拔节期喷施亚硒酸钠对小麦籽粒硒积累特性和产量的影响

2021-04-19董石峰任爱霞高志强

山西农业科学 2021年4期

董石峰，孙敏，林文，任爱霞，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

硒是人体必需的微量元素之一，在提高免疫和抗癌方面具有突出表现[1]。植食性硒源是人体硒摄入的主要途径，但在缺硒或少硒地区，天然状态下难以满足人体对硒的需求[2]。通过硒生物强化技术可有效提高作物硒含量，小麦作为我国主要的粮食作物之一，具有全民补硒的潜在价值[3]。硒不是作物生长的必需元素，但对其生长具有一定调控作用[4]。低浓度外源硒有利于提高小麦种子发芽率、根系活性和叶片抗氧化酶活性，促进各器官干物质积累[5-6]。而高浓度硒不仅抑制了小麦苗期的生长，还会对作物产生毒害[7]。这是由于较高的硒含量在作物体内引起过氧化反应，提高丙二醛等含量，抑制了小麦生长[8]。不同时期喷施硒肥对小麦产量的影响也有所差异。有研究表明，灌浆期、开花期喷施外源亚硒酸钠促进了小麦穗粒数、千粒质量的形成，进而增产5%～16%[6，9-10]；而拔节期和成熟期喷施硒肥，小麦产量会随施硒浓度的提高呈先升高后降低的趋势[11-12]，可见，硒对小麦生长发育的影响受施硒浓度及施硒时期的影响。此外，硒对作物的影响还受其生长特性的影响，作物生长后期对硒的敏感程度降低，硒过量积累引起的过氧化反应降低，可以承受更高的硒浓度，而生长前期在较高浓度下表现毒害效应[13]。拔节期作为小麦生长发育的关键时期之一，研究外源硒对小麦生长及硒富集的影响，有利于实现作物产量及硒营养的同步提升。

本试验通过拔节期施用不同浓度外源硒，研究小麦干物质积累、产量形成特性、硒元素富集对硒浓度的响应，以探索小麦产量和硒营养价值同步提升的最佳施硒浓度技术，试图为富硒小麦生产提供理论指导和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019 年在山西洪洞县辛村乡山西农业大学试验基地（36°31′N，111°65′E）进行。该地属典型的半干旱地区，年平均气温12.1 ℃、降雨量460 mm；属冬小麦- 夏玉米两茬制，冬小麦于10 月中上旬种植，第2 年6 月上旬收获；玉米于6 月中下旬种植，同年10 月上旬收获，秸秆全部粉碎还田；试验地土壤为壤土，0～20 cm 土层土壤基础肥力为：有机质含量13.15 g/kg，全氮含量0.79 g/kg，碱解氮含量42.12 mg/kg，速效磷含量17.52 mg/kg，速效钾含量209.46 mg/kg，全硒含量0.69 mg/kg，pH 值为8.03。

1.2 试验材料

试验以亚硒酸钠分析纯试剂为硒源，以山农20 为供试品种，由洪洞农业农村局提供。

1.3 试验设计

试验采用单因素完全随机设计，设0、10、20、30、60、120 g/hm2共6 个水平（分别用Se0、Se10、Se20、Se30、Se60、Se120 表示），共18 个处理，小区面积3 m×10 m，重复3 次。前茬夏玉米收获后秸秆还田，2018 年10 月4 日播种，播量为300 kg/hm2，播种前基施N 126 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，其中，氮、磷、钾肥分别为尿素（含氮量46%）、过磷酸钙（P2O5含量12%）和氯化钾（K2O 含量60%）；越冬期、拔节期、开花期各灌水一次，每次灌水60 mm，拔节期随灌水追施N 84 kg/hm2，2019 年6 月18 日收获。于拔节期晴朗无风的下午进行外源硒叶片喷施处理，用量100 mL/m2。其他管理同常规管理。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 植株干物质量测定于成熟期进行植株取样，按叶片、茎秆＋叶鞘、穗3 部分分样，于105 ℃杀青0.5 h 后，置于75 ℃烘干至恒质量，称取并记录各器官干物质量。

1.4.2 产量及其构成于冬小麦成熟期，取0.667 m2长势均匀的小区进行测产，并记录穗数，置网袋脱粒后晒干称质量，即为实际产量，同时调查千粒质量。

1.4.3 籽粒硒含量测定将成熟期籽粒烘干样粉碎后，采用微波消解法进行消解后，用原子荧光光谱仪（海光AFS-9780）测定硒含量[14]。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2010 整理数据并绘图；采用SPSS 16.0 软件进行显著性差异检验，采用LSD法进行多重比较（α＝0.05）。

2 结果与分析

2.1 拔节期喷施亚硒酸钠对小麦成熟期干物质量的影响

拔节期喷施亚硒酸钠与不喷施相比，小麦成熟期植株各器官干物质量均显著提高（表1），随喷硒浓度的增加，各器官干物质量呈先升后降趋势，其中，以Se20 和Se30 处理较高。与Se10、Se60、Se120处理相比，Se20 处理的茎、穗和整株干物质量分别提高1.1%～5.9%、0.7%～6.5%、0.8%～5.9%，Se30处理的茎、穗和整株干物质量分别提高1.5%～6.3%、0.8%～6.5%、1.4%～6.6%，且Se20 和Se30 处理间差异不显著。可见，拔节期喷施硒肥有利于促进小麦植株各器官干物质的积累，且以Se20 和Se30 处理效果较好。

表1 拔节期喷施亚硒酸钠对小麦成熟期干物质量的影响 kg/hm2

2.2 拔节期喷施亚硒酸钠对小麦产量及其构成的影响

表2 拔节期喷亚硒酸钠对小麦产量及其构成的影响

从表2 可以看出，拔节期喷施亚硒酸钠与不喷施相比，小麦穗数和产量显著提高，产量的增加幅度为6.9%～14.2%；随施硒浓度的增加，产量及其构成均呈先升后降趋势；穗粒数、千粒质量、产量均以Se20、Se30 处理较高，二者间差异不显著，但Se20、Se30 处理的产量显著高于Se60、Se120 处理。可见，拔节期喷施硒肥有利于提高穗数，促进增产，且以施硒量20、30 g/hm2时效果更好。

2.3 拔节期喷施亚硒酸钠对小麦籽粒硒积累特性的影响

拔节期喷施亚硒酸钠与不喷施相比，小麦籽粒硒含量及积累量均显著提高（表3），随着施硒浓度的增加，籽粒硒含量及硒积累量呈增长趋势，Se120处理较其他浓度分别提高50.3%～276.9%、46.4%～259.2%，各处理间差异显著，但由于人体对硒的耐受程度有限，国标推荐谷物类籽粒硒含量不超过300 μg/kg[15]，Se10 和Se20 处理的籽粒硒含量处于安全范围，且以Se20 处理最高（P＜0.05），达273.76 μg/kg。籽粒硒利用效率随硒浓度增加呈降低趋势，各处理间差异显著；籽粒硒强化指数以Se20、Se60 处理显著高于其他处理，增幅达0.7%～17.6%。可见，拔节期喷施硒肥有利于提高籽粒硒含量及积累量，施硒量Se20 处理的籽粒硒含量较高，且处于安全范围，籽粒硒利用效率、强化指数也较高。

2.4 施硒浓度与籽粒硒含量、利用效率、生物强化指数的相关性

从图1 可以看出，籽粒硒含量与施硒浓度呈线性正相关，质量浓度高于25.1 g/hm2时，籽粒硒含量高于推荐范围300 μg/kg；籽粒硒含量与籽粒硒利用效率呈线性负相关，与籽粒硒强化指数呈抛物线趋势（y＝-0.000 2x2＋0.014 5x＋5.998 1），以20～60 g/hm2籽粒硒生物强化指数较高，以36.3 g/hm2达最大。可见，在0～120 g/hm2，综合考虑籽粒硒生物强化指数和籽粒硒含量，当地最佳喷硒推荐量为20.0～25.1 g/hm2。

3 讨论

3.1 硒肥与小麦产量的关系

硒对小麦的生长具有一定促进作用。有研究表明，施加外源硒显著提高了小麦根系活力，促进地上部干物质积累[6，16]；有研究也得出类似的结论，低浓度外源硒促进了小麦苗期的生长[17-18]。本研究中，拔节喷施外源硒显著提高了成熟期各器官干物质积累，但随施硒浓度提升，促进效果有所下降，可能是由于低浓度外源硒代谢生成谷胱甘肽等抗氧化酶，有利于光合作用提高，促进干物质积累；而高浓度硒取代硫，破化Fe-S 簇，影响光合作用，且过量硒容易引起过氧化作用，损伤膜结构，抑制作物生长[19]。

硒对作物产量的研究主要集中在开花期，张妮等[20]在小麦灌浆期进行叶面喷亚硒酸钠，穗粒数、千粒质量均有增加，从而提高产量2.9%～15.2%；但也有研究认为，小麦产量对外源硒不敏感，未发生显著变化；也有部分研究发现，施硒可能导致小麦减产4.2%～8.2%[21-22]。本试验结果表明，拔节期喷施亚硒酸钠有利于促进小麦穗数增加2.8%～7.1%，增产6.9%～14.2%，这与张妮等[20]研究的结果类似，施硒促进了小麦产量的增加，但由于喷硒时间的提前，本研究中硒对穗数的形成也有一定的促进作用。外源硒处理可提高小麦光合能力和抗氧化能力，降低无效分蘖的形成，对穗数具有一定的积极作用，这与基施外源硒结果类似[12]。

3.2 硒肥与籽粒硒富集的关系

施加外源硒可显著提高作物各器官硒含量，且随硒浓度的增加而增加[23]。本试验中，随拔节期外源硒浓度的提高，籽粒硒含量逐渐提高。但由于硒对人体的有益范围较窄，选用硒肥时应着重考虑籽粒硒含量。本研究中，籽粒硒含量与施硒浓度呈线性正相关，这与前人研究结论一致。籽粒硒利用效率随施硒浓度的提高而降低，合理施用外源硒以实现硒肥的高效利用，有利于降低外源硒肥可能引起的环境污染问题。此外，本研究还表明，拔节期籽粒硒强化指数与喷硒浓度呈抛物线关系，可能是由于作物对硒的吸收具有一定的限值，浓度较低时，作物的硒吸收水平较高，而较高的硒含量难以被作物吸收，降低了作物硒强化指数。本研究结合施硒浓度对籽粒硒含量及硒强化指数等的影响，推荐当地施硒量范围为20.0～25.1 g/hm2。