施硒方式对不同类型品种(系)小麦籽粒硒利用效率的影响

杨 浩， 刘 东， 严 俊， 梁 勇， 程剑平

(1.贵州大学麦类作物研究中心， 贵阳 550025； 2.成都大学药学与生物工程学院， 成都 610106)

硒(Se)是人和动物必需的微量营养元素之一，它参与了体内多种代谢活动，对氧化引起的衰老、组织硬化有预防作用，硒参与构成很多酶类，特别是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)[1-2]，缺硒会导致多种疾病[3-5]。世界卫生组织的调查结果显示，我国超过一半地区的土壤中缺乏硒元素，仅仅依靠天然硒远远不能满足人体对微量元素的正常需求[6]。人体无法自动合成硒，只能从食物中获取经过生物转化后形成的有机硒才是人体所能吸收的安全硒形态，并且植物性硒源的安全性要大大高于动物性硒源。因此，通过硒的生物强化提高人类所食用的主要农产品是补硒的有效途径[7-8]，施加外源硒能够显著增加作物硒含量，通常是将硒酸钠(Na2SeO4)或亚硒酸钠(Na2SeO3)通过基施、喷施以及硒肥浸种的方法达到提高作物硒含量的目标。硒不是高等植物的必需微量元素，但是适量的硒可以促进植株生长，改善作物品质，过量则会对植株产生毒害作用[9-10]。通过施加外源硒来增加硒含量的研究在玉米、水稻、高粱和蔬菜等作物中均有报道，适量的外源硒可以使蔬菜的硒含量提高8～32倍[11-12]，水稻的硒含量提高4～10倍[13-14]，玉米的硒含量提高8倍以上[15-16]，外源硒还能显著提高烟叶硒含量[17]以及各种水果中的硒含量[18-19]。

小麦隶属禾本科小麦属(Triticum)，是三大口粮作物之一，是人类的重要食物来源，其生产影响着世界粮食的安全问题[20]，提供的热量和蛋白质占人类营养的20%以上，全世界超过35%的人口以小麦为主食，因此小麦可作为富硒生产的载体[21]。硒生物强化一般包括土壤施硒和叶面喷硒两种方式。研究结果表明，土壤施硒和叶面喷施硒均能提高小麦籽粒硒含量[22-23]，但二者的吸收途径有较大差异。一般来说，硒从土壤运输至籽粒属于长距离运输，而叶面喷施的方式似乎更直接。硒进入小麦根系会在短时间内通过多种代谢机制转化为多种硒代氨基酸，这可能会影响小麦的营养品质。因此，本试验在对土壤和叶面等量施硒的条件下，比较了两种施硒方式对小麦的硒生物强化和主要营养品质的影响，对更深一步探究小麦籽粒硒生物强化和提高小麦营养品质具有一定的意义。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2018年10月—2019年6月在成都大学(北纬30°64′，东经104°19′，海拔500 m)进行，采用盆栽的方式。种植前土壤的养分含量：有机质11.5 g·kg-1，速效氮46.7 g·kg-1，速效磷3.0 g·kg-1，速效钾58.6 g·kg-1，总硒0.19 g·kg-1。

试验选用 野生二粒小麦G 18-16与四倍体栽培小麦Langdon的重组自交系后代的RIL群体以及国内花青素含量极高的栽培品种贵紫麦1号和广泛应用于小麦遗传学研究的中国春作为研究材料，设土壤施硒和叶面喷施硒两种施硒方式，施硒量相同。土壤施硒播种前土壤添加0.5 mg·kg-1硒，同时加入复合肥搅拌均匀；叶面喷施硒在小麦孕穗期向叶面喷施3次硒浓度为50 μmol·L-1的Na2SeO4溶液，时间为08:00—10:00时。选取均匀饱满的小麦种子，用H2O2消毒10 min后用纯净水冲洗干净，置于培养皿中催芽12 h，然后进行播种。实验按照随机区组设计，每处理3次重复。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 样品的采集与处理

小麦成熟后收获小麦植株，按照不同部位(根部、地上部以及籽粒)进行分离，用去离子水分别洗干净后烘干，然后保存于自封袋待测。

1.2.2 硒及其他矿质元素的测定

准确称取0.5 g干燥后的小麦籽粒，加入5 mL浓HNO3、3 mL水和两滴H2O2在微波消解仪上消解，消解液在50 mL的三角瓶中定容，用等离子发射光谱-原子吸收仪进行硒及其他矿质元素含量的测定，具体操作参照孙发宇等[23]的方法进行。

1.2.3 小麦籽粒硒形态的测定

采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪联合测定法对小麦籽粒的几种硒形态进行测定，包括硒代蛋氨酸(SeMet)、硒代半胱氨酸(SeCys)、甲基硒代半胱氨酸(MeSeCys)、Na2SeO4、Na2SeO3[24]。

1.2.4 小麦籽粒营养品质的测定

蛋白质含量参照国家标准(GB 5009.5—2016)[25]进行，使用全自动定氮仪进行测定，然后以换算系数6.25进行蛋白质计算；依照NY/T 83—1988[26]标准测定淀粉含量。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2010软件处理，SPSS软件进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，使用最小显著差异法(LSD)进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施硒方式对小麦生物量的影响

如图1所示，与ck相比，叶面喷施硒和土壤施硒对水稻根部、地上部以及籽粒各器官的生物量没有显著影响，相同处理各个部分的生物量之间没有显著差异，说明两种施硒方式的施用量对小麦生长并未产生不良影响。

2.2 不同施硒方式对小麦各部位硒含量的影响

由图2可以看出，两种施硒方式都能提高小麦各部位的硒含量，且土壤施硒对根、地上部以及籽粒中的硒含量提升幅度在三个品种(系)中都比叶面喷施硒的提升幅度大。叶面喷施硒和ck中根部硒含量极少，分别为0.21 mg·kg-1和0.64 mg·kg-1，土壤施硒条件下RIL的根部硒含量最大，达到3.15 mg·kg-1；对于地上部来说，贵紫麦1号的地上部硒含量最大，达到12.54 mg·kg-1，土壤施硒条件下的地上部硒含量分别为叶面喷施硒的24倍和8倍；对于籽粒硒含量来说，在土壤施硒条件下贵紫麦1号的籽粒硒含量达到最大值，为11.26 mg·kg-1， 且分别为ck和叶面喷施硒的86倍和2.5倍。土壤施硒的方式更能提高小麦各部位的硒含量，且土壤施硒比叶面喷施硒更能被小麦各个器官所吸收，说明小麦根部吸收土壤中的硒比叶面吸收的作用机制更加高效。

施硒方式不同，小麦品种(系)不同，硒在小麦植株内各部位所占的比例也有所不同(图3)。

2.3 不同施硒方式对小麦籽粒中其他矿质元素含量的影响

如表1所示，不同施硒方式下对小麦籽粒中的矿质元素含量有不同程度的影响。施硒方式对铜、镉含量无显著影响，但相比对照组，叶面喷施硒和土壤施硒下籽粒铜含量分别下降1.8%和2%，而镉含量则升高13%和9%。对于锰、铁、锌元素而言，叶面喷施硒和土壤施硒均高于对照组，且差异达显著水平。对于籽粒锌含量，对照组与叶面喷施硒和土壤施硒处理间差异显著， 而两种施硒方式间差异不显著。

表1 不同施硒方式下小麦籽粒矿质元素含量

2.4 不同施硒方式对小麦籽粒中硒形态的影响

如表2所示，不同施硒方式对小麦籽粒中各种形态的硒含量影响较大，这与小麦籽粒中的总硒含量有关。但是在不同施硒方式下，各种不同的硒形态所占的比例几乎一致，这说明施硒方式并不会对小麦籽粒中各种硒形态的分布产生影响。其中，ck的有机硒含量和无机硒含量分别占80.4%和19.6%；叶面喷施硒情况下，三个品种(系)中有机硒含量最高的是贵紫麦1号，有机硒占比为87.3%，最小的是中国春，为80.2%；土壤施硒情况下，三个品种(系)的有机硒含量占比以贵紫麦1号最高，为90.3%，RIL最低，为82.9%。说明小麦籽粒中的硒主要以有机硒的形态存在，而有机硒中又以SeMet为主要形式存在。

表2 不同施硒方式下小麦籽粒硒形态

2.5 不同施硒方式对小麦籽粒蛋白质、淀粉含量的影响

淀粉和蛋白质是小麦重要的营养评价指标。从图4可以看出，两种不同的施硒方式对三个品种(系)的籽粒总淀粉含量并无显著影响，但是在两种施硒方式下小麦籽粒蛋白质含量显著提高，且土壤施硒效果优于叶面喷施硒，土壤施硒和叶面喷施硒相较ck蛋白质含量提高最大的是RIL，为12.0%和18.1%，提高最小的是中国春，为3.8%和6.9%。

3 讨 论

3.1 不同施硒方式对小麦籽粒硒强化效应的影响

本试验中，Na2SeO4处理对小麦植株没有造成毒害，这表示本试验所采用的Na2SeO4浓度在安全范围内。两种施硒方式对小麦各部位生物量没有显著影响(图1)，这与董石峰等[27]的研究结果一致，同时与张铭诚等[28]在水稻中的研究结果也一致，说明外源硒对不同作物的生物量没有显著影响。而匡恩俊等[29]认为，施硒能够提高小麦产量，这说明试验结果可能受试验条件与所研究材料的影响。本试验结果表明，两种施硒方式均能提高小麦地上部和籽粒中的硒含量，且土壤施硒的效果优于叶面喷施硒[30-31]，说明土壤中的硒更容易被小麦吸收，同时也反映出小麦叶面对硒的吸收能力较低。本试验叶面喷施硒效果较差，一是硒源的不同，前人对叶面喷施所选硒源为Na2SeO3，而本试验为了减小误差，选择了两种方式都用Na2SeO4，叶片中具有多种酶，可在短时间内对Na2SeO3进行吸收以及转化；二是土壤施加Na2SeO4不容易被土壤中的氧化物固定，具有更强的生物有效性；三是叶面喷施容易蒸腾而损失，导致硒利用率较低，土壤中的硒与小麦发达的根系结构接触更全面，不易流失，从而能够更加充分地吸收。

土壤施硒和叶面喷施硒对小麦籽粒中的硒含量具有较大的差异(图2)，在贵紫麦1号中，土壤施硒处理下的籽粒硒含量是叶面喷施的5.6倍。小麦籽粒中硒的存在形式主要是有机硒，这也导致了土壤施硒处理下籽粒有机硒含量显著高于叶面喷施处理，两种方式处理下有机硒的占比均在80%以上(表2)，小麦籽粒中的硒还是以有机硒为主，说明硒的转化效率与施硒方式无关[32-34]。两种施硒方式下，小麦籽粒中的Na2SeO3含量都较少，且含量的变化不大，这可能是Na2SeO4进入小麦叶片后，在硫酸化酶和还原酶的作用下转化为Na2SeO3，Na2SeO3在亚硫酸还原酶和GSH的作用下在叶绿体中转化为硒化合物[34-37]。这也说明了高价态硒向有机硒转化的主要场所是叶片中的叶绿体，不管是哪种施硒方式，并不会影响硒的代谢及转化过程。在本研究中，各品种(系)籽粒中的四价硒(Se4+)含量几乎没有变化，其范围在0.002～0.005 mg·kg-1之间，这说明六价硒(Se6+)没有向四价硒(Se4+)转化。

3.2 土壤施硒对小麦营养品质的影响

小麦籽粒中含有多种矿质元素，包括Al、Mn、Fe、Cu、Zn等，都是人体必需微量元素，虽然所需量不多，但这些微量元素对于人体和动植物都有相应的作用。本试验发现， 在两种施硒方式下。小麦籽粒中锰、铁、锌含量都上升，这与刘庆等[33]的研究结果一致，说明Na2SeO4与这些元素之间可能存在协同作用，促进了这几种元素的吸收。

蛋白质和总淀粉含量是评价小麦营养的重要指标，对小麦的加工和食用具有重要影响。从图4可以看出，两种施硒方式对小麦的总淀粉含量没有显著影响，但是施硒提高了小麦籽粒的蛋白质含量，这可能是因为硒进入小麦植株内形成各种硒代蛋白有关[38-39]。三个品种(系)中，贵紫麦1号的蛋白质提升幅度较大，且土壤施硒处理比叶面喷施硒处理对蛋白质的提升效果好。说明施硒方式对小麦籽粒的营养品质的影响是由小麦籽粒所积累的硒含量所决定的，土壤施硒处理下，其籽粒硒含量显著高于叶面喷施硒处理，从而更多的硒代谢转化为硒代蛋白[40]，提高其蛋白质含量，从而达到提高营养价值的目的。

4 结 论

对土壤施硒和叶面喷施硒进行等量硒处理结果发现，两种方式对小麦生物量没有产生影响，而是显著提高了小麦籽粒的硒含量，且土壤施硒处理的效果较叶面喷施处理更好。两种处理下有机硒和无机硒所占比例没有显著变化，说明不管哪种施硒方式，小麦对硒的代谢、转化及机制是一样的。施硒处理还提高了铁、锰、锌含量，这显示硒在小麦植株内与这些元素有一定的协同作用。