葉面噴施硒肥對(duì)小麥籽粒及面粉硒含量的影響

張平平 馬鴻翔 姚金保 張 鵬

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210014)

硒(selenium，Se)是人體和動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素[1-3]，通常在飲食中含量極低，難以滿足健康生理所需，很多國(guó)家和地區(qū)都面臨缺硒引發(fā)的問(wèn)題[4-5]。小麥作為人類最主要的糧食作物之一，其含有的硒在人體中表現(xiàn)出較高的吸收利用率，因此提高小麥硒含量有助于改善人們對(duì)硒的攝入量[4,6-8]。小麥基因型間硒含量存在差異，具有遺傳改良的潛力[9-10]，但小麥生長(zhǎng)環(huán)境，尤其是土壤硒含量對(duì)小麥硒含量的影響更大[4,11-14]。研究表明，小麥對(duì)硒具有較高的吸收積累和生物轉(zhuǎn)化能力，通過(guò)農(nóng)藝措施能夠顯著提高小麥籽粒的硒含量[13,15-17]。硒在小麥籽粒中主要以無(wú)機(jī)硒(如硒酸和亞硒酸)和有機(jī)硒(多與氨基酸螯合形成硒代氨基酸，如硒代蛋氨酸[18])的形式存在，有機(jī)硒較無(wú)機(jī)硒有更高的生物利用率[8]。Galinha等[5]和Hart等[15]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，施用硒肥后小麥籽粒中的有機(jī)硒含量超過(guò)50%，且主要以硒代蛋氨酸形式存在。制粉對(duì)面粉硒含量的影響也較大[10, 19-21]，各部分硒含量整體表現(xiàn)為胚>麩皮>胚乳[5,15, 22-24]。硒肥在改變小麥籽粒硒含量的同時(shí)，也會(huì)對(duì)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響。研究表明，低劑量的硒肥能夠在非生物脅迫下維持小麥的正常生理代謝，提高抗氧化能力，進(jìn)而穩(wěn)定或增加小麥產(chǎn)量[3，25]；而高劑量的硒肥可能會(huì)抑制生長(zhǎng)或拮抗其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[6]。因此，進(jìn)一步探討農(nóng)藝措施對(duì)小麥總硒、有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量的影響，研究制粉對(duì)硒分布的影響，對(duì)富硒小麥的生產(chǎn)及加工具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2016-2017年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地進(jìn)行，該基地屬于典型的稻麥輪作區(qū)域，前茬水稻，播前20 cm土層肥力水平為水解氮93.7 mg·kg-1、速效磷40.5 mg·kg-1、速效鉀85.7 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)含量14.4 g·kg-1、總硒含量0.164 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以品種為主區(qū)，選用4個(gè)紅皮冬小麥品種，分別為寧麥13、寧麥17、寧麥20和生選6號(hào)；以噴施葉面硒肥為副區(qū)，每個(gè)品種設(shè)對(duì)照(CK，噴施清水)和噴施葉面硒肥2種處理。噴施方法：于小麥拔節(jié)期(2017年3月16日)和抽穗期(2017年3月30日)2次等量噴施0.017%亞硒酸鈉水溶液，噴施量為750 kg·hm-2。3次重復(fù)，小區(qū)面積13.34 m2，5 m行長(zhǎng)，每小區(qū)10行。各品種的其他栽培管理?xiàng)l件一致，基本苗為2.25×106hm-2，N、P2O5和K2O的施用量分別為225、112和112 kg·hm-2，其中N肥基追比為5(基肥)∶2(分蘗肥)∶3(拔節(jié)肥)。成熟期按小區(qū)收獲種子并過(guò)篩清理雜質(zhì)和破損粒。

1.3 硒含量測(cè)定

每個(gè)小區(qū)取3.5 kg籽粒樣本，清潔3次后攤平曬干備用。每個(gè)小區(qū)的籽粒樣本取200 g，經(jīng)FOSS Cyclotec 1093實(shí)驗(yàn)?zāi)?FOSS，瑞典)磨粉并充分混勻、過(guò)篩，獲得全麥粉樣本。采用Perten SKCS 4100單籽粒硬度儀(Perten，美國(guó))測(cè)定籽粒硬度，根據(jù)硬度將樣本分為兩類：硬質(zhì)類型為寧麥13和寧麥17；軟質(zhì)類型為寧麥20和生選6號(hào)。硬質(zhì)、軟質(zhì)樣本分別于室溫潤(rùn)麥18 h至含水量為16.0%和14.0%，參照AACC 26-21A的方法[26]，使用布勒MLU 202實(shí)驗(yàn)?zāi)?Bühler，德國(guó))制粉。每個(gè)小區(qū)的籽粒樣本經(jīng)制粉后分離為皮磨粉、心磨粉、小麩和大麩四部分。皮磨粉和心磨粉分別充分混勻后得皮磨粉樣本和心磨粉樣本。分別取50%的皮磨粉樣本和50%心磨粉樣本，混合均勻后得統(tǒng)粉樣本。小麩和大麩分別充分混勻后，經(jīng)四分法各取200 g，再經(jīng)FOSS Cyclotec 1093實(shí)驗(yàn)?zāi)シ謩e磨制和混勻后得小麩和大麩樣本。取全麥粉、小麩、大麩、皮磨、心磨和統(tǒng)粉樣本各50 g，70℃烘干至恒重，置于干燥器中備用。

參照GB 5009.93-2017[27]的方法：準(zhǔn)確稱取1.000 g粉樣，經(jīng)HNO3∶HClO4(9∶1)消化后定容至50 mL，采用氫化物原子熒光光譜法測(cè)定總硒含量。參照DB3301/T 117-2007[28]的方法：稱取2.5 g粉樣，經(jīng)20 mL 6 mol·L-1鹽酸溶解，70℃恒溫水浴振蕩浸提2 h并定容至25 mL，過(guò)濾。取12.5 mL濾液沸水浴20 min，冷卻后依次加入2.5 mL鐵氰化鉀溶液和3滴正辛醇，加水定容至25 mL，采用氫化物原子熒光光譜法測(cè)定無(wú)機(jī)硒含量。有機(jī)硒含量=總硒含量-無(wú)機(jī)硒含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SAS 1997軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、基本統(tǒng)計(jì)量分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施硒肥對(duì)小麥籽粒硒含量的影響

由表1可知，4個(gè)品種小麥中對(duì)照組的總硒含量都較低，為0.058 0～0.075 0 mg·kg-1。葉面噴硒處理顯著提高了籽粒的總硒含量，達(dá)1.810 4～2.515 5 mg·kg-1，是對(duì)照組的26.4～35.8倍。對(duì)照組中有機(jī)硒的比例高于無(wú)機(jī)硒，占比為53.3%～68.1%；而噴硒處理中有機(jī)硒的比例較低，占比為40.6%～46.2%。在對(duì)照和硒肥處理樣本中寧麥20的有機(jī)硒占比均為最高。

表1 葉面噴施硒肥處理對(duì)小麥籽粒硒含量的影響Table 1 Effect of Se foliar spray on the kernel Se content of common wheat /(mg·kg-1)

注：不同小寫(xiě)字母表示同一品種對(duì)照和噴硒處理間差異顯著(P<0.05)。
Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level between the control and the Se foliar spray kernel sample for each tested variety.

2.2 葉面噴硒對(duì)粉路產(chǎn)率及統(tǒng)粉總硒損失率的影響

小麥各粉路產(chǎn)率與相應(yīng)粉路的硒含量和硒損失率有關(guān)。由表2可知，各處理不同品種間小麥粉路產(chǎn)率差異較大，寧麥13和寧麥17的統(tǒng)粉產(chǎn)率高于寧麥20和生選6號(hào)，但皮磨粉、小麩和大麩產(chǎn)率相反。此外，噴硒處理顯著降低了皮磨粉產(chǎn)率；除寧麥20外，噴硒處理提高了心磨粉產(chǎn)率，但僅在生選6號(hào)中差異顯著；除生選6號(hào)外，噴硒處理增加了小麩產(chǎn)率；噴硒處理還顯著降低了生選6號(hào)的大麩產(chǎn)率，但對(duì)其他3個(gè)品種的影響不顯著。

噴硒處理顯著降低了總硒積累量在統(tǒng)粉中的損失率，4個(gè)小麥品種對(duì)照組中統(tǒng)粉總硒損失率為52.97%～69.28%，而噴硒處理后統(tǒng)粉總硒損失率為36.73%～44.51%。寧麥13和寧麥17的總硒損失率無(wú)論在對(duì)照樣本還是在噴硒處理樣本中均低于寧麥20和生選6號(hào)。

表2 磨粉各粉路產(chǎn)率及統(tǒng)粉總硒損失率Table 2 Percentage of milling fractions and total Se loss in straight flour /%

注：同列不同字母表示樣本間差異顯著(P<0.05)。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference among all samples at 0.05 level.

2.3 葉面噴施硒肥對(duì)小麥粉路硒含量的影響

由圖1可知，從小麩和大麩2個(gè)非面粉粉路看，總硒、有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量在對(duì)照和噴硒處理中整體表現(xiàn)為小麩>大麩，其中，與對(duì)照相比，寧麥20噴硒處理后的無(wú)機(jī)硒含量、生選6號(hào)噴硒后的總硒含量差異不顯著，且小麩中各類硒含量均顯著高于其他粉路。從皮磨粉、心磨粉和統(tǒng)粉3種粉樣看，總硒、有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量在對(duì)照組中均表現(xiàn)為皮磨粉>統(tǒng)粉>心磨粉。寧麥13噴硒處理后皮磨粉的總硒、有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量均顯著高于心磨粉和統(tǒng)粉。寧麥17噴硒處理后皮磨粉的總硒、有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量則低于心磨粉和統(tǒng)粉，其中有機(jī)硒、總硒含量顯著低于心磨粉和統(tǒng)粉。寧麥20和生選6號(hào)噴硒處理后總硒、有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量在皮磨粉、心磨粉和統(tǒng)粉3種粉樣中均無(wú)顯著差異。

2.4 葉面噴施硒肥對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的影響

由表3可知，噴硒處理提高了4個(gè)小麥品種的千粒重，其中寧麥13和寧麥17的千粒重顯著高于對(duì)照。噴硒處理提高了4個(gè)小麥品種的產(chǎn)量，但均未達(dá)顯著水平。此外，噴硒處理對(duì)4個(gè)小麥品種的穗數(shù)和穗粒數(shù)均無(wú)顯著影響。

3 討論

已有研究表明，籽粒硒含量與土壤硒含量和籽粒產(chǎn)量有關(guān)。在一定產(chǎn)量水平下，籽粒硒含量主要依賴于土壤硒含量[11-14,17]，如本研究在田間試驗(yàn)土壤硒含量較低的條件下，對(duì)照(噴施清水)組各小麥品種的籽粒硒含量均較低。而在一定的土壤硒水平下，籽粒硒含量則隨著籽粒產(chǎn)量的變化而變化，如Fan等[29]在Broadbalk小麥試驗(yàn)站160年的定位研究表明，不施肥條件下籽粒硒含量最高。增施硒肥可作為提高小麥硒含量的重要途徑，且籽粒和面粉的硒含量與硒肥施用量呈線性相關(guān)[15-17,30-31]，如本研究葉面噴硒使得各品種籽粒總硒含量提高了26.4～35.8倍。不同小麥品種對(duì)總硒的積累能力不同，Souza等[9]在研究20個(gè)巴西小麥品種時(shí)發(fā)現(xiàn)，施用硒肥后籽粒硒含量差異可達(dá)1.5倍。本研究也得出類似的結(jié)果，生選6號(hào)具有最強(qiáng)的硒積累能力，同時(shí)有機(jī)硒含量也表現(xiàn)最高。本研究在前人分層剝離研究籽粒硒分布的基礎(chǔ)上[15,19]，進(jìn)一步通過(guò)工業(yè)制粉方法探明了總硒、無(wú)機(jī)硒和有機(jī)硒在對(duì)照樣本和噴硒處理樣本中的分布，并探討了品種差異性，發(fā)現(xiàn)包括籽粒硬度在內(nèi)的基因型差異是硒積累能力、籽粒中硒分布的重要因素，應(yīng)在富硒小麥種植和面粉深加工中加以考慮。就噴施硒肥的方法，本研究未采用前人建議的方法[5]，即在拔節(jié)期和灌漿期2次噴施，而是選擇在拔節(jié)期和抽穗期噴施，不僅大幅提高了籽粒的總硒含量，而且避免了灌漿期噴硒可能引起的籽粒無(wú)機(jī)硒污染[32]，表明本試驗(yàn)方法是提高小麥硒含量安全有效的方法。

注：不同字母表示粉路間有機(jī)硒、無(wú)機(jī)硒和總硒含量之間差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level among milling fractions in organic Se, inorganic Se and total Se content.圖1 各粉路有機(jī)硒和無(wú)機(jī)硒含量的比較Fig.1 Comparison of organic and inorganic Se content in milling fractions

噴施硒肥不僅可以改變籽粒的硒含量，還可提高小麥的非生物逆境抗性。Nawaz等[3]研究表明，干旱脅迫下葉面噴硒通過(guò)調(diào)節(jié)小麥的生理和生物化學(xué)代謝途徑，顯著提高了小麥的生物量及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。Iqbal等[25]發(fā)現(xiàn)噴硒還可顯著改善小麥的熱脅迫抗性。但在正常灌水和田間管理?xiàng)l件下，噴硒對(duì)產(chǎn)量性狀無(wú)顯著影響[3，17,30]。本研究試驗(yàn)地點(diǎn)位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，試驗(yàn)點(diǎn)降雨充沛、氣溫適宜，因此噴硒并未顯著影響各品種的籽粒產(chǎn)量，與前期研究結(jié)論相似[33]。

表3 葉面噴施硒肥對(duì)產(chǎn)量性狀的影響Table 3 Effect of Se foliar fertilizer on the kernel yield and yield components

注：不同小寫(xiě)字母表示同一品種對(duì)照和噴硒處理間差異顯著(P<0.05)。
Note:Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level between the control and the Se foliar spray kernel sample for each tested variety.

4 結(jié)論

噴施亞硒酸鈉葉面肥可顯著提高小麥籽粒的總硒、無(wú)機(jī)硒和有機(jī)硒含量。不同品種小麥對(duì)總硒、無(wú)機(jī)硒和有機(jī)硒含量的積累能力不同。小麥籽粒制粉后，各粉路的總硒、無(wú)機(jī)硒和有機(jī)硒含量不同，通過(guò)麩皮損失的硒含量在品種間也存在差異。進(jìn)一步篩選高硒積累能力的小麥品種，開(kāi)展富硒面粉及制粉副產(chǎn)品加工利用是下階段研究工作的重要內(nèi)容之一，這對(duì)富硒小麥的加工利用具有重要的指導(dǎo)作用。