3個地區不同小麥品種籽粒硒含量分析

姚海坡,董志強,呂麗華,姚艷榮,鄭孟靜,金欣欣,賈秀領

(河北省農林科學院 糧油作物研究所,農業部華北地區作物栽培科學觀測實驗站,河北省作物栽培生理與綠色生產重點實驗室，河北 石家莊 050035)

硒是植物健康生長的有益元素,也是人和動物生命活動中不可或缺的微量元素之一[1]。硒在人體中參與很多重要蛋白質的組成,能夠起到預防并抑制心血管疾病和癌癥等一些特定疾病的作用[2-3]。世界衛生組織推薦每人每天硒的攝入量為50～200 μg[4],而中國居民每天人均硒攝入量僅為26～32 μg[5],還未達到推薦量的下限。

常見的谷類作物如水稻、小麥、玉米、大麥等可滿足部分人體日常硒的需求,谷類作物中小麥是硒敏感型植物,對硒的富集能力最強[6],小麥硒的生物有效性最高,是人食物中最重要的硒來源,有研究稱在澳大利亞小麥占人飲食硒攝入量高達50%左右[7]。由此可見,小麥籽粒硒含量的高低對人類飲食的營養和身體健康起著重要的作用。作物硒含量的多少主要取決于土壤硒濃度的高低[8]。由于主糧作物利于大面積推廣且易于惠及普通民眾和不同消費階層,因此，對主糧作物進行硒生物或農藝強化是最為安全和經濟的補硒方式[9-10]。

河北省麥田土壤全硒含量為0.061～0.584 mg/kg,平均值為0.341 mg/kg,略高于全國平均值;其中石家莊藁城區、邢臺寧晉、邯鄲館陶麥田土壤全硒含量分別為0.35～0.50 mg/kg,0.25～0.30 mg/kg,0.12～0.18 mg/kg;麥田土壤全硒含量與土壤全硒、土壤有機質、土壤pH值等均呈顯著或極顯著正相關,生產中可通過提高土壤有機質來增加土壤硒的含量[11]。前人關于小麥籽粒硒含量的研究已有了一些報道[12-19],但有關不同富硒地區土壤對不同品種小麥籽粒硒含量的影響研究甚少,本試驗在黃淮北部太行山前平原區選取3個試驗點研究了相同水肥和田間管理條件下不同小麥品種籽粒硒含量和產量的變化,初步篩選出適宜藁城附近土壤富硒帶區域種植的冬小麥品種,以期為今后的小麥富硒研究工作提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

在河北省石家莊市藁城區河北省農林科學院糧油作物研究所堤上試驗站(37°93′N, 114°72′E)、邢臺市寧晉縣北樓下村示范基地(37°37′N, 114°92′E)、邯鄲市館陶縣康莊村示范基地(36°47′N, 115°40′E)3個地點進行。

1.2 供試材料

強筋小麥品種:藁優2018(GY2018)、藁優5766(GY5766)、冀麥738(JM738)、科農2009(KN2009)、師欒02-I1(SL02-I1);中筋小麥品種:衡4444(H4444)、濟麥22(JM22);高產小麥品種:冀麥325(JM325)、冀麥418(JM418)、石麥22(SM22)、邢麥13(XM13)、嬰泊700(YB700)。

T1代表強筋品種平均值,T2代表中筋品種平均值,T3代表高產品種平均值,T4代表所有品種平均值。

1.3 試驗設計

試驗于2016-2018年在上述3個試驗點同步進行,3個試驗地點的土壤質地均為壤土,土壤肥力詳情見表1。各試驗點按照統一試驗方案實施,采用完全隨機排列設計,3次重復。灌水方式采為畦灌,小麥生育期灌溉2次,分別為拔節水和開花水,次灌水量均為75 mm;施肥情況為:施純氮240 kg/hm2(氮肥為尿素)、純磷135 kg/hm2(P2O5,磷肥為重過磷酸鈣)、純鉀45 kg/hm2(K2O,鉀肥為氯化鉀),其中氮肥40%基施、60%拔節期追施,磷鉀肥全部一次性基施。試驗田小區面積1.8 m×6.0 m,15 cm等行距播種,基本苗330萬株/hm2。藁城試驗田播種時間為2016年10月8日和2017年10月10日,收獲時間為2017年6月8日和2018年6月10日;寧晉2016年10月10日和2017年10月10日播種,2017年6月12日和2018年6月11日收獲;館陶2016年10月12日和2017年10月13日播種,2017年6月12日和2018年6月11日收獲。其他病蟲草害防治等同一般大田管理。

表1 不同試驗地點試驗田土壤基本特性(0～20 cm)

1.4 測定指標和方法

1.4.1 籽粒產量 小麥孕穗期每個小區選取長勢一致、均勻的區域劃定為測產區,面積為1.8 m×3.0 m=5.4 m2,成熟期人工收割,籽粒自然風干后分別稱質量,用谷物水分測定儀測量籽粒含水量,最終折算為含水量13%的標準產量。

1.4.2 小麥籽粒硒含量每 小區收獲后的小麥籽粒隨機取100 g左右,用粉碎機粉碎。采用原子吸收分光光度計法測定硒含量,即稱取樣品1.00 g,加入混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)13 mL浸泡過夜,然后放置消煮爐至無色(或淺黃色)透明,溶液定容后用AA-I700型原子吸收分光光度計測定吸光值,根據標準曲線計算消煮后溶液中硒的含量。

1.5 數據處理與統計分析

兩試驗年度的試驗結果除產量差異較大外,小麥籽粒硒的測定指標趨勢基本一致,本研究主要以 2016-2017 年的結果進行分析。采用Microsoft Excel 2007對數據進行處理,SAS軟件進行方差分析,用最小顯著性差異法(LSD)檢驗差異的顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同地點不同品種冬小麥籽粒硒含量的變化

以2016-2017年為例,對3個地點冬小麥籽粒硒含量的測定結果表明(圖1),藁城硒含量的平均值最高,達到0.177 mg/kg,寧晉小麥籽粒硒含量平均值低于藁城但差異不顯著,為0.084 mg/kg,館陶顯著低于藁城,小麥籽粒硒含量平均值僅為0.04 mg/kg;相同品種不同地點間差異較大,藁城中筋和高產小麥硒含量都顯著高于寧晉和館陶,其中,藁城強筋小麥籽粒硒含量平均值較寧晉、館陶分別增加77.0%,244.7%,藁城中筋小麥較寧晉、館陶分別增加107.9%,366.7%,藁城高產小麥較寧晉、館陶分別增加148.1%和430.6%。藁城、寧晉、館陶2018年小麥籽粒硒含量平均值比2017年分別增加10.7%,15.5%,30.0%,原因可能是年度間氣候條件或產量差異較大。

不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2-3同。

同一地點,不同品種間小麥籽粒硒含量存在一定差異,藁城、寧晉小麥籽粒硒含量平均值均表現為中筋品種>高產品種>強筋品種,館陶則為中筋品種>強筋品種>高產品種。其中藁城優質強筋小麥籽粒硒含量平均值較中筋小麥減少37.6%,寧晉減少26.7%,館陶減少15.6%。以藁城為例(圖2),中筋品種衡4444、濟麥22籽粒硒含量均達到0.20 mg/kg以上,平均值為0.21 mg/kg;高產小麥品種石麥22、邢麥13和嬰泊700籽粒硒含量均達到0.20 mg/kg以上,冀麥325、冀麥418較低分別為0.162,0.145 mg/kg;優質強筋小麥品種籽粒硒含量相對于中筋和高產小麥品種均較低,平均值為0.131 mg/kg,小麥籽粒硒含量科農2009>藁優2018>藁優5766>冀麥738>師欒02-I1。試驗結果表明,優質強筋小麥品種籽粒含硒量并不一定比普通品種高。由于土壤中硒資源分布的局限性與不均衡性,高硒區也存在低硒土壤,同一地區不同地塊土壤中硒含量的差異性可能會影響小麥籽粒硒含量水平。

圖2 藁城不同小麥品種籽粒硒含量的變化

2.2 不同地點不同品種小麥籽粒產量的比較

從圖3可以看出,2016-2017年不同地點不同品種小麥籽粒產量平均值的變化趨勢和籽粒硒含量平均值的變化趨勢相同:藁城>寧晉>館陶。其中藁城小麥產量平均值較寧晉、館陶分別增加了11.0%和13.7%,寧晉小麥產量平均值較館陶增加2.3%。2017-2018年寧晉小麥產量平均值略高于藁城小麥產量平均值,較藁城增加0.91%,較館陶增加12.6%。2 a結果顯示,優質強筋小麥品種冀麥738在3個地點產量表現均良好,藁城、寧晉科農2009的產量表現好于館陶,藁城、館陶藁優5766的產量表現好于寧晉,表明不同優質強筋小麥品種的適合種植區域存在一定差異,種植時應考慮本地塊適合種植的品種。

圖3 不同地點小麥籽粒產量的變化

同一地點、不同品種產量平均值間相比較2 a間存在一定差異,2016-2017年,藁城高產品種>中筋品種>強筋品種,其中高產品種小麥產量平均值較中筋、強筋品種分別增加5.8%和11.6%;寧晉中筋品種>高產品種>強筋品種,中筋品種小麥產量平均值較高產、強筋品種分別增加5.8%,9.2%;館陶和寧晉相同,中筋品種小麥產量平均值較高產、強筋品種分別增加2.6%和4.9%。2017-2018年,3個地點小麥產量平均值均表現為高產品種高于中筋品種和強筋品種。結果表明,3個地點小麥產量的共同點是優質強筋小麥品種產量平均值最低,總體產量水平低的館陶優質強筋與中筋、高產品種小麥產量的差值最小。

2 a小麥產量間差異較大,3個試驗地點2017-2018年小麥產量明顯低于2016-2017年度。藁城、寧晉、館陶2017-2018年小麥產量平均值較2016-2017年分別減少28.9%,20.5%,38.4%,可能是年度間氣候條件(降水量、降水時期、干熱風等)差異大造成的。

2.3 不同地點土壤硒含量和小麥籽粒硒含量相關性分析

土壤硒含量與小麥籽粒硒含量之間存在正相關性(R=0.972),但不顯著(P=0.152>0.05),不同地點間表現出土壤硒含量高的地塊小麥籽粒硒含量也隨之增加,土壤硒含量藁城、寧晉、館陶的比為2.9∶2.0∶1.0,小麥籽粒硒含量藁城、寧晉、館陶的比為4.4∶2.1∶1.0(表2)。河北太行山前平原區堿性土壤環境下,硒元素有較強的生物有效性,石家莊市藁城區南部的丘頭鎮、南營鎮、梅花鎮、賈市莊鎮南部一帶土壤硒含量較高,其中硒含量大于0.4 mg/kg的區域有171.1 km2,這一地帶小麥籽粒硒含量會明顯高于其他地塊。雖然邢臺寧晉縣與藁城區距離很近,但由于土壤中硒分布的不均衡性,導致兩地差異較大。

表2 土壤硒含量和小麥籽粒硒含量的相關性

3 討論與結論

硒元素從土壤向作物運轉不僅受土壤硒本身賦存狀態、含量多少等因素的影響,還與不同作物本身的同化能力有著密切關系[20]。本研究對黃淮海北部太行山前平原3個地點不同類型小麥品種收獲后籽粒含硒量測定分析結果表明,藁城小麥籽粒硒含量平均值最高為0.177 mg/kg,寧晉次之,為0.084 mg/kg,館陶最低,僅為0.04 mg/kg。說明相同小麥品種在不同地點間種植籽粒硒含量存在一定差異,原因是土壤中硒含量多少的差異所導致,這與魯璐等[21]的研究結論存在一定差異,他認為不同地區種植的小麥品種硒含量沒有顯著差異,這與其研究區域土壤硒含量太低有關,四川盆地地區土壤屬缺硒區。目前,一般將土壤中硒含量大于0.4 mg/kg作為富硒土壤標準,本研究中藁城試驗點土壤硒含量在0.5 mg/kg以上,因此,該試驗點小麥收獲后籽粒硒平均含量也達到了富硒小麥籽粒標準(0.16 mg/kg),像中筋小麥品種衡4444、濟麥22及高產小麥品種石麥22、邢麥13和嬰泊700等籽粒硒含量均高于0.2 mg/kg,篩選出硒耐性強的小麥品種有利于實現在富硒土壤地區更好地推廣應用。不同品種類型小麥籽粒硒含量存在一定差異,本試驗3個地點的測定結果總體表明,優質強筋品種小麥籽粒硒含量要低于中筋品種和普通高產品種。

劉慧等[22]通過測定中國不同麥區73份春小麥和582份冬小麥樣品表明,小麥籽粒硒含量不受產量的影響,而受硒肥、土壤有效硒含量以及拔節前植株硒含量的顯著影響。本研究表明,土壤硒含量與小麥籽粒硒含量之間存在正相關性,差異不顯著,小麥籽粒產量和籽粒硒含量無相關性,這與劉慧等的研究結論相一致。小麥籽粒微量元素含量變異的因素中生態環境的影響要大于遺傳因素,進而可以認為小麥籽粒微量元素含量的可塑性較強。