施硒對晉中和晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

秦 杰，宋麗芳，劉攀鋒，郝爽楠，馮美臣，張美俊，王 超，楊武德，宋曉彥

（山西農業大學 農學院，山西 太谷 030801）

蕎麥在山西省種植面積約33 333 hm2，其中，苦蕎約占13 333 hm2，甜蕎約占20 000 hm2，是一種重要的特色雜糧作物[1]。山西省作為蕎麥的主要產區，資源富饒，種質優越[2]，加工精細，質量穩定，在全國蕎麥產業中具有較大的優勢[3]。苦蕎在山西旱作地區的種植優勢明顯[4]。晉中地區環境非常適合蕎麥等雜糧作物的生長，有效積溫高、雨量適宜、光照充足、氣候干燥等，并且建立了較大的優質蕎麥基地[5]。晉西北地區雨量線年際之間差異較大，有較為豐富的土地資源，蕎麥種植面積不低于該地區優勢作物莜麥，而且可以作為救災作物，具有良好的發展前景[6]。苦蕎（Fagopyrum tataricum）是蓼科雙子葉植物[7]，可以藥食兩用[8-9]，生長周期短[10]，抗旱、耐瘠薄[11]，營養豐富[12]。其富含其他禾谷類作物較缺乏的黃酮類化合物蘆丁，被稱為“五谷之王”[13]，具有保護毛細血管、防止血細胞凝集、降血脂和增強冠狀動脈血流量等作用[2，14]。

外源硒的施入對蕎麥蘆丁含量有一定影響，田秀英等[15]在苦蕎土壤施硒研究中發現，施用亞硒酸鈉能夠顯著增加苦蕎籽粒的蘆丁含量。徐瓏珀[16]通過在苦蕎葉面噴硒發現，苦蕎籽粒中蘆丁含量顯著增加。目前關于施硒對蕎麥影響的研究主要集中在施硒對蕎麥產量[17]、籽粒硒含量[18-19]、蛋白質[20]、營養元素[21-22]以及酶[23-25]等方面，而施硒濃度、品種、施硒方式以及施硒時期對蕎麥生物活性物質蘆丁含量的影響尚不明確。

本研究選擇氣候條件好、蕎麥種植面積較大的晉中生態區和蕎麥發展前景較好的晉西北生態區，苦蕎品種選擇山西省生產中推廣較好的黑豐1 號、晉蕎2 號、晉蕎6 號，采用正交試驗設計，探討施硒濃度、時期和方式對晉中和晉西北生態區不同苦蕎品種籽粒蘆丁含量的影響，以期為生產優質蕎麥提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

晉中試驗地在晉中市太谷區申奉村。該地區位于山西省中部（37°25′N，112°35′E），海拔792 m，年平均氣溫11.5 ℃，無霜期平均176 d，年降水量為432.4 mm，蕎麥生長期（6—10 月）積溫為3 033.9 ℃，日均太陽輻射4 918.76 W/m2。試驗期間具體降雨量如表1所示。試驗地土壤pH值為7.68，土壤有機質22.27 g/kg，全氮13.85 g/kg，堿解氮32.82 mg/kg，有效磷18.86 mg/kg，速效鉀265 mg/kg，全硒0.29 mg/kg。

表1 晉中和晉西北生態區試驗期間降雨量Tab.1 Rainfall during the experiment in the ecological area of central and northwest Shanxi mm

晉西北試驗地在朔州右玉縣林家堡村。該地區位于山西省西北端（40°15′N，112°25′E），海拔1 529 m，年平均氣溫4.98 ℃，無霜期平均104 d，年降水量為597.7 mm，蕎麥生長期（5—9 月）積溫為2 625.8 ℃，日均太陽輻射5 514.90 W/m2。試驗期間具體降雨量如表1 所示。試驗地土壤pH 值為7.37，土壤有機質8.97 g/kg，全氮0.49 g/kg，堿解氮1.21 mg/kg，有效磷10.39 mg/kg，速效鉀0.99 mg/kg，全硒0.09 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試苦蕎品種為黑豐1 號、晉蕎2 號和晉蕎6 號，由山西省農業科學院作物科學研究所提供。硒源為亞硒酸鈉（Na2SeO3），含量≥98.0%，分析純。

1.3 試驗設計

試驗于2018年在晉中生態區太谷區申奉村（6—10月）和晉西北生態區右玉縣林家堡村（5—9 月）進行，采用正交試驗設計（表2），共設置0、1.37、2.74、5.48、8.22、12.33、18.495、27.742 5 g/hm2等8 個硒濃度。晉中生態區選用黑豐1 號和晉蕎2 號，分別在分枝期和開花期進行處理。晉西北地區選用黑豐1 號和晉蕎6 號，分別在開花初期和盛花期進行處理。2個生態區均采用土施和葉面噴施2種施硒方式，將亞硒酸鈉按照不同處理分別稱取并與定量清水混合于噴壺中進行噴施，單個小區晉中生態區噴施量為1.2 L，晉西北生態區噴施量為1 L，對照噴施清水，噴施時間為18：00之后。晉中生態區共48個小區，單個小區面積為12 m2（3 m×4 m），每個處理重復3次，其他田間管理同常規大田。晉西北生態區共48 個小區，單個小區面積為10 m2（2 m×5 m），每個處理重復3 次，因土壤肥力較差，在該地區播前一次性施入氮磷鉀含量比例為20∶14∶6 的復合肥作為基肥，施用量300 kg/hm2，其他田間管理同常規大田。

表2 L16（8×23）正交試驗的因素及水平Tab.2 L16（8×23）orthogonal test scheme

1.4 測定項目及方法

蘆丁含量的測定參照文平[26]的方法進行，采用乙醇浸提法測定籽粒蘆丁含量。

1.5 數據分析

使用Microsoft Excel 2010 進行數據整理與直觀分析，使用SPSS 19 進行方差分析及回歸建模。

2 結果與分析

2.1 各因素對晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

由表3 可知，施硒濃度（A）、品種（B）、施硒時期（C）、施硒方式（D）對晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響從大到小順序依次是A＞B＞D＞C，施硒濃度和品種對苦蕎籽粒蘆丁含量影響較大，苦蕎籽粒蘆丁含量隨著施硒濃度的升高呈現先升高后下降的趨勢，在A6 處理下達到最大，晉蕎2 號籽粒中的蘆丁含量大于黑豐1 號。在考慮因素單獨作用的條件下，最佳組合為A6B2C1D1，即在分枝期對晉蕎2 號土施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，苦蕎籽粒蘆丁含量最高。

表3 各因素對晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響的直觀分析Tab.3 Visual analysis of effect of various factors on rutin content of Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

由方差分析（表4）可知，施硒濃度對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達到極顯著水平（P＜0.01），品種對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響顯著（P＜0.05），施硒時期和施硒方式對苦蕎蘆丁含量的影響不顯著。

表4 各因素對晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響的方差分析Tab.4 Variance analysis of effect of various factors on rutin content in Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

利用施硒濃度和品種2 個因素構建晉中地區苦蕎籽粒蘆丁含量預測模型，結果如公式（1）所示。

式 中，A為施硒濃度，B為品種。模 型R2為0.656，F=12.399，大于F0.01（2,13）=6.701，F檢驗P值小于0.05（表5），回歸顯著，可以用來對本試驗的籽粒蘆丁含量進行預測。對公式（1）求極值，得A 為13.15，B 為2，即對晉 蕎2 號 施13.15 g/hm2濃度的硒時，晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量可以達到最高。

表5 晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量回歸模型顯著性檢驗Tab.5 Significance test of regression model of rutin content in Tartary buckwheat grains in central Shanxi ecological region

2.2 各因素對晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

各因素對晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響的直觀分析如表6 所示。

表6 各因素對晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響的直觀分析Tab.6 Visual analysis of effect of various factors on rutin content of Tartary buckwheat grains in northwestern Shanxi ecological region

各因素對晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響從大到小的順序依次是：A＞B＞C＞D，施硒濃度、品種和施硒時期對苦蕎籽粒蘆丁含量影響較大，苦蕎籽粒蘆丁含量隨著施硒濃度的升高呈現先升高后下降的趨勢，在A6 處理下達到最大，晉蕎6 號籽粒中的蘆丁含量大于黑豐1 號。在考慮因素單獨作用的條件下，最佳組合為A6B2C1D1（D2）（表6），即在開花初期對晉蕎6 號土施或葉面噴施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，苦蕎籽粒蘆丁含量最高。

各因素中，施硒濃度和品種對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達到極顯著水平（P＜0.01），施硒時期對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響顯著（P＜0.05），施硒方式對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響不顯著（表7）。

利用施硒濃度、品種及時期3 個因素構建晉西北地區苦蕎籽粒蘆丁含量預測模型，結果如公式（2）所示。

式中，A為施硒濃度，B為品種，C為施硒時期。模型R2為0.852，F=23.070，大于F0.01（3,12）=5.953，F檢驗P值小于0.05（表8），回歸顯著，可以用來對本試驗籽粒蘆丁含量進行預測。對公式（2）求極值，得A 為15.75，B 為2，C 為1，即在開花初期對晉蕎6 號施15.75 g/hm2濃度的硒時，晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量可以達到最高。

表8 晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量回歸模型顯著性檢驗Tab.8 Significance test of regression model of rutin content in Tartary buckwheat grains in northwest Shanxi ecological region

2.3 各因素對不同生態區苦蕎籽粒蘆丁含量的影響

綜合2 個生態區各因素對苦蕎蘆丁含量的影響，可知施硒濃度和品種對苦蕎籽粒蘆丁含量影響較大。從施硒濃度來看，晉中生態區和晉西北生態區分別施入13.15、15.75 g/hm2濃度的硒能獲得籽粒高蘆丁含量。從施硒品種來看，晉中生態區晉蕎2 號和晉西北生態區晉蕎6 號籽粒蘆丁含量均明顯高于黑豐1 號。施硒時期對晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響不顯著，對晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響顯著，在晉西北生態區開花初期施用外源硒對籽粒蘆丁含量影響較大。可見，環境條件對于獲得苦蕎高蘆丁含量的影響也很大。

3 結論與討論

有研究表明，外源硒能促進苦蕎黃酮類化合物增加，進一步提高苦蕎的抗氧化能力[27-28]。本試驗發現，適宜的施硒濃度可以增加苦蕎籽粒中蘆丁的含量，這與徐瓏珀[16]的研究結果相同。田秀英等[15]研究發現，施硒量低于1.0 mg/kg 時苦蕎籽粒蘆丁含量呈現升高趨勢，當施硒量高于1.0 mg/kg 時蘆丁含量呈現逐漸降低的趨勢，這與本研究結果相同；本研究在晉中生態區和晉西北生態區發現，苦蕎籽粒蘆丁的含量均隨著施硒濃度的增加呈現先升高后下降的趨勢，說明施硒可以增加苦蕎籽粒蘆丁含量，當施硒濃度過高時，蘆丁含量會受到抑制，不利于蘆丁含量的增加。本研究方差分析發現，施硒濃度對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達到極顯著水平，說明施硒濃度是影響蘆丁含量的一個重要因素，確定不同生態區適宜的施硒濃度，是苦蕎籽粒蘆丁含量增加的關鍵。通過回歸分析得出，晉中生態區和晉西北生態區最適施硒濃度分別為13.15、15.75 g/hm2。蕎麥施以適宜濃度的外源硒，籽粒蘆丁含量增加的原因可能是施硒會提高蕎麥的光合作用[29]。類黃酮（又稱黃酮體、黃堿素）是植物光合作用產生的一類重要的天然有機化合物，其中包括蘆丁、檞皮素等物質，蘆丁含量豐富[30]，光合作用的提高使得類黃酮中蘆丁含量提高。施硒濃度過高會使蕎麥籽粒蘆丁含量降低，可能原因是施高濃度硒使蕎麥葉片光合作用受到抑制，降低了葉片的凈光合速率[29]，進而影響蘆丁含量。這符合Bertrand生物劑量規律，即對植物低濃度促進生長，高濃度抑制生長、產生毒害[31]。

蕎麥不同品種自身的遺傳多樣性也不同[32]。前人研究表明，蕎麥籽粒蘆丁等品質的含量在不同品種間會存在差異[33]。本研究發現，在相同的處理條件下，不同品種間籽粒蘆丁含量不同；晉中生態區晉蕎2 號籽粒蘆丁含量優于黑豐1 號，晉西北生態區晉蕎6 號籽粒蘆丁含量優于黑豐1 號。本研究方差分析發現，晉中生態區不同品種對苦蕎籽粒蘆丁含量的影響達到顯著水平，晉西北生態區不同品種對苦蕎蘆丁含量的影響達極顯著水平，這一結果與王世霞等[34]的研究結果一致。說明不同品種苦蕎籽粒蘆丁含量不同，品種是影響蘆丁含量的重要因素。在不同的生態區選擇蘆丁含量較高的苦蕎品種，是獲得高蘆丁產品的重要環節。

作物施硒的方式主要分為土壤噴硒和葉面噴硒2 種[35]，土壤噴硒是硒通過作物根部向籽粒中運輸，葉面噴施是硒通過葉片向籽粒中運輸。本研究方差分析結果表明，施硒時期對晉中生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響不顯著，對晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量影響顯著。這可能是由于2 個生態區施硒時期存在差異，晉中生態區籽粒蘆丁含量受到施硒濃度和品種的影響相對較大，具體原因有待進一步探究。在作物不同的生育時期噴施外源硒，其吸收及轉化效率存在差異[36]。本研究發現，對于籽粒蘆丁含量的積累，晉中生態區分枝期優于開花初期，晉西北生態區開花初期優于盛花期，造成這一結果的原因可能是由于較早的施用外源硒，使得硒更早的參與植物生理代謝過程，進而有利于蘆丁含量的積累。

除了施硒濃度、品種、方式與時期外，本研究發現，環境因素（如海拔、溫度、土壤有機質等）也是影響苦蕎蘆丁含量的重要因素。在相同試驗處理下，黑豐1 號在晉中和晉西北生態區，其籽粒蘆丁含量也會存在差異，說明苦蕎籽粒蘆丁在很大程度上受環境條件的影響，這一結果與國旭丹等[37]研究結果相同。這可能是由于土壤中所含的微量元素的多少及其相互作用或有機質含量影響了苦蕎對硒的吸收和利用。本試驗晉中和晉西北生態區土壤全硒底數差異較大，可能會對苦蕎籽粒蘆丁的積累產生影響；王興寧[38]也研究發現，土壤有機質含量會影響杜仲葉蘆丁的含量。前人研究表明，海拔高的地區有利于蘆丁含量的積累[37，39]，這與本試驗結果不同。在本研究中，晉中生態區海拔低于晉西北生態區，但是籽粒蘆丁含量晉中生態區高于晉西北地區，造成這種差異的原因可能與溫度[26，40]、干旱[41]等因素的綜合影響有關；還可能是由于氣候條件差異所導致，在試驗當年晉西北生態區（右玉縣林家堡村）降雨量要明顯高于晉中生態區（申奉村），陰雨天較多，環境溫度受到影響，積溫較低，進而影響到苦蕎蘆丁含量的積累。

綜上所述，施硒濃度和品種是影響晉中和晉西北生態區苦蕎籽粒蘆丁含量的重要因素。在晉中生態區對晉蕎2 號分枝期土施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，在晉西北生態區對晉蕎6 號開花初期土施或葉面噴施12.33 g/hm2的亞硒酸鈉，可獲得較高的蘆丁含量。