施硒方式及浓度对粳稻品种籽粒硒积累和形态的影响

刘梦兰 高鹏 姚泽天 冯志明，2 陈宗祥，2 张泽洲 袁林喜 康厚祥 潘学彪 左示敏 ，2*

（1 江苏省作物遗传生理重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/扬州大学农学院，江苏扬州225009；2 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学，江苏扬州225009；3 中国地质大学（武汉）生物地质和环境地质国家重点实验室，武汉430074；4 江苏省硒生物工程技术研究中心，江苏苏州 215123；5 中国农业科学院植物保护研究所，北京100193；*通讯作者：smzuo@yzu.edu.cn）

硒是一种多功能的、人体所必需的生命元素，以硒氨基酸形式参与蛋白质的合成，具有重要的生理活性。摄入适量硒能够提高人体对多种重金属的解毒作用，增加人体免疫功能，具有抗氧化、抗肿瘤、保护心血管和心肌功能健康的作用[1]。研究表明，硒的生物学功能不仅取决于总硒的含量，还与硒的化学形态，即无机硒和有机硒密切相关[2]。无机硒是指四价的亚硒酸盐和六价的硒酸盐，有机硒主要以硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒甲基硒代半胱氨酸等形式存在，有机硒是人体摄取硒元素的主要来源[3]。

人体缺硒容易患克山病、大骨节病、血管疾病、癌症、肿瘤以及加速人体衰老等。我国营养学家杨光圻在1973 年首次揭露，克山病和大骨节病是我国典型的也是最为严重的地方性疾病[4-7]；其团队发现克山病病区居民长期处于世界罕见的低硒地区[8]，该地区人体血浆、毛发硒含量极低，人体膳食硒摄入量仅为11 μg，远低于非病区。然而, 硒摄入也不宜过量，如湖北恩施爆发的地方病——脱发掉甲病，其病因被发现与硒摄入过量（＞800 μg）有关[9]。据此，杨光圻提出了人体对硒的膳食最低需求量、适宜需求量和最大安全需求量。该研究也被FAO、WHO、IAEA 所采用并定义了硒最低需要量（以预防克山病发生为界限）为17 μg/d，生理需要量（以GPx 达到饱和为正常的生理功能指标）为40 μg/d，膳食最高安全摄入量为400 μg/d[10]。在此范围内，适当增加硒摄入量有利于提高人体免疫力和抗衰老能力。近年来，我国卫生部也采用此标准专门颁发了富硒食品的硒含量标准[11]。

根据地质学家考证，我国从东北、华北到西北存在一条低硒带，涉及22 个省市，除去山区，相当于全国有近72%的地区属于缺硒地区[12-13]。由于人体不能自主合成硒，硒元素供给必须通过食补，而粮食等天然食物硒含量较低，因此，改善人体硒摄入水平的根本途径是合理提高农产品硒含量[14]。水稻是我国最主要的粮食作物，有一半以上人口以稻米为主食，而正常情况下，稻米的硒含量为32 μg/kg，远不能满足人体对硒的需求[15]。因此，开发富硒稻米具有重要现实意义。本研究通过采用根部施用或叶面喷施，将不同浓度的硒肥施用于不同的优良食味粳稻品种中，研究不同施硒方式和浓度对不同品种稻米硒积累的影响，以筛选有效的施肥措施和富硒能力强的优良食味水稻品种，为优质高效的富硒大米开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种及肥料

供试品种为扬农稻1 号、南粳9108、南粳5055、南粳46、扬粳805 和紫稻。其中，南粳46、南粳9108 和南粳5055 为江苏近年主推的优良食味软米品种，曾在国内多次优良食味水稻评比中荣获一等奖；紫稻为本实验室自行选育的粳稻品系，叶片淡紫色，糙米为黑色。

供试硒肥由苏州硒谷科技有限公司提供，其中叶面喷施的液体肥（产品代码SETEK-BF-003）总硒含量为5 000 mg/L，根部撒施的颗粒肥（产品代码SETEKBF-001）总硒含量为 1 000 mg/kg。

1.2 试验设计

2018 年3 月份进行试验, 试验地点设在江苏省镇江市京口区新民洲临港产业园（原国营共青团农场）内，试验地土壤质地为半黏土。试验前进行土壤基础硒含量测定。

试验设根部撒施和叶面喷施两种施肥处理，每个处理3 个硒肥水平，试验小区30 m2，3 次重复，随机区组设计。根部撒施的低、中、高3 个施肥水平分别为：7.5 kg/667 m2、15.0 kg/667 m2和 22.5 kg/667 m2，在水稻破口期进行，设空白处理作对照（CK）。叶面喷施的低、中、高 3 个施肥水平分别为：50 mL/667 m2、100 mL/667 m2和150 mL/667 m2，在水稻扬花期进行，喷施等量清水作对照（CK）。

水稻成熟期，采用3 点取样法，每个品种、每个处理各取90 株，收获全部稻穗，脱粒后装网袋内正常晾晒。

1.3 硒含量、形态测量方法

1.3.1 土壤硒含量

在试验田采用5 点取样法，取0～20 cm 耕层土壤作样本，共采集5 个样本。在邻近田块同样方法取得5个样品，混合成1 个样品作为对照。土壤样品采集完成后风干，当达到半干状态时将土块压碎，除去其中的砾石、碎石、生物残骸和植物根系等杂物。然后进一步烘干，干燥后将其粉碎，过200 目筛，采用四分法称取100 g 左右的土壤装袋，待测。

称取约0.5 g 土壤，过200 目筛，将样品置于100 mL 的三角瓶中，加入10 mL 的优级浓硝酸和高氯酸混合酸（HNO3∶HClO4=4∶1），静置过夜后，在 350℃电热板上消化3 h，消化至无色并冒白烟，取下稍冷后加入5 mL 浓HCl，继续加热至无色并冒白烟，取下冷却至室温，再加5 mL HCl，全部转入50 mL 容量瓶中，用超纯水定容，制成待测液。用原子荧光光谱仪测定待测液中的硒含量。

1.3.2 籽粒硒含量

测定各处理糙米硒含量以及南粳46 叶面喷施高水平硒肥处理的精米硒含量。将烘干的样品粉碎，过200 目筛，将过筛后的样品置于4℃冰箱中避光保存。检测在江苏省硒生物工程技术研究中心进行。微波萃取测定硒含量，具体方法：称取0.5 g 干燥籽粒粉末，加入到准备好的玻璃试管当中，再加入5 mL 浓硝酸、3 mL 的水和2 滴过氧化氢。采用如下萃取程序：800 W，10 min 升温到150℃，控制温度于150℃进行消解10 min。消解结束后，冷却，打开消解罐，消解液过滤，并定容至50 mL 容量瓶中，混匀后量取10 mL 溶液加入离心管中，直接用ICP-MS 测定硒总量。

1.3.3 籽粒硒形态

测定高硒肥水平处理后几个水稻品种精米硒含量。样品制备同1.3.2。称取0.5 g 样品于消解罐中，加入15 mg 蛋白酶 XIV 和10 mL 超纯水进行微波萃取。采用如下萃取程序：200 W，10 min 升温到37℃，控温37℃萃取30 min。通过高效液相色谱（HPLC；LC20AT；Shimadzu，Kyoto，Japan）分离提取物，萃取液经离心（6000 r/min，5 min）后，过 0.45 μm 水性滤膜，进行硒形态分析。同样方法做空白试验。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003 和SPSS 11.5 软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤基础硒含量分析

检测结果表明，试验田硒含量平均值为69.1 μg/kg，最高值为 69.5 μg/kg，最低值为 68.7 μg/kg。与全国土壤背景值0.29 mg/kg 相比[16]，本试验田土壤硒含量极低，这也表明江苏处于低硒带地区，与前人的认识一致[12]。

2.2 不同施硒方式下不同水稻品种籽粒硒含量比较

采用3 因素试验设计对籽粒硒含量进行方差分析，结果见表1。从表1 可见，不同品种间籽粒硒含量差异达到极显著水平，施肥方式和品种间以及硒肥浓度和品种间的互作也都达到显著水平。说明水稻品种对施用硒肥的敏感性有差异，筛选合适的品种，并采用适宜的施硒方式，可以经济有效的提高水稻籽粒硒含量。

表1 3 因素试验水稻籽粒硒含量方差分析

图1 根部撒施不同硒肥水平对水稻品种糙米硒含量的影响

图2 叶面喷施不同硒肥水平对水稻品种糙米硒含量的影响

2.2.1 根施处理不同水稻品种糙米硒含量比较

从图1 可见，未施硒肥处理，不同品种间糙米硒含量存在显著差异，南粳46 糙米含硒量最低，仅5.73 μg/kg，扬农稻 1 号最高，达到 34.05 μg/kg；根部撒施硒肥，不同品种糙米硒含量都显著增加，随着硒肥施用量的增加，大部分品种糙米硒含量的增加也达到显著水平，仅有个别品种表现略有不同。如南粳5055 在低、中硒肥水平间糙米硒含量差异不显著，而南粳46 在中、高硒肥水平间糙米硒含量差异不显著。在低硒水平下，扬农稻1 号糙米硒含量为38.86 μg/kg，低于富硒稻谷硒含量标准，其他品种糙米硒含量都高于40 μg/kg，在富硒稻谷标准规定的范围内（40～300 μg/kg）。在高硒肥水平下，以扬粳805 糙米硒含量最高，达到316.45 μg/kg，其次为南粳9108、南粳5055、紫稻及扬农稻1 号，南粳46 糙米硒含量最低，仅为114.8 μg/kg，不到扬粳805的一半。

2.2.2 叶面喷施处理不同水稻品种糙米硒含量比较

从图2 可见，清水处理各品种糙米硒含量与未进行根部撒施硒肥的空白对照一致。叶面喷施硒肥，不同品种糙米硒含量都显著增加。随着硒肥量的增加，不同品种糙米硒含量有增加的趋势，部分品种糙米硒含量在两个硒肥水平处理间差异达显著水平，如高硒肥水平与低硒肥水平间比较，除扬农稻1 号以外的5 个品种糙米硒含量都显著增加，中硒肥水平与低硒肥水平比较，仅有南粳5055 和紫稻两个品种糙米硒含量增加达显著水平。在低硒肥水平下，仅南粳5055 糙米硒含量为36.86 μg/kg，低于富硒稻谷标准，其他品种糙米硒含量都高于40 μg/kg，在富硒稻谷标准规定的范围内（40～300 μg /kg）。在高硒肥水平下，以南粳 5055 糙米硒含量最高，达286.82 μg/kg，其次为南粳9108、扬粳805 以及紫稻，再次是扬农稻1 号和南粳46，分别为121.59 μg/kg 和 127.10 μg/kg。硒含量最高的品种是最低品种的2 倍以上，说明不同品种富集硒的能力存在显著差异。扬农稻1 号糙米硒含量在3 个硒肥水平处理间差异都不显著，南粳46 高硒肥水平下糙米硒含量尽管显著高于中、低硒肥水平，但增加幅度较小，而紫稻高硒肥水平下糙米硒含量还略低于中硒肥水平，说明这3 个品种对高硒肥水平敏感性较差。

2.3 水稻精米和糙米硒含量比较

从图3 可见，叶面喷施硒肥的处理精米和糙米内的硒含量没有显著差异，说明稻米硒主要储存在精米中，富硒稻谷加工成精米后基本不影响人们对硒元素的食用需求，这与开建荣的研究结果一致[17]。

2.4 水稻籽粒硒形态及含量比较

图3 叶面喷施硒肥后南粳46 精米和糙米中硒含量比较

图4 水稻籽粒硒形态比较

人体内硒生物活性不仅取决于摄入的总硒量，还与硒的化学形态密切相关[18]。由图4 可以看出，水稻精米中检测不到无机硒，只含有3 种形态的有机硒，即硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和硒甲基硒代半胱氨酸。总体上，不论是根施还是叶片喷施，硒代蛋氨酸含量均最高，占稻米总硒含量80%左右，硒代半胱氨酸所占比例较少，仅占10%左右，硒甲基硒代半胱氨酸所占比例最少。本研究结果表明，富硒精米中的硒形态是利于人体吸收的安全有机硒。

国内外大量研究证实，硒甲基硒代半胱氨酸与其他两种形态的硒相比是最有效的抗癌含硒化合物[19-22]。由图4 根部撒施与叶面喷施比较可知，硒甲基硒代半胱氨酸含量跟品种和施肥方式有很大关系。检测结果表明，紫稻在根施或是叶面喷施中都含有硒甲基硒代半胱氨酸，而南粳46，南粳9108 只有在叶面喷施条件下才会合成硒甲基硒代半胱氨酸，南粳5055 在根施和叶面喷肥方式下均不含有硒甲基硒代半胱氨酸。表明叶面喷硒有利于水稻品种合成硒甲基硒代半胱氨酸。

3 讨论与结论

临床医学研究表明，硒元素对人体健康以及抑制肿瘤和癌症发生具有重要作用[23-25]。因此，通过对水稻施用硒肥来提高稻米的含硒量，可为低硒地区人体提供富硒稻米，满足人体对硒元素的需求。

本研究通过根部撒施和叶面喷施两种硒肥施用方式，采用低、中、高三种施肥水平，对南粳9108、南粳5055、南粳 46、扬粳 805、扬农稻 1 号、紫稻等 6 个优质粳稻品种的稻米硒含量进行测定分析。结果发现，在两种施肥方式中，中、高硒肥水平处理后稻米硒含量都达到富硒稻米标准，扬粳805 在根部撒施条件下富集硒能力最强，南粳5055 在叶面喷施条件下富集硒能力最强。因此，生产上可以选择南粳5055 和扬粳805 开发富硒大米。另外，还发现扬农稻1 号和南粳46 对硒叶面喷施浓度的敏感性差，南粳5055、南粳9108 和扬粳805 这3 个品种对硒肥叶面喷施浓度的敏感性高。因此，对敏感性差的品种，可以通过喷施少量硒肥来提高稻米的硒含量；对敏感性高的品种，可以通过喷施适量多的硒肥来大幅提高稻米的硒含量[26-30]。这些结果为富硒优质稻米开发中的品种选择和硒肥施用技术选择提供了理论参考，具有重要的实际意义。

人们食用稻米主要以精米为主，本研究检测了叶面喷施高水平硒肥南粳46 的精米和糙米硒含量，发现两者没有显著差异，这一结果与开建荣的结果一致[17]，说明施用硒肥生产的富硒稻米，加工成精米后能够满足人们补充硒元素的食用要求。也有研究表明，硒主要累积在糙米当中，可能是由于品种、施肥方式以及肥料种类不同所引起的[31]。

本研究对稻米中硒形态检测表明，硒肥处理后水稻籽粒中检测不到不利于人体吸收的无机硒，相反主要存在对人体安全且易吸收的有机硒，包括硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和硒甲基硒代半胱氨酸。通过对比叶面喷施和根部撒施结果，发现叶面喷施更利于硒甲基硒代半胱氨酸的积累。而据文献报道，硒甲基硒代半胱氨酸与其他有机硒相比是最有效的抗癌含硒化合物[23-25]。另据文献报道，添加在土壤中的硒不能被植物有效吸收，残留的硒会被土壤微生物浸出或者保留在土壤中，对土壤环境造成污染[32]。综合这几个方面，笔者认为与根部撒施相比，叶面喷施不仅能产生较高的经济效益，而且用量少，更加环保，是目前生产富硒大米的较好方式。