施硒对晋中和晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量的影响

秦 杰，宋丽芳，刘攀锋，郝爽楠，冯美臣，张美俊，王 超，杨武德，宋晓彦

（山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801）

荞麦在山西省种植面积约33 333 hm2，其中，苦荞约占13 333 hm2，甜荞约占20 000 hm2，是一种重要的特色杂粮作物[1]。山西省作为荞麦的主要产区，资源富饶，种质优越[2]，加工精细，质量稳定，在全国荞麦产业中具有较大的优势[3]。苦荞在山西旱作地区的种植优势明显[4]。晋中地区环境非常适合荞麦等杂粮作物的生长，有效积温高、雨量适宜、光照充足、气候干燥等，并且建立了较大的优质荞麦基地[5]。晋西北地区雨量线年际之间差异较大，有较为丰富的土地资源，荞麦种植面积不低于该地区优势作物莜麦，而且可以作为救灾作物，具有良好的发展前景[6]。苦荞（Fagopyrum tataricum）是蓼科双子叶植物[7]，可以药食两用[8-9]，生长周期短[10]，抗旱、耐瘠薄[11]，营养丰富[12]。其富含其他禾谷类作物较缺乏的黄酮类化合物芦丁，被称为“五谷之王”[13]，具有保护毛细血管、防止血细胞凝集、降血脂和增强冠状动脉血流量等作用[2，14]。

外源硒的施入对荞麦芦丁含量有一定影响，田秀英等[15]在苦荞土壤施硒研究中发现，施用亚硒酸钠能够显著增加苦荞籽粒的芦丁含量。徐珑珀[16]通过在苦荞叶面喷硒发现，苦荞籽粒中芦丁含量显著增加。目前关于施硒对荞麦影响的研究主要集中在施硒对荞麦产量[17]、籽粒硒含量[18-19]、蛋白质[20]、营养元素[21-22]以及酶[23-25]等方面，而施硒浓度、品种、施硒方式以及施硒时期对荞麦生物活性物质芦丁含量的影响尚不明确。

本研究选择气候条件好、荞麦种植面积较大的晋中生态区和荞麦发展前景较好的晋西北生态区，苦荞品种选择山西省生产中推广较好的黑丰1 号、晋荞2 号、晋荞6 号，采用正交试验设计，探讨施硒浓度、时期和方式对晋中和晋西北生态区不同苦荞品种籽粒芦丁含量的影响，以期为生产优质荞麦提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

晋中试验地在晋中市太谷区申奉村。该地区位于山西省中部（37°25′N，112°35′E），海拔792 m，年平均气温11.5 ℃，无霜期平均176 d，年降水量为432.4 mm，荞麦生长期（6—10 月）积温为3 033.9 ℃，日均太阳辐射4 918.76 W/m2。试验期间具体降雨量如表1所示。试验地土壤pH值为7.68，土壤有机质22.27 g/kg，全氮13.85 g/kg，碱解氮32.82 mg/kg，有效磷18.86 mg/kg，速效钾265 mg/kg，全硒0.29 mg/kg。

表1 晋中和晋西北生态区试验期间降雨量Tab.1 Rainfall during the experiment in the ecological area of central and northwest Shanxi mm

晋西北试验地在朔州右玉县林家堡村。该地区位于山西省西北端（40°15′N，112°25′E），海拔1 529 m，年平均气温4.98 ℃，无霜期平均104 d，年降水量为597.7 mm，荞麦生长期（5—9 月）积温为2 625.8 ℃，日均太阳辐射5 514.90 W/m2。试验期间具体降雨量如表1 所示。试验地土壤pH 值为7.37，土壤有机质8.97 g/kg，全氮0.49 g/kg，碱解氮1.21 mg/kg，有效磷10.39 mg/kg，速效钾0.99 mg/kg，全硒0.09 mg/kg。

1.2 试验材料

供试苦荞品种为黑丰1 号、晋荞2 号和晋荞6 号，由山西省农业科学院作物科学研究所提供。硒源为亚硒酸钠（Na2SeO3），含量≥98.0%，分析纯。

1.3 试验设计

试验于2018年在晋中生态区太谷区申奉村（6—10月）和晋西北生态区右玉县林家堡村（5—9 月）进行，采用正交试验设计（表2），共设置0、1.37、2.74、5.48、8.22、12.33、18.495、27.742 5 g/hm2等8 个硒浓度。晋中生态区选用黑丰1 号和晋荞2 号，分别在分枝期和开花期进行处理。晋西北地区选用黑丰1 号和晋荞6 号，分别在开花初期和盛花期进行处理。2个生态区均采用土施和叶面喷施2种施硒方式，将亚硒酸钠按照不同处理分别称取并与定量清水混合于喷壶中进行喷施，单个小区晋中生态区喷施量为1.2 L，晋西北生态区喷施量为1 L，对照喷施清水，喷施时间为18：00之后。晋中生态区共48个小区，单个小区面积为12 m2（3 m×4 m），每个处理重复3次，其他田间管理同常规大田。晋西北生态区共48 个小区，单个小区面积为10 m2（2 m×5 m），每个处理重复3 次，因土壤肥力较差，在该地区播前一次性施入氮磷钾含量比例为20∶14∶6 的复合肥作为基肥，施用量300 kg/hm2，其他田间管理同常规大田。

表2 L16（8×23）正交试验的因素及水平Tab.2 L16（8×23）orthogonal test scheme

1.4 测定项目及方法

芦丁含量的测定参照文平[26]的方法进行，采用乙醇浸提法测定籽粒芦丁含量。

1.5 数据分析

使用Microsoft Excel 2010 进行数据整理与直观分析，使用SPSS 19 进行方差分析及回归建模。

2 结果与分析

2.1 各因素对晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量的影响

由表3 可知，施硒浓度（A）、品种（B）、施硒时期（C）、施硒方式（D）对晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量影响从大到小顺序依次是A＞B＞D＞C，施硒浓度和品种对苦荞籽粒芦丁含量影响较大，苦荞籽粒芦丁含量随着施硒浓度的升高呈现先升高后下降的趋势，在A6 处理下达到最大，晋荞2 号籽粒中的芦丁含量大于黑丰1 号。在考虑因素单独作用的条件下，最佳组合为A6B2C1D1，即在分枝期对晋荞2 号土施12.33 g/hm2的亚硒酸钠，苦荞籽粒芦丁含量最高。

表3 各因素对晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量影响的直观分析Tab.3 Visual analysis of effect of various factors on rutin content of Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

由方差分析（表4）可知，施硒浓度对苦荞籽粒芦丁含量的影响达到极显著水平（P＜0.01），品种对苦荞籽粒芦丁含量的影响显著（P＜0.05），施硒时期和施硒方式对苦荞芦丁含量的影响不显著。

表4 各因素对晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量影响的方差分析Tab.4 Variance analysis of effect of various factors on rutin content in Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

利用施硒浓度和品种2 个因素构建晋中地区苦荞籽粒芦丁含量预测模型，结果如公式（1）所示。

式 中，A为施硒浓度，B为品种。模 型R2为0.656，F=12.399，大于F0.01（2,13）=6.701，F检验P值小于0.05（表5），回归显著，可以用来对本试验的籽粒芦丁含量进行预测。对公式（1）求极值，得A 为13.15，B 为2，即对晋 荞2 号 施13.15 g/hm2浓度的硒时，晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量可以达到最高。

表5 晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量回归模型显著性检验Tab.5 Significance test of regression model of rutin content in Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

2.2 各因素对晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量的影响

各因素对晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量影响的直观分析如表6 所示。

表6 各因素对晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量影响的直观分析Tab.6 Visual analysis of effect of various factors on rutin content of Tartary buckwheat grains in northwestern Shanxi ecological region

各因素对晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量影响从大到小的顺序依次是：A＞B＞C＞D，施硒浓度、品种和施硒时期对苦荞籽粒芦丁含量影响较大，苦荞籽粒芦丁含量随着施硒浓度的升高呈现先升高后下降的趋势，在A6 处理下达到最大，晋荞6 号籽粒中的芦丁含量大于黑丰1 号。在考虑因素单独作用的条件下，最佳组合为A6B2C1D1（D2）（表6），即在开花初期对晋荞6 号土施或叶面喷施12.33 g/hm2的亚硒酸钠，苦荞籽粒芦丁含量最高。

各因素中，施硒浓度和品种对苦荞籽粒芦丁含量的影响达到极显著水平（P＜0.01），施硒时期对苦荞籽粒芦丁含量的影响显著（P＜0.05），施硒方式对苦荞籽粒芦丁含量的影响不显著（表7）。

利用施硒浓度、品种及时期3 个因素构建晋西北地区苦荞籽粒芦丁含量预测模型，结果如公式（2）所示。

式中，A为施硒浓度，B为品种，C为施硒时期。模型R2为0.852，F=23.070，大于F0.01（3,12）=5.953，F检验P值小于0.05（表8），回归显著，可以用来对本试验籽粒芦丁含量进行预测。对公式（2）求极值，得A 为15.75，B 为2，C 为1，即在开花初期对晋荞6 号施15.75 g/hm2浓度的硒时，晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量可以达到最高。

表8 晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量回归模型显著性检验Tab.8 Significance test of regression model of rutin content in Tartary buckwheat grains in northwest Shanxi ecological region

2.3 各因素对不同生态区苦荞籽粒芦丁含量的影响

综合2 个生态区各因素对苦荞芦丁含量的影响，可知施硒浓度和品种对苦荞籽粒芦丁含量影响较大。从施硒浓度来看，晋中生态区和晋西北生态区分别施入13.15、15.75 g/hm2浓度的硒能获得籽粒高芦丁含量。从施硒品种来看，晋中生态区晋荞2 号和晋西北生态区晋荞6 号籽粒芦丁含量均明显高于黑丰1 号。施硒时期对晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量影响不显著，对晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量影响显著，在晋西北生态区开花初期施用外源硒对籽粒芦丁含量影响较大。可见，环境条件对于获得苦荞高芦丁含量的影响也很大。

3 结论与讨论

有研究表明，外源硒能促进苦荞黄酮类化合物增加，进一步提高苦荞的抗氧化能力[27-28]。本试验发现，适宜的施硒浓度可以增加苦荞籽粒中芦丁的含量，这与徐珑珀[16]的研究结果相同。田秀英等[15]研究发现，施硒量低于1.0 mg/kg 时苦荞籽粒芦丁含量呈现升高趋势，当施硒量高于1.0 mg/kg 时芦丁含量呈现逐渐降低的趋势，这与本研究结果相同；本研究在晋中生态区和晋西北生态区发现，苦荞籽粒芦丁的含量均随着施硒浓度的增加呈现先升高后下降的趋势，说明施硒可以增加苦荞籽粒芦丁含量，当施硒浓度过高时，芦丁含量会受到抑制，不利于芦丁含量的增加。本研究方差分析发现，施硒浓度对苦荞籽粒芦丁含量的影响达到极显著水平，说明施硒浓度是影响芦丁含量的一个重要因素，确定不同生态区适宜的施硒浓度，是苦荞籽粒芦丁含量增加的关键。通过回归分析得出，晋中生态区和晋西北生态区最适施硒浓度分别为13.15、15.75 g/hm2。荞麦施以适宜浓度的外源硒，籽粒芦丁含量增加的原因可能是施硒会提高荞麦的光合作用[29]。类黄酮（又称黄酮体、黄碱素）是植物光合作用产生的一类重要的天然有机化合物，其中包括芦丁、檞皮素等物质，芦丁含量丰富[30]，光合作用的提高使得类黄酮中芦丁含量提高。施硒浓度过高会使荞麦籽粒芦丁含量降低，可能原因是施高浓度硒使荞麦叶片光合作用受到抑制，降低了叶片的净光合速率[29]，进而影响芦丁含量。这符合Bertrand生物剂量规律，即对植物低浓度促进生长，高浓度抑制生长、产生毒害[31]。

荞麦不同品种自身的遗传多样性也不同[32]。前人研究表明，荞麦籽粒芦丁等品质的含量在不同品种间会存在差异[33]。本研究发现，在相同的处理条件下，不同品种间籽粒芦丁含量不同；晋中生态区晋荞2 号籽粒芦丁含量优于黑丰1 号，晋西北生态区晋荞6 号籽粒芦丁含量优于黑丰1 号。本研究方差分析发现，晋中生态区不同品种对苦荞籽粒芦丁含量的影响达到显著水平，晋西北生态区不同品种对苦荞芦丁含量的影响达极显著水平，这一结果与王世霞等[34]的研究结果一致。说明不同品种苦荞籽粒芦丁含量不同，品种是影响芦丁含量的重要因素。在不同的生态区选择芦丁含量较高的苦荞品种，是获得高芦丁产品的重要环节。

作物施硒的方式主要分为土壤喷硒和叶面喷硒2 种[35]，土壤喷硒是硒通过作物根部向籽粒中运输，叶面喷施是硒通过叶片向籽粒中运输。本研究方差分析结果表明，施硒时期对晋中生态区苦荞籽粒芦丁含量影响不显著，对晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量影响显著。这可能是由于2 个生态区施硒时期存在差异，晋中生态区籽粒芦丁含量受到施硒浓度和品种的影响相对较大，具体原因有待进一步探究。在作物不同的生育时期喷施外源硒，其吸收及转化效率存在差异[36]。本研究发现，对于籽粒芦丁含量的积累，晋中生态区分枝期优于开花初期，晋西北生态区开花初期优于盛花期，造成这一结果的原因可能是由于较早的施用外源硒，使得硒更早的参与植物生理代谢过程，进而有利于芦丁含量的积累。

除了施硒浓度、品种、方式与时期外，本研究发现，环境因素（如海拔、温度、土壤有机质等）也是影响苦荞芦丁含量的重要因素。在相同试验处理下，黑丰1 号在晋中和晋西北生态区，其籽粒芦丁含量也会存在差异，说明苦荞籽粒芦丁在很大程度上受环境条件的影响，这一结果与国旭丹等[37]研究结果相同。这可能是由于土壤中所含的微量元素的多少及其相互作用或有机质含量影响了苦荞对硒的吸收和利用。本试验晋中和晋西北生态区土壤全硒底数差异较大，可能会对苦荞籽粒芦丁的积累产生影响；王兴宁[38]也研究发现，土壤有机质含量会影响杜仲叶芦丁的含量。前人研究表明，海拔高的地区有利于芦丁含量的积累[37，39]，这与本试验结果不同。在本研究中，晋中生态区海拔低于晋西北生态区，但是籽粒芦丁含量晋中生态区高于晋西北地区，造成这种差异的原因可能与温度[26，40]、干旱[41]等因素的综合影响有关；还可能是由于气候条件差异所导致，在试验当年晋西北生态区（右玉县林家堡村）降雨量要明显高于晋中生态区（申奉村），阴雨天较多，环境温度受到影响，积温较低，进而影响到苦荞芦丁含量的积累。

综上所述，施硒浓度和品种是影响晋中和晋西北生态区苦荞籽粒芦丁含量的重要因素。在晋中生态区对晋荞2 号分枝期土施12.33 g/hm2的亚硒酸钠，在晋西北生态区对晋荞6 号开花初期土施或叶面喷施12.33 g/hm2的亚硒酸钠，可获得较高的芦丁含量。