不同富硒酵母對(duì)水稻硒吸收分配和品質(zhì)的影響

張有利，徐常健，蔣志慧，郭永霞

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江省作物-有害生物互作生物學(xué)及生態(tài)防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163319）

硒是人體必不可少的微量元素，然而中國(guó)大多數(shù)的地理區(qū)域存在硒缺乏的問(wèn)題。硒的不均衡分布，使部分地區(qū)土壤中缺硒，同時(shí)也導(dǎo)致克山病等諸多疾病［1-2］。為應(yīng)對(duì)此類問(wèn)題，補(bǔ)充硒是對(duì)抗硒缺乏的有效舉措，植物被認(rèn)為是增加膳食中硒含量的主要硒源，水稻作為中國(guó)的主要食物來(lái)源，富含硒的大米已被人們?cè)絹?lái)越多地納入日常飲食中。硒的利用率和活性取決于其添加的濃度和形式［3］。有機(jī)硒的添加成為高效、無(wú)毒的典型代表，富硒酵母成為硒添加、補(bǔ)充劑的一種高效形式，其具有無(wú)毒、高效、轉(zhuǎn)化率高的特點(diǎn)。硒缺乏會(huì)引起動(dòng)物免疫功能、生產(chǎn)性能、代謝功能以及抗應(yīng)激能力降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致動(dòng)物死亡。研究表明，硒添加不僅可以參與動(dòng)物體內(nèi)多種應(yīng)激反應(yīng)，提升動(dòng)物免疫力［4］，同時(shí)可以保護(hù)植物，在鹽堿脅迫、重金屬脅迫中均起到重要作用［5-6］。試驗(yàn)表明，土壤和葉面施硒均可增加植物可食部分的硒含量，葉面噴施硒比在土壤上施用通常具有更高的生物利用率。所使用的肥料種類、噴灑方法、肥料中硒的種類均可影響植物中硒的富集［7］。余侃等［8］研究表明添加硒能夠提高水稻產(chǎn)量，提升水稻品質(zhì)。稻米品質(zhì)是水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心問(wèn)題，與水稻產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。蒸煮食味品質(zhì)是評(píng)價(jià)水稻品質(zhì)的關(guān)鍵條件。因此，本文通過(guò)噴施科學(xué)配比的富硒酵母和破壁型富硒酵母，提升酵母硒的利用率和植物硒含量，評(píng)估水稻不同部位硒的生物利用率和對(duì)品質(zhì)的影響，并為外源硒肥用于缺硒水稻補(bǔ)硒的研究提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地位于黑龍江農(nóng)墾集團(tuán)總公司大興農(nóng)場(chǎng)分公司，試驗(yàn)地土壤類型為草甸白漿土，土壤硒含量0.263 mg/kg，堿解氮含量161.4 mg/kg，有效磷含量29.8 mg/kg，速效鉀含量131.3 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量44.2 g/kg，土壤pH 6.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用富硒酵母和破壁型富硒酵母配方由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)提供，酵母硒是酵母菌處理亞硒酸鈉轉(zhuǎn)化而成的硒蛋白材料，試驗(yàn)所用酵母硒的有機(jī)硒含量為2100 mg/kg，破壁酵母硒是用同樣材料進(jìn)行破壁處理，顆粒更小，硒含量相同。試驗(yàn)所用材料為酵母硒50%搭配懸浮劑、滲透劑等材料而成的一款專利酵母硒葉面肥。試驗(yàn)分為8個(gè)處理，1 個(gè)對(duì)照，共9 個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。分別為富硒酵母375 g/hm2（S1）、富硒酵母750 g/hm2（S2）、富硒酵母1125 g/hm2（S3）、富硒酵母1500 g/hm2（S4）、破壁型富硒酵母375 g/hm2（B1）、破壁型富硒酵母750 g/hm2（B2）、破壁型富硒酵母1125 g/hm2（B3）、破壁型富硒酵母1500 g/hm2（B4），試驗(yàn)設(shè)不使用富硒酵母為對(duì)照組（CK）。各小區(qū)面積均為10 m×6 m=60 m2。在揚(yáng)花期和灌漿期對(duì)水稻植株葉片均勻噴霧處理。有效成分=噴施量×50%×2100 mg/kg。成熟期取樣，脫粒待測(cè)。

1.3 氣象條件概述

噴施當(dāng)天多云天氣，全天無(wú)降雨。2019 年有效積溫2686℃，無(wú)霜期141 d。6～7 月有利于水稻生長(zhǎng)。8 月份出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間降雨、低溫、寡照天，此時(shí)期是水稻產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，溫度低，光照不足影響光合產(chǎn)物形成和運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水稻結(jié)實(shí)率和千粒重下降，影響產(chǎn)量及品質(zhì)。同時(shí)也影響水稻灌漿速度，導(dǎo)致水稻成熟期拖后。

1.4 取樣方式

田間取樣連續(xù)數(shù)10 穴，計(jì)算產(chǎn)量平均數(shù)。取相鄰的1 穴，進(jìn)行產(chǎn)量構(gòu)成因素調(diào)查。各處理取3點(diǎn)，每點(diǎn)取1 m3實(shí)脫。

1.5 原子熒光吸收法

使用原子熒光吸收法檢測(cè)水稻莖、葉、精米中硒含量。對(duì)樣品進(jìn)行消解處理后，使用硫脲將硒還原成四價(jià)，硒化氫氣體在氬氣導(dǎo)入條件下激發(fā)產(chǎn)生原子熒光，通過(guò)手機(jī)熒光強(qiáng)度計(jì)算硒濃度，最終與標(biāo)準(zhǔn)作對(duì)比。

1.6 稻米的品質(zhì)

相關(guān)指標(biāo)采用GB/T 17891-2017、GB 5009.9-2016、GB 1354-2018 方法測(cè)定。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用SPSS 19.0軟件單因素方差分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采用Graphpad 6 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酵母硒肥料對(duì)水稻生長(zhǎng)性能的影響

2.1.1 不同處理株高和有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)的變化情況由表2 顯示，不同水平處理的水稻株高、有效穗數(shù)較對(duì)照組有增加趨勢(shì)，但無(wú)顯著差異（P＞0.05）；穗長(zhǎng)無(wú)顯著變化。相同水平富硒酵母與破壁富硒酵母相比較，株高、有效穗數(shù)和穗長(zhǎng)無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同處理水稻株高、有效穗數(shù)和穗長(zhǎng)調(diào)查結(jié)果

2.1.2 不同處理農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成

從表3 中得出，與對(duì)照組（CK）相比，不同處理的富硒酵母和破壁型富硒酵母的穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率無(wú)顯著差異。當(dāng)富硒酵母使用劑量為1500 g/hm2（S4），水稻千粒重差異顯著（P＜0.05）。與CK 組相比，B3、B4 千粒重差異顯著，即破壁型富硒酵母使用劑量1125、1500 g/hm2，千粒重差異顯著（P＜0.05）。富硒酵母和破壁型富硒酵母均可以達(dá)到增產(chǎn)的效果。破壁型富硒酵母噴施劑量為1500 g/hm2時(shí)（B4），產(chǎn)量達(dá)到8172.0 kg/hm2。同時(shí)，破壁型富硒酵母對(duì)增產(chǎn)效果呈現(xiàn)劑量依賴的方式上升。

表3 不同處理水稻農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量

2.2 不同酵母硒肥料對(duì)水稻硒含量的影響

2.2.1 不同處理對(duì)水稻莖、葉中硒含量的影響

對(duì)水稻噴施不同濃度富硒酵母和破壁富硒酵母，結(jié)果如圖1 所示。水稻葉片和莖稈中硒含量隨著噴施富硒酵母或破壁型酵母的劑量增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，葉片和莖稈中硒含量的4 個(gè)處理均高于CK。水稻葉片中硒含量（圖1）表明：與CK相比，S3 組葉片中硒含量顯著增加（P＜0.05），S4 組葉片中硒含量極顯著增加（P＜0.01）。破壁型富硒酵母組葉片硒含量顯著增加，硒含量B1＜B2＜B3＜B4，呈現(xiàn)劑量依賴式增加。其中B3、B4 組葉片含硒量極顯著增加（P＜0.01）。水稻莖稈中硒含量（圖1）結(jié)果表明：與CK 相比，S3、S4 B2 莖稈硒含量顯著增加（P＜0.05）。B3、B4 莖稈硒含量極顯著增加（P＜0.01）。水稻莖、葉中整體的吸收規(guī)律呈現(xiàn)出葉片硒含量均高于莖稈的趨勢(shì)。綜合水稻莖、葉中硒含量的結(jié)果表明，相對(duì)于富硒酵母，破壁型富硒酵母能顯著促進(jìn)水稻葉片、莖稈對(duì)硒的吸收。

2.2.2 不同處理對(duì)水稻稻米中硒含量的影響

對(duì)水稻噴施不同濃度富硒酵母和破壁富硒酵母，水稻精米硒含量高于CK（圖2），說(shuō)明二者均可以在一定程度上提升水稻對(duì)硒的富集能力。較CK 組相比，S1、B1 組精米中硒含量增加顯著（P＜0.05），S2、S3、S4、B2、B3、B4 精米中硒含量增加極顯著（P＜0.01）。噴施富硒酵母和破壁型富硒酵母的精米硒含量增加顯著，且隨著噴施濃度的升高，各處理的硒含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，其中精米硒含量表現(xiàn)為S2＜S3＜S4，B2＜B3＜B4。在用量達(dá)到1500 g/hm2時(shí)（B4），硒的含量最大（0.107 mg/kg）。水稻噴施富硒酵母和破壁型富硒酵母，可以提升水稻精米的硒含量。

2.3 不同酵母硒肥料對(duì)水稻品質(zhì)的影響

2.3.1 外觀品質(zhì)

由表4 可知，葉面噴施不同濃度的富硒酵母和破壁型富硒酵母后，與CK 相比，S3 和S4 在堊白率上均降低了1%，但是B2的堊白率較CK 上升了1%，其中B4的改善效果最為明顯。葉面噴施不同濃度的富硒酵母和破壁型富硒酵母對(duì)稻米透明度無(wú)顯著影響。

表4 不同處理對(duì)水稻外觀品質(zhì)和碾磨品質(zhì)的影響

2.3.2 碾磨品質(zhì)

酵母硒肥和破壁型富硒酵母對(duì)稻米碾磨品質(zhì)的影響，如表4 所示。不同處理間碾磨品質(zhì)分析結(jié)果表明：S3的糙米率為79.9%，較常規(guī)對(duì)照高0.6 個(gè)百分點(diǎn)；B4的糙米率為80.0%，較常規(guī)對(duì)照高0.7個(gè)百分點(diǎn)；B3 精米率72.0%，較常規(guī)對(duì)照高0.6 個(gè)百分點(diǎn)；B3 整精米率71.9%，較常規(guī)對(duì)照高0.6 個(gè)百分點(diǎn)；綜合碾磨品質(zhì)分析，噴施破壁型富硒酵母使用劑量為1125 g/km2時(shí)對(duì)水稻碾磨品質(zhì)提升最佳。

2.3.3 蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

蛋白質(zhì)是稻米的重要組成成分，對(duì)稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有著不可忽視的作用。直鏈淀粉含量是衡量蒸煮品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。因此，通過(guò)蛋白質(zhì)和直鏈淀粉來(lái)評(píng)價(jià)富硒酵母和破壁型富硒酵母對(duì)稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響。如表5 所示，不同處理間分析結(jié)果表明：與CK 組相比，B4 組蛋白質(zhì)含量顯著升高。S4、B3、B4 組直鏈淀粉含量顯著提高。水分是評(píng)價(jià)水稻種子活力的重要指標(biāo)，同樣是評(píng)估稻米活性的指標(biāo)，結(jié)果顯示水分含量無(wú)顯著變化。

表5 不同處理對(duì)稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響（%）

3 討論

水稻是世界一半以上人口的主要主食作物，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)是稻米生產(chǎn)的主要考慮因素。水稻品質(zhì)由許多參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，包括產(chǎn)量、生長(zhǎng)性能、稻米品質(zhì)、所含營(yíng)養(yǎng)等。硒是動(dòng)植物生長(zhǎng)不可缺少的元素之一，其在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和保持生理生化功能中起著關(guān)鍵作用［9］。因此，全面評(píng)估水稻中硒的積累和分配對(duì)水稻產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。研究表明，通過(guò)對(duì)植物葉片使用含硒制劑，可以使?fàn)I養(yǎng)直接且快速吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到植物的其他部位［10］。富硒酵母是一種新興的安全硒添加方式。試驗(yàn)表明，噴施破壁型富硒酵母的劑量為1500 g/hm2時(shí)可以顯著提升水稻千粒重。葉面噴施酵母硒可提高水稻產(chǎn)量，隨著硒用量的增加產(chǎn)量也不斷增加，葉面噴施富硒酵母可在一定程度上提高水稻產(chǎn)量，這與郭天宇［11］的試驗(yàn)結(jié)果相似。硒的添加在一定程度上對(duì)水稻產(chǎn)量的影響呈線性關(guān)系［12］，同樣也有研究表明，硒的過(guò)度添加會(huì)遏制水稻的產(chǎn)量。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，噴施破壁型富硒酵母可以達(dá)到增產(chǎn)的效果，且水稻的增產(chǎn)隨著破壁型富硒酵母使用劑量的增加而增加。破壁型富硒酵母增產(chǎn)效果好于富硒酵母，這可能與破壁這一工藝有著密切關(guān)系。酵母是一種常見(jiàn)用于飼料生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白原料，可以通過(guò)多種方式進(jìn)行深加工從而提升產(chǎn)品性能，破壁是常見(jiàn)的加工方式之一［13］。酵母破壁后細(xì)胞表面通透性增加，釋放出游離氨基酸、可溶性蛋白、氨基酸態(tài)氮等物質(zhì)，增加作物對(duì)其吸收的能力［14］。因此，破壁后酵母釋放的物質(zhì)可能是促進(jìn)水稻產(chǎn)量增加的重要因素。眾多研究表明，葉面施用硒可以顯著提高作物（如水稻、小麥）中的硒含量［15］。通過(guò)對(duì)水稻葉面噴施富硒酵母和破壁型富硒酵母，可以提高水稻葉片、莖稈、精米中硒含量，與Roberto 等［16］的研究結(jié)果相似。水稻莖、葉對(duì)于富硒酵母的吸收規(guī)律呈現(xiàn)出葉片硒含量均高于莖稈的趨勢(shì)，余侃等［8］的研究也得到相似的結(jié)果。兩組試驗(yàn)中均為噴施劑量為1500 g/hm2時(shí)，水稻葉片和精米中硒含量最高，達(dá)到了0.107 mg/kg。綜合水稻莖、葉中硒含量，相對(duì)于富硒酵母，破壁型富硒酵母能顯著促進(jìn)水稻葉片、莖稈對(duì)硒的吸收，在一定程度上提升稻米對(duì)硒的富集能力。葉面噴施破壁型富硒酵母比富硒酵母更容易被植物吸收利用，可以更有效地提高水稻的產(chǎn)量，提高糙米的硒含量和改善稻米品質(zhì)。堊白是評(píng)價(jià)水稻外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)，堊白谷物比正常谷物更軟，在碾磨過(guò)程中容易碎裂，會(huì)影響水稻外觀從而導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)值降低。直鏈淀粉含量是導(dǎo)致米飯變粘和變軟的原因之一；同樣，富硒水稻的蛋白質(zhì)含量也會(huì)變化，從而影響稻米蒸煮過(guò)程的物理和化學(xué)特性。蛋白質(zhì)含量通常受環(huán)境條件、基因型等多種因素控制。葉面噴施破壁型富硒酵母可以改善稻米蒸煮品質(zhì)，提高直鏈淀粉含量，降低堊白率，同時(shí)也提高了稻米的蛋白質(zhì)含量。精米蛋白質(zhì)含量的提升會(huì)使米飯硬度變大，黏度降低，導(dǎo)致稻米蒸煮和食味品質(zhì)下降。但也有研究表明，適量的蛋白質(zhì)有利于蒸煮和食味品質(zhì)的提升［17］。因此，過(guò)高或過(guò)低的稻米蛋白質(zhì)含量均會(huì)降低蒸煮和食味品質(zhì)。有研究表明，稻米直鏈淀粉含量高的品種蛋白質(zhì)含量低［18］，這與本次研究結(jié)果有差異，研究表明谷物中的蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量因土壤類型、水分、土壤肥力等諸多因素而變化，而且影響制粉質(zhì)量。可見(jiàn)，稻米蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量存在著復(fù)雜的關(guān)系。

4 結(jié)論

不同水平的富硒酵母和破壁型富硒酵母能夠提升水稻的產(chǎn)量以及提高水稻葉、莖、精米對(duì)硒的吸收和富集，且破壁型富硒酵母效果更好。

破壁型富硒酵母能夠通過(guò)劑量依賴方式增加水稻葉、莖、精米中的硒含量，同時(shí)通過(guò)改變水稻中蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量從而提升稻米蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

葉面噴施破壁型富硒酵母劑量為1500 g/hm2時(shí)，可顯著增加水稻產(chǎn)量，提升水稻葉片、莖、精米對(duì)硒的吸收和富集，并提升水稻蒸煮和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。