外源硒、鈣對優(yōu)質(zhì)食味粳稻產(chǎn)量、品質(zhì)及稻米硒、鈣含量的影響

魏 杰， 吳傳萬， 尹 航， 張豪杰， 文章榮， 邵 青， 陳紫巖， 章安康， 彭 杰，杜小鳳

(江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安223001)

水稻(OryzasativaL.)是重要的糧食作物，全球50%以上的人以稻米為主食[1]，隨著人口增加以及耕地面積的不斷減少，增加水稻產(chǎn)量對保障中國糧食安全起著重要的作用[2]。近年來，隨著居民生活水平和消費(fèi)品質(zhì)的提高，人們對稻米的消費(fèi)需求逐漸由“吃飽”向“吃好”轉(zhuǎn)變[3]，優(yōu)質(zhì)食味稻米的需求進(jìn)一步增加，但優(yōu)質(zhì)稻米供應(yīng)與市場需求存在較大的差距[4]。因此，如何在維持產(chǎn)量的同時(shí)，進(jìn)一步改良稻米品質(zhì)是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

氨基多糖主要以幾丁質(zhì)、脫乙酰幾丁質(zhì)的形式存在于節(jié)肢動(dòng)物外骨骼和真菌細(xì)胞壁中，在自然界中的含量僅次于纖維素，是大量存在的堿性多糖[5]。大量研究結(jié)果表明，氨基多糖及其衍生物可以調(diào)節(jié)并促進(jìn)水稻[6]、小麥[7-8]、玉米[9]、西瓜[10]、水果蘿卜[11]、大白菜[12]等作物的生長，提質(zhì)增產(chǎn)，提升作物對逆境的抗性。

硒是人體必需的微量元素，大量臨床研究結(jié)果表明，硒在防治大骨節(jié)病和克山病、防癌抗癌、抗衰老以及提高人體免疫力等方面具有重要作用，被稱為“生命的神奇元素”和“長壽元素”[13-14]。然而，中國是缺硒大國，有三分之二的人口面臨缺硒帶來的健康威脅。已有研究結(jié)果表明，通過根施硒肥或葉面噴施硒肥均可顯著提高水稻籽粒硒的含量[15-16]，對稻米進(jìn)行硒生物強(qiáng)化是解決中國居民缺硒的有效途徑之一[17]。同時(shí)，外源硒還具有提高種子發(fā)芽率，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)生長，增加產(chǎn)量，提升抗逆性，提高稻米品質(zhì)等作用[13]。但是，目前關(guān)于外源硒對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和營養(yǎng)強(qiáng)化效應(yīng)影響的研究不多，尤其關(guān)于優(yōu)質(zhì)食味水稻硒營養(yǎng)強(qiáng)化的研究和技術(shù)方案極少。

鈣是人體必需的大量元素，也是植物所必需的營養(yǎng)元素之一，在植物生長發(fā)育以及應(yīng)對環(huán)境脅迫中具有重要作用[18]，鈣肥可促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)其生長[19]，還可提升植物生物膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[20]，改善植物的光合作用以及參與第二信使傳遞信號等作用[21]。但是目前關(guān)于鈣制劑對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)、鈣營養(yǎng)強(qiáng)化影響的研究還比較缺乏。

本研究擬以南粳9108、南粳46、南粳2728、南粳505、淮稻5號和徐稻9號為試驗(yàn)材料，設(shè)置田間試驗(yàn)，探究氨基多糖硒鈣水溶肥對不同優(yōu)質(zhì)食味粳稻產(chǎn)量、品質(zhì)和硒、鈣營養(yǎng)強(qiáng)化的影響，以期為水稻的營養(yǎng)強(qiáng)化栽培提供理論、實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究選取江蘇主導(dǎo)的優(yōu)質(zhì)食味水稻品種為試驗(yàn)材料，包括江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的南粳9108、南粳46、南粳2728和南粳505，江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的淮稻5號，江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的徐稻9號。

本研究所用氨基多糖硒鈣水溶肥為江蘇雙林海洋生物藥業(yè)有限公司產(chǎn)品，氨基多糖≥100 g/L，產(chǎn)品形態(tài)為水劑。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(稻麥)科技綜合示范基地(淮陰區(qū)凌橋鎮(zhèn)夏家湖農(nóng)場)進(jìn)行。前茬作物為小麥，淤泥質(zhì)土，0～20 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量為24.2 g/kg，全氮含量為1.23 g/kg，速效磷含量為55.9 mg/kg，速效鉀含量為126.1 mg/kg。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于水稻破口期在葉面噴施133 ml/L的氨基多糖硒鈣水溶肥，以噴施等量清水為對照，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為15 m2。田間管理措施參照當(dāng)?shù)厮境Ｒ?guī)高產(chǎn)栽培管理[22]。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在水稻成熟期測定產(chǎn)量及其構(gòu)成因素(穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量)，具體參照龔金龍等[23]的測定方法。

1.3.2 稻米品質(zhì)、米飯食味值 糙米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、不完善粒率、黃米粒率、粒型(長寬比)等的測定方法參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T17891-1999 優(yōu)質(zhì)稻谷》[24]。精米蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量利用近紅外快速品質(zhì)分析儀(PerkinElmer公司產(chǎn)品)測定。采用米飯食味計(jì)[佐竹機(jī)械(蘇州)有限公司產(chǎn)品]測定米飯的食味值。

1.3.3 硒含量和鈣含量 成熟期從每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)觀察點(diǎn)，摘下稻穗裝袋，委托通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司測定硒含量和鈣含量，硒含量檢測方法參照文獻(xiàn)[25]，鈣含量檢測方法參照文獻(xiàn)[26]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

使用IBM SPSS Statistics 23.0和 Microsoft Excel 2003對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，利用SPSS進(jìn)行方差分析，各品種間、處理間差異采用t檢驗(yàn)進(jìn)行比較，采用R3.4中的ggplot2包進(jìn)行圖形處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

圖1顯示，氨基多糖硒鈣水溶肥噴施處理對水稻的穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量具有一定的促進(jìn)作用。方差分析結(jié)果表明，品種對穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量具有極顯著影響，處理對每穗粒數(shù)、產(chǎn)量具有極顯著影響，只有產(chǎn)量受到品種和處理互作效應(yīng)的顯著影響。

CK表示對照；T表示處理；G表示品種；G×T表示品種和處理的互作；*表示在0.05水平上影響顯著；**表示在0.01水平上影響顯著。

表1顯示，與對照組相比，氨基多糖硒鈣水溶肥處理下各品種的每穗粒數(shù)都表現(xiàn)為顯著增加，南粳9108增幅最小(7.36%)，南粳505增幅最大(12.77%)，6個(gè)供試品種平均增幅為10.01%；氨基多糖硒鈣水溶肥處理下各品種產(chǎn)量較對照都表現(xiàn)為極顯著增加，南粳505增幅最小(6.24%)，南粳46增幅最大(8.44%)，6個(gè)供試品種平均增幅為7.10%。氨基多糖硒鈣水溶肥處理下的穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量較對照組雖有一定的增加，但差異不顯著。

表1 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻外觀品質(zhì)的影響

對不同處理下水稻外觀品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果(圖2)表明，品種和處理對粒型(長寬比)、堊白粒率和堊白度均具有極顯著影響，粒型(長寬比)、堊白度受到品種和處理互作效應(yīng)的極顯著影響。

CK表示對照；T表示處理；G表示品種；G×T表示品種和處理的互作；*表示在0.05水平上影響顯著；**表示在0.01水平上影響顯著。

表2顯示，與對照相比，氨基多糖硒鈣水溶肥噴施處理對水稻的粒型(長寬比)具有促進(jìn)作用，除南粳9108和南粳46外，其余4個(gè)品種均表現(xiàn)為顯著或者極顯著增加，南粳505增幅最大(15.15%)，6個(gè)供試品種的平均增幅為6.46%。與對照組相比，氨基多糖硒鈣水溶肥噴施處理下各品種的堊白粒率均表現(xiàn)為極顯著降低，南粳505降幅最小(20.53%)，徐稻9號降幅最大(26.46%)，6個(gè)供試品種的平均降幅為23.03%；除徐稻9號外，氨基多糖硒鈣水溶肥噴施處理下各品種的堊白度較對照組均表現(xiàn)為顯著或極顯著降低，南粳2728和淮稻5號的降幅均大于25.00%，6個(gè)供試品種平均降幅為18.52%。

表2 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻外觀品質(zhì)的影響

2.3 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻加工品質(zhì)的影響

對水稻的加工品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果(圖3)表明，品種對糙米率、整精米率、不完善粒率、黃米粒率具有極顯著影響，處理對整精米率、不完善粒率、黃米粒率具有極顯著影響，只有不完善粒率受到品種和處理互作效應(yīng)的極顯著影響。

CK表示對照；T表示處理；G表示品種；G×T表示品種和處理的互作；*表示在0.05水平上影響顯著；**表示在0.01水平上影響顯著。

表3顯示，與對照相比，噴施氨基多糖硒鈣水溶肥有助于糙米率的提高，但效果不顯著；但是噴施氨基多糖硒鈣水溶肥可以顯著提高南粳9108和南粳46的整精米率。與對照相比，噴施氨基多糖硒鈣水溶肥可顯著或極顯著降低南粳505、淮稻5號和徐稻9號的不完善粒率；噴施氨基多糖硒鈣水溶肥可顯著降低南粳505的黃米粒率。

表3 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻加工品質(zhì)的影響

2.4 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻營養(yǎng)品質(zhì)和食味值的影響

對水稻營養(yǎng)品質(zhì)和食味值進(jìn)行分析，結(jié)果(圖4)表明，品種對蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和米飯食味值均具有極顯著影響，只有米飯食味值受到品種和處理互作效應(yīng)的極顯著影響。

CK表示對照；T表示處理；G表示品種；G×T表示品種和處理的互作；*表示在0.05水平上影響顯著；**表示在0.01水平上影響顯著。

表4顯示，與對照相比，噴施氨基多糖硒鈣水溶肥對提高米飯食味值具有顯著作用，淮稻5號增幅最大(9.13%)，南粳2728增幅最小(2.01%)，6個(gè)供試品種的平均增幅為6.53%。與對照相比，氨基多糖硒鈣水溶肥對提高水稻蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量雖有一定的功效，但效果不顯著。

表4 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻營養(yǎng)品質(zhì)和食味值的影響

2.5 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻大米硒含量和鈣含量的影響

圖5顯示，品種、處理對硒含量和鈣含量具有極顯著影響，硒含量和鈣含量還受到品種和處理互作效應(yīng)的顯著影響。

CK表示對照；T表示處理；G表示品種；G×T表示品種和處理的互作；*表示在0.05水平上影響顯著；**表示在0.01水平上影響顯著。

表5顯示，與對照相比，氨基多糖硒鈣水溶肥處理的大米硒含量和鈣含量極顯著提高。就硒含量而言，6個(gè)供試品種平均增幅為357.01%，南粳46增幅最大(463.88%)，徐稻9號增幅最小(308.08%)；6個(gè)供試品種鈣含量平均增幅為86.82%，南粳9108增幅最大(121.52%)，南粳2728增幅最小(63.14%)。

表5 氨基多糖硒鈣水溶肥對優(yōu)質(zhì)食味粳稻大米硒含量和鈣含量的影響

3 討論

氨基多糖硒鈣水溶肥是一種新型肥料，目前多以葉面噴施為主。葉面肥具有針對性強(qiáng)、營養(yǎng)吸收快、養(yǎng)分利用率高等特點(diǎn)[27-28]。作物從葉面吸收養(yǎng)分與從土壤中吸收養(yǎng)分的效果相同[29]。陳雪等[30]的研究結(jié)果表明，通過土壤或葉面施用硒肥對水稻的生物量和產(chǎn)量無顯著影響，葉面肥還可解決作物生長后期因根系吸收能力減弱而導(dǎo)致養(yǎng)分吸收不足的問題[28,31]。

氨基多糖、硒、鈣在調(diào)節(jié)植物產(chǎn)量方面具有重要作用。劉和眾等[32]的研究結(jié)果表明，甲殼素可顯著提高玉米的穗長、穗粗、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素；杜小鳳等[7]發(fā)現(xiàn)在小麥拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期噴施氨基多糖水溶肥，可顯著提高小麥的千粒質(zhì)量和產(chǎn)量；園藝作物方面，有學(xué)者在研究氨基多糖對西瓜[33]、青蘿卜[34]和花心大白菜[12]的影響中發(fā)現(xiàn)，氨基多糖可顯著提高西瓜產(chǎn)量、青蘿卜肉質(zhì)根莖粗和大白菜母株產(chǎn)量及其種子的千粒質(zhì)量。葉面噴施硒肥可顯著提高小麥產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量等[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，在水稻葉面噴施10 g/hm2或者21 g/hm2的亞硒酸鈉，水稻的千粒質(zhì)量和產(chǎn)量顯著提高[36]。戴志華[13]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處理中硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg時(shí)，水稻的千粒質(zhì)量和產(chǎn)量相較于對照組分別提高3.46%和30.42%，而當(dāng)處理中硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5 mg/kg時(shí)，則不利于水稻的生長。孫義祥等[37]研究發(fā)現(xiàn)，鈣肥的施用有助于增加水稻單位面積有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量。本研究發(fā)現(xiàn)，噴施氨基多糖硒鈣水溶肥可顯著提高水稻的每穗粒數(shù)和產(chǎn)量，6個(gè)水稻品種的每穗粒數(shù)和產(chǎn)量平均增加10.01%和7.10%，本研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果具有相似之處。但是氨基多糖硒鈣水溶肥處理的結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量與對照相比無顯著差異，說明氨基多糖硒鈣水溶肥可能是通過影響每穗粒數(shù)來增加產(chǎn)量的。

環(huán)境和遺傳特性(基因)共同決定了稻米品質(zhì)，品種是決定稻米品質(zhì)的首要因素，而栽培管理措施和化學(xué)調(diào)控技術(shù)則是決定稻米品質(zhì)的關(guān)鍵因素[38]。多項(xiàng)研究結(jié)果表明，氨基多糖、硒、鈣在調(diào)節(jié)作物品質(zhì)方面也發(fā)揮了重要的作用，氨基多糖水溶肥可顯著提高小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、淀粉含量和直鏈淀粉含量等[7]，還可顯著提高西瓜、青蘿卜的可溶性糖、維生素C含量[10,33-34]，但是在調(diào)節(jié)水稻品質(zhì)方面的研究卻很少。孫亞波[39]發(fā)現(xiàn)，噴施硒肥處理的稻米堊白粒率和堊白度相較于對照組均存在不同程度的降低，但粒長、粒寬和長寬比沒有顯著變化，水稻精米率、整精米率、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量則顯著提高。王學(xué)武[21]在水稻鈣積累分布規(guī)律與調(diào)控研究中發(fā)現(xiàn)，孕穗期噴施適量鈣肥可顯著提高稻米的精米率、整精米率、直鏈淀粉含量，顯著降低稻米的堊白粒率和堊白度。在本研究中，與對照相比，噴施氨基多糖硒鈣水溶肥后，南粳2728、南粳505、淮稻5號和徐稻9號的粒型(長寬比)得到顯著改善，6個(gè)水稻品種的堊白粒率和堊白度平均下降20.03%和18.52%；南粳46和南粳9108的整精米率顯著提高；南粳505、淮稻5號和徐稻9號的不完善粒率顯著降低；南粳505的黃米粒率顯著降低；6個(gè)水稻品種的米飯食味值平均提高6.53%。本研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果[21,39]具有一致性，然而不同水稻品種品質(zhì)性狀對處理的響應(yīng)情況不同，這可能與遺傳因素存在一定關(guān)系，但是本研究中直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量并未得到顯著提高，具體原因還有待探究。

作物的硒強(qiáng)化途徑是人類從天然食物中獲得硒的一種有效手段[40-43]，葉面噴施適宜質(zhì)量濃度的硒肥可顯著提高水稻籽粒中的硒含量[17,36,39]。稻米鈣含量的增加可以提高稻米的營養(yǎng)價(jià)值，有研究發(fā)現(xiàn)，施用鈣肥可促進(jìn)水稻和谷子籽粒對Ca2+的吸收積累，當(dāng)水稻施用450 kg/hm2和600 kg/hm2的鈣肥時(shí)，籽粒的平均鈣積累量分別為2 529.39 mg/kg和2 515.95 mg/kg；葉面噴施鈣肥可促進(jìn)谷子中鈣含量的增加[21,44]。本研究中，噴施氨基多糖硒鈣水溶肥后6個(gè)水稻品種的硒含量和鈣含量平均增加357.01%和86.82%，這與前人的研究結(jié)果[17，21，36，39，44]相似；同時(shí)，不同水稻品種的硒、鈣含量也有明顯區(qū)別，這可能是基因型的差異造成的，但造成這種差異的分子機(jī)理尚不清楚。

本研究以6個(gè)優(yōu)質(zhì)食味粳稻為研究對象，發(fā)現(xiàn)在破口期進(jìn)行氨基多糖硒鈣水溶肥處理可提高水稻產(chǎn)量以及稻米品質(zhì)、硒含量和鈣含量，表明氨基多糖硒鈣水溶肥具有提質(zhì)增產(chǎn)以及硒、鈣營養(yǎng)強(qiáng)化的多重功效，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。但其作用機(jī)理、最佳施用方式以及硒、鈣在水稻不同部位的分配方式還尚未明了，并且稻米中的硒、鈣元素形態(tài)、生物可給性及其加工殘留率仍需進(jìn)一步探究。