，較常規對照高0.6 個百分點；綜合碾磨品質分析，噴施破壁型富硒酵母使用劑量為1125 g/km2時對水稻碾磨品質提升最佳。

2.3.3 蒸煮和營養品質

蛋白質是稻米的重要組成成分，對稻米蒸煮和營養品質有著不可忽視的作用。直鏈淀粉含量是衡量蒸煮品質的重要指標之一。因此，通過蛋白質和直鏈淀粉來評價富硒酵母和破壁型富硒酵母對稻米蒸煮和營養品質的影響。如表5 所示，不同處理間分析結果表明：與CK 組相比，B4 組蛋白質含量顯著升高。S4、B3、B4 組直鏈淀粉含量顯著提高。水分是評價水稻種子活力的重要指標，同樣是評估稻米活性的指標，結果顯示水分含量無顯著變化。

表5 不同處理對稻米蒸煮和營養品質的影響（%）

3 討論

水稻是世界一半以上人口的主要主食作物，水稻產量和品質是稻米生產的主要考慮因素。水稻品質由許多參數來評價，包括產量、生長性能、稻米品質、所含營養等。硒是動植物生長不可缺少的元素之一，其在維持內環境穩態和保持生理生化功能中起著關鍵作用［9］。因此，全面評估水稻中硒的積累和分配對水稻產業至關重要。研究表明，通過對植物葉片使用含硒制劑，可以使營養直接且快速吸收并轉運到植物的其他部位［10］。富硒酵母是一種新興的安全硒添加方式。試驗表明，噴施破壁型富硒酵母的劑量為1500 g/hm2時可以顯著提升水稻千粒重。葉面噴施酵母硒可提高水稻產量，隨著硒用量的增加產量也不斷增加，葉面噴施富硒酵母可在一定程度上提高水稻產量，這與郭天宇［11］的試驗結果相似。硒的添加在一定程度上對水稻產量的影響呈線性關系［12］，同樣也有研究表明，硒的過度添加會遏制水稻的產量。本試驗研究結果顯示，噴施破壁型富硒酵母可以達到增產的效果，且水稻的增產隨著破壁型富硒酵母使用劑量的增加而增加。破壁型富硒酵母增產效果好于富硒酵母，這可能與破壁這一工藝有著密切關系。酵母是一種常見用于飼料生產的單細胞蛋白原料，可以通過多種方式進行深加工從而提升產品性能，破壁是常見的加工方式之一［13］。酵母破壁后細胞表面通透性增加，釋放出游離氨基酸、可溶性蛋白、氨基酸態氮等物質，增加作物對其吸收的能力［14］。因此，破壁后酵母釋放的物質可能是促進水稻產量增加的重要因素。眾多研究表明，葉面施用硒可以顯著提高作物（如水稻、小麥）中的硒含量［15］。通過對水稻葉面噴施富硒酵母和破壁型富硒酵母，可以提高水稻葉片、莖稈、精米中硒含量，與Roberto 等［16］的研究結果相似。水稻莖、葉對于富硒酵母的吸收規律呈現出葉片硒含量均高于莖稈的趨勢，余侃等［8］的研究也得到相似的結果。兩組試驗中均為噴施劑量為1500 g/hm2時，水稻葉片和精米中硒含量最高，達到了0.107 mg/kg。綜合水稻莖、葉中硒含量，相對于富硒酵母，破壁型富硒酵母能顯著促進水稻葉片、莖稈對硒的吸收，在一定程度上提升稻米對硒的富集能力。葉面噴施破壁型富硒酵母比富硒酵母更容易被植物吸收利用，可以更有效地提高水稻的產量，提高糙米的硒含量和改善稻米品質。堊白是評價水稻外觀品質的重要指標，堊白谷物比正常谷物更軟，在碾磨過程中容易碎裂，會影響水稻外觀從而導致市場價值降低。直鏈淀粉含量是導致米飯變粘和變軟的原因之一；同樣，富硒水稻的蛋白質含量也會變化，從而影響稻米蒸煮過程的物理和化學特性。蛋白質含量通常受環境條件、基因型等多種因素控制。葉面噴施破壁型富硒酵母可以改善稻米蒸煮品質，提高直鏈淀粉含量，降低堊白率，同時也提高了稻米的蛋白質含量。精米蛋白質含量的提升會使米飯硬度變大，黏度降低，導致稻米蒸煮和食味品質下降。但也有研究表明，適量的蛋白質有利于蒸煮和食味品質的提升［17］。因此，過高或過低的稻米蛋白質含量均會降低蒸煮和食味品質。有研究表明，稻米直鏈淀粉含量高的品種蛋白質含量低［18］，這與本次研究結果有差異，研究表明谷物中的蛋白質含量和直鏈淀粉含量因土壤類型、水分、土壤肥力等諸多因素而變化，而且影響制粉質量。可見，稻米蛋白質含量與直鏈淀粉含量存在著復雜的關系。

4 結論

不同水平的富硒酵母和破壁型富硒酵母能夠提升水稻的產量以及提高水稻葉、莖、精米對硒的吸收和富集，且破壁型富硒酵母效果更好。

破壁型富硒酵母能夠通過劑量依賴方式增加水稻葉、莖、精米中的硒含量，同時通過改變水稻中蛋白質、直鏈淀粉含量從而提升稻米蒸煮和營養品質。

葉面噴施破壁型富硒酵母劑量為1500 g/hm2時，可顯著增加水稻產量，提升水稻葉片、莖、精米對硒的吸收和富集，并提升水稻蒸煮和營養品質。