富硒營養素對關中灌區小麥籽粒硒含量和產量的影響

高國英,張 睿,汪娟梅,王 雅,黃西社,武 蓉,王云奇,王笑鴿,趙建云

(1.西北農林科技大學農學院,陜西 楊凌 712100;2.陜西省三原縣農業科學技術中心,陜西 三原 713800;3.陜西省興平市農業技術推廣站,陜西 興平 713100;4.陜西省武功縣農業技術推廣站,陜西 武功 712200;5.陜西省臨渭區農業技術推廣中心,陜西 渭南 714000)

硒是人體所必需的微量元素之一，在維持人體生理機能運轉，促進人體代謝產生的自由基清除方面發揮著重要作用[1]。在我國72%以上的地區為低硒區或缺硒區[2-3]，生產的作物硒含量低，導致我國居民膳食中硒攝入量僅有中國營養學會推薦人體每日硒攝入量最低標準的一半[4]。硒在小麥籽粒中主要以有機態存在，占總硒的83.34%[5]；同時，小麥對硒具有較高生物轉化能力，在谷類作物中積累硒能力最強[6]，通過農藝措施就能夠顯著提高小麥籽粒的硒含量[7-8]。因此，通過富硒小麥補充人體硒元素是一條簡便、快捷的途徑。目前富硒小麥生產方式主要有土壤施硒、硒肥浸種和葉面噴施硒肥3種，其中葉面噴施硒肥是最環保、高效、低成本的方式[9-10]。研究表明，葉面噴施硒肥能顯著提高小麥籽粒[11]和面粉[12]的硒含量，但會因噴施濃度、時期與次數[13-14]，及小麥品種[15]、硒肥種類[16]不同而存在差異。施用硒肥也能普遍提高小麥的產量[17-18]，但濃度過高則有降低產量的趨勢[19]。小麥籽粒品質受硒肥的影響也不盡相同[20-22]。前人通過對小麥不同生育期多次施硒或同一生育期設置施硒肥濃度梯度來研究小麥籽粒硒含量、產量及品質的變化，而在最佳吸收時期多次噴施硒肥對小麥籽粒硒含量、產量及品質的影響的問題研究較少。為此，本試驗選擇關中灌區主推的小麥新品種中麥578，在關中灌區具有代表性的4個地點進行試驗，以探討適宜此地區富硒小麥生產的農藝技術，也為強筋小麥中麥578產業鏈延伸提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018—2019年在陜西省咸陽市武功縣武功鎮涼馬村、三原縣陂西鎮安樂社區服務中心西毛村、興平市湯坊鎮上新莊村和渭南市臨渭區官道鎮滿寨村4個點進行，同屬關中灌區，各試驗點冬小麥播前土壤表層基礎地力水平見表1。供試作物為小麥品種中麥578，由中國農業科學院作物科學研究所提供。硒肥采用富硒植物營養素(含有機硒為3.67 g·kg-1)，從長沙福山農業科技有限公司購買。

表1 各試驗地冬小麥播前0～20 cm土壤基礎地力Table 1 Nutrient status of soil in 0～20 cm before winter wheat seeding in four locations

1.2 試驗設計

試驗設置5個處理，分別為CK(0 kg·hm-2)、T1(2.7 kg·hm-2)、T2(5.4 kg·hm-2)、T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)和T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)。CK、T1、T2處理均在抽穗7 d后兌水450 kg·hm-2，等充分溶解后噴施；T3為在抽穗7 d后先用2.7 kg·hm-2的富硒營養素進行第一次噴施，在抽穗14 d后再用2.7 kg·hm-2的富硒營養素進行第二次噴施，兩次兌水均為450 kg·hm-2；T4為在抽穗7 d后先用5.4 kg·hm-2的富硒營養素進行第一次噴施，在抽穗14 d后再用2.7 kg·hm-2的富硒營養素進行第二次噴施，兩次兌水均為450 kg·hm-2。選擇在無雨且光照不強的時間段用噴霧器葉面噴施。其他栽培措施各試驗地保持一致。試驗小區面積為20 m2，重復4次，隨機排列。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 小麥籽粒硒含量測定 小麥籽粒硒含量測定采用微波消解HG-AFS法[23]。先準確稱取0.5000 g(精確到0.1 mg)烘干樣品3份，將每個樣品放入聚四氟乙烯消化罐中，加3 ml HNO3、1.5 ml H2O2，同時做兩份空白對照，搖勻，蓋上墊片旋緊帽蓋，均勻放入微波爐內的轉盤上，中間放一盛水燒杯，于低檔消解5 min，中檔消解5～10 min，冷卻，放入50 ml燒杯中，低溫蒸發至1 ml左右溶液時，加入5 ml濃度6 mol·L-1的HCL，加熱微沸5～10 min，冷卻，洗入10 ml容量瓶中，用6 mol·L-1的HCL定容，然后用原子熒光光度計測定硒含量。

1.3.2 小麥產量和穗部性狀測定 在成熟期每小區隨機取20穗，逐個調查每穗粒數、小穗數和不孕小穗數，求出均值。每小區收獲4 m2，曬干脫粒后測定含水量(使用 PM-8188-A 谷物水分測定儀測定)并稱重，按13%含水量計算產量和千粒重。每小區200粒。

1.3.3 小麥籽粒品質測定 每小區取50 g籽粒樣品，采用德國賽多利斯集團生產的 Sartorius PMD 511-00U 近紅外品質分析儀測定籽粒蛋白質含量(%)、容重(g·L-1)、硬度(%)、沉降值(mL)、濕面筋含量(%)、穩定時間(min)。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel軟件進行數據整理，用SPSS 20.0進行方差分析和多重比較，用Origin2017進行作圖。

2 結果與分析

2.1 葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒硒含量的影響

2.1.1 單次葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒硒含量的影響 如圖1所示，T1(2.7 kg·hm-2)和T2(5.4 kg·hm-2)單次噴施富硒營養素處理顯著提高籽粒硒含量，提高4.8～7.5倍，同時隨著富硒營養素用量的增加，小麥籽粒硒含量顯著增加。不同處理小麥籽粒硒含量變化趨勢為CK(0.16 mg·kg-1)

注：不同小寫字母表示處理間在P<0.05水平下差異顯著。Note:Different lower case letters indicate significant difference among the treatments at the 0.05 level.圖1 葉面噴施富硒植物營養素對小麥籽粒硒含量的影響Fig.1 Effect of foliar spraying of selenium-rich nutrients on selenium content in wheat grains

2.1.2 分次葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒硒含量的影響 如圖1所示，T3(2.7 mg· kg-1+2.7 kg·hm-2)分次處理可顯著增加籽粒硒含量，但與同等富硒營養素用量下的T2(5.4 kg·hm-2)單次噴施相比，籽粒硒含量變化在地區間有增有減。T3分次噴施后4個試驗點籽粒硒含量分別比CK增加了546.43%、992.85%、692.31%和1077.78%。籽粒硒富集效果在地區間存在差異，三原和興平在T2單次噴施使籽粒硒含量提高660.71%和1171.43%(對應增量為2.13 mg· kg-1和1.78 mg· kg-1)，而T3分次施用籽粒硒含量分別提高了546.43%和992.86%(對應增量為1.81 mg·kg-1和1.53 mg·kg-1)，T3相比T2 2個試驗點分別降低15.02%和14.04%(對應減量為0.32 mg·kg-1和0.25 mg·kg-1)，但與T2差異不顯著。武功和臨渭在T2單次噴施使籽粒硒含量提高了330.77%和255.56%(對應增量為0.56 mg·kg-1和0.32 mg·kg-1)，而T3分次施用籽粒硒含量分別提高了692.31%和1077.78%(對應增量為1.03 mg·kg-1和1.06 mg·kg-1)，T3相比T2 2個試驗點分別提高83.93%和231.25%(對應增量為0.47 mg·kg-1和0.74 mg·kg-1)，且與T2差異顯著。因此，當施用富硒營養素總量相同時，若單次噴施使籽粒硒的富集效果達到6倍以上，則分次噴施意義不大；若單次噴施使籽粒硒的富集效果提高2～3倍時，要想達到更好的富硒效果可選用分次噴施。

2.1.3 加次葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒硒含量的影響 如圖1所示，T3、T4分別在T1和T2第一次富硒營養素用量基礎上再用2.7 kg·hm-2的富硒營養素增加一次噴施皆可顯著增加小麥籽粒硒含量，但籽粒硒富集效果在地區間存在差異。其中，T1(2.7 kg·hm-2)和T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)處理組，T3加次噴施后小麥籽粒硒含量比T1增加了193.93%，增量為0.59 mg·kg-1。三原、興平、武功、臨渭增幅分別為64.55%、1.32%、368.18%、341.67%。T2(5.4 kg·hm-2)和T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)處理組，T4加次噴施后小麥籽粒硒含量比T2增加了114.66%，增量為0.56 mg·kg-1。三原、興平、武功、臨渭增幅分別為26.76%、11.80%、48.21%、371.88%。結果表明，增加噴硒次數可進一步提高小麥籽粒硒含量154.30%，但首次噴施富硒營養素用量加倍后進行第二次噴施的效果不及首次富硒營養素用量較低時進行二次噴施的效果。

2.1.4 首次高濃度葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒硒含量的影響 如圖1所示，T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)是所有處理中兩次噴硒且富硒營養素用量最大的處理，相比T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)仍可使籽粒硒含量增加，且在3個試驗點處理間差異顯著。在三原、臨渭和興平T4比T3籽粒硒含量表現為增加，增幅分別為49.17%、42.45%和30.07%，前兩地差異顯著，而武功籽粒硒含量減少了19.42%，差異不顯著。因此，當噴施富硒營養素的總用量接近小麥吸收可接受的閾值時，即使選用相對高效的分次噴施方式，小麥籽粒硒含量的增加程度也會被限制。

2.2 葉面噴施富硒營養素對小麥產量和穗部性狀的影響

葉面噴施富硒營養素處理小麥產量和穗部性狀的變化見表2。不同處理對小麥產量、千粒重、小穗數、穗粒數和不孕小穗有一定影響，噴硒可增產3.14%～4.60%，其中，T1、T2、T3和T4產量分別較CK增加了3.22%、3.44%、4.60%和3.14%，三原和武功試驗點T3與CK差異顯著，三原試驗點T2與CK間也差異顯著。上述結果說明，T3(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)分次噴硒增產效果優于其他處理；對于T1(2.7 kg·hm-2)和T2(5.4 kg·hm-2)單次噴硒處理，隨著富硒營養素用量的增加小麥產量也增大，但在T2用量的基礎上又增加了一次2.7 kg·hm-2噴施即T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)則導致產量降低，說明富硒營養素用量過大增產幅度也會降低。

表2 葉面噴施富硒營養素小麥產量和穗部性狀的變化Table 2 Wheat yield and spike characters with different selenium-rich nutrient treatments

與CK相比，噴施富硒營養素對千粒重和穗粒數沒有顯著影響，處理間差異不顯著。其中，T1、T2、T3和T4千粒重較CK分別增加1.13%、1.26%、1.26%和1.01%，穗粒數較CK分別增加1.82%、1.54%、2.27%和0.69%，其增加趨勢與產量一致。因此，葉面噴硒后穗粒數的增加使小麥增產，但其對富硒營養素用量響應程度比千粒重高，富硒營養素用量過大則會導致其增產效果減弱。

與CK相比，噴施富硒營養素處理對小穗數和不孕小穗數影響不顯著。其中，T1、T2、T3和T4處理的小穗數分別較CK增加2.61%、0.66%、1.61%和1.76%；不孕小穗數分別增加4.70%、2.00%、4.62%和5.54%；不孕小穗占比分別增大0.44%、0.33%、0.64%和0.86%。葉面噴施富硒營養素后小穗數呈增加趨勢，不孕小穗數也相應增多，但不孕小穗占比差異很小，所以不孕小穗數是隨小穗基數增加而增多。

2.3 葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒加工品質的影響

由表3可以看出，小麥籽粒容重，籽粒硬度、濕面筋、蛋白質含量、沉降值在地點間差異極顯著，穩定時間地點間差異顯著；葉面噴施富硒營養素后，使籽粒濕面筋含量處理間差異極顯著，穩定時間處理間差異達到顯著；地點與噴硒處理間交互作用僅濕面筋表現出顯著差異。與CK相比，噴硒使籽粒品質得到改善，其中，濕面筋含量在T4(5.4 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)噴施后提高1.73%，且與其他處理差異顯著，T2(2.7 kg·hm-2+2.7 kg·hm-2)也可提高1.37%；穩定時間在T2、T4分別提高16.50%、17.49%，在興平與其他處理差異顯著；籽粒硬度也在T2、T4有最大增量(0.60%)；容重在不同處理下增量保持在0.31%～0.37%；蛋白質含量和沉降值從T2～T4逐漸增加，最大增量分別為0.32%和1.58%，兩者在T1下基本不變。

表3 葉面噴施富硒營養素小麥籽粒品質的變化Table 3 Wheat grain quality with different selenium-rich nutrient treatments

由以上結果可知，葉面噴施富硒營養素對小麥二次加工品質的影響大于一次加工品質；富硒營養素單次用量的高低對品質改善的影響較大；相同用量的富硒營養素進行分次噴施反而會削弱對容重、濕面筋和穩定時間的增加效果。

3 結論與討論

3.1 葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒硒含量的影響

富硒小麥是一種安全可生物利用的有機硒源[24]，在促進人類利用富硒植物補硒方面發揮著很重要的作用。大量研究表明，通過外源硒肥生產富硒小麥主要取決于施硒時間、次數和施硒量。本試驗4個噴硒處理均可顯著提高小麥籽粒硒含量，與高新樓等[19]、白小軍等[28]的研究結果一致。對于施硒時間，本試驗將重點集中在小麥硒吸收最高效的抽穗～開花～灌漿期[25]，并設置抽穗一周后噴施富硒營養素和抽穗兩周后二次噴施富硒營養素處理，通過對比發現，第二次噴施富硒營養素后小麥籽粒硒含量的增幅要高于第一次噴施后的增幅，可能與小麥抽穗后生長越來越旺盛，對噴施液吸收與轉運速度加快，因此小麥通過葉片吸收的硒能更快轉移到小麥籽粒中有關[33]。對于施硒量，單次噴施富硒營養素處理結果顯示，隨著施硒量成倍增加，小麥籽粒硒含量也成倍增加。對于施硒次數，在增加第二次噴施后小麥籽粒硒含量仍顯著增加，與彭濤等[27]關于隨著硒肥噴施次數增加小麥籽粒的硒含量增加的研究結果一致。

本試驗雖在氣候條件相似的4個試驗地同時進行，但由于各地土壤肥力和硒含量存在差異，因此籽粒硒含量的變化在地區之間的一致性減弱。其中，不同富硒營養素用量下三原和興平小麥籽粒硒含量的增加速度遠高于武功和臨渭地區；分次噴施富硒營養素后，三原和興平小麥籽粒硒含量對噴施次數的響應并不明顯，武功和臨渭則相反。而根據4個試驗地土壤肥力和各對照籽粒硒含量測定結果，三原土壤硒含量為其他地區5～10倍，CK籽粒硒含量高2～3倍，可能在小麥生長前期植株已經通過土壤吸收了一部分硒，從而葉面施硒后在生殖生長階段能通過硒轉運通道來快速提高小麥籽粒硒含量；在4個試驗點中，興平土壤硒含量居中等水平，其CK籽粒硒含量也如此，但其土壤全氮、速效氮和速效鉀含量幾乎是三原的2倍，可能是高肥在促進小麥生長的同時協同加速了對硒的吸收，致使形成與三原相似的變化趨勢；而武功雖土壤肥力和興平基本一致，但其土壤硒含量相對較低。由于這一部分的相關研究較少，具體機理有待進一步驗證。因此，在關中灌區，對于三原、興平一類的地區單次高用量葉面噴施富硒營養素對提高籽粒硒含量更有效，而武功、臨渭一類則更適宜低用量多次噴施來提高小麥籽粒硒含量。

3.2 葉面噴施富硒營養素對小麥產量和穗部性狀的影響

前人研究結果表明，小麥加施硒肥在一定程度上可影響小麥產量及產量構成因素[19,26-27]。本試驗處理下，小麥產量、千粒重、穗粒數以及小穗數都有增加趨勢。這可能與硒處理緩解了小麥膜脂過氧化和活性氧對植株的毒性，從而減少了不利于小麥生長發育的負面影響[25]相關。且有研究表明開花期葉面噴施硒肥可延長旗葉的功能期[9]，最終使小麥產量得到提高。而白小軍等[28]在小麥灌漿初期用同種富硒植物營養素對小麥葉面噴施得出施硒可增產但效果不顯著，對小麥穗長、小穗數、不孕小穗幾乎無影響。在本試驗中小麥小穗數、不孕小穗數有增加的趨勢，但都不顯著，與彭濤等[27]的研究結果一致。根據不孕小穗占比幾乎無變化，可得出兩者并不能導致穗粒數增加。有研究也得出在小麥返青期到開花期這一階段施硒能顯著提高產量，但在灌漿期施硒對產量影響不顯著[25]。而Wang等[29]的研究表明在小麥不同生育時期無論葉面噴施硒酸鹽還是亞硒酸鹽對小麥籽粒產量無顯著影響。本試驗中小麥產量T3在兩地顯著增加，T2處理在一地表現顯著增加。且通過比較葉面噴施富硒營養素后籽粒硒含量變化與產量間的關系發現，在三原和興平小麥產量隨籽粒硒含量升高有先增加后降低的趨勢，在T4籽粒硒含量增加最大的情況下，產量卻低于籽粒硒含量次之的T2、T3處理。有研究證明，低劑量的富硒營養素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，進而穩定或增加小麥產量[30]；高劑量的硒肥則抑制小麥生長或拮抗其他營養元素的吸收[31]。武功和臨渭小麥產量在T1、T3單次富硒營養素用量均為2.7 kg·hm-2的處理高于T2、T4首次富硒營養素用量為5.4 kg·hm-2的處理，且增加噴施次數比只進行單次噴施的產量高。4個試驗地的共同點在于小麥對富硒營養素轉運速度快則產量提高多，但富硒營養素用量對提高產量存在閾值。

3.3 葉面噴施富硒營養素對小麥籽粒品質的影響

生產優質強筋小麥是育種和栽培追求的一個長期目標，而施用硒肥在提高小麥籽粒硒含量的前提下并可改善強筋小麥籽粒品質[32-34]，這對于富硒功能小麥的生產更具優勢。籽粒蛋白質含量和容重是衡量小麥一次加工品質的重要指標，劉慶等[35]的研究表明施硒僅能提高小麥籽粒中粗蛋白含量，對容重基本無影響。本試驗中小麥一次加工品質和二次加工品質在各噴硒處理后都有所改善，且在富硒營養素用量為5.4 kg·hm-2的處理下改善程度優于2.7 kg·hm-2用量的處理。通過與各噴硒處理下小麥籽粒對硒的富集程度比較，籽粒硒含量越高則小麥品質改善程度也相應增大。由于三原、興平在T1、T2處理籽粒硒含量達武功、臨渭的5倍左右，所以三原、興平兩地品質指標在T1、T2的增加幅度大于武功和臨渭。