葉面噴施硒液對玉米籽粒硒含量的影響

岳競之，孫迷平，肖興中，牛小沛，張慶社，陳 麗，蔡友敏 (濟源市農(nóng)業(yè)科學院，河南濟源 459002)

硒是人體必需的微量元素，是構成谷胱甘肽過氧化物酶、一些抗氧化酶和硒蛋白的重要組成部分，谷胱甘肽在玉米中含量豐富，組成體內(nèi)抗氧化酶，降解過氧化物，保護細胞膜免受氧化損傷，具有抗氧化和整合解毒作用，幫助保持正常的免疫系統(tǒng)的功能。全世界有40多個國家，我國有72%的地區(qū)處于缺硒或低硒生態(tài)環(huán)境之中。人體缺硒可導致40多種硒缺乏病(克山病等)的發(fā)生，通過食用富硒食品安全補充硒元素的途徑成為預防缺硒病發(fā)生的有效措施。植物是無機硒進入生態(tài)循環(huán)的中間環(huán)節(jié)，富硒食品生產(chǎn)是增加硒供應和消除硒缺乏主要有效途徑，玉米是世界上種植面積最大的糧食作物和飼料來源，其品質(zhì)與肉、蛋白、奶質(zhì)量和人體健康密切相關，玉米富硒技術研究對人體健康具有積極意義。

前人對玉米富硒技術進行了大量研究，向東山等研究表明硒在玉米中約90%以有機結合態(tài)的形式存在，其中蛋白質(zhì)硒含量較高，堿溶蛋白質(zhì)中硒的含量占總硒的50.62%；郝玉波等、黃麗美等研究表明玉米施硒增加籽粒硒含量，改善籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)，對產(chǎn)量貢獻表現(xiàn)不一；史振聲等、鄭陽等、黃愛花等對甜、糯玉米研究表明施硒對蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、籽粒可溶性糖、莖稈含糖量等品質(zhì)均有改善，對葉綠素含量、光合速率等生理指標有明顯的促進作用；劉春菊等、李蘭青等、楊舒添等研究表明，葉面噴施是富硒玉米生產(chǎn)的有效途徑。關于通過葉面噴施硒液的玉米籽粒硒富集規(guī)律和安全生產(chǎn)研究較少，筆者通過葉面噴施高濃度硒液研究玉米籽粒硒富集規(guī)律和富硒玉米安全生產(chǎn)，為富硒玉米安全生產(chǎn)提供富硒農(nóng)藝措施技術指導。

1 材料與方法

試驗于2019年在濟源農(nóng)業(yè)科學院試驗基地進行，基地位于河南省西北部黃河北岸濟源市郊區(qū)(112°38′23″E、35°05′08″N)，屬暖溫帶季風氣候，海拔140.1 m，年平均氣溫約14.3 ℃，年降水量約650 mm，降水集中于6—8月，約占全年降水量的54%以上，土壤硒含量本底值0.26 mg/kg。

選擇當前河南農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中2個主要普通飼料玉米品種鄭單958、先玉335和糯玉米品種京科糯2000 3種基因型雜交種作為試驗材料，硒源選擇南京化學試劑股份有限公司生產(chǎn)的純度為99%的分析純原藥。

采用2因素裂區(qū)設計，主區(qū)硒處理，設7個濃度水平的亞硒酸鈉溶液， Se0(CK，清水對照)、Se100(100 μmol/L)、Se200(200 μmol/L)、Se300(300 μmol/L)、Se400(400 μmol/L)、Se500(500 μmol/L)、Se800(800 μmol/L)，副區(qū)為品種，設3個玉米品種：鄭單958(ZD958)、先玉335(XY335)和京科糯2000(JKN2000),共24個處理組合，3次重復。小區(qū)面積16 m，6行區(qū)，行長4.00 m，種植行距0.60 m，株距0.25 m，試驗密度為67 500株/hm。使用1%的肥皂水將亞硒酸鈉分析純制成濃度為0、100、200、300、400、500、800 μmol/L溶液。

2019年6月14日播種，機械開溝，點播器播種，6月28日定苗，6月26日噴施金玉桉(氰草·莠去津)3.75 kg/hm除草。播種施用基肥濟源產(chǎn)豐田牌復合肥(N-PO-KO：28-6-6)800 kg/hm，6 月12日和9月4日2次灌溉，9月28日收獲。在玉米生育期內(nèi)分別在7月30日(大喇叭口期)、8月12日(抽雄散粉期)和8月23日(抽雄散粉后)進行3次葉面噴施處理，采用背負式電動噴霧器飽和均勻噴施于玉米葉片表面。葉面噴施處理時間選擇在預計未來24 h內(nèi)無降雨晴天16:00后進行。

玉米生育期間在田間采集植株性狀，生理成熟后采收中間2行，進行室內(nèi)考種采集籽粒和穗部性狀，從每個小區(qū)內(nèi)收獲種子中隨機選取1 kg粉碎置樣，采用AF-610A原子熒光光譜儀按照GB 5009.93—2017第一法測定籽粒硒含量。

采用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)錄入，采用Stata進行混合模型裂區(qū)試驗方差分析、邊際效應、對比、單因素比較等分析和繪圖。

2 結果與分析

由表1可知，不同硒肥濃度處理、不同玉米品種之間籽粒硒含量均存在極顯著差異，濃度處理和品種之間互作效應達極顯著水平，該模型解釋了玉米籽粒硒含量差異的主要原因(擬合度為0.997 3，殘差標準差根Root MSE為0.144 3)，其中濃度處理Eta為0.929 0，說明不同硒肥濃度處理是玉米籽粒硒含量差異的主要原因，品種差異主要通過與濃度處理的交互作用表達，品種主效、品種和濃度處理互作效應均達極顯著水平，但Eta僅為0.017 0和0.040 6，說明對籽粒硒含量變異貢獻較小，根據(jù)Eta大小各因素對玉米籽粒硒含量總變異貢獻度依次為濃度處理主效(0.929 0)>品種與濃度處理交互作用(0.040 6)>品種主效(0.017 0)。殘差分析表明殘差均勻隨機分布在0上下，均在[-1,1]，殘差呈正態(tài)分布，說明在缺硒或低硒地區(qū)外源硒肥補充是玉米籽粒硒含量增加的主要原因，品種差異主要通過與濃度處理交互作用表達。

表1 各因素方差分析Table 1 The analysis of variance for factors

由表2可知，玉米籽粒硒含量在不同濃度處理下均存在極顯著差異，隨噴施濃度提高呈增加趨勢，Se100～Se800處理均能有效提高硒含量。與對照(Se0)相比，Se100～Se800處理硒含量提高了11.30～99.88倍，其中在Se800處理下硒含量最高為4.771 7 mg/kg，比對照Se0增加了99.88倍。與低濃度噴硒相比，高濃度條件下籽粒硒含量變異幅度增大，低濃度處理(Se100～Se300)下變異較小，標準差在0.071～0.186 mg/kg，當噴施濃度≥400 μmol/L時，籽粒硒含量變異變大，標準差在0.655～0.756 mg/kg。

表2 不同處理對玉米籽粒的富硒效果Tabel 2 Effects of selenium on the content of selenium in corn grain

由圖1可知，不同基因型玉米在較低濃度富硒液 (Se100～Se300) 處理下差異不顯著，在較高濃度(Se400～Se800) 處理下存在極顯著差異，其中Se400、Se500處理下先玉335硒含量為3.935、4.000 mg/kg，分別比鄭單958、京科糯2000高67.4%、51.5%和44.9%、36.5%， Se800處理下先玉335、鄭單958硒含量為5.190、4.935 mg/kg，分別比京科糯2000高23.9%、17.8%；對普通玉米品種(鄭單958、先玉335)和糯玉米品種(京科糯2000)進行單一自由度比較，高濃度硒處理(Se400、Se500、Se800)下普通玉米和糯玉米籽粒硒含量存在顯著差異。

圖1 不同基因型對玉米籽粒硒含量的影響Fig.1 Effect of different genotypes on selenium content in maize kernel

葉面噴施100～800 μmol/L亞硒酸鈉溶液，3個玉米品種籽粒硒含量均超過富硒玉米硒含量標準(0.3 mg/kg)，其中800 μmol/L亞硒酸鈉溶液處理后鄭單958、京科糯2000、先玉335籽粒硒含量分別為4.94、4.19、5.19 mg/kg，即使經(jīng)100 μmol/L亞硒酸鈉溶液葉面噴施的富硒效果最低，鄭單958、京科糯2000、先玉335籽粒硒含量分別為0.57、0.51、0.66 mg/kg，也遠高于富硒玉米標準，說明糧食作物在富硒生產(chǎn)中要嚴格控制葉面噴施硒肥的量(濃度和噴施次數(shù))。用代表葉面噴施亞硒酸鈉溶液濃度，代表玉米成熟收獲后籽粒含硒量，對玉米籽粒吸收硒元素擬合吸收曲線=+×exp{-exp[-b×()]}(式(1)和圖2)，調(diào)整擬合度為0.905 0；普通玉米和糯玉米擬合富硒函數(shù)如式(2)和(3)：

=-0.577 2+6.71×exp{-exp[0.002 9×(-292.27)]} (=0.911 9)

(1)

=-0.251 6+6.57×exp{-exp[0.003 3×(-328.98)]} (=0.915 8)

(2)

=-2.795 1+8.55×exp{-exp[0.002 1×(-50.46)]} (=0.954 2)

(3)

根據(jù)陜西省地方標準(DB61/T 556—2012)，玉米籽粒中硒含量在0.15～0.30 mg/kg的玉米為富硒玉米，據(jù)擬合函數(shù)式①、②、③計算出玉米、普通玉米和糯玉米類型玉米葉面噴硒濃度為19.30～49.46、20.68～43.14、16.25～52.93 μmol/L，在相應濃度范圍內(nèi)噴施亞硒酸鈉溶液，3個玉米品種籽粒硒含量可達到富硒玉米的標準。

圖2 硒含量擬合曲線和散點圖Fig.2 Fitting curve and scatter plot of selenium content

3 結論與討論

在缺硒或低硒地區(qū)通過葉面噴施等外源補充硒元素方式是植物富硒的主要途徑，可以有效彌補土壤硒缺乏，提高糧食作物等食物硒水平，實現(xiàn)營養(yǎng)元素均衡。該研究表明葉面噴施亞硒酸鈉溶液是玉米籽粒硒含量顯著提高的主要原因，籽粒硒含量在研究范圍內(nèi)隨葉面噴施量增加呈線性持續(xù)增加，硒含量直接決定于硒肥施用量；品種主效因素對籽粒硒含量影響達極顯著水平，但對硒含量直接貢獻較小，主要通過與濃度處理交互作用表達。與前人研究存在差異，研究表明通過外源施硒處理可以顯著提高甜、糯等玉米籽粒硒含量，玉米籽粒硒含量隨著外源硒濃度的增加而增加，以大喇叭口期到抽雄期葉面噴施為主的外源補充方式是玉米富硒的直接有效途徑，楊舒添等研究表明品種、濃度及其互作對籽粒硒含量影響均存在顯著差異，貢獻為處理濃度>品種>品種×處理濃度；于麗敏等研究表明不同增硒方式均可有效提高小麥籽粒硒含量，小麥籽粒硒含量均隨著增施量的增加而增加；張城銘等研究表明土壤施硒或葉面施硒2種方式均能顯著提高水稻地上部和籽粒硒含量及其他組織器官硒含量，水稻各器官硒含量直接決定于硒肥的施用量。

植物從土壤中獲取礦物質(zhì)等營養(yǎng)元素取決于土壤理化性質(zhì)、礦物質(zhì)元素含量等生態(tài)環(huán)境，與植物種類和品種基因型關系密切。該研究結果表明不同基因型玉米對外源硒的富集能力呈4參數(shù)Gompertz函數(shù)積累趨勢，不同基因型在較低濃度亞硒酸鈉溶液葉面噴施時籽粒硒含量差異較小，在較高濃度處理時硒富集能力差異顯著，0～300 μmol/L低濃度處理下3個不同基因型間差異均不顯著，400～800 μmol/L較高濃度處理下3個不同基因型玉米硒含量差異顯著。向東山等、吳永堯等、劉夢蘭等研究發(fā)現(xiàn)糧食籽粒中硒主要以硒代蛋氨酸、硒代光胱氨酸、硒甲基硒代半胱氨酸等蛋白質(zhì)硒有機結合態(tài)的形式存在。3個不同基因型玉米淀粉、粗脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸等成分和理化性質(zhì)均存在較大差異，在低硒條件下硒與玉米籽粒中蛋白質(zhì)、氨基酸等成分結合競爭少，表現(xiàn)不同基因型籽粒硒富集差異小，在高濃度環(huán)境下受玉米籽粒中蛋白質(zhì)、氨基酸等成分含量限制，表現(xiàn)不同基因型品種籽粒硒富集能力差異顯著，玉米籽粒硒富集能力在外部環(huán)境硒持續(xù)供給過量時主要取決于自身基因型蛋白質(zhì)、氨基酸等理化性質(zhì)等因素，在外部環(huán)境硒供給較少時則取決于硒供給量、供給方式、外部環(huán)境等因素。郝玉波等研究發(fā)現(xiàn)植物對土壤中某種元素的吸收取決于該元素含量、土壤及植物特性，糯玉米在自然低硒土壤環(huán)境中具有較強的硒富集能力，而ZD958在10 mg/kg硒水平下硒積累量高于JN218，高婧研究發(fā)現(xiàn)各種食物硒含量差異較大，即大米>玉米和面粉>蔬菜>水果， 劉夢蘭等研究發(fā)現(xiàn)不同基因型水稻品種對土壤硒富集能力具有明顯差異，楊亮等研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)小麥品種籽粒中硒含量差異，將小麥品種劃分為耐硒品種和硒敏感型品種。

姜超強等研究發(fā)現(xiàn)土壤硒含量為0.5～1.0 mg/kg所產(chǎn)富硒大米可滿足人體硒的需要量，而土壤硒含量≥1.5 mg/kg所產(chǎn)大米硒含量超出糧食硒含量安全標準，李圣男等對富硒玉米相關文獻分析表明僅有11.5%的產(chǎn)品符合富硒標準，高達44.2%樣本硒含量超標，楊舒添等擬合了糯玉米富硒曲線方程，計算出4種不同糯玉米品種安全生產(chǎn)上限。該研究表明玉米是硒高富集植物，玉米植株經(jīng)濃度100～800 μmol/L亞硒酸鈉溶液葉面噴施所產(chǎn)籽粒硒含量均超過富硒玉米硒含量標準，最低試驗濃度100 μmol/L富硒液處理所產(chǎn)玉米籽粒的硒含量幾乎是安全含量上限的2倍，噴施濃度為800 μmol/L亞硒酸鈉溶液玉米籽粒的硒含量平均達4.77 mg/kg，先玉335和鄭單958最高達5.32、5.41 mg/kg，根據(jù)籽粒硒含量擬合曲線可以看出仍未到達上升趨勢停滯或下降的拐點，因此富硒玉米生產(chǎn)中要嚴格控制葉面噴施硒肥供應量(濃度和噴施次數(shù)及土壤含量)，高濃度或多次噴施處理或高硒土壤生長等過度供應均可使玉米籽粒成為超高硒有毒產(chǎn)品，攝入稍多便會出現(xiàn)硒中毒，要高度警惕安全性問題。同時玉米作為硒高富集植物，選擇適宜品種嚴格控制程序生產(chǎn)的高硒玉米籽粒可以制成藥丸、粉劑、水劑等產(chǎn)品作為定量補硒保健品或缺硒癥患者藥食產(chǎn)品。