3个地区不同小麦品种籽粒硒含量分析

姚海坡,董志强,吕丽华,姚艳荣,郑孟静,金欣欣,贾秀领

(河北省农林科学院 粮油作物研究所,农业部华北地区作物栽培科学观测实验站,河北省作物栽培生理与绿色生产重点实验室，河北 石家庄 050035)

硒是植物健康生长的有益元素,也是人和动物生命活动中不可或缺的微量元素之一[1]。硒在人体中参与很多重要蛋白质的组成,能够起到预防并抑制心血管疾病和癌症等一些特定疾病的作用[2-3]。世界卫生组织推荐每人每天硒的摄入量为50～200 μg[4],而中国居民每天人均硒摄入量仅为26～32 μg[5],还未达到推荐量的下限。

常见的谷类作物如水稻、小麦、玉米、大麦等可满足部分人体日常硒的需求,谷类作物中小麦是硒敏感型植物,对硒的富集能力最强[6],小麦硒的生物有效性最高,是人食物中最重要的硒来源,有研究称在澳大利亚小麦占人饮食硒摄入量高达50%左右[7]。由此可见,小麦籽粒硒含量的高低对人类饮食的营养和身体健康起着重要的作用。作物硒含量的多少主要取决于土壤硒浓度的高低[8]。由于主粮作物利于大面积推广且易于惠及普通民众和不同消费阶层,因此，对主粮作物进行硒生物或农艺强化是最为安全和经济的补硒方式[9-10]。

河北省麦田土壤全硒含量为0.061～0.584 mg/kg,平均值为0.341 mg/kg,略高于全国平均值;其中石家庄藁城区、邢台宁晋、邯郸馆陶麦田土壤全硒含量分别为0.35～0.50 mg/kg,0.25～0.30 mg/kg,0.12～0.18 mg/kg;麦田土壤全硒含量与土壤全硒、土壤有机质、土壤pH值等均呈显著或极显著正相关,生产中可通过提高土壤有机质来增加土壤硒的含量[11]。前人关于小麦籽粒硒含量的研究已有了一些报道[12-19],但有关不同富硒地区土壤对不同品种小麦籽粒硒含量的影响研究甚少,本试验在黄淮北部太行山前平原区选取3个试验点研究了相同水肥和田间管理条件下不同小麦品种籽粒硒含量和产量的变化,初步筛选出适宜藁城附近土壤富硒带区域种植的冬小麦品种,以期为今后的小麦富硒研究工作提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

在河北省石家庄市藁城区河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站(37°93′N, 114°72′E)、邢台市宁晋县北楼下村示范基地(37°37′N, 114°92′E)、邯郸市馆陶县康庄村示范基地(36°47′N, 115°40′E)3个地点进行。

1.2 供试材料

强筋小麦品种:藁优2018(GY2018)、藁优5766(GY5766)、冀麦738(JM738)、科农2009(KN2009)、师栾02-I1(SL02-I1);中筋小麦品种:衡4444(H4444)、济麦22(JM22);高产小麦品种:冀麦325(JM325)、冀麦418(JM418)、石麦22(SM22)、邢麦13(XM13)、婴泊700(YB700)。

T1代表强筋品种平均值,T2代表中筋品种平均值,T3代表高产品种平均值,T4代表所有品种平均值。

1.3 试验设计

试验于2016-2018年在上述3个试验点同步进行,3个试验地点的土壤质地均为壤土,土壤肥力详情见表1。各试验点按照统一试验方案实施,采用完全随机排列设计,3次重复。灌水方式采为畦灌,小麦生育期灌溉2次,分别为拔节水和开花水,次灌水量均为75 mm;施肥情况为:施纯氮240 kg/hm2(氮肥为尿素)、纯磷135 kg/hm2(P2O5,磷肥为重过磷酸钙)、纯钾45 kg/hm2(K2O,钾肥为氯化钾),其中氮肥40%基施、60%拔节期追施,磷钾肥全部一次性基施。试验田小区面积1.8 m×6.0 m,15 cm等行距播种,基本苗330万株/hm2。藁城试验田播种时间为2016年10月8日和2017年10月10日,收获时间为2017年6月8日和2018年6月10日;宁晋2016年10月10日和2017年10月10日播种,2017年6月12日和2018年6月11日收获;馆陶2016年10月12日和2017年10月13日播种,2017年6月12日和2018年6月11日收获。其他病虫草害防治等同一般大田管理。

表1 不同试验地点试验田土壤基本特性(0～20 cm)

1.4 测定指标和方法

1.4.1 籽粒产量 小麦孕穗期每个小区选取长势一致、均匀的区域划定为测产区,面积为1.8 m×3.0 m=5.4 m2,成熟期人工收割,籽粒自然风干后分别称质量,用谷物水分测定仪测量籽粒含水量,最终折算为含水量13%的标准产量。

1.4.2 小麦籽粒硒含量每 小区收获后的小麦籽粒随机取100 g左右,用粉碎机粉碎。采用原子吸收分光光度计法测定硒含量,即称取样品1.00 g,加入混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)13 mL浸泡过夜,然后放置消煮炉至无色(或浅黄色)透明,溶液定容后用AA-I700型原子吸收分光光度计测定吸光值,根据标准曲线计算消煮后溶液中硒的含量。

1.5 数据处理与统计分析

两试验年度的试验结果除产量差异较大外,小麦籽粒硒的测定指标趋势基本一致,本研究主要以 2016-2017 年的结果进行分析。采用Microsoft Excel 2007对数据进行处理,SAS软件进行方差分析,用最小显著性差异法(LSD)检验差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 不同地点不同品种冬小麦籽粒硒含量的变化

以2016-2017年为例,对3个地点冬小麦籽粒硒含量的测定结果表明(图1),藁城硒含量的平均值最高,达到0.177 mg/kg,宁晋小麦籽粒硒含量平均值低于藁城但差异不显著,为0.084 mg/kg,馆陶显著低于藁城,小麦籽粒硒含量平均值仅为0.04 mg/kg;相同品种不同地点间差异较大,藁城中筋和高产小麦硒含量都显著高于宁晋和馆陶,其中,藁城强筋小麦籽粒硒含量平均值较宁晋、馆陶分别增加77.0%,244.7%,藁城中筋小麦较宁晋、馆陶分别增加107.9%,366.7%,藁城高产小麦较宁晋、馆陶分别增加148.1%和430.6%。藁城、宁晋、馆陶2018年小麦籽粒硒含量平均值比2017年分别增加10.7%,15.5%,30.0%,原因可能是年度间气候条件或产量差异较大。

不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图2-3同。

同一地点,不同品种间小麦籽粒硒含量存在一定差异,藁城、宁晋小麦籽粒硒含量平均值均表现为中筋品种>高产品种>强筋品种,馆陶则为中筋品种>强筋品种>高产品种。其中藁城优质强筋小麦籽粒硒含量平均值较中筋小麦减少37.6%,宁晋减少26.7%,馆陶减少15.6%。以藁城为例(图2),中筋品种衡4444、济麦22籽粒硒含量均达到0.20 mg/kg以上,平均值为0.21 mg/kg;高产小麦品种石麦22、邢麦13和婴泊700籽粒硒含量均达到0.20 mg/kg以上,冀麦325、冀麦418较低分别为0.162,0.145 mg/kg;优质强筋小麦品种籽粒硒含量相对于中筋和高产小麦品种均较低,平均值为0.131 mg/kg,小麦籽粒硒含量科农2009>藁优2018>藁优5766>冀麦738>师栾02-I1。试验结果表明,优质强筋小麦品种籽粒含硒量并不一定比普通品种高。由于土壤中硒资源分布的局限性与不均衡性,高硒区也存在低硒土壤,同一地区不同地块土壤中硒含量的差异性可能会影响小麦籽粒硒含量水平。

图2 藁城不同小麦品种籽粒硒含量的变化

2.2 不同地点不同品种小麦籽粒产量的比较

从图3可以看出,2016-2017年不同地点不同品种小麦籽粒产量平均值的变化趋势和籽粒硒含量平均值的变化趋势相同:藁城>宁晋>馆陶。其中藁城小麦产量平均值较宁晋、馆陶分别增加了11.0%和13.7%,宁晋小麦产量平均值较馆陶增加2.3%。2017-2018年宁晋小麦产量平均值略高于藁城小麦产量平均值,较藁城增加0.91%,较馆陶增加12.6%。2 a结果显示,优质强筋小麦品种冀麦738在3个地点产量表现均良好,藁城、宁晋科农2009的产量表现好于馆陶,藁城、馆陶藁优5766的产量表现好于宁晋,表明不同优质强筋小麦品种的适合种植区域存在一定差异,种植时应考虑本地块适合种植的品种。

图3 不同地点小麦籽粒产量的变化

同一地点、不同品种产量平均值间相比较2 a间存在一定差异,2016-2017年,藁城高产品种>中筋品种>强筋品种,其中高产品种小麦产量平均值较中筋、强筋品种分别增加5.8%和11.6%;宁晋中筋品种>高产品种>强筋品种,中筋品种小麦产量平均值较高产、强筋品种分别增加5.8%,9.2%;馆陶和宁晋相同,中筋品种小麦产量平均值较高产、强筋品种分别增加2.6%和4.9%。2017-2018年,3个地点小麦产量平均值均表现为高产品种高于中筋品种和强筋品种。结果表明,3个地点小麦产量的共同点是优质强筋小麦品种产量平均值最低,总体产量水平低的馆陶优质强筋与中筋、高产品种小麦产量的差值最小。

2 a小麦产量间差异较大,3个试验地点2017-2018年小麦产量明显低于2016-2017年度。藁城、宁晋、馆陶2017-2018年小麦产量平均值较2016-2017年分别减少28.9%,20.5%,38.4%,可能是年度间气候条件(降水量、降水时期、干热风等)差异大造成的。

2.3 不同地点土壤硒含量和小麦籽粒硒含量相关性分析

土壤硒含量与小麦籽粒硒含量之间存在正相关性(R=0.972),但不显著(P=0.152>0.05),不同地点间表现出土壤硒含量高的地块小麦籽粒硒含量也随之增加,土壤硒含量藁城、宁晋、馆陶的比为2.9∶2.0∶1.0,小麦籽粒硒含量藁城、宁晋、馆陶的比为4.4∶2.1∶1.0(表2)。河北太行山前平原区碱性土壤环境下,硒元素有较强的生物有效性,石家庄市藁城区南部的丘头镇、南营镇、梅花镇、贾市庄镇南部一带土壤硒含量较高,其中硒含量大于0.4 mg/kg的区域有171.1 km2,这一地带小麦籽粒硒含量会明显高于其他地块。虽然邢台宁晋县与藁城区距离很近,但由于土壤中硒分布的不均衡性,导致两地差异较大。

表2 土壤硒含量和小麦籽粒硒含量的相关性

3 讨论与结论

硒元素从土壤向作物运转不仅受土壤硒本身赋存状态、含量多少等因素的影响,还与不同作物本身的同化能力有着密切关系[20]。本研究对黄淮海北部太行山前平原3个地点不同类型小麦品种收获后籽粒含硒量测定分析结果表明,藁城小麦籽粒硒含量平均值最高为0.177 mg/kg,宁晋次之,为0.084 mg/kg,馆陶最低,仅为0.04 mg/kg。说明相同小麦品种在不同地点间种植籽粒硒含量存在一定差异,原因是土壤中硒含量多少的差异所导致,这与鲁璐等[21]的研究结论存在一定差异,他认为不同地区种植的小麦品种硒含量没有显著差异,这与其研究区域土壤硒含量太低有关,四川盆地地区土壤属缺硒区。目前,一般将土壤中硒含量大于0.4 mg/kg作为富硒土壤标准,本研究中藁城试验点土壤硒含量在0.5 mg/kg以上,因此,该试验点小麦收获后籽粒硒平均含量也达到了富硒小麦籽粒标准(0.16 mg/kg),像中筋小麦品种衡4444、济麦22及高产小麦品种石麦22、邢麦13和婴泊700等籽粒硒含量均高于0.2 mg/kg,筛选出硒耐性强的小麦品种有利于实现在富硒土壤地区更好地推广应用。不同品种类型小麦籽粒硒含量存在一定差异,本试验3个地点的测定结果总体表明,优质强筋品种小麦籽粒硒含量要低于中筋品种和普通高产品种。

刘慧等[22]通过测定中国不同麦区73份春小麦和582份冬小麦样品表明,小麦籽粒硒含量不受产量的影响,而受硒肥、土壤有效硒含量以及拔节前植株硒含量的显著影响。本研究表明,土壤硒含量与小麦籽粒硒含量之间存在正相关性,差异不显著,小麦籽粒产量和籽粒硒含量无相关性,这与刘慧等的研究结论相一致。小麦籽粒微量元素含量变异的因素中生态环境的影响要大于遗传因素,进而可以认为小麦籽粒微量元素含量的可塑性较强。