孕穗期叶面施硒对水稻生育后期氮吸收和硒含量的影响

刘春梅，张明聪，王孟雪，张兴梅，何淑平

（黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江 大庆163319）

水稻是中国种植范围最大的农作物，约占粮食总面积的29%，2019 年黑龙江水稻种植面积超400hm2。黑龙江省土壤硒含量极其匮乏，全硒含量变幅为0.008～0.660mg·kg-1，平均值为0.147mg·kg-1，位于世界硒含量范围值的下限（＜0.1～2.0mg·kg-1）[1]。硒是人体必需的微量元素之一，对预防疾病、增进健康和延缓衰老具有重要作用，被誉为生命的奇效元素[2]。自然土壤生长状况下，黑龙江4 个积温带92 个水稻品种稻米硒含量平均为32.99～44.26μg·kg-1[3]。水稻对硒具有生物富集作用，土壤施硒后，10 种不同水稻品种稻米硒含量增加了0.71～16.36 倍[4]。叶面施用亚硒酸钠，能显著提高稻米硒含量10.84 倍[5]。氮是水稻生长发育所需三大营养元素之首，对产量的影响仅次于水分管理，是水稻生长的主导因子[6]，也是水稻种植中投入成本的重要组成部分。适量的硒能促进植物的生长发育，缓解植物的氧化胁迫，提高作物产量和品质，减轻重金属对植物的毒害[7-8]，但施硒后对植物氮吸收、运转、利用研究较少。本试验通过研究孕穗期喷施不同浓度的亚硒酸钠对水稻生育后期氮吸收、积累和运转的影响，为水稻合理施用硒肥，提高氮肥肥效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

2018 年5～9 月在黑龙江省八一农垦大学盆栽试验场进行盆栽模拟试验。供试水稻品种为松粳9 号，品种株高95～100 cm，穗长20 cm，生育日数138～140 d，株型收敛，叶色深绿，从出苗到成熟需活动积温2650℃。供试土壤基础肥力：有机质 48.7g·kg-1，速效钾 194.8mg·kg-1，碱解氮 143.8mg·kg-1，速效磷 20.2 mg·kg-1，pH 6.78。供试尿素（含N 46%）和磷酸二铵（含N 18%，P2O546%）为云南云天化股份有限公司生产，氯化钾（K2O 60%）购自中国农资集团公司，亚硒酸钠（化学试剂）为沈阳市华东试剂厂生产。

1.2 方法

试验采用直径 30cm，高 50cm 塑料桶，每桶装土 15kg。施肥量：N 100kg·hm-2，P2O550kg·hm-2，K2O 60kg·hm-2。其中氮肥按基肥∶返青肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2.5∶1.5∶2 比例施用，磷肥以基肥方式一次性施用，钾肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2∶4 比例施用。移栽前，先用水泡土3d，将基肥施入土中混匀。每盆栽水稻3 穴，每穴2 株，共种植70盆，水层覆盖2～3cm，直至成熟。

水稻孕穗期，挑选长势一致，每盆总分蘖数相同的48 盆，分成4 组，使用聚乙烯塑料包裹水稻的方法进行叶面喷硒，Se1 处理组每盆喷浓度为20 mg·kg-1亚硒酸钠溶液100mL，Se2 处理组每盆喷浓度为40 mg·kg-1亚硒酸钠溶液100mL，Se3 处理组每盆喷浓度为60 mg·kg-1亚硒酸钠溶液100mL，对照（Se0）每盆喷清水100mL。每个处理 12 次重复。喷施时间为 8∶00～9∶00。

1.2.1 氮含量测定 孕穗期后5，20，35，50d，将整盆植株全部取出，将茎、鞘、叶片、穗、根分开，分别用自来水和蒸馏水、去离子水清洗，105℃下杀青，60～80℃下烘干至恒重，用万分之一电子天平称各部分的干重。将一部分称重后的穗用砻谷机除去稻壳，用精米机将糙米处理为精米，用不锈钢粉碎机粉碎，过0.25 mm 尼龙筛，装袋备用。将茎、鞘、叶片、根、剩余的穗分别粉碎，过0.25 mm 尼龙筛子备用。

样品混匀后，在25℃室温下平衡水分，放入60℃烘箱中连续干燥48 h。用万分之一电子天平称取0.5000g放入100 mL 消煮管中，H2SO4-H2O2作为消煮液，消煮至溶液完全澄清，定容、摇匀后待用。吸取10mL 消煮液，采用TY1-KDY-9830 定氮仪测定全氮含量，每个样品3 次重复。并计算各器官氮积累、氮分配比例、氮积累移动率和转运率。

1.2.2 硒含量的测定 先用微波消解仪消解为澄清溶液后，利用原子荧光光度计（吉天AFS-9330）测定硒含量[9]。

1.2.3 土壤基础肥力测定 在过筛后的土堆中，随机取10 点组成混合样品，风干后过1 mm 和0.25 mm 的土筛。有机质测定采用外加热容量法，碱解氮测定采用碱解扩散法，速效磷测定使用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用CH3COONH4浸提-火焰光度计测定，pH 采用酸度计法测定[10]。

1.3 数据处理方法

试验所得数据结果采用Microsoft Excel 2010 和SPSS17.0 软件进行处理与统计分析，作图使用OriginLab 2018 软件。

2 结果与分析

2.1 不同硒浓度处理对水稻氮含量、氮积累和氮转运特性的影响

2.1.1 不同硒浓度处理对水稻氮含量的影响 由图1 可知，随着水稻生长，水稻营养体氮含量逐渐下降，穗的氮含量逐渐增加。同一取样时期，营养体氮含量顺序为叶片＞鞘＞茎＞根。孕穗后5d，随着硒浓度的增加，叶片、茎和穗的氮含量先增加后下降，Se2 处理比Se0 处理氮含量分别增加24.35%、11.53%和18.03%；随着硒浓度的增加，鞘的氮含量增加，而根系的氮含量下降。孕穗后20d，随着硒浓度的增加，叶片、茎、穗和根系的氮含量先增后降，与Se0 处理相比，Se2 处理叶片氮含量增加27.47%，处理间差异达1%水平。随着硒浓度的增加，鞘的氮含量呈下降趋势。孕穗后35d，随着硒浓度的增加，叶片、茎、穗和根系的氮含量先增加后下降，与Se0 处理相比，Se2 处理叶片和穗氮含量分别增加7.02%和7.90%（p＜0.05），根系氮含量增加11.04%（p＜0.01）；随着硒浓度的增加，鞘氮含量呈下降趋势，Se3 处理比Se0 处理减少12.54%（p＜0.05）。孕穗后50d，随着硒浓度的增加，叶片、茎、穗和根氮含量呈先增加后下降的趋势，与Se0 处理相比，Se2 处理氮含量分别增加19.55%、10.98%、3.84%和22.35%；随着硒浓度的增加，鞘的氮含量下降，与Se0 处理相比，Se3 处理氮含量减少10.65%（p＜0.05）。

图1 不同硒浓度处理对水稻氮含量的影响Figure 1 Effects of different selenium levels on content nitrogen of rice

2.1.2 不同硒浓度处理对水稻氮积累的影响 由图2 可知，孕穗后5d，氮积累的顺序为叶片＞根＞鞘＞茎＞穗，其他时期氮积累的顺序为穗＞根＞叶片＞鞘＞茎。硒浓度在0～40 mg·kg-1时，随着硒浓度的增加，叶片、茎、鞘和根系氮积累量均增加；硒浓度为60mg·kg-1，各器官氮积累量下降。孕穗后5d，叶片、茎、鞘和根系的氮积累量最高，Se2 处理是Se0 处理的1.36 倍、1.47 倍、1.45 倍和1.35 倍，方差分析达5%显著水平。孕穗后50d，穗氮积累量最高，Se2 处理是 Se0 处理 1.25 倍（p＜0.05）。

图2 不同硒浓度处理对水稻氮积累的影响Figure 2 Effects of different selenium levels on nitrogen accumulation of rice

2.1.3 不同硒浓度处理对水稻氮分配和转运特性的影响 由表1 可知，随着水稻生长，水稻营养体（叶片、茎、鞘和根）氮分配比例逐渐下降，而穗的氮分配比例逐渐增加。不同生育时期，各器官氮分配比例不同。孕穗后5d，氮分配顺序为：叶片＞根＞鞘＞茎＞穗；孕穗后20d 和35d，氮分配顺序为：穗＞根＞叶片＞鞘＞茎；孕穗后50d，氮分配顺序为：穗＞根＞茎＞叶片＞鞘。氮移动率顺序为：叶片＞鞘＞根＞茎。营养器官的氮向籽粒中的运转率顺序为：叶片＞根＞鞘＞茎。

孕穗后5～35d，施硒使叶片和茎的氮分配比例下降；孕穗后50d，氮分配比例先增加后下降，Se2 处理比Se0处理叶片、茎氮分配比例分别增加20.46%和3.13%。孕穗后5d，随着硒浓度增加，鞘的氮分配比例增加；孕穗后20～35d，施硒使鞘氮分配比例下降。孕穗后20d 和50d，随着硒浓度增加，根的氮分配比例下降，孕穗后20d，根系氮分配比例增加。孕穗后20～35d，随着硒浓度的增加，穗的氮分配比例先增加后下降，Se2 处理比Se0 处理分别增加22.16%和5.77%。

随着硒浓度的增加，茎和根的氮移动率先增加后下降，Se2 处理比Se0 处理分别增加10.24%和21.82%（p＜0.05）。随着硒浓度的增加，鞘的氮移动率呈现增加的趋势，而各处理间叶片氮移动率差异不显著。随着硒浓度的增加，叶片、茎、鞘和根系中的氮向籽粒运转率呈现先增加后下降的趋势，Se2 处理氮运转率最高，分别比Se0处理增加7.68%、27.97%、41.14%和57.26%，差异达5%的显著水平。

2.2 不同硒浓度处理对成熟期水稻硒含量和硒积累、迁移的影响

2.2.1 不同硒浓度处理对成熟期水稻硒含量的影响 由图3 可知，成熟期水稻各器官硒含量顺序为： 叶片＞穗＞茎＞鞘＞根。随着硒浓度的增加，各器官硒含量也增加，Se3 处理下叶片、茎、鞘、根和穗的硒含量是Se0 处理的 3.7 倍、6.4 倍、10.6 倍、2.3 倍和 19.4 倍。0 ～ 60 mg·kg-1硒处理时，精米硒含量为 0.023～0.173 mg·kg-1，符合富硒米的含量标准和国家食品卫生标准 （≤0.30 mg·kg-1），Se1、Se2、Se3 处理精米硒含量分别为Se0 处理增加的3.65 倍、4.09 倍和 7.52 倍（p＜0.01）。

表1 不同硒浓度处理对水稻氮分配和转运特性的影响Table 1 Effect of different selenium levels on distribution of nitrogen and transportation of nitrogen accumulation of rice

2.2.2 不同硒浓度处理对成熟期水稻硒积累、迁移的影响 由表2 可知，成熟期水稻各器官硒积累顺序为：穗＞根＞茎＞叶片＞鞘。随着硒浓度的增加，各器官硒积累均增加，Se3 处理下叶片、茎、鞘、根和穗硒积累量是Se0 处理的 4.25 倍、4.52 倍、5.5 倍、2.67 倍和 4.91 倍。

由表3 可知，各器官硒分配比例顺序为：稻谷＞茎＞叶片≈鞘＞根系，并且随着硒浓度的增加，叶片、茎和根中硒分配比例下降；而鞘和稻谷中硒分配比例增加，与Se0 处理相比，Se1 处理鞘分配比例增加49.34%，Se3 处理稻谷分配比例增加2.26%。叶片中硒向其他器官迁移比顺序为：稻谷＞茎＞鞘＞根系。随着硒浓度的增加，叶片的硒向茎、鞘、根系和稻谷的迁移比先增加后下降，Se1 处理是Se0 处理的1.10 倍、1.97 倍、1.25 倍和1.32倍。

图3 不同硒浓度处理对成熟期水稻硒含量的影响Figure 3 Effect of different selenium treatment on selenium content of rice at mature stage

2.3 不同硒浓度处理对水稻产量和籽粒蛋白质的影响

由表4 可知，施硒能增加穗粒数，降低空秕率，Se2 处理穗粒数增加25.91%，空秕率下降11.17%，处理间差异达5%显著水平。施硒能增加千粒重，处理间差异不显著。施硒能增加粒重，但不同浓度硒处理间差异不显著，Se2 处理比Se0 处理增加26.94%。施硒能影响籽粒蛋白质含量。硒浓度在0～40mg·kg-1时，随着硒浓度的增加，籽粒蛋白质含量逐渐增加，Se2 处理比Se0 处理增加3.83%（p＜0.05）；硒浓度为60mg·kg-1时，籽粒蛋白质含量略有下降，但仍比Se0 处理增加0.67%。

表2 不同硒浓度处理对成熟期水稻各器官硒积累的影响Table 2 Effect of different seleniumtreatment on selenium accumulation in different organs of rice at mature stage

表3 不同硒浓度处理对水稻不同器官中硒分配比例和迁移比的影响Table 3 Effect of different selenium treatment on selenium distribution and mobility ratio in different organs of rice

表4 不同硒浓度处理对水稻产量的影响Table 4 Effect of different selenium treatment on yield of rice

3 讨论与结论

外源硒浓度是影响水稻硒含量的主控因子，在一定范围内水稻硒含量随硒水平增加而增加[11]。水稻叶面施用 0～100 g·hm-2硒肥，大米硒含量范围为 0.032～1.790 mg·kg-1，提高 6～55 倍[12]。土壤和叶面施用硒肥均能显著提高水稻籽粒中的硒含量，与对照相比，分别增加5.48 和10.84 倍[5]。本研究结果与前人较一致，孕穗期叶面喷硒0～60 mg·kg-1，水稻植株和精米硒含量均显著增加，精米硒含量含量范围为0.023～0.173mg·kg-1，与不施硒相比，增加3.65～7.52 倍。若成人每日谷物摄入量为0.3～0.5kg，则食用此试验精米，每日硒摄入量为52～87μg，符合中国营养学会推荐成人的硒摄入量为每日50～250μg 营养需求。精米中的SeMet 和SeCys 被认为是人体补硒的安全高效的含硒化合物[13-14]。有研究表明，水稻叶面施用亚硒酸钠后在叶片中几乎全部转化为SeMet 和少量的SeCys，并以此形态向籽粒中富集[15]。本课题组后续将对精米中硒的形态进行详细分析，以期从施硒的大米中获取足够量的硒，同时保证摄入的硒足够安全、有效。

目前，水稻施硒的方式主要有土壤施硒和叶片施硒两种，土壤施硒时，硒首先被根部吸收，再转运至地上部，再分配至籽粒中[16]。叶面喷硒则由叶片直接转运至籽粒[15]。等量施硒条件下，土壤施硒较叶面施硒更能有效提高籽粒硒含量，但是叶面喷硒处理的籽粒硒分配系数是土壤施硒的2 倍，说明硒通过叶片向籽粒转运速率比根系向籽粒转运速率快。吴永尧等[17]通过盆栽土培试验认为水稻硒的累积主要集中在生长后期，成熟期水稻籽粒含硒量低于其他器官。硒含量较高条件下，硒由茎叶转运到籽粒的能力有所增强，籽粒富集硒的能力增强[18]。叶面喷硒后，叶片-籽粒转移系数与其处理浓度呈显著性相关，并且随处理浓度的增加，转运系数呈现先增大后减小的趋势[14]。本试验叶面喷硒后各器官硒分配比例顺序为：稻谷＞叶片＞茎＞根系＞鞘，叶片中硒向其他器官迁移率顺序为：稻谷＞茎＞鞘＞根系。随着硒浓度的增加，迁移率呈先增加后下降趋势，与何巧[15]的结果相似，Se1 处理叶片中硒向稻谷迁移率是Se0 处理的1.32 倍。

硒对必需营养元素的吸收存在着拮抗与协同两种作用，甚至有报道显示对于同一种元素而言协同和拮抗作用同时存在，相互作用的结果与植物种类、栽培品种有关。施硒降低了小麦、豆角、芥菜植株中氮含量[19]，显著提高水稻和苦荞籽粒氮含量[20]。韦叶娜等[21]研究指出硒浓度在0～15 g·hm-2时，稻米氮含量与硒含量极显著正相关性，当硒浓度＞15 g·hm-2时，稻米氮含量与硒含量极显著负相关性。付冬冬[22]研究指出硒浓度在1～40mg·kg-1时，小白菜氮含量显著高于不施硒处理，并且硒浓度在2.5mg·kg-1时，小白菜地上部分氮含量达到最大值。本研究结果表明，硒浓度在0～40mg·kg-1时，施硒能增加叶片、茎、穗和根系的氮含量和氮积累量，硒浓度为60 mg·kg-1时，除鞘以外，水稻各器官的氮含量和氮积累量下降。Se2（40mg·kg-1）处理叶片、茎、鞘和根系中的氮向籽粒运转率，比Se0 处理增加7.68%、27.97%、41.14%和57.26%，差异达5%的显著水平。

松粳 9 孕穗期叶面施用 40 mg·kg-1硒既能使精米硒含量（0.09 mg·kg-1）达到富硒大米（0.04～0.3 mg·kg-1）水平，有利于植物的光合作用，并促进了水稻的氮吸收，提高水稻产量和籽粒蛋白质含量。