不同时期施硒对谷子硒含量、有机硒转化率及谷子品质的影响

穆婷婷，张福耀，李志华，刘 璋，田 岗

(1.山西省农业科学院 高粱研究所，高粱遗传与种质创新山西省重点实验室，山西 榆次 030600； 2.山西省农业科学院 谷子研究所，山西 长治 046011)

硒是人体所必需的微量元素[1]，缺硒严重影响着人体的健康，甚至会导致如克山病、大骨节病和癌症等多种疾病的发生[2-3]。人体不能直接合成硒元素，人体中的硒主要来源于食物，食物中有机态的植物硒直接或者间接来自于土壤，农作物加工食品就成为人体获得硒的重要途径之一，因此，可以采取富硒食品补硒以满足人体正常生理功能对硒的需求。

谷子是我国种植的主要杂粮作物，小米在北方地区人群膳食结构中具有举足轻重的地位[4]。随着人民生活水平的提高，对谷子品质的要求逐渐提升，具有功能性的富硒小米在国家“十三五”规划和产业结构调整的大方针下，面临巨大的市场机遇，行业有望迎来新的发展契机[5]。因此，探索富硒栽培措施应用于谷子农业生产实践，是农业现代化与农产品功能型发展的契机和保障。

关于外源硒对农作物的影响越来越多，前人研究表明，烟草不同时期施用外源硒，硒在植株各部位的分布规律也不同，苗期施用硒，下部叶片的含硒量高于上部叶片，生长中期施用硒，上部叶片硒含量高于下部，而成熟期补给硒，烟草各部位的硒含量接近[6]；不同浓度硒处理条件下，大豆各生育阶段硒积累量存在差异，依次为成熟期>花期>苗期的硒积累量，表明硒在作物不同生育阶段分布差异较大[7]；有研究表明，相比拔节期或开花期，在小麦孕穗期喷施外源硒效果更好，更有利于提高籽粒中硒的含量和植株对硒的吸收率[8-9]；蔓菁叶面喷施亚硒酸钠处理，在开花末期前喷施硒其成熟的种子中硒含量才达到显著水平[10]。由此可知，叶面喷施外源硒的效果与喷施时期密切相关。选择合适的外源硒以及如何把握恰当时期喷施硒实现农业生产利益最大化，谷子生产实践中缺乏明确的数据依据和可行的技术支持。

本研究以谷子作为硒元素的材料载体，依据植物对硒吸收、累积的营养特性，将施用的外源无机硒转化为可以被人体吸收利用的有机硒，富硒谷子加工副产品的形式在一定程度上实现了硒从土壤向人类食物链的迁移，从而弥补缺硒状况，明确谷子施用外源硒的关键生育期，为谷子富硒功能农业实践中如何选择最佳施用时期提供技术参考和科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试春谷区主推品种长农35号；抗除草剂杂交种晋谷50号；夏播区主推品种冀谷20号。供试硒为亚硒酸钠(Na2SeO3)。

1.2 试验地概况

试验在晋中市榆次区修文镇东白村(山西省农业科学院高粱研究所试验基地)进行。试验地海拔为1 000 m，东经 112.5°，北纬37.4°，年平均气温9.8～10.3 ℃，年平均降雨量462.9 mm，无霜期176 d。试验田土壤理化性状为全氮1.83 g/kg，速效氮146.6 mg/kg，有效磷59 mg/kg，有效钾141 mg/kg，有机质含量22.88 g/kg，全硒0.197 mg/kg，pH值7.7。试验地前茬作物为高粱，基施尿素400 kg/hm2、磷肥350 kg/hm2。5月下旬播种，10月初收获，留苗30万株/hm2。田间管理中耕1次，除草2次，灌溉2次。

1.3 试验设计

大田试验采用随机区组设计，设置4个喷硒处理为P1(苗期叶面喷硒)、P2(抽穗期叶面喷硒)、P3(灌浆期叶面喷硒)以及P0(叶面喷施清水，CK)，谷子苗期、抽穗期和灌浆期的叶面喷施亚硒酸钠剂量均为67.84 g/hm2，小区面积6 m2。3次重复。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 样品的采集和处理

1.4.1.1 植株样品 各处理小区中随机取3株谷子植株，用水清洗晾干后，将植株的根、茎、叶和籽粒分开装纸袋，80 ℃杀青15 min，65 ℃烘干，按照谷子不同部位各器官粉碎，保存待测定。

1.4.1.2 籽粒样品 成熟期收获籽粒后，将待测定的谷子籽粒脱去外壳，用微型粉碎籽粒后过0.147 mm筛，保存待测定。

1.4.2 品质指标测定 采用 H2SO4-H2O2消煮、半微量凯氏定氮法测定蛋白质含量[11]；粗脂肪的测定采用索氏抽提法[12]；赖氨酸含量用MATRIX-I近红外光谱分析仪采用籽粒无破损法测定[13]；叶酸测定采用间接荧光法[14]，所用仪器为荧光分光光度计(CRAY Eelipse)。

1.4.3 硒含量测定 其采用原子荧光法[15]。取1 g样品加20 mL 4 mol/L 的HCI，在170 ℃下进行回流反应20 min，等待冷却之后取上清液，测定样品中无机硒含量。取0.5 g干样，加入7 mL混合消化液 (4 mL HNO3+1 mL HClO4)，180～200 ℃消化2 h，待冷却后加入10 mL 的HCl 4 mol/L，等待10 min还原，用蒸馏水定容，采用原子荧光光谱法测定总硒含量。

有机硒转化率=(有机硒含量/总硒含量)×100%

①

有机硒含量(mg/kg)=总硒含量-无机硒含量

②

硒收获指数=(籽粒硒含量/全株硒含量)×100%

③

1.5 数据分析

采用SPSS 13.0软件进行数据分析，图表采用 Microsoft Excel 2003 软件绘制。

2 结果与分析

2.1 不同生育期施硒对谷子品质的影响

不同生育期喷施亚硒酸钠对谷子各品种粗蛋白含量的影响各不相同，而不同时期喷施外源硒对3个品种粗蛋白含量的影响均有增加作用。由表1可知，晋谷50各生育期喷硒处理与对照之间粗蛋白含量达到极显著差异(P<0.01)，晋谷50和冀谷20均在灌浆期喷硒处理之后粗蛋白达到最高，且与对照相比达差异到极显著，分别比CK增加0.86,1.04百分点，不同生育期喷硒处理对长农35粗蛋白含量影响没有规律，冀谷20硒处理对蛋白含量的影响较其他品种敏感。

从表1可以看出，3个品种叶面喷硒处理粗脂肪含量均在灌浆期增幅最大。晋谷50、长农35分别比对照增加1.35,0.73百分点，达差异极显著水平(P<0.01)。不同生育期喷硒处理对冀谷20粗脂肪含量增幅较小，较其他2个品种不敏感。

苗期、抽穗期、灌浆期叶面喷施外源硒使晋谷50赖氨酸含量分别比对照增加0.03,0.02,0.03百分点；冀谷20赖氨酸含量分别比对照增加0.05,0.04,0.05百分点；长农35赖氨酸含量均比对照增加0.02百分点。表1方差分析结果显示，参试的3个品种不同生育期喷硒处理赖氨酸含量与对照相比均未达显著差异。以上分析表明，不同时期叶面喷硒可以增加谷子赖氨酸含量，但各处理之间没有达到显著水平，以灌浆期喷硒处理提高谷子赖氨酸含量效果最佳。

分别于苗期、抽穗期、灌浆期对谷子进行叶面喷施亚硒酸钠，其叶酸含量都比对照有所增加，但各品种不同生育期喷硒处理之间差异不显著(表1)。苗期喷硒处理之后晋谷50、冀谷20、长农35的叶酸含量分别比对照增加2.9%，6.5%，5.0%；抽穗期增幅分别是1.9%，6.5%，5.0%；灌浆期增幅分别为2.4%，7.5%，5.5%。由此可以看出，灌浆期叶面喷施硒为增加谷子叶酸含量的最合适喷施时期。

2.2 不同生育期施硒对谷子籽粒硒含量的影响

不同生育期叶面喷施亚硒酸钠，3个谷子品种籽粒含硒量都呈增加趋势。由图1可知，喷施硒的时间越接近谷子成熟期其籽粒含硒量越大，谷子籽粒硒含量增加趋势表现为灌浆期>抽穗期>苗期>对照(CK)。苗期叶面喷硒处理使籽粒硒含量较CK平均增加 0.083 mg/kg，比对照提升3.4～4.0倍；抽穗期施硒处理使籽粒硒含量平均增加0.181 mg/kg，平均为对照的4.6～6.6倍；灌浆期施硒处理使籽粒硒含量平均较CK增加0.250 mg/kg，喷硒处理后晋谷50、冀谷20和长农35的硒含量分别是对照的8.5，8.0和9.9倍。方差分析结果表明，晋谷50和长农35苗期、抽穗期和灌浆期喷硒处理的籽粒含硒量与对照差异显著(P<0.05)，且不同时期硒处理之间谷子籽粒硒含量差异显著(P<0.05)。植物生长后期硒的利用率大于生长前期，并表现出显著差异，因此，灌浆期叶面喷施硒对谷子籽粒硒含量的增加最有效。

表1 不同生育期喷施亚硒酸钠对谷子品质的影响Tab.1 The effects of spraying selenium on quality of foxtail millet at different stages

注：不同大写字母、小写字母分别表示不同硒处理之间差异达1%和5%显著水平。图1-3同。

Note:Values followed by different small letters in table are significantly different among different Se concentrations at 5% level. Values followed by different big letters in table are significantly different among different Se concentrations at 1% level. The same as Fig.1-3.

图1 不同生育期施硒谷子籽粒硒含量Fig.1 Effect of different-period spraying exogenous selenium on grain selenium content of foxtail millet

2.3 不同生育期施硒对谷子有机硒转化率的影响

于苗期、抽穗期和灌浆期叶面喷施亚硒酸钠，参试谷子品种有机硒转化率都有一定程度提高。由图2可知，不同时期施硒对谷子有机硒转化率的影响表现为生长后期喷施硒有机硒转化率高于前期喷硒处理，除长农35抽穗期有机硒转化率较高，谷子有机硒转化率总的增加趋势为灌浆期>抽穗期>苗期>对照(CK)。苗期喷硒处理谷子有机硒转化率较CK提高4～6百分点；抽穗期喷硒处理后晋谷50、冀谷20和长农35的有机硒转化率较CK提高9，4，12百分点；晋谷50、冀谷20和长农35经灌浆期喷硒处理后的有机硒转化率较CK提高13，13，10百分点；晋谷50各生育期喷硒处理后的有机硒转化率与CK间差异显著(P<0.05)，冀谷20灌浆期喷硒处理与CK间差异显著(P<0.05)，长农35抽穗期和灌浆期喷硒处理与CK均达到差异显著水平(P<0.05)。由此可知，灌浆期施硒有利于无机硒转化为容易被人体吸收的有机硒，所以，灌浆期为提高谷子有机硒转化率的关键时期。

图2 不同生育期施硒谷子有机硒转化率Fig.2 Effect of different-period spraying exogenous selenium on grain the organic selenium conversion of foxtail millet

2.4 不同生育期施硒对谷子硒收获指数的影响

由图3可知，对参试谷子进行不同生育期外源硒叶面喷施处理，随生育期推进谷子硒收获指数有逐渐升高的趋势，晋谷50、冀谷20和长农35苗期喷硒处理后，硒收获指数分别比对照提高1.26,4.17,2.70百分点；抽穗期喷硒处理，冀谷20硒收获指数增幅最大为4.75百分点；灌浆期进行叶面喷硒，与CK相比，晋谷20、冀谷20和长农35增幅分别为5.32,5.82,2.70百分点，且晋谷50和冀谷20与CK间差异显著(P<0.05)。由此可见，灌浆期叶面施硒处理谷子硒收获指数效果最好。

图3 不同生育期施硒谷子硒收获指数Fig.3 Selenium harvest index of foxtail millet on the different-period

3 讨论

3.1 喷硒时期对谷子增硒安全性与有效性的影响

人体不能直接合成硒元素，人体中所需的有机硒大部分来源于食物中摄取的植物硒[16-17]，由此可见，农作物加工食品是人体获得硒的重要途径之一。因此，可以采取富硒食品补硒以满足人体正常生理功能对硒的需求。植物体内硒以多种化合物的形式存在。包含无机态和有机态2种化学形态，其中，有机态硒主要是硒代谢过程中产生的一些有机分子的终产物，植物体内有机硒含量在80%以上；无机态的硒主要以硒酸盐的形式存在，还有硒多酚和硒元素等多种代谢产物，无机硒含量大概占总硒的8%左右。无机硒很难被人体吸收利用，摄入过量的无机硒会抑制生物体内氧化代谢的正常运行，甚至威胁人体健康[18-19]。 有机态硒是可以被人体吸收利用的，因此，研究硒在作物生理代谢系统中的积累和转化规律，采用施用外源硒的农业措施通过食物链效应，可以提高缺硒和低硒地区群体硒元素的摄入量，对建立高效、安全的补硒措施具有重要意义。

不同时期喷施外源硒，可不同程度地提高谷子籽粒中硒含量、硒收获指数以及有机硒转化率，且谷子生长发育后期(灌浆期)喷施硒的提升效果高于谷子生长前期，叶面喷硒对谷子籽粒硒富集效果好的时期为灌浆期，吴季蓉等[20]、刘秀桃等[21]和高贞攀等[22]对谷子不同时期施硒研究结果和张鹏飞等[23]的硒肥肥效试验证实了这个结论。

生长前期(苗期)喷施硒处理后，谷子籽粒硒含量低于生长后期的原因一方面是由于，硒进入植物体后会通过谷子生理代谢作用，向环境挥发影响植物体内的硒含量；另一方面，当谷子生长发育进入灌浆期，植株由营养生长转为生殖生长，营养物质更容易向籽粒中转移，同时施硒能够增强谷子叶片 GSH-Px 的活性，延长植物向籽粒运输营养的时间[24-25]。灌浆期是谷子生长中籽粒及籽粒品质成分形成的关键生育期，所以此时喷施硒可以更好提高成熟后籽粒的硒含量。在作物的栽培种植中，由于农作物的籽粒硒含量不易控制，不同基因型品种间硒的累积有差别，实践生产应用时需要根据品种差异以及人体科学膳食硒的合理摄入量等因素来科学合理掌握施硒时间。

3.2 喷硒时期对谷子营养品质的影响

硒在人体内以硒半胱氨酸形式存在特异性蛋白质，硒处理对于蛋白质含量影响的机制被认为是硒代氨基酸—硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸，取代了半胱氨酸和蛋氨酸被结合到蛋白质中[26]，硒蛋氨酸循蛋迄酸代谢途径运行，以储存形式参与蛋白的组成。因此，在体内停留时间长,生物利用率高，经常补充蛋氨酸硒有利于建立合理的硒储备，更有利于人体硒的均衡营养和持续发挥硒的功能[27]。由于硫和硒原子尺寸和离子化性质的区别造成的蛋白质三级结构的变化，很可能对一些重要蛋白质的合成和反应性能产生一定的影响，外源硒对谷子粗蛋白的影响研究结果与前人结论一致；本研究施用外源硒对谷子赖氨酸含量的影响与孙崇延等[28]研究的施用亚硒酸钠可使小麦籽粒中的多种氨基酸含量增加相似；邵丽华等[29]在谷子叶酸含量分析评价方面做了研究，然而，关于外源硒对谷子叶酸的影响报道尚属空白，本研究表明，叶面施硒有益于提高谷子叶酸含量，该结果给相关研究提供了基础的理论支持。

本研究结果表明，苗期、抽穗期和灌浆期叶面喷施硒均可以提高谷子的籽粒硒含量、硒收获指数以及有机硒转化率，对籽粒硒含量的影响趋势为灌浆期>抽穗期>苗期>对照(CK)。各生育期叶面喷施硒可以使谷子粗蛋白、粗脂肪、赖氨酸和叶酸含量一定程度增加，灌浆期施硒对谷子品质提升最为有效。因此，灌浆期叶面喷施硒是提高谷子籽粒硒含量和有机硒转化率以及改善谷子品质的关键生育期。