葉面噴硒對不同秈·粳水稻品種稻米品質及硒含量的影響

楊 英,趙士茹,舒小偉,王樹深,伏 桐,丁周宇,周 娟,姚友禮,董桂春

(揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心/教育部植物功能基因組重點實驗室,江蘇揚州 225009)

硒是人類維持健康必不可少的微量元素之一。稻米作為我國大部分人口的主糧,其含硒量與人體硒營養狀態密切相關,據《中國居民膳食營養素參考攝入量》[1]標準,成年人平均需硒量(EAR)為50 μg/d,但我國稻米中的硒含量平均僅為0.025 mg/kg,成年人每天通過大米攝入的硒含量遠低于需求量[2]。因此,通過增加稻米中的硒含量是目前最經濟有效的補硒方法[3-6]。

噴硒可以提高作物硒含量已有不少報道,在生產中也有一定的應用。研究表明,通過外源施用硒肥,可提高水稻籽粒中硒含量[7-9],表現出在一定濃度范圍內,隨著硒濃度的增加稻米中硒含量也呈增加趨勢[10-12],Wang等[8]研究表明,對抽穗期水稻葉面噴施亞硒酸鈉(40 mg/L,10.5 g/hm2),水稻籽粒中的硒含量從0.03 μg/g提高到1.54 μg/g;周鑫斌等[13]研究顯示,葉面噴施硒肥,盡管增加的幅度不同,但不同品種稻米硒含量均有所提高;而劉夢蘭等[14]研究認為,外源施入硒肥可極顯著地提高各品種糙米和精米中的硒含量,并降低稻米籽粒中的砷、鉛和鎘含量,一定程度改善稻米品質。外源施入硒肥通常在抽穗期進行,在其他時期施用對水稻生長也有一定的影響,如苗期施用一定濃度的硒肥(0.25 mg/L),可增強水稻葉片中 SOD 和 POD 的活性[15]。關于硒肥對稻米品質的影響,前人的研究或是針對同一亞種的水稻品種,或是針對不同秈粳水稻品種產量及稻米硒含量的影響進行研究,而對不同秈粳水稻品種在不同栽培處理的基礎上研究葉面噴硒對稻米品質及硒含量的綜合響應較少。為此,筆者以江蘇近年來種植面積較大的優質食味粳稻南粳9108和曾經在江蘇省應用較廣的秈稻揚稻6號為材料,針對上述問題開展相應的研究,以期為水稻硒肥的合理應用及其效應評估提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗材料試驗于 2021 年在揚州大學農學院試驗田進行。供試品種為常規秈稻揚稻 6 號、常規粳稻南粳 9108。

1.2 試驗方法

(1)塑盤育秧。5 月 20 日播種,6 月 11 日移栽。人工模擬機插,株行距為 11 cm×30 cm,約 30.3 萬穴/hm2,每穴 5 苗。每處理設3個重復,每重復20 m2,小區間以田埂分隔,用塑料薄膜包埋,單獨排灌,防止肥水串灌。

(2)肥料施用。氮磷鉀施用比例約為 1∶0.4∶0.4。施氮量為270 kg/hm2純氮,磷肥、鉀肥均以三元復合肥(15-15-15)形式分2次施用。氮肥運籌,基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3。基肥在移栽前 1 d施用,分蘗肥在移栽后 7 d施用,穗肥包括促花肥和保花肥,促花肥和保花肥分別在倒 4 葉、倒 2 葉施用。

(3)水分管理。移栽后淺水活棵,分蘗期干濕交替灌溉,達夠苗 80%時多次輕擱田,直至稻田土壤出現雞爪裂紋,穗分化期及抽穗期保持濕潤或淺水層,然后干濕交替灌溉,收獲前 10 d斷水。適時防止病蟲草害,水稻生長正常。

1.3 試驗設計

1.3.1秸稈還田方式和穗肥處理試驗。設秸稈還田和穗肥2個處理。秸稈還田設全量還田和不還田2個方式;穗肥處理,促花肥和保花肥施用比例設 0∶0(促花肥和保花肥均不施)、2∶0(只施促花肥)、1∶1(促花肥和保花肥等量施用)、0∶2(只施保花肥),另加1個全程不施肥的處理(CK),共 10 個處理。

1.3.2硒肥試驗。每小區選擇 5 行長勢均勻一致的水稻,于抽穗后 5 d 人工葉面噴施 0.2%的亞硒酸鈉溶液,以噴施清水(CK)為對照。

1.4 測定項目與方法

1.4.1產量及其構成因素。成熟期各小區取代表性植株6穴,每處理共18穴。測定各穴稻株的穗數;手工脫粒測定每穗粒數;以水漂法區分飽粒(沉入水底者)和空粒,用數粒板計數飽粒數,人工計數空粒數,計算結實率;烘干至恒重(80 ℃,72 h)后稱量干重,計算飽粒千粒重。每小區實收1 m2水稻植株,作為實收產量。

1.4.2加工和外觀品質。收獲的稻谷進行脫粒后置于室內陰涼通風處,90 d后,測定稻米的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率和堊白度。

1.4.3營養和食味品質。用近紅外谷物分析儀測定稻米的蛋白質含量和直鏈淀粉含量。采用米飯食味計,自動測定米飯的氣味、光澤和色澤、完整性、味道、口感的評分和綜合評分值。

1.4.4稻米淀粉黏滯特性。采用 Super3 型 RVA 快速黏度分析儀測定淀粉黏滯特性。用峰值黏度、熱漿黏度、崩解值(峰值黏度-熱漿黏度)、最終黏度、消減值(最終黏度-峰值黏度)、峰值時間和糊化溫度等表示 RVA 譜特征值。

1.5 數據處理與統計分析試驗數據均以Microsoft Excel 2019進行數據處理,以SPSS(25.0)進行統計分析,以Origin 2022進行繪圖。各處理的比較均采用最小顯著差法(LSD),凡超過LSD 0.05視為顯著。

2 結果與分析

2.1 葉面噴硒對不同秈、粳水稻品種產量的影響由圖1可知,葉面噴施硒肥,揚稻6號各處理的產量較不噴施各處理平均增加1.46%,其中秸稈還田平均高0.82%,0∶0處理增幅最大,秸稈不還田平均高2.13%,1∶1處理增幅最大;南粳9108各處理的產量較不噴施各處理平均增加3.54%,其中秸稈還田平均高1.93%,0∶2處理增幅最大,秸稈不還田平均高5.24%,2∶0處理增幅最大。

注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments at the level of 0.05.圖1 葉面噴施硒肥對不同秈、粳水稻品種產量的影響Fig.1 Effect of foliar application of selenium fertilizer on yield of different rice varieties

2.2 葉面噴硒對不同秈、粳水稻品種稻米品質的影響

2.2.1加工品質。由表1可知,揚稻6號噴硒處理的整精米率較不噴施處理平均增加1.60%,其中秸稈還田平均高0.03%,0∶2處理增幅最大,秸稈不還田平均高1.63%,0∶2處理增幅最大;南粳9108噴硒處理整精米率較不噴施各處理平均增加0.60%,其中秸稈還田平均高0.25%,0∶0處理增幅最大,秸稈不還田平均高0.41%,2∶0處理增幅最大。

可見,噴施硒粒肥處理均可小幅提高揚稻6號和南粳9108的整精米率,揚稻6號的增幅略大。

2.2.2外觀品質。在稻米外觀品質中,長寬比、堊白度是反映稻米外在特性的主要指標。由表2可知,揚稻6號稻米長寬比,噴硒處理與不噴施處理平均值相同,但秸稈還田條件下噴硒處理增加0.27%,秸稈不還田平均下降0.27%;南粳9108長寬比,噴硒處理與不噴施處理平均值相同,在秸稈還田條件下也無變化,在秸稈不還田條件下平均低0.11% 。葉面噴施硒肥處理下,揚稻6號的堊白粒率較不噴施處理平均降低0.10%,堊白度較不噴施處理平均增加0.13%,其中,堊白粒率在秸稈還田條件下平均降低0.16%,1∶1處理降幅最大,秸稈不還田條件下平均低0.44%,1∶1處理降幅最大;堊白度在秸稈還田條件下平均提高0.26%,0∶0處理增幅最大,秸稈不還田條件下平均降低0.42%,0∶0處理降幅最大;南粳9108的堊白粒率和堊白度,噴硒處理與不噴施處理的平均值相同,其中,堊白粒率在秸稈還田條件下平均降低0.27%,2∶0處理降幅最大,秸稈不還田條件下平均高0.18%,1∶1處理降幅最大;堊白度在秸稈還田條件下平均降低0.27%,0∶0處理降幅最大,秸稈不還田條件平均低0.06%,0∶2處理降幅最大。

可見,噴施硒肥處理可小幅降低揚稻6號、南粳9018的堊白粒率和堊白度,對堊白粒率降低效果稍大,對長寬比的影響更小。

表2 葉面噴硒對揚稻6號和南粳9108稻米外觀品質的影響Table 2 Effect of foliar selenium spraying on rice appearance quality of Yangdao 6 and Nanjing 9108

接下表續表2

2.2.3蒸煮食味品質和營養品質。由表3可知,葉面噴施硒肥的揚稻6號各處理直鏈淀粉含量、糊化溫度和蛋白質含量較不噴施各處理平均分別高0.15%、0.70%和0.03%,其中,直鏈淀粉含量在秸稈還田下平均高0.50%,1∶1處理增幅最大,在秸稈不還田下平均低0.20%,1∶1處理降幅最大;糊化溫度在秸稈還田下平均高0.70%,1∶1處理增幅最大,在秸稈不還田下平均低0.70%,1∶1處理降幅最大;蛋白質含量在秸稈還田下平均高0.26%,1∶1處理增幅最大,在秸稈不還田下平均低0.19%,0∶0處理降幅最大;南粳9108各處理直鏈淀粉含量、糊化溫度和蛋白質含量較不噴施各處理分別平均高0.59%、0.48%和0.18%,其中,直鏈淀粉含量在秸稈還田下平均高0.49%,2∶0處理增幅最大,在秸稈不還田下平均低0.48%,2∶0處理降幅最大,糊化溫度在秸稈還田下平均高1.60%,CK處理增幅最大,在秸稈不還田下平均低0.43%,1∶1處理降幅最大,蛋白質含量在秸稈還田下平均高1.73%,2∶0處理增幅最大,在秸稈不還田下平均低1.34%,0∶0處理降幅最大。

可見,噴施硒粒肥處理可小幅度提高揚稻6號、南粳9018的直鏈淀粉含量、糊化溫度、蛋白質,其中,揚稻6號在噴硒后直鏈淀粉含量的增幅略大,而南粳9108在噴硒后糊化溫度和蛋白質含量的增幅略大。

表3 葉面噴硒對揚稻6號和南粳9108稻米蒸煮食味品質和蛋白質含量的影響Table 3 Effect of foliar selenium spraying on rice cooking and eating quality and protein content of Yangdao 6 and Nanjing 9108

2.3 葉面噴施對稻米淀粉RVA譜特征的影響RVA譜特征值指標很多,崩解值、消減值是依據峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度計算出來,是反映稻米食味品質的代表性RVA譜特征值。由表4可知,揚稻6號在噴硒處理下各處理的平均崩解值較不噴施各處理平均高2.61%,其中,秸稈還田平均高5.00%,1∶1處理增幅最大,秸稈不還田平均高4.99%,1∶1處理增幅最大;南粳9108各處理平均崩解值較不噴施各處理平均高3.82%,其中,秸稈還田平均高5.00%,1∶1處理增幅最大,秸稈不還田平均高2.61%,0∶0處理增幅最大;揚稻6號在噴硒處理下的平均消減值較不噴施各處理平均高0.30%,其中,秸稈還田平均高0.30%,秸稈不還田平均高0.30%;南粳9108各處理平均消減值較不噴施各處理平均低0.75%,其中,秸稈還田平均低1.78%,1∶1處理降幅最大,秸稈不還田平均低0.31%,1∶1處理降幅最大。

可見,噴施硒粒肥處理可小幅提高揚稻6號和南粳9018的崩解值,南粳9108在噴硒后崩解值的增幅略大。噴施硒粒肥處理小幅提高揚稻6號的消減值,小幅降低南粳9018的消減值。

表4 葉面噴硒對揚稻6號和南粳9108稻米淀粉RVA譜特征值的影響Table 4 Effect of rice foliar selenium spraying on RVA spectrum characteristic value of Yangdao 6 and Nanjing 9108 單位:Pa·s

2.4 葉面噴硒對不同秈、粳水稻品種植株各器官硒含量的影響由表5可知,揚稻6號各處理的莖鞘、葉片、稻穗(含枝梗、飽粒、空癟粒)及精米中的硒含量較不噴施各處理平均分別高295%、494%、266%和270%,其中,莖鞘、葉片、稻穗及精米的硒含量在秸稈還田下平均分別高319%、475%、286%和296%,秸稈不還田下平均分別高269%、510%、246%和253%,南粳9108各器官中的硒含量較不噴施平均分別高324%、488%、266%和285%,其中,莖鞘、葉片、稻穗及精米在秸稈還田下平均分別高336%、481%、287%和226%,秸稈不還田下平均分別高283%、505%、243%和257%。

可見,噴施硒肥可顯著提高揚稻6號、南粳9018莖鞘、葉片、穗部及精米中的硒含量,其中,南粳9108在噴硒后莖鞘、稻穗和精米中的硒含量增幅略大,揚稻6號葉片中的硒含量的增幅略大。

3 結論與討論

3.1 葉面噴硒對不同秈、粳水稻品種稻米品質的影響

3.1.1加工和外觀品質。稻米品質主要是通過加工、外觀、蒸煮食味和營養等品質來評價。隨著生活水平的提高,人們對稻米品質的要求也越來越高。采用葉面噴施硒肥,可補充根系吸收養分的不足,并有適度增產和改善稻米品質的作用[7-9,16]。整精米率是反映稻米加工品質的重要指標。徐琴等[17]研究表明,葉面噴施硒肥能明顯提高整精米率和降低堊白度,但并不是隨著施用量的增加而一直增高或降低。趙瀅等[18]以從國際水稻所引進的一套秈稻微核心種質中篩選出25份種質為試材,通過土壤施入硒肥處理后顯示,富硒分別提高了8個品種的糙米率、12個品種的精米率和10個品種的整精米率,但也降低了7個品種的糙米率、8個品種的精米率和8個品種的整精米率,表明增施硒肥對加工品質的影

表5 葉面噴硒對揚稻6號和南粳9108莖鞘、葉片、稻穗和精米中硒含量的影響Table 5 Effect of foliar selenium spraying on selenium content in stems,leaves,ears and polished rice of Yangdao 6 and Nanjing 9108 單位:mg/kg

響因品種遺傳基礎不同,反應也有明顯的差異。該研究表明,葉面噴硒可小幅提高揚稻6號糙米率和南梗9108精米率,小幅降低揚稻6號精米率和南梗9108糙米率,但使2個品種的整精米率均有所提高。水稻的外觀品質主要用長寬比、堊白度和堊白粒率來評價。長寬比、堊白等性狀是反映稻米外在特性的主要指標,與稻谷產量及品質都有一定的聯系[19]。余侃等[20]研究表明,施入外源硒肥,可降低水稻的堊白粒率和堊白度。該研究結果表明,葉面噴施硒肥使揚稻6號、南粳9108的堊白粒率和堊白度較均有所降低,堊白粒率下降幅度稍大,但對米粒的長度比幾乎無影響。

3.1.2蒸煮食味和營養品質。稻米的蒸煮食味品質與其自身的理化特性密切相關,目前常用的稻米理化特性主要包括蛋白質含量、直鏈淀粉含量等化學組分、膠稠度、黏滯性、糊化特性和回生特性等[21]。朱文東[22]通過在不同時期葉面噴施硒肥,發現稻米的營養品質、外觀品質、蒸煮品質都有一定的提升,抽穗期噴施效果最佳。淀粉是稻米的主要成分,主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成,直鏈淀粉的含量會直接影響到米飯的黏度和軟度,從而對稻米食味品質產生影響[23],而糊化溫度主要與稻米的蒸煮品質有關。張有利等[5]研究表明,通過葉面噴施硒肥,提高了水稻中蛋白質含量和直鏈淀粉含量,從而提升稻米蒸煮和營養品質。該研究表明,噴施硒肥使揚稻6號、南粳9018的直鏈淀粉含量、糊化溫度、蛋白質均略有提高,揚稻6號直鏈淀粉含量的增幅略大,南粳9108糊化溫度和蛋白質含量的增幅略大。

3.1.3稻米淀粉RVA譜特征。RVA 譜特征值指標很多,但反映稻米食味品質的特征值主要是崩解值、消減值[24]。研究表明,崩解值和最高黏度與食味品質呈極顯著正相關,與消解值呈極顯著負相關[24-26]。該研究表明,葉面噴施硒肥使揚稻6號和南粳9018的崩解值均有所提高,使消解值均有所降低,南粳9108崩解值增幅略大于揚稻6號,消解值降幅略小于揚稻6號。這可能由于葉面噴施硒肥后,促進水稻生育后期養分的吸收,延緩根系衰老,增強了光合同化能力,促進籽粒灌漿,從而實現籽粒產量和稻米品質的同步優化,但其內在機理還需進一步分析。

3.2 葉面噴硒對不同秈、粳水稻品種植株各器官硒含量的影響硒是一種對人體健康十分重要的微量元素,具有提升血細胞中的攜氧工作能力,維護、修補體細胞,提升人體免疫力等功能,通過提高食物中如稻米中的硒含量是實現其功效的有效手段。水稻對硒具有富集作用,不同水稻品種的富集能力不同,不同部位對硒的富集能力也不同[27]。研究表明,外源施入硒肥處理會不同程度地提高莖鞘、葉片和籽粒中的硒含量,各部位的硒含量表現為葉片>莖鞘>精米[3,5-6,13]。目前,水稻外源施入硒肥主要有葉面噴施和土壤施入2種方式,研究表明,葉面噴施硒肥促進水稻莖鞘、葉片和籽粒中的硒含量提高的效果明顯大于土壤施入硒肥的效果[28-29],抽穗期施用效果更突出[30]。該研究表明,葉面噴施硒肥可顯著提高揚稻6號和南粳9018莖鞘、葉片、精米中的硒含量,南粳9108精米硒含量增幅略大。各部位的硒含量表現為葉片>莖鞘>精米,與前人研究結果相似。目前我國國標《富硒稻谷》[31]中規定的富硒稻谷加工的大米中硒含量應在0.04～0.30 mg/kg,該研究表明,富硒處理后2個水稻品種精米硒含量在0.058～0.100 mg/kg,均達到了安全的富硒米標準。

4 結論

葉面噴施硒肥使揚稻6號和南粳9108精米中的硒含量分別提升了0.062、0.057 mg/kg,并達到了安全的富硒米標準;使2個品種整精米率分別提高了1.62%、0.70%,堊白粒率分別降低了0.10%、0.13%,略改善加工和外觀品質;使2個品種的崩解值平均提高了2.61%、3.52%,消解值平均降低了1.82%、0.82%,使稻米淀粉RVA譜主要特征值向優質食味指標轉變。