生物有機硒對水稻農藝經濟性狀及硒吸收分配的影響

鄭威 萬晟杰 龍小玲 蔡端午 劉金龍

[摘要]在施硒量和施用時期相同條件下，設置不同施用濃度處理進行田間小區試驗。結果表明，不同處理對水稻植株生長發育沒有影響;不同處理對水稻經濟形狀有影響，施硒處理提高每穗實粒數、結實率、千粒重，從而提高產量，產量順序為Se4>Se3>Se2>Se1>Se0;不同處理對稻米的整精米率有較大影響，施硒處理提高稻米的整精米率，Se3、 Se4處理的整精米率分別為65%和64%，顯著高于對照;水稻吸收硒的總體規律是葉片>莖稈>稻米，不同處理葉片、莖稈、稻米中硒含量均以Se3處理最高，施硒處理稻米硒含量（總硒和有機硒）、有機硒占總硒的比例均穩定達到湖北省食品安全地方標準《富有機硒食品硒含量要求》（DBS42/002-2014）;施硒處理水稻植株對硒的利用率較高，為51.26%～64.12%，均超過50%。

[關鍵詞]生物有機硒;水稻;農藝經濟性狀;吸收分配

[中圖分類號]S511 [文獻標識碼]B

水稻是世界第二大糧食作物，播種面積和總產量僅次于小麥。我國水稻播種面積占糧食作物播種面積的30%左右，而稻谷總產量占糧食總產量的40%以上，播種面積和總產量均居糧食作物之首。我國約有65%的人口以稻米為主食。稻米的營養成分80%左右是淀粉，但淀粉顆粒極小，易于被人體吸收利用，7%左右的蛋白質，2%左右的脂肪，其他營養成分如纖維素、礦物質及維生素B群等均含量豐富，且粗纖維少，不含膽固醇。稻米中營養成分可消化率和吸收率均較高，特別是蛋白質含量雖少，但易于被人體吸收利用的蛋白質較多，且含有豐富的賴氨酸和蘇氨酸。隨著社會的發展和人們生活水平的提高，人們已經從吃飽轉向吃好，現在正向吃安全、吃健康轉變。發展富硒產業正是順應這一歷史潮流，可以滿足人們日益增長的美好生活的需要。稻米是人們日常補硒的理想載體，富硒稻米是人們最便捷、最大眾化的補硒產品，發展優質綠色安全的富硒稻米產業對促進農業供給側結構性改革，實施鄉村振興戰略，改善人們的日常膳食結構，促進全民健康具有重要作用和積極意義。

硒是人體必需的微量營養元素。硒是動物和人體谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px） 的組成成分及酶家族活性部位的輔基， 具有防癌抗癌、保護心腦血管、保肝護肝、保護眼睛、解毒排毒抗重金屬、抗氧化、提高免疫力、延緩衰老和增強生殖功能等多種作用，可預防克山病、大骨節病、心血管病、癌癥、糖尿病等40多種疾病。我國72% 地區處于缺硒、低硒帶，在低硒土壤中生產出的食物往往硒含量較低，而膳食中硒攝入量的不足嚴重影響著人們的身體健康。因此僅靠天然食物中的硒難以滿足人體的正常需要，人體處于低硒、缺硒狀態已嚴重威脅著人們的身體健康并造成潛在的危害。中國近2/3的人缺硒或處于缺硒邊緣。中國營養學會推薦硒的日攝入量不能低于60 μg，正常成人日攝入硒的安全和合適范圍為60～250 μg，2017年國家衛計委制定標準，推薦硒日最高安全攝入量為400 μg。

自然界中存在的硒元素分為化學硒和生物硒兩種。化學硒一般指無機硒（亞硒酸鈉和硒酸鈉）和人工合成的有機硒化物以及化學納米硒;生物硒是通過生物轉化使硒與生物體內有機物質結合而成，一般以硒蛋白、硒多肽、硒氨基酸、硒多糖、硒核酸等形式存在或者通過富硒微生物轉化而來的生物納米硒。化學硒的毒性很強且吸收率低，與化學硒相比，生物硒具有使用安全、無毒副作用、吸收利用率高、營養價值高等優點，是補硒的首選。微生物富硒發酵是利用生物資源對硒開發的一項重要課題，具有廣闊的前景。硒蛋白、硒多肽、硒氨基酸、硒多糖、硒核酸都是易于動植物吸收的優良補硒劑，具有良好的藥理及保健作用。

目前有機硒的獲得包括微生物轉化法、植物轉化法和動物轉化法等。微生物轉化法中較多的是利用酵母和乳酸菌，但這種微生物將無機硒轉化成生物硒的轉化效率不高，最高只有30%，至少殘存70%的無機硒，而利用其他富硒微生物進行生物硒高效轉化已有成功研究。在缺硒和低硒地區通過提高作物中硒的含量是改善人體硒營養的有效途徑，而在富硒區，僅僅依靠土壤中的硒則農產品的硒含量很難達到標準，必須依靠生物富硒強化，即通過生物轉化來獲得有機硒含量較高的農產品，但目前生產上多用亞硒酸鈉根外噴施來獲得富硒農產品，不僅硒的利用率不高，而且對作物和人體有害，對土壤和水體形成二次污染。因此，本研究通過在水稻上施用微生物轉化而來的生物有機硒，進而在優質綠色安全的基礎上，生產出精準達到湖北省食品安全地方標準《富有機硒食品硒含量要求》（DBS42/002-2014）且有機硒含量高的稻米提供依據。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗基本情況

試驗于2016年在湖北省英山縣紅山鎮葉坊村九組葉柏華責任田進行，土壤不含硒。供試品種為鄂中5號，大田用種量2kg。4月21日播種，播種后20d在秧田每667m2施尿素10kg提苗;5月23日移栽，株行距為16.5cm×26.4cm（5寸×8寸），雙本插，東西行向，大田底施16-10-10復合肥50kg /667m2，移栽后7d再施16-10-10復合肥5kg/667m2。其他管理同一般大田。

1.2? ? 試驗設計

試驗用生物有機硒制劑為湖北省農科院富硒研究團隊自主研發的專利產品（專利號 201610338121.6），試驗設0（Se0，對照）、10 mg/L（Se1）、20 mg/L（Se2）、30 mg/L（Se3）、40 mg/L（Se4）5個施硒濃度（以Se計），3次重復，共15個小區，小區面積20m2（4m×5m）。每小區施用生物有機硒制劑9mL（生物有機硒制劑硒含量5000 mg/L， 以Se計），即每小區施硒（以Se計）45mg，折合每667m2施用生物有機硒制劑300mL，施硒（以Se計）1.5g，于8月18日灌漿初期葉面噴施1次。

1.3? ? 取樣分析

9月15日田間取樣，每小區5點取樣，每點取3兜，共計15兜。統計每667m2有效穗數，每小區從15兜中隨機選取10穗進行考種。9月16日收獲，每小區單收單脫，統計小區實收產量，計算每667m2產量。不同處理3個重復小區每小區隨機選取1/2樣品混合，將籽粒、葉片和莖稈分開，送國家硒產品質量監督檢驗中心檢測水稻植株不同部位硒含量，另1/2樣品將籽粒脫下，利用小型加工機加工成精米，統計整精米率。利用SAS v9.4分析不同處理差異顯著性。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 不同處理對水稻農藝性狀的影響

2.1.1? ? 不同處理對水稻株高和單位面積有效穗數的影響。不同處理株高和每667m2有效穗數見表1。表1結果表明，不同處理株高和每667m2有效穗數沒有差異，這是因為施硒時水稻生長發育已經完成，株高和單位面積有效穗數已經形成，因此施硒不構成對株高和單位面積有效穗數的影響。

2.1.2? ? 不同處理對水稻結實性狀的影響。不同處理對水稻每穗總粒數、每穗實粒數、結實率等結實性狀的影響見表2。表2結果表明，4個施硒處理在每穗總粒數、每穗實粒數上均比對照高，以噴施

濃度為30mg/L最高，與對照以及噴施濃度為10、20mg/L的處理差異顯著，與噴施濃度為40mg/L的處理差異不顯著，結實率也以噴施濃度為30mg/L最高，但處理之間差異不顯著。

2.1.3? ? 不同處理對水稻千粒重的影響。不同處理對水稻千粒重的影響見表3。表3結果表明，以噴施濃度為40mg/L的處理千粒重最高，與對照及噴施濃度為10mg/L的處理間差異顯著，與其他處理之間差異不顯著。

2.2? ? 不同處理對水稻產量性狀的影響

不同處理對水稻產量性狀的影響見表4。表4結果表明，施硒處理小區實收產量均比對照高，以噴施濃度為40mg/L的處理最高，小區產量為18.67kg，比對照的16.83kg增產10.9%，差異達顯著水平，其次為噴施濃度為30mg/L的處理，小區產量為17.83kg，比對照的16.83kg增產5.9%，達顯著差異。

2.3? ? 不同處理對水稻整精米率的影響

不同產量對水稻整精米率的影響見表5。從表5可以看出，施硒處理提高水稻整精米率1～5個百分點，以噴施濃度為30mg/L的處理最高，整精米率達到65%，與對照處理差異顯著。

2.4? ? 不同處理對水稻吸收和分配硒的影響

試驗結果（表6）表明，水稻吸收硒的總體規律是葉片>莖稈>稻米，不同處理葉片、莖稈、稻米中硒含量均以噴施濃度為30mg/L的處理最高。葉片硒含量噴施濃度為20、30、40mg/L的處理顯著高于噴施濃度為10mg/L的處理和對照處理，噴施濃度為20、30、40mg/L的處理之間差異不顯著;莖稈硒含量施硒處理顯著高于對照，但施硒處理之間差異不顯著;稻米硒含量（總硒和有機硒）施硒處理均顯著高于對照，穩定達到湖北省食品安全地方標準《富有機硒食品硒含量要求》（DBS42/002-2014）（稻米總硒0.2～0.5mg/kg，有機硒占比≥ 80%），噴施濃度為30、40mg/L的處理總硒含量接近標準上限而不超標準上限，有機硒占比分別為83.6%和84.9%，且顯著高于噴施濃度為10、20mg/L的處理，噴施濃度為30、40mg/L的處理之間、噴施濃度為10、20mg/L的處理之間差異不顯著，有機硒占總硒的比例施硒處理均超過80%，但差異不顯著，說明有機硒占比非常穩定;施硒處理水稻植株硒利用率為51.26%～64.12%，說明水稻植株對硒的利用率在50%以上，利用率非常高。

3? ? 結論與討論

3.1? ? 結論

在施硒量和施用時期相同條件下，設置不同施用濃度處理進行田間小區試驗，得到如下結論：

（1）不同處理對水稻植株生長發育沒有影響，這是因為施硒時期在灌漿初期，此時水稻生長發育已經完成，施硒對水稻生長發育沒有構成影響，并不代表硒對水稻生長發育沒有影響。

（2）不同處理對水稻經濟形狀有影響，施硒處理提高每穗實粒數、結實率、千粒重，從而提高產量，產量順序為Se4>Se3>Se2>Se1>Se0。

（3）不同處理對稻米的整精米率有較大影響，施硒處理提高稻米的整精米率，Se3、 Se4處理的整精米率分別為65%和64%，顯著高于對照。

（4）水稻吸收硒的總體規律是葉片>莖稈>稻米，與前人的研究結果相同。不同處理葉片、莖稈、稻米中硒含量均以Se3處理最高。施硒處理稻米硒含量（總硒和有機硒）、有機硒占總硒的比例均穩定達到湖北省食品安全地方標準《富有機硒食品硒含量要求》（DBS42/002-2014）。

（5）施硒處理水稻植株對硒的利用率較高，為51.26%～64.12%，均超過50%。

3.2? ? 討論

（1）目前生產上大多施用無機硒、化學合成的硒化物以及硒礦粉進行生物外源強化，這類硒本質上是一種有毒有害的化學投入品，存在很大風險，例如，安全性低，形成二次污染，作物利用率低，使用量大，產品硒含量不達標，特別是有機硒含量低。在國家日益加強農產品安全和農產品生產環境治理的大背景下，應大力提倡安全、高效、無污染的生物有機硒的使用。

（2）要在優質綠色的基礎上開展富硒農產品的生產。在水稻上應選用優質常規稻品種，在產地環境、生產過程、產品質量上執行綠色食品標準，在硒的使用上要形成標準化、規范化，選擇生物有機硒作為硒源，掌握最佳用量、最佳濃度、最佳方式、最佳時期，能夠精準達標。

（3）研究表明，生物有機硒的施用對水稻經濟性狀、產量性狀和品質性狀有一定作用，與黃太慶等研究結果不盡相同，與黃太慶等選用的硒源為無機類的亞硒酸鈉有關。

（4）富硒農產品生產首要考察的性狀為可食部分的硒含量，特別是有機硒含量，因為只有作物主導吸收硒并轉化為自身的營養物質才有較高含量的有機硒，Zhang L H， et al的研究表明，只有根部存在一定量的硒代蛋氨酸，才能通過硝酸鹽轉運蛋白NRT1.1B向籽粒轉運，葉片也是一樣，因此外源生物有機硒對提高稻米等農產品的硒含量，特別是有機硒的含量至關重要。不能夸大硒對作物農藝經濟性狀及品質性狀的作用從而掩蓋硒含量，特別是有機硒含量不達標的問題。根據本研究結果綜合分析，利用生物有機硒進行水稻外源生物強化，推薦每667m2使用量為300mL（以Se計的使用量為1.5g），施用濃度為30～50mg/L，在水稻灌漿初期葉面噴施1次。

[參考文獻]

[1] 章家恩.我國水稻安全生產存在的問題及對策探討[J].北方水稻，2007（4）：1-7.

[2] 楊月欣，王光亞，潘興昌.中國食物成分表（第1冊）（第2版）[M].北京：北京大學醫學出版社，2009.

[3] ROTRUCK J T，POPE A L，GANTHER H E，et al. Selenium： Biochemical role as a component of glutathione peroxidase[J].Science，1973，179：588-590.

[4] CHANG W C，CHEN S H，WU L F，et al. Cytoprotective effect of reduced glutathione in arsenical- induced endothelial cell injury[J].Toxicology，1991，69（1）：101-110.

[5] 徐厚恩.衛生毒理學基礎[M].北京：北京醫科大學，中國協和醫科大學聯合出版社，1991.

[6] WHANGER P D. Chi·na， a country with both selenium deficiency and toxicity： Some thoughts and impressions[J].Nutr，1989，119：1236-1239.

[7] 徐兵河，孫燕.微量元素硒的防癌抗癌作用[J].中國新藥雜志。1998。7（3）：176-179.

[8] HATFIELD D L，BERRY M J，GLADYSHEV V N. Selenium： Its Molecular Biology and Role in Human Health[M].2nd ed.New York：Springer Science+Business Media，LLC，2006.

[9] 中國科學院地理研究所環境與地方病研究組.我國低硒帶與克山病、大骨節病病因關系的研究[J].環境科學，1986，7（4）：89-93.

[10] 黃開勛，徐輝碧.硒的化學、生物化學及其在生命科學中的應用（第二版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.

[11] 夏弈明.中國人體硒營養研究回顧[J].營養學報，2011，33（4）：329-334.

[12] 夏弈明，HILLKE，李平，等.中國成人硒需要量研究[J].營養學報，2011，33（2）：109-113.

[13] 葛可佑.中國營養科學全書[M].北京：人民衛生出版社，2004.

[14] WS/T578.3-2017.中國居民膳食營養素參考攝入量第3部分：微量元素[S].

[15] 李華為，趙素云.硒多糖的抗氧化活性及與過氧化氫酶協同作用的研究[J].分析化學，2010，9（38）：1256-1260.

[16] 劉瓊，姜亮.硒蛋白的分子生物學及與疾病的關系[J].化學進展，2009，15（15）：819-830.

[17] 王新風，陶剛琴，陳媛媛.富硒酵母的培養和硒核酸提取的研究[J].中國食品學報，2006，6（6）：52-57.

[18] 中國富硒農業產業技術創新聯盟.中國富硒農業發展藍皮書（2017）[M].北京：中國農業科學技術出版社，2017.

[19] 王世平，周玉巖，滕冰，等.酵母中有機硒轉化的研究[J].東北農業大學學報，1997，28（4）：378-383.

[20] KULP T R，PRATT L M.Speciation and weathering of selenium in Upper Cretaceous chalk and shale from South Dakota and Wyoming，USA[J].Geochemical Et Cosmo chemical Acta，2004，68（18）：3687-3701.

[21] 鄭威，張再起，廖黎娟，等.一株生產有機硒菌的篩選鑒定及有機硒轉化能力測定[J].湖北農業科學，2016，55（24）：6389-6394.

[22] VARO P，ALFTHAN G，EKHOLM P，et al.Selenium intake and serum selenium in Finland： Effects of soil fertilization with selenium[J].Am J Clin Nutr，1988，48（2）： 324–329.

[23] 張元培，胡曉明，吳穎，等.湖北省天門市農作物種植區土壤中硒富集影響因素[J].資源環境與工程，2015，29（6）：822-824.

[24] 黃太慶，江澤普，邢穎，等.水稻對外源硒的吸收利用研究[J].農業資源與環境學報，2017，34（5）：449-455.

[25] ZHANG L H，HU B，DENG K，et al. NRT1.1B improves selenium concentrations in rice grains by facilitating selenomethinone translocation[J].Plant Biotechnology Journal，doi： 10.1111/pbi.13037.