噴施有機硒肥對黑糯玉米籽粒硒及花青素含量的影響

詹 昕 ，趙芳芳 ，高志強 ，楊珍平 ，楊文平

（1.山西農業大學 農學院，山西 太谷 030801；2.山西省黃土高原特色作物優質高效生產省部共建協同創新中心，山西 太谷 030801；3.山西農業大學 食品學院，山西 太谷 030801；4.華北理工大學 生命科學學院，河北 唐山 063210）

硒是人和動物的必需微量元素，人體缺硒會導致硒蛋白代謝和表達紊亂，產生疾病，如克山病[1-2]。根據世界衛生組織（WHO）推薦，正常成年人每日攝入膳食硒約55～200μg[3]，目前全球大約10億人硒攝入不足[4-7]。解決人體缺硒的主要途徑是利用生物強化手段提高糧食作物硒含量。

葉面噴施硒肥對作物籽粒硒含量增加快速而有效[8-11]。姬玉梅[12]在豫北地區通過葉面噴施不同種類硒肥發現，小麥籽粒硒含量均隨著噴硒量的增加而增加，富硒有機肥效果最好，籽粒硒含量高達800μg/kg。此外，噴施次數也會影響作物硒積累。劉春菊等[13]研究發現，玉米大喇叭口期、抽雄期和采收前 7 d 分別噴施 1.0 mol/L 富硒康 1、2、3 次，隨次數增多，籽粒硒含量由27μg/kg增加到380μg/kg，且噴施3 次效果最佳。陳泊寧[14]的盆栽試驗表明，小麥抽穗期、齊穗期、揚花期噴施300 mg/L 硒酸鈉溶液，籽粒硒含量達3 793μg/kg，高于單個時期噴施等量硒酸鈉的籽粒硒含量之和，小麥對硒的耐受性也增強，但籽粒硒中毒。因此，相對于無機硒肥，有機硒肥風險較低，但目前多數研究集中在無機硒肥施用上[15-16]。

多數研究表明，硒和花青素具有協同作用。朱帥蒙[17]在陜西關中的葉面噴施氨基酸螯合態富硒肥試驗發現，葡萄果實的花青素含量顯著增加，而噴施次數在各品種間表現不同。陳文紅等[18]在四川地區的試驗表明，苗期噴施硒質量濃度為15 g/L的康硒富硒劑提高了馬鈴薯整薯的花青素含量，達360～450 mg/kg。黑糯玉米作為鮮食玉米的一種，較高的花青素具有較強的抗氧化作用，可以清除人體內自由基，不僅可以抗衰老、增強免疫力，還對治療高血糖、高血脂、心血管疾病有一定作用[19-24]。但關于黑糯玉米硒肥應用研究甚少。也有研究發現，硒與重金屬可能存在交互作用。管文文等[25]在蘇州地區的試驗表明，施用120 kg/hm2硒肥可降低水稻穗部鉻、鎘含量，分別降低約53%、45%；而開建榮等[26]研究發現，外源噴施螯合葉面硒肥提高了糙米鎘、鉻等重金屬含量。

本試驗通過設置葉面噴施不同用量和次數的有機硒肥，探究同時提高黑糯玉米籽粒硒和花青素含量的最佳施用方法，明確有機硒肥對黑糯玉米籽粒鉻和鎘等重金屬元素的影響，以期為黑糯玉米合理施用有機硒肥提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在山西省大同市左云縣山西農業大學試驗田（44°13?N，112°55?E）進行。該地地處塞北高原，屬北溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫6.1 ℃，年均日照時數2 760 h，年平均降雨量399 mm，無霜期125 d。供試土壤pH值8.0，有機質16.62 g/kg，全氮0.79 g/kg，硝態氮15.07 mg/kg，有效磷5.65 mg/kg，速效鉀101.12 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為黑甜糯632。硒肥為水溶性硒肥（SETEK-BF-003），有效成分為氨基酸螯合態硒，其中，硒含量≥2 000 mg/L，氨基酸≥100 g/L，含有促吸收輔料，由蘇州硒谷科技有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗采用二因素完全隨機區組設計，設3個施硒水平，即Se1、Se2、Se3，用量分別為1.5、3.0、6.0 g/hm2；2 個噴硒次數（1、2 次），其中，噴施1 次于玉米吐絲期進行，2 次分別在吐絲期和之后7 d 進行，每次噴硒量為相應硒用量的1/2；另以噴施等體積（450 L/hm2）清水為對照，共7 個處理，重復3 次，總計21個小區，每個小區面積67 m2。噴施時，選擇晴朗無風的傍晚，用手持壓縮噴霧器均勻噴在葉片表面。噴施1次時，硒用量分別為1.5、3.0、6.0 g/hm2的處理分別以Se1-1、Se2-1、Se3-1表示，噴施2次分別以 Se1-2、Se2-2、Se3-2 表示。田間玉米播種量為14.2 kg/hm2，行距50 cm，株距45 cm，待玉米出苗后進行間苗。生育期病、蟲、草害管理與當地農戶相同。

1.4 測定項目及方法

玉米播前，移除地表覆蓋物，用不銹鋼土鉆以5 點混合法采集0～20 cm 土層土壤，去除石礫、植物殘根等雜物，用自封袋密封帶回實驗室，四分法取樣，部分存于4 ℃冰箱，備測土壤硝態氮；部分風干后通過1 mm 尼龍網篩，用于測定土壤pH、有效磷和速效鉀，另取小部分土樣，磨至全部通過0.25 mm網篩，用于土壤有機質和全氮的測定。

收獲前2 d 采集玉米植株樣品，在各小區隨機選擇10 株玉米果穗，去掉苞葉、手工脫粒，脫粒后一部分在60 ℃烘箱中烘干，再進行粉碎，存于塑封袋中，用于花青素含量的測定。另取一部分籽粒，用自來水和去離子水分別清洗3遍，去除塵土等污染，60 ℃烘箱中烘至恒質量，再粉碎，密封于自封袋中，用于測定籽粒硒、鐵、錳、銅、鋅、鐵、鎘、鉻等元素含量。

土壤pH值用2.5∶1水土比浸提，pH計測定；硝態氮用CaCl2浸提，AA3流動分析儀測定；有效磷用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀用乙酸銨溶液浸提，火焰光度計測定；有機質用重鉻酸鉀容量法測定；全氮用凱氏定氮法測定[27]。

花青素含量采用pH示差法[28]測定。稱取1 g黑糯玉米粉干樣，將提取液（95%乙醇4 mL、0.1 mol/L檸檬酸1 mL、蒸餾水7 mL 為溶劑；料液比1∶12）和30 mg/g纖維素酶一并加入50 mL小燒杯內，混合浸泡，置于40 ℃超聲波清洗器中提取20 min，提取液在8 000 r/min 離心10 min，取上清液經濾紙過濾后，采用UV-5500 紫外可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）測吸光度，根據吸光度計算得出花青素含量。

硒及礦質元素采用電感耦合等離子體-質譜法（ICP-MS）[29]測定。稱取粉碎黑糯玉米0.300 0 g 于消化管中，加入 8 mL 混酸（6 mL 硝酸+2 mL 雙氧水），蓋上消化管蓋子過夜。次日將消化管放于消化爐上加熱至溶液變為澄清透明且剩余體積為2 mL 左右，取下。冷卻后轉移至10 mL 容量瓶中，用去離子水定容，混勻，然后用0.22 nm濾膜過濾于5 mL離心管中，ICP-MS測定分析。

1.5 數據處理及分析

采用Excel 2010 和SAS 9.4 軟件處理數據和圖表制作，采用二因素隨機區組設計的方差分析檢驗施硒量、噴硒次數效應以及二者的交互作用（ANOVA），相關性分析處理變量間關系。多重比較采用LSD（Least Significant Difference）法，顯著性水平為5%。

2 結果與分析

2.1 葉面有機硒肥對黑糯玉米籽粒花青素含量的影響

由圖1可知，施硒量和噴施次數均可增加黑糯玉米籽粒花青素含量。同一噴硒次數，隨著施硒量的增加，籽粒花青素含量逐漸降低，且施硒量為1.5 g/hm2時，花青素含量最高，達0.50 mg/g。同一施硒量，噴施2 次的花青素含量明顯高于1 次，且施硒量為1.5 g/hm2時，噴施2次的花青素含量達0.53 mg/g，高于其他處理。說明試驗條件下，施硒量為1.5 g/hm2且分2次噴施，利于提高黑糯玉米籽粒花青素含量。

2.2 葉面有機硒肥對黑糯玉米籽粒硒含量的影響

從圖2可以看出，施硒量和噴施次數也可增加玉米籽粒硒含量。噴施次數相同時，籽粒硒含量隨施硒量的增加呈先升高后降低趨勢，且施硒量為3.0 g/hm2時，籽粒硒含量最高，達0.21 mg/kg。施硒量相同時，噴施2次的籽粒硒含量高于噴施1次，且施硒量為3.0 g/hm2時，噴施2 次的硒含量最高，達0.24 mg/kg。說明試驗條件下，施硒量為3.0 g/hm2、噴施2次更有利于改善玉米籽粒硒營養。

2.3 葉面有機硒肥對黑糯玉米籽粒微量營養元素的影響

玉米籽粒微量元素含量變化因施硒量和噴施次數而異（表1）。對于鐵、鋅、錳而言，噴施1次下，雖然籽粒鐵、鋅、錳含量隨施硒量的增加有降低趨勢，但鋅、錳含量均明顯高于對照，而鐵差異不顯著；噴施2 次，籽粒鐵、鋅、錳均有上升趨勢，且施硒量為6.0 g/hm2時達最高值，分別較對照提高39%、35%、27%。對于銅而言，噴施有機硒肥降低籽粒銅含量，噴施1 次，籽粒銅含量隨施硒量增加而降低，但噴施2次，籽粒銅含量先降低后增加，施硒量6.0 g/hm2的籽粒銅含量達最高。說明施硒量為6.0 g/hm2、噴施2次更利于綜合改善黑糯玉米籽粒鐵、鋅、錳、銅營養。

表1 施硒量和噴施次數對黑糯玉米籽粒鐵、鋅、錳、銅含量的影響Tab.1 Effects of selenium application amount and spraying times on the contents of iron，zinc，manganese and copper in black waxy maize grain mg/kg

2.4 葉面有機硒肥對黑糯玉米籽粒鉻和鎘含量的影響

由圖3 可知，隨施硒量和噴施次數增加，黑糯玉米籽粒鎘含量降低，但噴施1 次和噴施2 次下鉻含量隨施硒量增加變化不同。噴施1次，鉻含量隨施硒量的增加而降低，施硒量6.0 g/hm2時，籽粒鉻含量最低，為0.63 mg/kg，噴施2 次，鉻含量隨施硒量的增加先降低后增加，施硒量為3.0 g/hm2籽粒鉻含量最低，為0.49 mg/kg。相同噴施次數下，鎘含量隨施硒量的增加而降低，且施硒量6.0 g/hm2鎘含量最低，均為0.014 mg/kg。同一施硒量下，噴施2 次較噴施1 次鉻和鎘含量均降低，且施硒量為3.0 g/hm2時差異顯著。說明噴施2 次可以更有效地抑制玉米籽粒鉻、鎘的累積，且施硒量3.0 g/hm2分2次噴施更利于降低玉米籽粒鉻含量，施硒量6.0 g/hm2分2 次噴施更利于降低玉米籽粒鎘含量。總之，合理的施硒量和噴施次數可抑制黑糯玉米籽粒鉻和鎘的積累。

2.5 硒含量與花青素、微量營養元素和鉻、鎘的相關性分析

葉面噴施有機肥條件下，玉米籽粒硒含量與籽粒銅、鉻含量呈顯著或者極顯著負相關（表2）。因此，黑糯玉米籽粒硒可對銅、鉻起拮抗作用，而與籽粒花青素、鐵、鋅、錳、鎘無線性關系。

表2 黑糯玉米籽粒硒含量與花青素、微量元素及鉻、鎘的相關性Tab.2 Correlation of selenium content with anthocyanin，micronutrients，chromium and cadmium in black waxy maize grain

3 討論

3.1 外源噴硒對黑糯玉米籽粒花青素含量的影響

本研究發現，外源噴硒提高了玉米籽粒花青素含量，但隨施硒量增加，籽粒花青素含量呈降低趨勢，噴硒2 次籽粒花青素含量顯著高于噴施1 次。劉丹丹[30]在紫色生菜的研究也發現，生菜花青素含量隨亞硒酸鈉濃度增加呈先升高再降低，究其原因，主要是因為噴高濃度硒在一定程度上會抑制F3H（黃烷酮3-羥化酶）和UFGT（類黃酮糖基轉移酶）基因表達，從而減少花青素的合成。郭函[31]也研究發現，亞硒酸鈉噴施質量濃度由250 mg/L增至750 mg/L時，各小麥品種籽粒花青素含量先增加后降低，主要由于低濃度亞硒酸鈉提高了花青素結構基因和合成相關酶基因表達量，而高濃度時表達量相對較低。說明，噴硒確實可以影響玉米籽粒花青素的積累，但是花青素含量卻與施硒量不呈單一線性關系，確定適宜施硒量至關重要。

3.2 外源噴硒對黑糯玉米籽粒硒含量的影響

本研究發現，外源噴施有機硒肥可明顯提高玉米籽粒硒含量，隨施硒量增加，籽粒硒含量先增加后降低，同時噴施2次比噴施1次硒含量高，且施硒量 3.0 g/hm2、噴施 2 次，達最高值 0.24 mg/kg。殷金巖等[32]盆栽試驗（土壤硒含量為0.158 mg/kg）表明，隨施硒量增加，馬鈴薯總硒含量呈先增加后降低趨勢。究其原因，可能是因為施硒雖然可以提高作物硒含量，但由于產量增加，致使作物中硒被“稀釋”，所謂的“稀釋效應”[33]。山西省中部[34]，玉米籽粒硒含量隨施硒量的增加而增加，但是當施硒量達120 g/hm2時，籽粒硒含量已經超過了富硒標準。說明，本試驗施硒量3.0 g/hm2、噴施2次不僅達到了本試驗玉米籽粒的最高硒含量，還在國家食品安全標準值范圍內，“稀釋效應”是否是導致籽粒硒含量隨施硒量增加先增加后降低的原因，還有待進一步驗證。

3.3 外源噴硒對黑糯玉米籽粒微量營養元素及鉻、鎘的影響

本研究表明，外源噴施有機硒肥，隨施硒量的增加玉米籽粒鐵、鋅、錳、銅含量有不同的變化趨勢，但與噴施清水相比，施硒量6.0 g/hm2且噴施2次，可以同時提高籽粒鐵、鋅、錳含量，均衡營養；外源噴施有機硒肥還可以降低籽粒鉻和鎘含量。不同的硒肥試驗，作物鐵、錳、銅、鋅含量的變化也有所不同，土壤全硒含量為28μg/kg的內蒙古地區試驗發現[35]，施用硒酸鈉提高了燕麥籽粒銅含量，但卻降低了籽粒鐵、錳含量，而東北地區（土壤全硒含量0.23 mg/kg）試驗發現[36]，施用適宜硒礦粉可促進玉米籽粒對鐵、鋅、錳、銅的積累；還有試驗表明[37]，葉面噴施亞硒酸鈉，提高了玉米籽粒錳含量，降低了籽粒銅含量，但對鐵、錳含量沒有影響，因為鐵、錳、鋅、銅等微量元素相互之間的關系復雜，受影響較多，各試驗結果也有差異。黃麗美等[37]在缺硒地區研究發現，葉面噴施亞硒酸鈉，隨著施硒量的增加，玉米籽粒中鎘等重金屬元素含量顯著下降。在陜西省土壤硒含量68μg/kg的土壤上，噴施硒肥可以顯著改善葡萄果實的營養品質，減少葡萄果實鉻和鎘等重金屬的積累[17]。有試驗表明，硒和鎘之間確實存在拮抗作用，較不施硒、低硒（0.5 mg/kg Na2SeO3）和高硒處理（2.0 mg/kg Na2SeO3）可以減少水稻地上部鎘的積累，緩解水稻鎘脅迫[38]。但在寧夏硒含量為0.175～0.222 mg/kg的土壤上的研究有不同發現[26]，外源噴硒肥對稻谷、糙米和精米鐵、鋅、錳、銅等營養元素無影響，但提高了糙米鎘和鉻等重金屬的含量，可能是由于各微量元素累積受多種因素影響，但對此方面研究較少，所以，需要進一步進行研究。

4 結論

本試驗結果表明，施用有機硒肥可提高黑糯玉米籽粒花青素和硒含量，噴施2次的效果優于噴施1次，施硒量1.5 g/hm2的玉米籽粒花青素含量最高，而施硒量3.0 g/hm2時，籽粒硒含量最高。噴施2次，隨施硒量增加，籽粒鐵、銅含量先降低后增加，鋅、錳逐步增加，施硒量6.0 g/hm2時，籽粒鐵、鋅、錳含量最高。噴施有機硒肥可降低黑糯玉米籽粒鉻和鎘含量，噴施2次，施硒量3.0 g/hm2的玉米籽粒鉻含量最低，施硒量6.0 g/hm2籽粒鎘含量最低。綜上所述，本試驗有機硒肥施用量為1.5～3.0 g/hm2，噴施2次不僅可以有效提高黑糯玉米籽粒花青素和硒含量，還可降低鉻含量，施硒量為6.0 g/hm2、噴施2 次可更有效地提高玉米籽粒鐵、鋅、錳含量，降低籽粒鎘含量。