外源硒矿粉对玉米硒累积及矿质元素吸收的影响

刘 庆， 田 侠， 史衍玺

(青岛农业大学资源与环境学院，青岛 266109)



外源硒矿粉对玉米硒累积及矿质元素吸收的影响

刘 庆， 田 侠， 史衍玺*

(青岛农业大学资源与环境学院，青岛 266109)

外源富硒矿粉; 玉米; 硒富集; 硒转化; 矿质元素吸收; 有机硒

absorptionofmineralelements;organicSe

1　材料与方法

1.1试验材料与试验设计

试验于2013年在山东省滨州市滨城区进行，土壤类型为潮土，土壤pH为8.1，总硒含量0.23mg/kg，有机质 8.4g/kg，碱解氮 54.6mg/kg，速效磷42.5mg/kg，速效钾66.1mg/kg。以购自湖北恩施富硒矿粉(总硒含量为180mg/kg)为硒源，试验玉米品种为西星黑糯1号。

试验共设5个处理，施硒量分别为Se0(CK)、750(Se1)、1500 (Se2)、2250 (Se3)和3000 (Se4)g/hm2。硒矿粉于玉米播种前均匀撒施于土表，并将其与0—10cm表层土壤混匀。选取均匀饱满的玉米种子，经催芽后于6月20日播种，南北行向栽植，株行距分别为20cm×60cm，小区面积120m2。试验按照随机区组法设计，每处理3次重复。10月7日收获。

1.2样品采集与处理

分别于玉米大喇叭口期和成熟期进行取样，将大喇叭口期所取玉米植株分为根、茎、叶三部分，将成熟期所取玉米植株分为根、茎、叶、籽粒四个部分。所有植株样品于鼓风烘箱中90℃杀青30min，75℃烘至恒重，粉碎过0.25mm筛，然后进行总硒、有机硒及矿质元素含量测定。

1.3测定项目与方法

土壤样品测定: 土壤总硒测定采用国标方法[9]，土壤pH测定采用电位法，有机质测定采用重铬酸钾容量法，碱解氮测定采用碱解扩散法，速效磷测定采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法，速效钾测定采用定1mol/L醋酸铵浸提—原子吸收分光光度法[10]。

植株样品矿质元素(K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn)采用硝酸-高氯酸联合消煮，原子吸收分光光度计测定[11]。

植株样品总硒测定: 准确称取过筛的植株样品1g，置于150mL锥形瓶中，加入10mL硝酸-高氯酸混合酸(10 ∶1，V/V)消化至溶液澄清无色并有大量白烟冒出时取下，然后加入2mL浓盐酸，再置于电热板上加热沸腾几分钟后取下，使Se(Ⅵ)全部还原为Se(Ⅳ)，冷却后用去离子水转移至50mL容量瓶，加入2mL10%的铁氰化钾，定容,用原子荧光光谱仪测定[12]。

玉米籽粒有机硒测定采用差减法进行。具体步骤为: 准确称取过筛的玉米粉1g，置于50mL离心管中，加入30mL超纯水，室温下超声振荡30min，于5000r/min离心10min，倒出上清液，残渣再重复提取一次。上清液收集后，倒入分液漏斗中，加入5mL环己烷萃取，收集水相于烧杯中，电热板上加热蒸发掉大部分水分后，加入10mL的硝酸-高氯酸混合酸(10 ∶1，V/V)，在电热板上加热消解至无色透明并有大量白烟冒出时取下，冷却后加2mL盐酸，再置于电热板上加热沸腾几分钟后取下，冷却后用去离子水转移定容至50mL容量瓶，原子荧光光谱仪测定溶液中无机硒含量。利用已测得的玉米籽粒总硒含量减去无机硒含量，即得玉米籽粒中有机硒含量[13]。

通过以下公式计算玉米籽粒的硒富集系数和转移系数:

玉米硒富集系数=玉米各器官中硒元素含量/土壤中硒元素含量

玉米硒转移系数=地上部各器官中硒元素含量/根系中硒元素含量

其中，富集系数是指施入土壤中的硒元素经植物的吸收与同化作用后植物各器官中硒含量与土壤硒含量之比，它反映了施入土壤中的外源硒在植物各器官以及土壤之间进行重新分配的情况; 转移系数是指玉米地上部硒与根中硒含量之比，它反映的是玉米将硒元素从根部向地上部各器官迁移的能力，转移系数越大，说明植物将该元素由地下部向地上部运输的能力越强。

1.4数据处理

所有数据利用SPSS13.0统计软件包和Excel2007软件进行分析，采用LSD法进行不同处理之间的多重比较。

2　结果与分析

2.1玉米籽粒产量与生物量

表1　玉米产量和生物量

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表不同处理之间在0.05水平下差异显著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

2.2玉米不同器官中硒的分布及随生育期的变化

从表2还可以看出，随土壤施硒量增加，大喇叭口期玉米各器官硒含量的变化是先增加后降低然后再增加，呈现波动式上升的特点; 收获期玉米各器官硒含量呈现平稳增加的特点。通过比较大喇叭期和收获期玉米各器官中硒含量还可以发现，除施硒量为1500g/hm2处理外，收获期玉米根中硒含量普遍高于大喇叭口期，而茎、叶中硒含量普遍低于大喇叭口期。这可能与收获期茎、叶中的硒元素向籽粒大量转移有关。

表2　玉米植株不同器官硒含量(μg/kg)

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表不同处理之间在0.05水平下差异显著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

2.3硒在玉米体内的富集系数和转移系数

表3　玉米植株各器官硒的富集系数和转移系数

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表不同处理之间在0.05水平下差异显著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

2.4玉米籽粒中无机硒向有机硒的转化

2.5玉米籽粒总硒、有机硒与各器官硒含量的关系

为了明确玉米籽粒中总硒与有机硒含量与各器官硒含量之间的关系，对籽粒中总硒与有机硒含量和不同器官硒含量之间进行相关性分析(表5)。由表5可以看出，玉米籽粒总硒和有机硒与各器官硒含量之间均表现出较好的相关关系。其中，玉米籽粒总硒与大喇叭口期根、茎、叶以及收获期根中硒含量具有显著的相关性(P≤0.05); 与收获期茎、叶中硒含量相关性达到极显著水平(P≤0.01)。

表4　玉米籽粒有机硒含量及其占总硒的比例

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表不同处理之间在0.05水平下差异显著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongtreatments.

玉米籽粒中有机硒与根中硒含量相关性在两个时期均达到极显著水平(P≤0.01)，与茎、叶中的硒含量在大喇叭口期为显著相关(P≤0.05)，而在收获期则达到极显著水平(P≤0.01)。

2.6施硒对玉米矿质元素吸收的影响

土壤施用富硒矿粉后，对玉米根系对矿质元素吸收及其在籽粒中的累积造成不同程度的影响(见表6)。可以看出，施硒显著抑制了根系对Na的吸收，随施硒量增加，根系对Na的吸收量显著降低，这对提高玉米植株的耐盐性具有重要意义; 各施硒量下，根系中K、Ca、Mg、Fe4种元素含量没有显著差异，说明施硒未对根系中以上4种元素的吸收产生显著影响; 根系中Mn、Cu、Zn3种元素的含量随施硒量增加呈先降低后增加的趋势，差异达显著水平，但其影响机理需进一步研究。

表5　玉米籽粒总硒、有机硒与各器官总硒含量相关性 (r)

注(Note): *—P<0.05; **—P<0.01

表6　玉米体内各器官矿质元素含量(mg/kg)

注(Note): 同列数据后不同硒小写字母代表不同硒处理之间在0.05水平下差异显著Valuesfollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantlydifferentatthe0.05levelamongdifferentSetreatments.

施硒对玉米籽粒中矿质元素累积的影响较为复杂，随土壤施硒量的增加，矿质元素在玉米籽粒的累积呈现出波动式升降变化的特点。可见，土壤施用富硒矿粉后，并没有对玉米籽粒中矿质元素的累积带来明显的增加或降低的效应。

3　讨论

3.1施硒对玉米产量和生物量的影响

3.2施硒对玉米籽粒及各器官硒含量的影响

3.3施硒对玉米籽粒硒形态转化的影响

天然植物中硒主要以硒酸盐和有机态硒存在[2]，在玉米、小麦等非富硒谷类作物中，主要以硒代蛋氨酸形式(又称硒代甲硫氨酸，Se-Met)存在于蛋白质中，是人体安全有效的补硒形态[22]。本研究中，随施硒量的增加，玉米籽粒中有机硒含量随之增大，施硒未对玉米籽粒中有机硒转化产生显著影响，同时，玉米籽粒中有机硒占总硒的比例与施硒量之间无线性相关关系。玉米籽粒中的总硒、有机硒与各器官中硒含量的相关性分析结果显示，总硒含量只与收获期茎、叶中硒含量达到极显著相关，而有机硒不仅与收获期茎、叶中硒含量呈极显著相关，还与两个时期根中的硒含量呈极显著相关性，这说明根系对硒的吸收能力大小对有机硒转化的影响大于对总硒累积的影响，但其影响机理尚不清楚。

3.4施硒对玉米矿质元素吸收的影响

随土壤施硒量的增加，玉米各器官中硒的富集或累积量均显著增加，呈现出较为稳定的同步增长关系。土壤施用富硒矿粉，除了显著抑制玉米根系对Na的吸收外，对K、Ca、Mg、Fe元素的吸收并无显著影响，随施硒量增加，对Mn、Cu、Zn3种元素的吸收呈先降低后增加的趋势。施硒对矿质元素在玉米籽粒中累积的影响较为复杂，本研究结果也并未产生规律性的促进或抑制效应，多数元素在玉米籽粒中的累积呈现出波动式的升降变化，这可能与硒在玉米籽粒中累积受多种因素影响有关，如离子拮抗与协同效应[23]、与蛋白质合成相关的各种酶的作用[24]以及玉米自身的生理特性[2]等。由于在这方面已有的类似研究成果较少，所以关于施用外源硒对矿质元素的根系吸收及其在籽粒中累积的影响及其机理，仍需进一步深入研究。

4　结论

玉米各器官对土壤中硒的富集系数总体表现为根>叶>籽粒>茎，玉米各器官对硒的富集系数在土壤施硒量为750g/hm2时最大，而转移系数在施硒量为2250g/hm2时最大。

施硒可显著抑制玉米根系对Na的吸收，对玉米根系吸收K、Ca、Mg、Fe4种元素无显著影响，一定施硒量可促进Mn、Cu、Zn3种元素的吸收。施硒未对矿质元素在玉米籽粒中的累积产生显著的抑制效应。

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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网络出版日期： 2015-07-02

公益性行业科研专项经费项目“优质高效富硒农产品关键技术研究与示范”(201303106)。

刘庆(1972—)，男，山东菏泽人，博士，副教授,主要从事植物营养机理与调控、土壤生态与环境研究。E-mail:qy7271@163.com

E-mail:yanxiyy@126.com

S143.7+9

A

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