叶面喷施硒酸钠对不同小麦品种(系)籽粒硒及其他矿质元素含量的影响

2017-05-15孙发宇李长成

麦类作物学报 2017年4期

孙发宇，李长成，王安,2，李韬

(1.江苏省作物遗传生理国家重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/教育部植物功能基因组学重点实验室/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 225009; 2.江苏省农业科学院泰州农科所，江苏泰州 225300)

孙发宇1，李长成1，王安1,2，李韬1

为了解叶面喷施硒酸钠对不同小麦品种(系)籽粒硒含量及其他矿质元素的影响，对114个不同小麦品种(系)进行叶面喷施硒酸钠，试验设4个梯度，分别为0 mg·kg-1(CK)、100 mg·kg-1(Se10)、200 mg·kg-1(Se20)、300 mg·kg-1(Se30)，利用离子发射光谱-原子吸收仪测定了籽粒硒、钙、镁、铜、铁、锰、锌、硫含量。结果表明，叶面喷施硒酸钠可以提高小麦籽粒的硒含量，增幅因品种(系)而异；CK、Se10、Se20及Se30处理下，籽粒的总硒含量分别为1.54、5.70、10.01和 13.10 mg·kg-1。籽粒中不同矿物质元素对叶面喷施硒酸钠的响应不同；籽粒中硒与其他元素的积累既有协同也有拮抗作用，因元素种类、小麦品种(系)和施硒量而异。总体而言，高浓度硒处理降低了籽粒中钙、镁、铜、铁、锰和硫的含量，但提高了锌的含量。

小麦；硒强化；矿质营养

硒是人和动物正常生长、发育的必需元素。临床研究表明，人类的很多病症都和硒的摄入不足有关[1-3]，硒在抗癌[4]、抗衰老[5]、保护心脏[6]等方面起着重要作用。中国营养学会推荐正常人体每日硒摄入量为 60～400 μg[7]，但是中国人均摄硒量普遍不足[8]。利用植物进行硒生物强化从而增加人膳食中的硒摄入量是应对硒摄入不足的有效方法。通过施肥对生物进行硒强化已在全球广泛开展[9-11]，并取得较为丰硕的成果。硒不是植物的必需元素[12]，但在植物生长和抗逆方面具有重要的作用，硒可以提高植物的抗氧化能力，在促进作物生长、提高作物产量、增强抗寒与抗旱性、抵抗病原菌等方面具有积极作用[13]。硒和其他元素之间的相互作用是目前硒研究领域的重要方向。研究表明，硒可能对植物体内金属离子的积累有较大影响[14-16]，是很多酶和抗氧化剂的重要组分[17]，与其他元素存在的协同和竞争关系是施硒后植物中其他矿质元素含量变化的重要因素之一。

小麦是最具富硒潜力的主粮作物之一[18]，本试验以114个小麦品种(系)为材料，研究叶面喷施硒酸钠后小麦籽粒硒积累的基因型差异及对其他矿物质元素含量的影响，以期为小麦硒强化育种与栽培提供理论参考。

1 材料与方法

本试验所选材料包含我国的地方品种、育成品种、国外引进品种和高代品系共114份。所有材料为春性或半冬性，均为遗传上的纯系。试验在扬州大学农学院试验田(119°E，32°N)进行，10月底播种，每个小麦品种(系)种一行，行长1.5 m，每行播种40粒，出苗后每行定苗至30苗，采用完全随机区组试验，2次重复。在孕穗-抽穗期、灌浆早-中期叶面喷施硒酸钠，设4个硒浓度梯度：0 mg·kg-1(CK)、100 mg·kg-1(Se10)、200 mg·kg-1(Se20)及300 mg·kg-1(Se30)，每行均匀喷施100 mL。土壤中本底硒含量为0.016 mg·kg-1。小麦成熟后，以行为单位进行收获、脱粒，于65 ℃处理10 h后封存备用。

1.1 籽粒硒含量及其他矿质元素的测定

称取0.5 g干燥后的籽粒，加入5 mL浓硝酸、3 mL水和两滴过氧化氢在微波消解仪上进行消解，消解液最后定容在50 mL的容量瓶中，用等离子发射光谱-原子吸收仪测定Se、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn和S含量。

1.2 数据处理

数据分析和作图采用SPSS 21和Sigma Plot 10.0进行。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施硒酸钠对小麦籽粒硒含量的影响

方差分析结果(表1)表明，小麦品种(系)、外源硒浓度及二者互作对籽粒硒含量均有极显著影响(P<0.001)。CK条件下供试小麦品种(系)籽粒的硒含量平均为1.54 mg·kg-1，Se10、Se20、Se30处理下籽粒硒含量分别为5.70、10.01、13.10 mg·kg-1(图1)，处理间差异均显著。说明小麦籽粒硒含量随着硒酸钠处理浓度的升高而提高，籽粒硒含量与外源硒浓度有一定的正相关性。

表1 小麦籽粒硒含量的方差分析

图柱上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Different letters above the columns mean significant difference among the treatments(P<0.05).

图1 不同处理下114个小麦品种(系)的籽粒硒平均含量

Fig.1 Mean Se concentration in the grains of 114 varieties under different selenium dosage

由图2可知，随着硒酸钠处理浓度的升高，小麦籽粒的硒含量均呈增加趋势；品种(系)间籽粒硒含量的差异变大。CK条件下，籽粒硒含量为0.78 mg·kg-1(鉴28)～2.36 mg·kg-1(宁麦17)，极差为1.58 mg·kg-1；在Se10处理下，硒含量为1.93(扬麦11)～8.83 mg·kg-1(Jagger)，极差为6.90 mg·kg-1；在Se20处理下，硒含量为6.73(淮麦18)～15.96 mg·kg-1(Aurora)，极差为9.23 mg·kg-1；在Se30处理下，硒含量为8.69(周麦11)～22.44 mg·kg-1(Jagger)，极差为13.75 mg·kg-1。说明高浓度硒酸钠处理更有利于筛选富硒小麦品种(系)。其中，Jagger在籽粒富硒方面表现优良，在Se10和Se30处理下，籽粒硒含量均为最高，在Se20处理下，籽粒硒含量在114个品种(系)中，位于前10%。

2.2 叶面喷施硒酸钠对小麦籽粒其他元素含量的影响

由表2可知，硒酸钠处理对小麦籽粒中其他矿物质元素的含量均有极显著影响，品种(系)×处理互作对Fe元素外的其他元素均有极显著影响。

图2 不同浓度硒酸钠处理下114个品种的籽粒硒含量

变异来源 Variancesource钙 Ca硫 S铜 Cu铁 Fe锌 Zn镁 Mg锰 Mn品种(系)Variety(line)8．393∗∗∗8．450∗∗∗4．350∗∗∗6．027∗∗∗5．675∗∗∗10．751∗∗∗12．835∗∗∗处理Treatment31．645∗∗∗53．161∗∗∗5．139∗∗∗4．243∗∗∗4．395∗∗∗14．999∗∗∗6．655∗∗∗品种×处理Variety×treatment1．367∗∗1．916∗∗1．153∗∗0．8421．531∗∗1．446∗∗1．636∗∗

**:P<0.01;***:P<0.001

叶面喷施硒酸钠后，籽粒中的Ca和S随着硒浓度的提高而下降，Se10处理与CK差异不显著，Se20和Se30处理均与CK间差异显著，且均显著低于Se10与CK处理。与CK相比，Se10、Se20和Se30处理下，籽粒Cu含量显著下降，但Se10、Se20和Se30处理间差异不显著。籽粒Fe含量在CK和Se10处理间差异不显著；Se20和Se30处理间差异不显著，但二者显著低于Se10和CK处理。籽粒Zn含量在CK和Se10、Se20处理间差异不显著，Se30处理显著高于前三种处理。籽粒Mg和Mn含量均随着硒处理浓度的增加先下降后上升(表3)。

表3 不同浓度硒酸钠对小麦籽粒中其他元素的影响

同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Different letters following data mean significant difference among treatments(P<0.05).

2.3 小麦籽粒中被测元素含量变化的协同性分析

叶面喷施硒酸钠后，不同小麦品种(系)中被测元素对硒的响应不同，不同品种的同种元素或同一品种不同元素对硒的响应均存在差异。以高硒浓度处理(Se30)为例，114份品种(系)中，籽粒中各种被测元素对喷施硒酸钠的响应一致的品种(系)有12个(表4)，占材料总数的10.5%。其中，海盐种、扬麦4号等9个品种施硒后籽粒各被测元素含量均下降，而徐州25、陕354和陕107-6施硒后，籽粒各被测元素含量均有一定程度的增加(表4)。这可能主要由小麦基因型差异所致。从矿质营养角度来看，徐州25、陕354和陕107-6均具有较好的硒强化潜力。

表4 12个品种(系)在Se30处理下籽粒中各被测元素含量的变化

表中数据为Se30与CK的差值。

Values in table mean concentration difference between Se30 and CK.

3 讨论

3.1 叶面喷施硒酸钠对籽粒硒含量的影响

本试验中，硒酸钠对小麦植株没有可见的毒害症状，表明试验浓度在小麦安全施用范围内。喷施硒酸钠后，114份材料籽粒的平均硒含量显著提高，且其对硒的富集能力远远大于玉米与水稻[19-20]，说明选择小麦作为富硒载体更有意义。

3.2 叶面喷施硒酸钠对籽粒其他元素的影响

低硒酸钠浓度处理下，小麦籽粒中的S元素变化不显著，随着硒酸钠处理浓度的提高，S含量总体呈下降趋势，但因品种而异。Se和S是同系元素，植物在吸收Se和S时均需硫转运体[21]，推测这两个元素在低浓度处理下彼此没有影响，但在高浓度硒酸钠处理下存在竞争效应。研究表明，Se6+达到一定浓度后会阻碍S的吸收[22-23]。本试验中，推测小麦中的Se6+在Se30处理下，与S出现竞争关系。

Se是谷胱甘肽的组分[24]，硒代半胱氨酸是谷胱甘肽的核心氨基酸[25]，对植物在高Cu条件下的中毒有缓解作用[26]，这可能是施硒降低籽粒中Cu含量的原因之一。此外Se能够降低Cr[27]、Hg和As[28]等其他重金属对植物造成的毒害作用。

Zn是世界卫生组织公认的人类最易缺乏的三个微量营养元素之一[29]，小麦是理想的富锌载体。在低硒酸钠浓度处理下，籽粒中的Zn含量没有变化，但在Se30处理下，籽粒Zn含量提高，这与硒酸钠水培玉米苗的结果类似[14]。说明Zn对低浓度硒不敏感，但与较高浓度硒之间存在协同关系，其中，籽粒Zn含量对高浓度硒酸钠响应最积极的品种(系)有甘春20、百农64C、千斤早和西麦1376。

随着硒酸钠处理浓度的提高，籽粒中的Mg元素先下降后上升，且处理间差异显著。Zhang等[19]研究表明，施硒浓度提高，水稻叶片中的叶绿素含量先上升后下降。Mg是叶绿素的重要组成部分，在低浓度Se条件下，花椰菜幼苗叶绿素含量随Se浓度的升高而升高[30]，且施硒可以通过提高抗氧化酶活性延缓叶片的衰老[31]，可明显延迟叶绿素含量的降低[32]，使小麦籽粒在灌浆期叶片中的Mg从叶绿素中的释放量减少，降低了籽粒中Mg的含量。而随着施硒浓度的提高，叶片中叶绿素含量在上升后下降[30]，使更多的Mg可以运输到籽粒中去，籽粒Mg含量上升。

Se10处理下，籽粒中的Ca含量与CK差异不显著，但3个施硒处理间存在显著差异，且与硒酸钠处理浓度负相关。有研究指出，施硒酸钠对植物的Ca元素没有影响[33]，也有研究表明，施硒会导致蕨类的根和茎中的Ca含量下降[15]，表明不同植物或同种植物的不同组织对Ca元素的累积存在差异。本研究中，随着施硒浓度的提高，籽粒中的Mn元素含量先下降再上升；Fe对低浓度硒酸钠的处理不敏感，在Se20和Se10之间存在显著差异，不同品种间的差异较大。

在Se30处理下，徐州25、陕354和陕107-6施硒酸钠后籽粒中其他元素含量均有所上升，说明这些品种(系)中Se的累积不是以牺牲其他元素的累积为代价的。

本试验所用材料较多，类型广泛，具有较好的代表性，综合考虑籽粒Se及其他元素的积累，Jagger和徐州25是较好的富硒载体，可作为硒生物强化和育种利用的亲本。

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Effect of Sodium Selenate Application on Concentrations of Selenium and Other Minerals in Grains of Different Wheat Genotypes

SUN Fayu1,LI Changcheng1,WANG An1，2,LI Tao1

(1.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Modern Inclustry Technology Innovation Center of Food Crops/Key Laboratory of Plant Functional Genomics of Ministry of Education/Wheat Research Center,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009,China; 2.Institute of Taizhou Agricultural Sciences, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Taizhou,Jiangsu 225300,China)

To clarify the effects of foliar application of sodium selenate on concentration of total selenium(Se) and other mineral elements in grains of different wheat varieties(lines),four treatments,such as 0 mg·kg-1(CK),100 mg·kg-1(Se10),200 mg·kg-1(Se20) and 300 mg·kg-1(Se30),were sprayed uniformly on the leaves of 114 wheat varieties(lines).The concentrations of Se,Ca,Mg,Cu,Fe,Mn,Zn and S were measured using ICP(Inductively Couple Plasma) method. The results indicate that sodium selenate application significantly increased Se concentration in grains of wheat,but the increase rate varied among varieties(lines).The average total Se concentration under four treatments was 1.54,5.70,10.01 and 13.10 mg·kg-1,respectively. The other mineral elements responded either synergistically or antagonistically to selenate application,depending on mineral type,wheat genotypes and Se dosage. In general,sodium selenate decreased the concentrations of Ca,Mg,Cu,Fe,Mn and S,but increased Zn concentration in grains.

Wheat; Selenium biofortification; Mineral nutrition

时间：2017-04-07

2016-10-28

2016-12-13 基金项目：江苏省高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)；扬州大学科技创新团队项目第一作者E-mail：824976008@qq.com 通讯作者：李韬(E-mail:taoli@yzu.edu.cn)

S512.1；S311

1009-1041(2017)04-0559-06

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170407.1021.038.html