生物有机硒对不同水稻品种主要性状、重金属含量及硒吸收的影响

余侃 肖秋水 黄思思 龙小玲 蔡端午 刘金龙 郑威

摘要：【目的】探索生物有机硒对不同水稻品种农艺、经济和品质等性状及稻米中重金属和硒含量的影响，筛选品质优良、安全性高和富硒能力强的优质水稻品种，为安全、简单和低成本的富硒水稻生产技术推广提供参考依据。【方法】以湖北省主推的10个优质水稻品种为试验材料，于灌浆初期分别叶面喷施同等剂量的生物有机硒溶液（硒浓度50 mg/L）和清水（CK），成熟后5点取样对每小区水稻的农艺、经济和品质性状及精米硒含量和重金属含量进行检测。【结果】生物有机硒对水稻株高和有效穗数无显著影响（P>0.05），但可不同程度地提高8个水稻品种的每穗总粒数（1.09%～5.52%）和每穗实粒数（2.64%～6.54%）、9个品种的千粒重（0.73%～3.61%）和所有品种的结实率（0.96%～4.81%）。生物有机硒处理对水稻的品质性状有一定改善作用，其中润珠香占的垩白度和天两优616的垩白粒率分别较CK降低46.67%和21.88%，虾稻1号的整精米率较CK提高8.78%，香润2号的胶稠度较CK提高10.00%，差异均达显著水平（P<0.05）。但生物有机硒对稻米粒型、直链淀粉含量和碱消值的影响较小。生物有机硒处理能提高10个水稻品种的精米总硒含量和有机硒含量，最大增幅分别达394.44%和453.19%，且有機硒占比均达95.00%以上;同时能在一定程度上降低部分水稻品种精米中铅和镉等有害重金属的含量，提高其安全性。【结论】硒对水稻性状的影响及稻米对硒的富集能力存在一定的品种差异性。综合分析，虾稻1号和丰两优香1号在产量、品质等性状上的表现较佳且富硒能力较强，可作为优质富硒稻米品种在湖北地区推广种植。

关键词： 生物有机硒;水稻品种;农艺经济性状;品质性状;重金属

中图分类号： S511                             文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）05-1206-09

Abstract：【Objective】The objective of this research was to screen high-quality rice varieties with good quality， high safety and strong selenium（Se） enrichment ability， so as to provide a reference for the promotion of safe， simple and low-cost selenium-enriched rice production technology， analyzed the effects of bioorganic selenium on agronomic， economic and quality characteristics of different rice varieties， as well as heavy metals and selenium content in rice. 【Method】The experiment was carried out with 10 high quality rice varieties mainly planted in Hubei as the experimental materials，  bioorganic selenium solution（selenium concentration 50 mg/L） and water （CK） were sprayed on the leaves at the early stage of filling， respectively， samples were taken at 5 points after ripening to detect the agronomic， economic and quality chara-cters， selenium content and heavy metal content of rice in each plot. 【Result】The results showed that the biological organic selenium treatment had no significant effect（P>0.05） on rice plant height and effective panicle number， however， the total number of grains per panicle（1.09%-5.52%） and the number of grains per panicle（2.64%-6.54%） of 8 varieties， the 1000-grain weight（0.73%-3.61%） of 9 varieties and the seed setting rate（0.96%-4.81%） of all varieties were increased in different degrees， there by it could achieve increasing production on rice. Bioorganic selenium treatment could improve the quality of rice to a certain extent， the chalkiness of Runzhuxiangzhan and the chalky grain rate of Tianliangyou 616 were decreased by 46.67% and 21.88% compared with CK， respectively， the whole polished rice rate of Jin 214 increased by 8.78%， the gel consistency of Xiangrun 2 reached a significant difference（P<0.05） compared with the CK， and increased by 10.00%. Bioorganic selenium had little influence on grain shape， amylose content and alkali spreading value at the same time. The total selenium content and organic selenium content of the 10 rice varieties could be increased by bioorganic selenium treatment， and the maximum increase reached 394.44% and 453.19%， respectively，and the proportion of organic selenium was more than 95.00%. Meanwhile， it could reduce the content of lead and cadmium in milled rice to a certain extent and improve its safety. 【Conclusion】The effects of selenium on rice characteristics and rice selenium enrichment capacity have certain variety differences， comprehensive analysis shows that Jin 214 and Fengliangyouxiang No.1 have better performance in yield， quality and selenium enrichment ability， and can be used as high quality and selenium-enriched rice varieties in Hubei.

Key words： bioorganic selenium; ricevarieties; agronomic and economic characteristics; quality characters; heavy metals

Foundation item： Hubei Agricultural Science and Technology Innovation project（2019-620-000-001-39）

0 引言

【研究意义】硒是人体必需的微量营养元素，在维持人体健康免疫系统和降低癌症风险方面发挥重要作用（Carlisle et al.，2020）。中国成年人的日均硒摄入量（43.3 μg）远低于中国营养学会推荐的硒摄入下限值60 μg/d（黄太庆，2019）。通过日常饮食满足硒的摄入量是维持居民健康的重要途径。我国60%的居民以稻米为主食，但中国市场上稻米硒含量普遍较低（平均值0.025 mg/kg），稻米硒含量低已成为影响我国居民硒摄入量的重要因素（何巧等，2019）。中国72%以上的地区为低硒地区，土壤中有效硒含量很低，约占总硒含量的1.7%～5.5%，且植物很难吸收和转化（Li et al.，2016）。当前生产及研究中大多利用亚硒酸钠等富硒肥来生产富硒米，硒的利用率不高，且存在安全性低及二次污染等风险（Ibrahim，2020）。生物有机硒是通过生物转化使硒与生物体内有机物质结合而成，一般以硒蛋白、硒多肽、硒氨基酸和硒多糖等形式存在，具有安全、无毒副作用、吸收利用率高、营养价值高等优点。因此，研究生物有机硒对水稻生长发育、重金属含量及硒吸收的影响，对安全、简单和低成本的富硒水稻生产具有重要指导意义。【前人研究进展】硒参与水稻的生理代谢，在提升水稻产量、改善稻米品质、增强水稻抗逆性等方面发挥重要作用（Davis et al.，2012）。低浓度的亚硒酸钠可促进植物体内叶绿素前体物质氨基乙酰丙酸的合成，有利于水稻的生长发育，还可通过提高千粒重和结实率等提高水稻产量，增产幅度在5.35%～19.35%（郭天宇等，2017;孔凡丽等，2020）。施硒同样可改善稻米的外观品质、蒸煮品质和营养品质，主要表现在提高整精米率、稻米的胶稠度和蛋白质含量，降低垩白度和垩白粒率（余侃等，2019）。吕文恺等（2016）对25份籼稻进行施硒处理，结果表明硒对粒型性状基本无影响，而垩白粒率与垩白度在富硒条件下明显降低，最多可降低至对照的24.84%和9.48%。陈雪等（2017）对2个水稻品种分别采用土壤施硒和叶面喷施硒肥处理，结果表明2种方式的水稻籽粒蛋白质含量平均增幅分别为1.57%和2.36%。徐琴等（2019）研究表明，施用20 g/ha亚硒酸钠时，稻米的整精米率达65.67%，较对照提高20.83%。硒对重金属也有一定的拮抗作用（陈思蒙等，2020）。管文文等（2018）通过施用120 kg/ha硒肥，发现硒能有效抑制水稻穗部铬和镉的累积量。Huang等（2019）研究表明，淹水条件下亚硒酸钠处理水稻幼苗能增加水稻的抗氧化能力，降低水稻组织中的镉含量，减轻镉毒害。此外，硒对植物生长发育的影响与硒浓度密切相关，低浓度的无机硒对植物生长发育有促进作用，但当喷施浓度过高时，则会抑制植物生长，甚至引起灼烧现象，造成大量死亡（倪蕾等，2016）。【本研究切入点】目前关于硒肥对水稻生长及品质研究中使用的外源硒多为毒性高且有效性差的亚硒酸钠，而针对生物有机硒对水稻生长及硒吸收影响的研究较少，且无明确的富硒优质水稻品种。【拟解决的关键问题】以湖北省主推的10个优质水稻品种为试验材料，于灌浆初期进行生物有机硒叶面喷施处理，探索生物有机硒对水稻主要农艺和经济性状、品质性状、稻米硒富集量及重金属含量的影响，初步筛选品质优良、安全性高和富硒能力强的优质水稻品种，为安全、简单和低成本的富硒水稻生产技术推广提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地点及材料

试验于2019年5—11月在湖北省监利县汪桥镇章清村进行。试验田地形平整，地块常年耕作水稻，土壤肥力中等。试验田土壤基本理化性质：pH 6.32（1∶2.5土水比），有机质14.33 g/kg，碱解氮125.31 mg/kg，有效磷7.63 mg/kg，有效钾87.16 mg/kg，土壤不含硒。供试材料为湖北省主推的10个水稻品种（系），包括鄂中5号、香润2号、华润2号、鄂香2号、润珠香占、鄂丰丝苗、虾稻1号（锦214）、黑妖姬1号、天两优616和丰两优香1号。试验用生物有机硒制剂为湖北省农业科学院富硒研究团队自主研发的专利产品（专利号201610338121.6），该产品硒含量为5000 mg/L，含有机态硒（硒代氨基酸和纳米硒）达99.9%以上。

1. 2 试验方法

每个水稻品种种植面积为40 m2，设3次重复，每重复设1个对照小区[每个重复面积13.33 m2，其中处理6.67 m2，对照（CK） 6.67 m2]，随机区组排列。5月25日播种，播种后25 d在秧田按每667 m2施尿素10 kg折算试验小区用量提苗;6月20日移栽，株行距为16.5 cm×26.4 cm，双本插，东西走向，大田底施复合肥（N-P-K=16-10-10）50 kg/667 m2，移栽后7 d再施复合肥5 kg/667 m2。其他管理条件同一般大田。于每个水稻品种的灌浆初期（9月9—26日）进行叶面喷施生物有机硒肥处理，按每667 m2施用生物有机硒制剂300 mL折合每小区施用生物有机硒制剂3 mL，兑水0.3 kg，稀释100倍，硒浓度为50 mg/L。CK喷施同等剂量清水。

1. 3 测定项目及方法

9月29日—10月15日根据每个品种的成熟时间进行田间取样，每小区5点取样，每点取1蔸，共计5蔸，并进行后期考种。稻谷收获晒干后存放3个月以上，待理化性状稳定后，称取1 kg稻谷2份，分别用于稻米硒含量和重金属含量测定及稻米品质分析。精米的总硒、有机硒、铅、镉、汞和砷含量由湖北省地矿局恩施实验室进行检测。品质指标测定方法：粒长利用游标卡尺测定，任意选取10颗整精米的粒长，取平均值;粒型利用游标卡尺测定，任意选取10颗整精米的粒长和粒宽，计算两者之比;任意选取100颗整精米，采用稻米垩白观测仪（上海赛霸精密仪器有限公司）对垩白（背白、腹白、心白）的存在情况、垩白所占面积与籽粒整体面积比例进行观测，计算垩白粒率和垩白度，垩白度=垩白大小×垩白米率;每份样品取样50 g，利用JLG-2018型小型糙米机（广州航信科学仪器有限公司）和TP-JBL小型稻米精白机（广州瑞丰实验设备有限公司）测定糙米率、精米率和整精米率;碱消值和胶稠度参照NY/T 83—2017《米质测定方法》的方法进行测定;直链淀粉和蛋白质含量采用近红外谷物分析仪（Infrared 1241 Grain Analyzer，瑞典Foss Tecator公司）進行测定。

1. 4 统计分析

利用Excel 2013进行数据整理和制图，采用SPSS 23.0进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 生物有机硒处理对水稻农艺和经济性状的影响

2. 1. 1 对水稻株高和有效穗数的影响 由表1可知，10个水稻品种中，与CK相比，生物有机硒处理对株高无显著影响（P>0.05，下同）;生物有机硒处理后10个品种的每蔸有效穗数均较CK有不同程度的提高，其中天两优616的提升幅度最大，达6.42%，但也与CK差异不显著。整体来看，10个水稻品种通过生物有机硒处理后在株高和每蔸有效穗数上增减表现不一，但与CK相比变化幅度较小，均未达显著差异水平。

2. 1. 2 对水稻结实率的影响 由表2可知，生物有机硒处理后，仅润珠香占和天两优616的每穗总粒数和每穗实粒数低于CK，其他8个品种均高于CK，但均无显著差异。其中鄂香2号每穗总粒数和每穗实粒数的增幅最大，分别达5.52%和6.54%，且10个品种的每穗实粒数增幅均高于每穗总粒数增幅;10个水稻品种生物有机硒处理的结实率均优于CK，增幅在0.96%～4.81%，其中丰两优香1号表现最佳。

2. 1. 3 对水稻千粒重的影响 从图1可看出，生物有机硒处理后，除鄂香2号的千粒重较CK降低外，其余9个品种的千粒重均较CK有不同程度的提高（0.73%～3.61%），其中鄂中5号增幅最大。但10个品种生物有机硒处理的千粒重与CK间差异均不显著。

2. 2 生物有机硒对水稻品质性状的影响

2. 2. 1 对稻米外观品质的影响 由表3可知，生物有机硒处理后，10个水稻品种在稻米粒长和粒型上与CK相比均无显著变化;但在评定外观品质的重要参数垩白粒率和垩白度上，生物有机硒处理较CK明显改善，多数水稻品种降低了垩白粒率和垩白度。垩白粒率有4个品种达显著差异水平（P<0.05，下同），其中天两优616垩白粒率的改善最明显，较CK显著降低21.88%;垩白度有8个品种达显著差异水平，其中润珠香占较CK显著降低46.67%。

2. 2. 2 对稻米碾磨品质的影响 稻米的碾磨品质是衡量稻米商品价值的重要指标之一，其中整精米率是最重要的一个参数。从表4可知，生物有机硒处理对稻米的糙米率、精米率和整精米率有一定改善作用。其中，鄂中5號糙米率提升幅度最大（1.82%），鄂丰丝苗精米率的提升幅度最大（1.93%），但各品种生物有机硒处理的糙米率、精米率均与CK无显著差异;在整精米率的改善方面，虾稻1号表现较优，较CK显著提高8.78%。综合分析，鄂中5号、鄂香2号、润珠香占、鄂丰丝苗、虾稻1号和天两优616这6个品种经生物有机硒处理后在3个水稻碾磨品质指标上均得到不同程度提升。

2. 2. 3 对稻米蒸煮品质的影响 稻米的蒸煮品质主要包括直链淀粉含量、糊化温度（通常用碱消值表示）和胶稠度。由表5可知，生物有机硒处理后，有7个水稻品种稻米的直链淀粉含量较CK提高1.20%～2.68%，3个品种的直链淀粉含量较CK降低1.49%～13.79%，但差异均未达显著水平;除鄂中5号的碱消值较CK提高2.94%，天两优616和丰两优香1号的碱消值均较CK降低3.08%外，其他品种的碱消值均无变化;有5个品种经生物有机硒处理后胶稠度有所提高，其中香润2号和华润2号的胶稠度较CK分别提高10.00%和5.71%，差异达显著水平。

2. 2. 4 对稻米营养品质的影响 蛋白质含量是衡量稻米营养品质的重要参考指标。从图2可看出，鄂中5号和香润2号经生物有机硒处理后，稻米的蛋白质含量显著降低7.89%和15.14%，而其他8个品种的稻米蛋白质含量均较CK有不同程度提高，其中华润2号、鄂香2号、天两优616和丰两优香1号与CK差异显著，蛋白质含量分别提高11.57%、7.80%、6.95%和7.37%。

2. 3 生物有机硒对精米硒含量的影响

精米硒含量是反应稻米硒富集能力的直接表现。由表6可知，10个水稻品种生物有机硒处理的精米硒含量（总硒和有机硒）均大幅度高于CK，其中丰两优香1号的总硒和有机硒含量增幅均最高，分别达394.44%和453.19%;10个水稻品种精米的硒富集能力排序为丰两优香1号>天两优616>鄂丰丝苗>虾稻1号>华润2号>润珠香占>香润2号>鄂中5号>鄂香2号>黑妖姬1号;所有水稻品种生物有机硒处理的精米有机硒占比均在95.00%以上。通过生物有机硒外源强化种植后，10个水稻品种的精米硒含量均达到GB 28050—2011《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》规定的富硒大米硒含量要求（≥0.15 mg/kg），且满足了湖北省食品安全地方标准DBS 42/002—2014《食品安全地方标准 富有机硒食品硒含量要求》（有机硒占比≥80%）。

2. 4 生物有机硒对精米重金属含量的影响

由表7可知，除鄂香2号外，其他9个品种经生物有机硒处理后，精米的铅含量均低于CK，降低幅度为9.60%～64.25%;在精米镉含量中，有5个处理相比CK有所减少，2个无影响，3个略有增加;在精米4种重金属含量中，汞含量最少，且有4个品种较CK有所降低;有6个品种的精米砷含量经生物有机硒处理后较CK有所降低。但无论CK还是生物有机硒处理，所有水稻品种精米的重金属含量均未超过NY/T 419—2014《绿色食品稻米》规定的范围（铅≤0.2 mg/kg、镉≤0.2 mg/kg、汞≤0.01 mg/kg、砷≤0.15 mg/kg）。

3 讨论

硒对水稻的农艺和经济性状有着不同程度的影响。本研究结果表明，在水稻株高和有效穗数2个植株性状上，生物有机硒处理与CK无显著差异，与滕世辉等（2015）和郑威等（2018）研究指出不同浓度硒处理间，水稻株高和有效穗等农艺性状差异不显著的结果一致。造成这一现象的原因可能是灌浆初期进行叶面喷施硒肥时水稻生长发育已基本完成，因此施硒对株高和有效穗数无明显影响。但有8个水稻品种生物有机硒处理的每穗总粒数和实粒数较CK有所增加，同时也提高了水稻的结实率，其中鄂香2号每穗总粒数和实粒数提升最明显，分别达5.52%和6.54%，与段门俊等（2018）研究得出的施硒对每穗粒数和实粒数提升明显的结果相吻合。千粒重是衡量水稻灌浆程度和水稻产量的重要因子，生物有机硒处理后，有9个水稻品种的千粒重较CK有不同程度的增加，其中鄂中5号提升最明显，增幅达3.61%。由此可知，生物有机硒能提高水稻植株生长发育的水平，促进光合产物向籽粒转运，从而提高水稻的实粒数、结实率和千粒重等产量相关性状，进而达到增产的效果。

水稻的品质性状主要表现为外观品质、碾磨品质、蒸煮品质和营养品质4个方面。其中碾磨品质和外观品质是影响稻米价格及精选水稻优种的重要因素。外观品质主要是指稻米的形状、垩白粒率、垩白度等肉眼可见的物理特性。徐琴等（2019）研究表明，富硒处理对籽粒形状几乎无影响，但能明显降低籼稻的垩白度（最低仅0.65%）。本研究结果表明，生物有机硒处理对水稻的粒长和粒型影响较小，但10个水稻品种中有7个品种分别降低了垩白粒率和垩白度，与徐琴等（2019）的结果一致，对于提高稻米的外观品质也具有重要意义。糙米率、精米率和整精米率是表现稻米碾磨品质的主要要素。本研究中，有7个品种较CK提高了糙米率、精米率和整精米率，对改善稻米的碾磨品质起到促进作用，与赵滢等（2016）施用硒肥对糙米率和整精米率的提高和降低作用相当，但能提高大部分品种精米率的研究结果有相似之处。稻米的直链淀粉含量、碱消值和胶稠度是衡量稻米蒸煮品质的理化指标。本研究结果表明，生物有机硒处理对10个水稻品种的稻米直链淀粉含量和胶稠度有一定程度影响，但是对碱消值影响较小。优质稻米的直链淀粉含量一般小于20%，但过低的直链淀粉含量也会导致口感偏软，适口性变差（余侃等，2019）。本研究中，生物有机硒处理对天两优616和丰两优香1号的直链淀粉含量影响较大，分别较CK降低13.79%和11.27%，而对其他8个品种影响较小;虽然大部分品种的直链淀粉含量变化幅度不大，但也会对回复值、热浆黏度及最终黏度产生一定影响。蛋白质水平是衡量稻米营养品质优劣的重要参考指标之一。蛋白质会影响米粒的吸水性，进而影响米饭的硬度，稻米蛋白质含量以8%～10%较合适，蛋白质含量过高或过低均会不同程度地影响其蒸煮食味品质（石彦国等，2020）。本研究中，10个水稻品种经过生物有机硒处理后，蛋白质含量基本在8%～10%，表明施硒对改善大米的营养品质起到积极作用。

硒与重金属具有一定的结合能力，目前施用硒肥对作物吸收铅、镉等重金属的影响已有报道。方勇等（2013）研究表明，通过叶面喷施硒肥可增加稻米中锰和铁元素的吸收，同时能显著降低稻米中镉和汞等有害重金属的含量，进而改善大米的营养品质和安全性。当硒和镉在土壤中共同存在时，硒对镉能表现出一定的拮抗作用（高敏等，2018）。本研究中，生物有机硒处理可在一定程度上降低部分水稻品种稻米籽粒中的铅、镉、汞和砷含量，说明硒与这4种重金属间存在一定的拮抗作用，其原因可能是硒可促进重金属螯合蛋白的形成，抑制其在植物体内的转运活动，缓解重金属对植物体的胁迫，但具体机理还需进一步研究验证。

通过喷施硒肥可提高作物籽粒中的硒含量，叶面喷施为目前施用硒肥的主要方式，叶面喷施的硒能在较短时间内被叶片吸收并转运至籽粒，提高硒在植物中的利用效率。作物中只有当根部存在一定量的硒代蛋氨酸时，才具有向籽粒转运有机硒的能力（Zhang et al.，2019）。在进行叶面喷施的过程中，要选择无毒副作用的有机硒作为外源硒肥，才能高效地获得富有机硒农产品。外源施硒可不同程度地提高稻米中硒含量，同时稻米的富硒能力存在基因型差异，这可能与水稻不同品种从叶组织经由韧皮部向发育的籽粒转运能力和籽粒吸收并转化硒能力的不同密切相关（周鑫斌等，2017）。本研究中，10个水稻品种于灌浆初期叶面喷施生物有机硒后，精米中总硒和有机硒含量均大幅提高，但品种间存在一定差异，2个杂交稻品种的硒富集能力大于8个常规稻品种。富硒农产品首先应该是食用部分的硒含量达富硒标准;其次因无机硒具有毒性大，不易被降解和吸收等天然缺点，富硒农产品对有机硒含量的要求也至关重要。本研究中，10个水稻品种生物有机硒处理的稻米硒含量均达富硒大米标准，且有机硒占比达95.00%以上，远超湖北省食品安全地方的标准DBS 42/002—2014《食品安全地方标准 富有机硒食品硒含量要求》规定的80%以上。通过外源硒强化虽然对作物的农艺和经济性状、品质性状及生理性状等有一定的提升作用，但不能盲目夸大其效果，提高作物的硒含量、特别是有机硒含量才是最终目的。与无机硒相比，生物有机硒具有生物有效性高、无毒副作用、稳定性强和作物吸收率高等优点。在国家日益关注农产品安全的大背景下，应大力提倡使用生物有机硒作为生物强化的外源硒，形成标准和规范的执行政策，生产出更多健康且有机硒含量精准达标的农产品。

4 结论

硒对水稻性状的影响及稻米对硒的富集能力存在一定的品种差异性。综合分析，10個参试水稻品种中虾稻1号和丰两优香1号在产量、品质等性状上的表现较佳且富硒能力较强，可作为优质富硒稻米品种在湖北地区推广种植。

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（責任编辑 王 晖）