葉面噴施納米硒對不同基因型谷子農藝性狀、硒含量及產量和品質的影響

摘要：探究不同基因型谷子對納米硒的響應，為延安谷子種質資源硒富集高效利用和遺傳改良提供參考依據。以9份來自不同生態區的延安市谷子主栽品種為試驗材料，于灌漿中期和后期葉面噴施375 g/hm2的納米富硒營養劑，設置清水對照，分析和比較不同谷子品種在納米硒處理后農藝性狀、產量、籽粒米色、品質及硒含量的變化。結果表明，延安市谷子主栽品種分為2類群，一類是硒敏感型材料：晉汾107、李渠黑谷和延谷14，經納米硒處理后，各項農藝性狀、產量下降明顯，除晉汾107外，李渠黑谷和延谷14的大部分籽粒米色、品質均提升；另一類是耐硒型材料：晉谷40、衡谷36、長生13、晉谷21、陜豫谷3號、長生07，經納米硒處理后，各項農藝性狀、產量上升明顯，除長生07、陜豫谷3號、長生13外，晉谷40、晉谷21、衡谷36的大部分籽粒米色、品質均上升。可見，葉面噴施375 g/hm2的納米硒可以顯著（Plt;0.05）增加谷子的硒含量、產量、穗重、穗粒重、千粒重、穗長、株高、莖粗、穗粗、粗蛋白和粗纖維含量；對谷子籽粒米色沒有影響。不同類型的谷子品種對高濃度硒的響應不同。

關鍵詞：谷子；納米硒；硒敏感性；產量；農藝性狀；品質指標

中圖分類號：S515.06 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）12-0089-07

谷子屬于黍亞科狗尾草屬，又稱粟，是我國古代先民的主要口糧之一，也是我國的重要雜糧之一［1-2］。谷子不僅與中國革命緊密相連，曾為延安革命根據地提供了重要的糧食支持，而且具有豐富的營養價值和突出的醫藥保健作用，還能耐旱、耐瘠薄、抗逆性強、適應性 ［3-5］。谷子的品質提升是育種家和栽培家共同關注的焦點［6］，硒是一種重要的微量元素，對人體健康有著重要作用，但我國多數地區土壤硒含量較低，導致硒缺乏癥的發生。近年來，外源硒也被發現可以影響植物的生長發育和品質［7］。因此，通過葉面噴施外源納米硒來提升谷子的硒含量和品質是一種新穎而有效的方法，對于促進谷子產業發展和改善人們營養狀況具有重要意義。

目前，多個研究報道葉面噴施無機硒肥對水稻、小麥、玉米、大豆、馬鈴薯等作物的效果［8-12］。其中彭濤等研究報道葉面噴施硒肥能明顯提高小麥產量和籽粒的硒含量，產量增幅達0.9%～5.5%［13］。段門俊等葉面噴施Na2SeO3能增加再生稻產量，提升再生稻米品質和精米率，降低堊白率［14］。候青光等研究表明，在玉米拔節期和大喇叭口期噴施硒肥可顯著或極顯著提高產量［10］。潘麗萍等研究表明，膨大期噴施硒肥對馬鈴薯產量、礦質元素及品質均有促進作用［12］。但作物研究中常噴施的硒以亞硒酸鹽和硒酸鹽等無機硒為主，此類物質有毒性大、難吸收、利用率低、污染強等缺點，相比之下，納米硒具有毒性低、結構穩定、生物活性高、污染小等優點，受到人們廣泛關注［15］。已有研究發現，馬鈴薯、綠豆中噴施納米硒可以提高作物的產量、品質、礦質元素［16-17］。然而，目前谷子納米硒研究大部分集中在單一品種或單一生態區谷子生理特性、產量品質等方面的影響，尤其缺乏不同谷子種質資源納米硒高效資源篩選鑒定［18-20］。本研究以9份不同生態區延安市谷子主栽品種為試驗材料，于灌漿中期和后期噴施375 g/hm2納米富硒營養劑，分析和比較它們產量、農藝性狀、籽粒米色、品質和硒含量的變化，并結合聚類分析，篩選出較強的富硒谷子主栽品種，為后期谷子納米硒高效品種改良和機理研究提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為延安市谷子主栽品種長生07、晉汾107、衡谷36、陜豫谷3號、長生13、延谷14、晉谷21、晉谷40、李渠黑谷均由延安市農業科學研究院谷子課題組提供，這些品種經過了前期引種試驗篩選，具有較大的遺傳背景差異大，來源于不同的生態區，其中，山西5份，陜西3份，河北1份。試驗硒肥是為納米富硒營養劑（氨基酸型），由中農硒科富硒農業技術研究院提供。

1.2 試驗設計

田間試驗于2021年在陜西省延安市安塞區延安市農業科學研究所沙渠灣基地（109°20′51.4″E，36°47′58.3″N）進行。試驗地土壤類型為沙壤土，為2018年新造耕地，前茬種植大豆，土層土壤pH值為8.45，有機質含量為6.31 g/kg，全氮含量為 0.49 g/kg，有效磷含量為3.44 mg/kg，速效鉀含量為 122.2 mg/kg，總硒含量為0.24 mg/kg。

采用裂區設計［21］，小區長3 m，寬5 m，面積為 15 m2，重復3次。于灌漿中期（播種后16周）和后期（播種后17周）分別對9個延安市谷子主栽品種噴施納米富硒營養劑，硒肥處理濃度按照納米硒肥產品使用方法為375 g/hm2，設置清水對照，兌水450 L/hm2。2021年5月8日播種，5月26日間苗，6月21日定苗，定苗密度為45萬株/hm2，10月25日收獲。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 農藝性狀調查與小區產量測定 谷子成熟后，從每個小區連續選取長勢均勻的5株植株，參照文獻［22］測量株高、莖粗、穗長、穗粗、穗重、穗粒重、千粒重。收取各個小區的全部谷子，進行測產。

1.3.2 米色測定 各個小區的谷子脫粒后，利用JLGJ-B-45型檢驗礱谷機進行脫殼、分篩、去雜后，用色差儀（ColorReader CR7）測定各個小區的米色亮度（L*）、紅綠值（a*）、黃藍值（b*），并計算橘色顏色指數［2］：

CCI=1 000×a*/（L*×b*）。

1.3.3 品質測定 蛋白質含量測定按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》凱氏定氮法進行；脂肪含量測定按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》酸水解法進行；粗纖維含量測定按照GB/T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》進行；賴氨酸測定按照染料結合賴氨酸法-DBL法進行［23］。每個材料測定3個平行樣。

1.3.4 硒含量測定 按照GB 5009.93—2017《食品安全國家標準 食品中硒的測定》用氫化物原子熒光光譜法測定谷子籽粒硒含量。

1.4 數據分析

試驗數據采用Graphpad Prism 9.5繪制圖表、SAS進行方差分析和多重比較分析，利用SPSS 25進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 噴施納米硒對谷子主要農藝性狀及產量的影響

由圖1可知，納米硒處理顯著提高了谷子的株高、穗重、穗粒重、穗長、莖粗、穗粗和千粒重，分別增加了2.88 cm、1.09 g、0.95 g、0.63 cm、0.42 mm、0.37 mm、0.05 g。納米硒處理還顯著提高了谷子的折合產量，平均增加了236.79 kg/hm2，為 3 806.67 kg/hm2，而對照的折合產量為 3 569.88 kg/hm2。結果表明，葉面噴施納米硒肥能夠促進谷子的生長發育，提高產量，增加其農藝性狀。

2.2 噴施納米硒對谷子籽粒米色、品質及硒含量的影響

由表1可知，經納米硒處理后，所有谷子籽粒的L*、a*、b*值均為正值，但與對照相比，沒有顯著變化，對谷子籽粒的橘色顏色指數（CCI）也沒有顯著影響。納米硒處理對谷子籽粒的粗纖維、粗脂肪、粗蛋白、賴氨酸、硒含量均有影響，其中粗纖維含量顯著增加了10.77%，粗蛋白含量顯著增加了9.26%，賴氨酸含量顯著降低了9.38%，粗脂肪含量降低了0.42%。此外，灌漿中后期葉面噴施納米硒可顯著提高谷子籽粒中的硒含量，納米硒處理前谷子籽粒硒平均含量為 0.001 mg/kg；硒處理后，谷子籽粒硒平均含量為1.102 mg/kg。結果表明，葉面噴施納米硒能夠改善谷子籽粒的品質，增加其粗纖維和粗蛋白含量，降低其賴氨酸和粗脂肪含量，但不影響其米色。

2.3 噴施納米硒對不同谷子品種之間主要農藝性狀和產量的影響

灌漿中期和后期噴施375 g/hm2的納米硒后，不同谷子品種的農藝性狀（株高、莖粗、穗長、穗粗、穗重、穗粒重、千粒重）變化存在差異（圖2）。李渠黑谷、延谷14、晉汾107的株高降低，降幅分別為5.03、4.71、3.76 cm，6個谷子品種的株高較對照上升，晉谷21的增幅最大，為15.61 cm；9個谷子品種中，晉汾107的莖粗明顯降低，降幅為0.44 mm，8個谷子品種的莖粗增加，陜豫谷3號的增幅最大，為1.21 mm；5個品種的穗長較對照有所增加，其中陜豫谷3號、長生13、衡谷36、晉谷21經納米硒處理后穗長增幅分別為3.55、2.03、1.89、1.10 cm，延谷14經納米硒處理后穗長降低，降幅為1.99 cm；納米硒處理后7個谷子的穗粗較對照增加，晉谷21、長生13、衡谷36的增幅均在2.00 mm以上，其中晉谷21的增幅最大，為 3.39 mm，李渠黑谷、延谷14經納米硒處理以后穗粗下降，李渠黑谷的降幅最大，為1.75 mm；納米硒僅降低了晉谷21、李渠黑谷、延谷14的穗重，增加了其他品種的穗重，增幅最大的品種是陜豫谷3號，為5.21 g；7個谷子品種的穗粒重增加，其中陜豫谷3號、衡谷36、長生13的增幅均在2.00 g以上，陜豫谷3號的增幅最大，為 3.64 g，李渠黑谷、延谷14經納米硒處理以后穗粗重明顯下降，李渠黑谷的降幅最大，為2.86 g；納米硒對不同谷子品種的千粒重的影響差異較大，4個品種的千粒重減小，5個品種的千粒重增加，其中陜豫谷3號的增幅最大，為0.39 g。灌漿中后期噴施375 g/hm2的納米硒對不同谷子品種產量具有較大的影響，晉谷40、衡谷36、長生07、陜豫谷3號、晉谷21、長生13產量在納米硒處理下增產，其中晉谷40的增幅最大，為751.11 kg/hm2，晉汾107、延谷14、李渠黑谷產量在納米硒處理下減產，其中晉汾107的降幅最大，為428.89 kg/hm2（圖3）。結果表明，葉面噴施納米硒對于不同谷子品種的農藝性狀和產量改變存在差異。

2.4 噴施納米硒對不同谷子品種之間米色及品質的影響

經納米硒處理后，不同谷子品種的 L*、a*、b*值均為正值，并存在變化（表2）。晉谷40、延谷14、衡谷36、李渠黑谷的L*值均上升，L*值越大米色越亮，晉谷40的增幅最大，為4.21；延谷14、晉谷40、衡谷36、晉谷21、李渠黑谷的a*值均增大，a*值越大米色越紅，延谷14的增幅最大，為0.82；延谷14、晉谷40、衡谷36、李渠黑谷、晉谷21的b*值均增大，b*值越大米色越黃，延谷14的增幅最大，為2.60；衡谷36、長生07、長生13、晉谷21、延谷14的米色綜合指標（CCI值）均得到提升。

不同谷子品種之間的品質性狀包括粗纖維、粗脂肪、粗蛋白、賴氨酸經納米硒處理后，均有不同程度的響應（表2）。其中，衡谷36、延谷14、晉汾107、晉谷40、長生07、晉谷21、李渠黑谷的粗纖維含量增加，衡谷36的增幅最大，增加了0.74百分點；李渠黑谷、衡谷36、晉谷21的粗脂肪含量均上升，李渠黑谷的增幅最大，增加了0.30百分點，延谷14、長生13的粗脂肪含量在納米硒處理后變化不大；長生13、陜豫谷3號、晉汾107、延谷14、衡谷36、李渠黑谷、晉谷40的粗蛋白含量均上升，長生13的增幅最大，增加了3.94百分點；所有谷子品種的賴氨酸含量對納米硒處理的響應較小，僅有晉谷40、長生13的賴氨酸含量得到提升，長生07處理前后賴氨酸含量無明顯變化，其他品種的賴氨酸含量降低。

2.5 噴施納米硒對不同谷子品種籽粒硒含量的影響

灌漿中期和后期噴施375 g/hm2的納米硒明顯提高了不同谷子品種籽粒硒含量（圖4）。9個延安市主栽品種中，長生07、李渠黑谷、晉谷40、晉汾107的硒含量增值均在0.95 mg/kg以上，長生07的增值最大，為2.93 mg/kg；晉谷21、長生13、衡谷36、延谷14、陜豫谷3號的硒含量增值均在 0.34 mg/kg 以下，陜豫谷3號的增值最小，為 0.21 mg/kg。

2.6 延安市谷子主栽品種的聚類分析

根據不同谷子品種經納米硒處理后農藝性狀、產量、籽粒米色、品質及硒含量的變化值做聚類分析。在歐式距離10處，可將9個延安市谷子主栽品種分成2類（圖5）。一類是晉汾107、李渠黑谷和延谷14，這些品種受納米硒處理的影響，其農藝性狀、產量均有不同程度的下降，其中晉汾107對納米硒的響應最為明顯，各項農藝性狀、產量和大部分籽粒米色、品質均下降，與之不同的是李渠黑谷和延谷14除各項農藝性狀、產量下降明顯外，大部分籽粒米色、品質得到了提升，可見，灌漿中后期噴施375 g/hm2的納米硒對晉汾107、李渠黑谷和延谷14的生長表現出抑制作用；另一類是晉谷40、衡谷36、長生13、晉谷21、陜豫谷3號、長生07，表現為株高、莖粗、穗長、穗粗、單穗重、穗粒重、千粒重均有不同程度的上升，其中晉谷40、晉谷21、衡谷36各項農藝性狀、產量、大部分籽粒米色、品質均上升，與之不同的是長生07、陜豫谷3號、長生13除各項農藝性狀、產量上升明顯外，大部分籽粒米色、品質得到了降低，晉谷40對納米硒的響應最為明顯，可見，灌漿中后期噴施375 g/hm2的納米硒對晉谷40、衡谷36、長生13、晉谷21、陜豫谷3號、長生07的生長表現為促進作用。

3 討論與結論

硒是人體和動物新陳代謝的重要必需微量元素之一［24］，具有抗癌、抗菌、抗氧化等功能［25-26］。硒缺乏會使得動物機體的免疫功能下降，增加了糖尿病、心腦血管疾病、克山病、大骨節病、癌癥等疾病的發生風險［27］。人體無法合成硒元素，植物富硒是人體獲取硒的最經濟有效的途徑之一［28］。本研究對來自不同生態區的9個延安市谷子主栽品種在灌漿中期和后期噴施375 g/hm2納米富硒營養劑后，不同谷子品種農藝性狀、產量、籽粒米色、品質及硒含量均存在較大差異。灌漿中期和后期葉面噴施375 g/hm2的納米硒后，谷子的產量、穗重、穗粒重、千粒重、穗長、株高、莖粗和穗粗增加。這說明外源硒能夠通過影響谷子的產量形成因子（穗重、穗粒重、千粒重），加快灌漿速率，促進籽粒中營養物質的形成，從而增加谷子的產量［5］。這與穆婷婷等的研究結果［29-34］一致。

谷子籽粒的米色是谷子外觀品質的重要指標，也是衡量谷子商品性的關鍵標準。有研究報道，灌漿期葉面噴施硒肥可使谷子籽粒中的黃色素含量增加，從而影響谷子籽粒米色［35］。然而，也有研究報道，葉面噴施硒肥對谷子籽粒中的葉黃素含量和米色無顯著性影響 ［31］。本研究發現，灌漿中和后期葉面噴施375 g/hm2的納米硒后，谷子籽粒的L*、a*、b*、CCI均無顯著變化，表明外源硒對谷子籽粒米色無顯著影響，與后者的研究結果［31］相符。然而，不同品種谷子籽粒米色對納米硒的響應不一樣，其中延谷14、衡谷36、李渠黑谷、晉谷40的米色有所改變。這可能由于前人選擇了單一品種或單一生態區的谷子種質資源作為研究對象有關。本研究發現，納米處理后可提高谷子籽粒的粗蛋白、粗纖維含量，并且粗蛋白對莖粗和穗重有一定相關性。這與穆婷婷等的研究結果［28-29，36-37］一致。本研究發現，來自山西的長生07、晉谷40、晉汾107、晉谷21、長生13谷子籽粒含量均在0.320 mg/kg以上，富硒能力較強。這與岳琳祺等的研究結果［34，38］一致。可見，不同生態區的谷子對納米硒的響應不同，山西地區的谷子具有較強的富硒潛力，在富硒谷子品種的育種工作中，可以著重關注山西的谷子。

聚類分析是作物種質資源鑒定、篩選和評價的重要方法之一，廣泛應用于各種作物［39-40］。李潔將150份青稞種質資源利用系統聚類，分為4大類，分別為耐旱性較差、有一定的耐旱性、耐旱性最佳和耐旱性最弱［41］。陳凌等根據耐低氮綜合評價D值，通過聚類分析將 100 份糜子品種劃分為耐低氮型、中間型和不耐低氮型 3 種類型［42］。岳琳祺等對硒處理后不同品種谷子農藝性狀的變化值做聚類分析，將31 份谷子種質資源分為 4 個類群，其中第1類群為硒敏感型材料，第2類群為耐硒性材料，其他材料分別聚為第3類和第4類［34］。邢國芳等將205 份谷子種質資源分為 5 類，分別為硒高效品種、硒較高效品種、硒中等效率品種、硒較低效品種、硒低效品種［43］。本研究根據不同谷子品種經納米硒處理后農藝性狀、產量、米色、品質和硒含量的變化值，將9份延安市谷子主栽品種分為2類，一類是硒敏感型材料：晉汾107、李渠黑谷和延谷14，經納米硒處理后，各項農藝性狀、產量下降明顯，除晉汾107外，李渠黑谷和延谷14的大部分籽粒米色、品質均提升；另一類是耐硒型材料：晉谷40、衡谷36、長生13、晉谷21、陜豫谷3號、長生07，經納米硒處理后，各項農藝性狀、產量上升明顯，除長生07、陜豫谷3號、長生13外，晉谷40、晉谷21、衡谷36的大部分籽粒米色、品質均上升。表明高濃度納米硒對不同類型的谷子品種影響不同，硒敏感品種的生長發育會受到抑制，而耐硒型品種的生長發育會受到促進。而不同谷子品種籽粒米色和品質對高濃度納米硒的響應沒有規律。

本研究對9份來自不同生態區延安市谷子主栽品種經納米硒處理后農藝性狀、產量、籽粒米色、品質及硒含量的變化進行了分析和比較。將9份延安市谷子主栽品種分為2類。灌漿中期和后期葉面噴施375 g/hm2的納米硒后，谷子的產量、穗重、穗粒重、千粒重、穗長、株高、莖粗和穗粗增加。375 g/hm2的納米硒提高了谷子籽粒的硒含量、粗蛋白、粗纖維含量，對谷子籽粒米色沒有影響，不同類型的谷子品種對高濃度硒的響應不同。

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收稿日期：2023-11-14

基金項目：現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-06-14.5-B28）；陜西省重點研發計劃（編號：2023-YBNY-017）；延安市科技計劃（編號：2023-CYL-172）。

作者簡介：韓 芳（1971—），女，陜西宜川人，高級農藝師，從事谷子栽培與遺傳育種研究。E-mail：206490534@qq.com。

通信作者：蘇樂平，碩士，農藝師，從事谷子栽培與遺傳育種研究，E-mail：sltp2015@163.com；袁宏安，研究員，從事谷子栽培與遺傳育種研究，E-mail：nksyha@sina.com。