叶面喷硒对燕麦品种硒积累的影响及品种综合性状评价

李越 宁丹 吕玉峰 张斌 薛志强 贾举庆冯美臣 宋晓彦 张美俊 杨武德

（1 杂粮种质资源创新与分子育种国家实验室（筹）/山西农业大学农学院，030801，山西晋中；2 山西农业大学生态农牧研究所，037200，山西朔州）

燕麦（AvenaL.）是禾本科燕麦属一年生草本植物，可被用作粮食、饲料及饲草[1]。裸燕麦（Avena sativaL.subspp.nuda）和皮燕麦（AvenasativaL.）在我国均有种植，因富含β-葡聚糖和亚油酸等多种功能成分备受大众喜爱。硒是人体必需的微量元素，我国大约72%的地区存在不同程度的缺硒或低硒[2]，硒缺乏会导致克山病和大骨节病等[3]。Lyons 等[4]研究表明，常见禾谷类作物硒吸收能力排序为小麦＞水稻＞玉米＞大麦＞燕麦，可见燕麦对硒的积累能力在禾谷类作物中较弱。因此，生产富硒燕麦在未来品质支撑农作物产业中使燕麦产业有更广阔的发展前景[5-6]。

土壤施硒可显著提高作物籽粒硒含量[7-9]。等量施硒条件下，土壤施硒较叶面施硒能更有效提高水稻籽粒硒含量，土壤施硒水稻籽粒硒含量为叶面喷硒处理的5.3 倍[10]，但有研究[11]表明，硒酸盐和亚硒酸盐施入土壤后易被土壤吸附固定，降低植物的利用程度。因此，目前硒富集研究多聚焦于叶面喷硒。有研究[12]表明，喷硒后，水稻叶、茎、精米硒含量均显著提高，表现为叶＞茎＞精米。叶面喷施150g/hm2纯硒，小麦籽粒硒含量可达3101μg/kg[13]；叶面喷施116g/hm2亚硒酸钠，小麦籽粒硒含量可达647.8μg/kg[14]，以上2个研究均显示叶面喷硒对小麦籽粒产量无显著影响。叶面喷硒可提高小麦各部位硒含量，提高小麦产量、穗数、穗粒数及千粒重，但对籽粒粗蛋白、粗纤维、面筋和脂肪含量的影响各有不同[15]。在黑小麦孕穗期对叶面喷施浓度10～20mg/L 的亚硒酸钠，可显著提高黑小麦籽粒硒含量，对黑小麦产量无显著影响[16]。叶面喷施67.84g/hm2亚硒酸钠不仅可提高谷子籽粒硒含量，还可改善谷子粗蛋白、脂肪、赖氨酸和叶酸等营养品质[17]。谷子叶面喷施4 种不同硒肥均可提高谷子籽粒硒含量和产量[18]。可见，叶面喷施适量硒，在不降低作物产量和品质情况下，应是提高作物籽粒硒含量的一个快速安全的有效渠道。

同一作物不同品种吸收、转运和积累硒的能力有差异[19-21]，且硒处理后产量和品质对硒的响应也不同[17,21]。目前喷硒对不同燕麦品种硒积累、产量和品质影响的研究较少。因此本研究采用在晋北地区推广种植的24 份燕麦品种，于抽穗期喷硒，揭示喷硒对燕麦成熟期硒积累的影响，并采用GYT双标图评价产量和品质综合性状优良的燕麦品种，为筛选和开发富硒功能性燕麦提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年在山西省朔州市平鲁区试验基地（111′52′～112°41′E，39°21′～39°58′N）进行。平均海拔约1800m，多年平均气温5.5℃，无霜期105d，年均降水量420mm，雨季集中在6-10 月，属北温带大陆性气候。耕作层土壤（0～20cm）含有机质9.17g/kg、碱解氮40.98mg/kg、速效磷6.12mg/kg、速效钾162.97mg/kg，pH 7.68，硒含量0.17mg/kg。

1.2 供试材料

试验燕麦品种共24 份，其中22 份来源于中国农业科学院国家农作物种质资源保存中心，2 份来源于加拿大农业部（品种名为Banner 和OA1576-4）。24 份品种中有19 份裸燕麦和5 份皮燕麦。信息如表1 所示。试验所用硒源为亚硒酸钠（Na2SeO3）。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，喷硒浓度为主区，品种为副区。5 月21 日播种，小区面积2m2（2m×1m），每小区种植5 行燕麦，行距25cm，每米播种100粒，小区间隔1m。在燕麦抽穗期进行叶面喷硒，根据前期多年在山西省朔州市平鲁区的试验结果，设3 个亚硒酸钠用量水平，分别是0（Se0）、80（Se1）、160g/hm2（Se2），折合纯硒用量为0（Se0）、35.896（Se1）、71.792g/hm2（Se2），将各处理按亚硒酸钠用量溶于水中，用水量均为1250L/hm2。喷施时，用塑料挡板围拢所喷小区。重复3 次，共216 个小区。其他田间管理按常规进行。

成熟期按小区收获籽粒，风干后计产（皮燕麦产量按脱内外稃后籽粒计产），然后用于其他指标测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 硒含量 参照GB 5009.93-2017 的氢化物原子荧光光谱法[22]测定硒含量，先称取0.5g 样品倒入消煮管中，加入10mL 酸性溶液（硝酸:高氯酸=9:1）和玻璃珠，盖上弯颈玻璃漏斗消化过夜。次日置于消煮炉上进行消煮，待溶液体积为2mL时，加入5mL 盐酸溶液（6mol/L）继续消煮至无色，冷却后加入铁氰化钾溶液（100g/L），定容至10mL 离心管中。应用原子荧光光谱仪进行样品质量浓度的测定，通过下面公式计算样品中硒含量。

X=[(ρ–ρ0)×V]/(m×1000)

式中，X（mg/kg）为样品中硒的含量；ρ（μg/L）为样品溶液中硒的质量浓度；ρ0（μg/L）为空白溶液中硒的质量浓度；V（mL）为样品消化液总体积；m（g）为样品称样量；1000 为换算系数。

1.4.2 品质性状 参照GB/T 5511-2008 凯氏定氮法[23]测定蛋白质含量；参照GB 5009.6-2016 索氏提取法[24]测定脂肪含量；采用酶试剂盒（AOAC 995.16，Megazyme）测定β-葡聚糖含量。

1.5 数据处理

运用Microsoft Excel 2010 进行数据整理；采用SPSS 22.0 进行ANOVA 方差分析和相关性分析；采用Duncan 法进行多重比较，差异显著性为P＜0.05；用Origin 9.0 绘图；用GGEBiplot 8.1 进行双标图分析。

2 结果与分析

2.1 喷硒对燕麦各器官硒含量的影响

叶面喷施不同浓度硒下24 份燕麦品种各器官硒含量如图1 所示。由图1 可以看出，Se0 处理下根硒含量显著高于其他器官，分别比茎、叶、穗和籽粒硒高36.53%、133.92%、19.68%和153.41%。穗硒含量也显著高于茎、叶和籽粒，籽粒硒含量最少，分别比茎、叶和穗硒含量显著低88.66%、135.05%和194.85%。Se1 处理下，根、叶和穗硒含量显著高于茎和籽粒，叶硒含量又显著高于根和穗，叶硒含量分别比根、茎和穗硒含量高36.53%、133.92%和19.68%。籽粒硒含量比根、叶和穗硒含量分别显著低85.60%、153.41%和111.74%；Se2 处理下，各器官硒含量均呈现显著差异，表现为叶＞穗＞根＞茎＞籽粒，叶硒含量比根、茎、穗硒含量分别高92.87%、161.35%和33.58%，籽粒硒分别比根、茎、叶和穗的硒含量低58.92%、17.28%、206.52%和129.46%。表明未喷硒处理下，燕麦根中积累的硒含量最多，叶面喷硒后，叶中积累的硒含量最多，其次是穗和根，各处理中籽粒硒含量均最少。

图1 喷硒后24 份燕麦品种各器官硒含量Fig.1 Selenium contents in different organs of 24 oats varieties after spraying selenium

由图1 还可以发现，Se1 和Se2 处理下各器官硒含量均比Se0 处理各器官硒含量显著增加，Se1、Se2 处理根硒含量比Se0 处理显著增加31.02%和50.00%；茎硒含量显著增加56.28%和126.23%；叶硒含量显著增加193.42%和374.56%；穗硒含量显著增加95.45%和183.22%；籽粒硒含量显著增加172.17%和263.92%。Se2 处理根、茎、叶、穗和籽粒硒含量比Se1 处理也显著增加，增加幅度分别为14.49%、44.76%、61.73%、44.90%和33.71%。以上分析表明，叶面喷硒可以不同程度地提高燕麦各器官硒含量，在一定喷硒浓度范围内，增幅随喷硒浓度增加而增加，其中喷硒对成熟期叶片硒含量提高幅度最大，其次是籽粒。

不同硒浓度处理下燕麦各器官硒含量变异情况如表2 所示，Se0 处理下，24 份燕麦品种各器官硒含量的变异系数在5.39%～14.63%，茎、叶和籽粒硒含量的变异系数显著大于穗和根，根硒含量变异系数又显著低于穗。在Se1 和Se2 处理下，各器官变异系数范围分别为5.58%～11.55%和6.35%～12.10%，24 份燕麦品种均是籽粒硒含量的变异系数显著大于其他器官，在Se1 处理下，10 号品种籽粒硒含量达0.30mg/kg；Se2 处理下，8 号品种籽粒硒含量达0.44mg/kg。Se1 和Se2 处理下也均是根硒含量变异系数显著小于其他器官。且Se2 和Se1处理籽粒硒变异系数显著低于Se0 处理。结果表明24 份燕麦品种在籽粒中硒含量稳定性差，差异较大，且喷硒会降低籽粒硒的变异水平，根中硒含量较稳定，差异较小。

表2 喷硒后24 份燕麦品种各器官硒含量变异情况Table 2 Variation of selenium contents in different organs of 24 oats varieties after spraying selenium

进一步分析24 份燕麦品种籽粒硒含量差异，由表3 可以看出，Se1 和Se2 处理下，24 份燕麦品种籽粒硒含量均显著高于Se0 处理，除13 号品种外，其他品种Se2 处理籽粒硒含量也均显著高于Se1 处理，表明喷硒对24 份燕麦品种籽粒硒含量均有提高作用。

表3 喷硒后24 份燕麦品种籽粒硒含量Table 3 Grain selenium contents of 24 oats varieties after spraying seleniummg/kg

2.2 喷硒对燕麦籽粒品质性状的影响

不同硒浓度处理下，24 份燕麦品种籽粒品质性状变异情况如表4 所示。可以看出，24 份燕麦品种籽粒蛋白质含量的变异系数表现为Se2＞Se1＞Se0，且Se2 和Se1 处理均与Se0 处理差异显著。在Se1 和Se2 处理下，燕麦品种蛋白质含量最高的是9 号和18 号品种，含量分别为18.66%和19.24%。结果表明喷硒显著增加24 份燕麦品种籽粒蛋白质的变异水平。

表4 喷硒后24 份燕麦品种籽粒品质性状变异情况Table 4 Variation of grain quality traits in 24 oats varieties after spraying selenium

24 份燕麦品种在3 个处理下籽粒脂肪含量的变异系数无显著差异，表明喷硒对24 份燕麦品种籽粒脂肪含量变异水平没影响。

24 份燕麦品种籽粒β-葡聚糖含量的变异系数表现为Se0＞Se1＞Se2，且处理间存在显著差异，表明喷硒降低24 份燕麦品种籽粒β-葡聚糖含量的变异水平，在一定范围内，变异水平随喷硒浓度增加而降低。在Se1 和Se2 处理下，3 号和9 号籽粒β-葡聚糖含量最高，分别为4.56%和4.03%。

2.3 喷硒对燕麦籽粒产量的影响

叶面不同喷硒浓度下，24 份燕麦品种籽粒产量如表5 所示，Se1 处理下，24 份燕麦品种在产量与Se0 均无显著差异，Se2 处理下，11 号、12号、17 号、23 号、24 号品种产量显著低于Se0 和Se1 处理。Se2 处理下，11 号、12 号、17 号、23号、24 号品种产量分别比Se0 降低33.99%、13.00%、17.83%、4.28%和8.85%，比Se1 处理降低35.52%、14.12%、21.70%、6.25%和14.87%。结果表明，叶面喷施适量硒不会影响燕麦产量，喷硒浓度增大1 倍时，会降低部分燕麦品种产量。

表5 喷硒后24 份燕麦品种籽粒产量Table 5 Grain yields of 24 oats varieties after spraying seleniumkg/hm2

2.4 24 份燕麦品种籽粒硒含量、品质性状及产量的综合评价

根据食物或可食材料硒限量标准[14]，由表2可以看出，Se2 处理下，24 份燕麦品种籽粒硒含量均已超过多数文献食物或可食材料硒含量限量0.300mg/kg。因此在对24 份燕麦品种进行籽粒硒含量、品质性状及产量综合评价时，仅分析Se1处理的籽粒硒含量、品质和产量数据。

24 份燕麦品种籽粒硒含量与品质性状及产量的相关性分析结果如图2 所示。由图2 可以看出，硒含量与脂肪、β-葡聚糖含量存在显著正相关性，相关系数分别为0.63 和0.42。即籽粒硒含量高的燕麦，其脂肪和β-葡聚糖含量也高。硒含量与蛋白质含量和产量均不存在显著相关性。这表明通过喷硒提高燕麦籽粒硒含量，有助于提高燕麦脂肪和β-葡聚糖的积累。

图2 24 份燕麦品种籽粒硒含量、品质性状及产量的相关性分析热图（n=72）Fig.2 Thermograms of correlation among grain selenium contents,quality traits and yields of 24 oat varieties(n=72)

产量是最重要的性状指标，以产量为主要目标性状，兼顾籽粒硒、β-葡聚糖、蛋白质和脂肪含量，制作双标图对24 份燕麦品种进行综合评价，图3 中的小圆圈代表“平均综合指标”，穿过圆圈带单箭头的直线横轴是平均综合指标轴，越靠近箭头方向的品种，其综合指标排名越靠前。因此，由综合指标在横轴上的投射位置可以看出，基于产量为主要目标性状，兼顾籽粒硒、β-葡聚糖、蛋白质和脂肪含量，24 份燕麦品种综合性状排名靠前的5 个品种编号依次为10、23、24、11、9；综合性状排名靠后的5 个品种编号依次为19、22、16、21、20。

图3 24 份燕麦品种产量×品质性状双标图Fig.3 Yield×quality traits biplot about 24 oat varieties

图3 中与横轴垂直并通过原点带有双箭头的直线为Y 轴，代表各品种与各性状间相互作用的倾向性。品种到横轴的垂线长度代表其各性状的稳定性，越靠近横轴各性状越稳定，即垂线越短表示品种各性状稳定性越好。结合图3 和表6 可以看出，性状稳定性靠前的5 个品种依次为12、3、24、1、19，性状稳定性排名靠后的5 个品种依次为8、7、11、6、21，其他品种介于两者之间。

表6 24 份燕麦品种产量×品质性状综合值Table 6 Comprehensive values of yield×quality traits about 24 oats varieties

综合值是将综合性状与稳定性状进一步综合评价，综合值高的品种说明其综合性状优异且各性状稳定性均较好。由表6 可以看出，综合值排名前5 的品种依次为10、23、24、9、11，综合值排名后5 位的品种依次为19、22、16、21、20。

3 讨论

3.1 叶面喷硒后燕麦各器官硒积累规律

植物通过叶片吸收利用无机形态硒，并转移至植物体的其他部位[25]。本研究表明，未喷硒燕麦仅从土壤中获得硒，在成熟期积累在根中的硒含量最多；叶面喷硒后，叶片是燕麦成熟期硒含量富集的器官。无论喷硒与否，籽粒中硒含量均最少。陈丽娜[26]通过对燕麦叶面喷硒后发现，成熟期燕麦硒含量表现为叶＞穗＞根＞茎＞籽粒，并得出无论是否喷硒，燕麦非食用部位的硒含量都明显高于食用部位的结论。杨建军等[27]研究发现，水稻叶面喷硒后，成熟期水稻各器官硒含量表现为叶＞茎＞根＞籽粒。本研究24 份燕麦品种喷硒后各器官硒含量均值的结果与这类研究结果相似。本研究结果表明，通过叶面喷硒，可以不同程度提高燕麦成熟期各器官硒含量，在本试验设置的喷硒浓度范围内，提高幅度随喷硒浓度的增加而增加。其中叶硒含量提高幅度最大，籽粒次之。陈雪等[28]研究也表明，2 个水稻品种喷硒后，与未喷硒相比，硒在叶和籽粒中所占比例显著提高，根和茎中提高的较少。

本研究结果表明，24 份燕麦品种成熟期在籽粒中硒含量稳定性差，差异较大，根中硒含量较稳定，差异较小，且喷硒会降低籽粒中硒的变异水平，目前关于喷硒后作物各器官硒含量变异水平比较的研究较少，李韬等[21]研究发现，硒肥可以提高110 份小麦籽粒中的硒含量，但增幅因品种而异。

人体和动物摄入的硒含量是否满足需求，主要取决于作物中硒含量。燕麦产量在全球禾谷类作物中排名第6 位，提高燕麦的硒含量对通过食物膳食补硒有着重要的作用。但是对作物施用外源硒时，硒从有益到有害之间的阈值很小[29-31]，中低浓度外源硒对作物有益，过量施用外源硒则会使作物中硒含量超标[32-33]。史丽娟等[34]对高粱喷施120mg/kg以及马凤霞等[35]对小麦喷施120g/hm2亚硒酸钠时，高粱和小麦籽粒中的硒含量均已超出多数文献中的食物或可食材料硒限量标准（以硒计）0.300mg/kg[14]。本研究结果表明，不喷施硒的24份燕麦品种籽粒硒含量范围在0.07～0.13mg/kg，均未达到或刚达食物或可食材料硒限量标准[14]。叶面喷施80g/hm2的亚硒酸钠时，籽粒硒含量范围在0.20～0.30mg/kg，在食物或可食材料硒限量标准之内；叶面喷施160g/hm2亚硒酸钠时，籽粒硒含量范围在0.30～0.44mg/kg，已超过食物或可食材料硒限量标准[14]，可能会对人体造成硒中毒现象，不建议食用。因此适宜的喷硒浓度既能使燕麦籽粒硒含量更大程度地接近富硒谷物的上限又不会产生毒害作用，因此提高燕麦籽粒硒含量，确定适宜的喷硒浓度，是研究富硒燕麦生产的核心。

3.2 叶面喷硒对燕麦品质性状的影响

本研究结果显示，喷硒对24 份燕麦品种籽粒蛋白质、脂肪和β-葡聚糖含量变异水平影响不一致。喷硒能改变24 份燕麦品种籽粒蛋白质含量的变异水平，在一定范围内，变异水平随喷硒浓度增加而增大，在本研究叶面喷施亚硒酸钠用量为160g/hm2情况下，24 份燕麦品种籽粒蛋白质含量的变异水平最丰富。尚庆茂等[36]研究认为，硒可以作为核糖核酸链的成分来转运氨基酸，用于蛋白质的合成。施用硒肥可提高燕麦籽粒中必需氨基酸含量和氨基酸总含量[37]，促进籽粒对蛋白质的合成和积累，提高籽粒蛋白质含量[38-39]，本研究24 份燕麦品种籽粒蛋白质含量变异水平随喷硒浓度增加而增大，也可能是喷硒提高了燕麦籽粒蛋白质的原因。

燕麦籽粒脂肪含量在谷类作物中位居前列，其中80%是不饱和脂肪酸，对人体起着非常重要的作用。本研究显示，喷硒对24 份燕麦品种籽粒脂肪含量变异水平无影响，这可能是由于喷硒对24 份燕麦籽粒脂肪含量影响较小所致。冯学金等[40]研究显示，叶面喷硒对胡麻籽粒脂肪含量的影响也较小。史丽娟等[34]的研究表明，喷施不同剂量的硒对高粱脂肪含量的影响未达到显著差异。张新军等[38]研究也表明，叶面喷硒对燕麦籽粒的脂肪含量影响不显著，可能作物脂肪含量受硒元素影响较小。

燕麦籽粒β-葡聚糖有独特的生理功能，目前被认为是燕麦最具开发潜力的品质之一。本研究显示，喷硒使燕麦品种籽粒β-葡聚糖含量差异缩小，且随喷硒浓度增加，差异缩小越大。这可能是硒元素影响了24 份燕麦品种籽粒β-葡聚糖的合成。宋妍等[41]利用亚硒酸钠溶液浸泡青稞籽粒发现，被硒溶液浸泡的籽粒其β-葡聚糖含量显著高于对照组，最高可达1.08 倍。目前，喷硒对禾谷类作物籽粒β-葡聚糖含量影响的研究还较少，硒与β-葡聚糖含量的关系仍需进一步研究探讨。

3.3 叶面喷硒对燕麦产量的影响

张妮等[42]研究发现，在生育期喷施2 次20mg/L亚硒酸钠时，小麦产量显著提高19%。Nawaz 等[43]的研究表明，叶面喷施40mg/L 硒酸钠时，小麦产量显著提高14%。郝玉波等[44]研究发现，土壤施低含量（≤10mg/kg）的亚硒酸钠时，玉米籽粒产量显著提高，施入高含量硒（≥25mg/kg）时，玉米籽粒产量会下降。本试验结果表明，24 份燕麦品种喷施亚硒酸钠用量为80g/hm2的产量与Se0 均无显著差异，仅在160g/hm2下有5 个品种的产量显著低于Se0 和80g/hm2下的产量。表明适宜浓度的喷硒不会对燕麦产量造成影响，高浓度的硒会导致部分燕麦品种产量降低，这与前人[44]的研究结果一致，表明影响作物产量的硒施用量有一个阈值，在一定阈值范围内，施用硒不会影响作物产量或对作物产量有促进作用，超过阈值范围会对作物产量产生抑制效应，且不同作物[45]甚至同一作物不同品种[35]产量对硒施用量的响应也不同。因此，研究确定既能使不同作物及其不同品种籽粒硒含量保持在安全范围内，又能使不同作物及其不同品种产量达到增产或不减产的最适硒施用量，对富硒农作物产品的安全、高效生产非常关键。

3.4 叶面喷硒后燕麦籽粒综合性状评价

鉴定某一品种是否优异，不能以单一凸显指标来评价，要平衡好各项指标，只有通过将各项指标进行综合分析，选出综合性最优的品种才是适合生产中推广和利用的品种。本研究利用叶面喷施80g/hm2亚硒酸钠处理下的24 份燕麦品种籽粒硒含量、产量和品质数据结合相关性分析，利用GGE双标图进行评价和筛选叶面喷硒后产量和品质综合性状优良的燕麦品种。

相关性分析表明，硒含量与脂肪和β-葡聚糖含量存在显著正相关性，与蛋白质含量和产量均无显著相关性。前人[46]研究表明，谷子硒含量和蛋白质含量存在显著正相关；小麦硒含量与产量不存在相关性[14]；水稻硒含量与产量呈负显著相关[47]。可见目前硒含量与品质、产量相关性没有一致的结果，可能与研究的作物种类或试验使用硒种类及浓度有关。

产量是农业生产最主要的目标性状，GGE 软件的研发人严威凯博士近期研发了GYT（Genotype by Yield*Trait）新功能，此功能基于产量为最主要的目标性状，可以兼顾多个农艺性状和品质性状，对作物品种进行综合评价[48-49]。本研究利用GGE软件的GYT 双标图新功能，基于产量为最主要的目标性状，兼顾籽粒硒、β-葡聚糖、蛋白质和脂肪含量，对24 份燕麦品种进行综合评价。结果表明，综合性状排名前5 的品种依次为品燕1 号、Banner、OA1576-4、品燕2 号、白燕10 号。如再考虑各品种在产量与各品质性状结合的均衡稳定优越性，24份燕麦品种综合值排名前5 的品种依次为品燕1号、Banner、OA1576-4、白燕10 号、品燕2 号。

4 结论

抽穗期叶面喷硒可提高燕麦各器官硒含量，改变籽粒硒、蛋白质、脂肪和β-葡聚糖含量变异水平。叶面喷施80g/hm2亚硒酸钠，24 份燕麦品种籽粒硒含量在食物或可食材料硒限量标准（0.300mg/kg）之内。过量喷硒会使籽粒硒含量超出多数文献中食物或可食材料硒限量标准。基于产量为目标性状，兼顾籽粒硒、蛋白质、脂肪和β-葡聚糖含量，筛选出综合性状优良的品燕1 号、Banner、OA1576-4、白燕10 号和品燕2 号这5 个燕麦品种。