劉紅恩，李金峰，趙 鵬，劉世亮，王代長，史志偉，秦曉明，高 巍，聶兆君

(河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/河南省土壤污染控制與修復工程技術(shù)研究中心,河南鄭州 450002)

施硒對冬小麥產(chǎn)量及硒吸收轉(zhuǎn)運的影響

劉紅恩，李金峰，趙 鵬，劉世亮，王代長，史志偉，秦曉明，高 巍，聶兆君

(河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/河南省土壤污染控制與修復工程技術(shù)研究中心,河南鄭州 450002)

為探明施硒(Se)對冬小麥產(chǎn)量及Se吸收轉(zhuǎn)運的影響規(guī)律，采用盆栽試驗，研究了北方石灰性潮土中5種施Se量對冬小麥產(chǎn)量、Se吸收及分布的影響。結(jié)果表明，隨著施Se量的增加，冬小麥籽粒產(chǎn)量、成穗數(shù)和穗粒數(shù)均呈先增加后降低的趨勢，其中，Se0.5、Se1處理的籽粒產(chǎn)量和各產(chǎn)量構(gòu)成要素均高于Se0處理，最大值均出現(xiàn)在Se0.5處理。施Se顯著增加了冬小麥各部位的Se含量、Se累積量以及植株總Se累積量；施Se增加了Se元素從穎殼向籽粒的遷移系數(shù)，降低了Se元素從地下部向地上部、莖葉向穎殼的遷移系數(shù)；施Se增加了Se在冬小麥籽粒中的占比，降低了Se在穎殼、莖葉中的占比。Se0.5、Se1較Se0處理，增加了冬小麥籽粒產(chǎn)量、籽粒Se含量、籽粒Se累積量及籽粒Se的占比。

Se；冬小麥；籽粒產(chǎn)量；Se含量；遷移系數(shù)；分配比例

20世紀70年代，國內(nèi)外一些專家學者發(fā)現(xiàn)硒是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性成分，是有機體的保護因子，能有效預防克山病[1-2]。之后，有關(guān)硒元素的營養(yǎng)功能逐漸被重視。硒作為人體和動物生命中必需的微量元素之一，對促進生物體內(nèi)抗氧化與免疫系統(tǒng)的形成發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[3]。硒缺乏可加速機體衰老，或?qū)е麓蠊遣?、克山病、癌癥以及40多種地方性流行疾病[4]，硒過量則導致機體生殖能力下降、高畸胎率，并引發(fā)多種癌癥[5]。相關(guān)研究表明，我國有72%的地區(qū)，約7億人口處于缺硒狀態(tài)，硒攝入量的不足嚴重影響著我國廣大人民群眾的身體健康[5]。人體所需要的硒營養(yǎng)主要來自于食物，在人體對硒的吸收利用效率及安全性上，有機硒遠高于無機硒，而植物性硒源又高于動物性硒源[6]。因此，植物作為將無機硒轉(zhuǎn)化為有機硒的天然有機化工廠[7]，被認為是人體安全攝入硒的主要來源[8]。通過土壤施用硒肥來提高食物中的硒含量成為低硒地區(qū)人體補硒的重要途徑[9]。硒并非高等植物所必需的微量元素，但適量的硒可促進植株生長，提高作物產(chǎn)量，用量過高則會抑制植株生長，產(chǎn)生毒害效應(yīng)[10-11]。外源施硒可使蔬菜硒含量增加7～60倍[12]，水稻硒含量增加5～10倍[13]，煙葉硒含量增加107～304倍[14]。但對北方石灰性土壤通過土施硒肥提高冬小麥硒含量的相關(guān)研究并不多見。

小麥是我國重要的糧食作物，小麥從土壤中吸收的硒有63%分布在籽粒中，并且主要以有機態(tài)形式存在[15]。食用較高硒含量的小麥食品是我國北方缺硒地區(qū)人民安全有效的補硒途徑。本試驗通過盆栽方式，研究不同土壤硒肥施用水平對冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、硒的吸收和分配特性的影響，以期為小麥合理施用硒肥、提高籽粒硒含量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試點概況

供試小麥品種為鄭麥9023，購于河南秋樂種業(yè)科技股份有限公司。

試驗于2014年10月至2015年6月在河南農(nóng)業(yè)大學許昌校區(qū)農(nóng)場進行，供試土壤為北方石灰性壤質(zhì)潮土，其基本地力為堿解氮含量23.69 mg·kg-1，速效磷含量5.19 mg·kg-1，速效鉀含量38.97 mg·kg-1，有機質(zhì)含量6.18 g·kg-1，pH 7.92，有效Se含量0.005 mg·kg-1，全Se含量0.178 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

以Na2SeO3·5H2O作為Se源，試驗共設(shè)0、0.5、1.0、5.0、10.0 mg·kg-15個施Se水平(分別以Se0、Se0.5、Se1、Se5、Se10表示)。采用盆栽試驗，聚乙烯塑料盆型號為直徑310 mm×深度200 mm，每盆用風干、磨碎并過2 mm篩的土壤8.5 kg，按設(shè)計將Se源與土壤混合均勻后裝盆，重復4次，共20盆。小麥于2014年10月12日播種，出苗后每盆定苗8株。盆栽試驗在透明的玻璃鋼瓦防雨棚中，以防止雨水淋洗、污染。所有盆栽試驗的底肥用量均為純N 0.2 g·kg-1土，P2O50.2 g·kg-1土和K2O 0.2 g·kg-1土,分別以尿素、KH2PO4·2H2O、KCl作為肥源，并于拔節(jié)期每盆追施1 g尿素。以保持盆內(nèi)土壤田間持水量70%為原則，平均每3天澆一次水，每次每盆定量澆水1 L。

待小麥成熟后整株收獲，風干后進行考種，記錄籽粒產(chǎn)量以及有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素。將小麥植株樣品分為籽粒、穎殼、莖葉和地下部，60 ℃下烘干至恒重，記錄各部位的干物質(zhì)重量；粉碎、過篩，用于測定植株Se含量。

1.3 測定項目和方法

供試土壤的基本理化性質(zhì)均按照鮑士旦[16]的方法進行。參考張 妮等[17]的方法，用原子熒光光度計AFS-8220測定植株Se含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗數(shù)據(jù)采用SAS 8.1進行統(tǒng)計分析，多重比較采用LSD-test，采用Excel 2010、SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施Se對冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，隨著施Se量的增加，冬小麥籽粒產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢，在Se0.5處理下達到最大(57.03 g·pot-1)，且與其他處理(Se1除外)間差異顯著。Se0.5處理的籽粒產(chǎn)量較Se0處理增加10.46%；Se5、Se10處理較Se0處理的籽粒產(chǎn)量分別降低了8.13%、28.57%，差異顯著。說明適宜水平的外源Se可以提高冬小麥籽粒產(chǎn)量，但過量則導致冬小麥大幅度減產(chǎn)。

有效穗數(shù)、穗粒數(shù)均隨著施Se量的增加呈先增加后降低的趨勢，均在Se0.5處理下顯著高于其他處理，較Se0處理的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)分別增加10.16%、13.75%。與Se0處理相比， Se5和Se10處理的有效穗數(shù)分別降低15.63%和28.91%， 穗粒數(shù)分別降低14.04%和19.75%。

籽粒千粒重也以Se0.5處理最大，以Se5處理最小。Se0.5、Se1、Se10處理的千粒重均顯著(P<0.05)高于Se0處理。說明適宜的施Se量(Se0.5和Se1)可提高冬小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，而過量的Se肥則導致冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素降低。

表1 不同施硒量對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間在P<0.05水平上差異顯著。

Different letters in the same column indicate significant difference among treatments (P<0.05).

圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different letters above the columns indicate significant difference among treatments(P<0.05). The same below.

圖1 不同施硒量對冬小麥各部位硒含量的影響

Fig.1 Effect of different amounts of Se fertilizer on Se content in different parts of winter wheat

2.2 施Se對冬小麥各部位Se含量的影響

由圖1可知，冬小麥各器官內(nèi)Se含量差異較大，平均依次為根部>籽粒>穎殼>莖稈。施Se可顯著提高冬小麥各部位的Se含量，各部位Se含量隨著施Se量的增加而增加。Se0.5、Se1、Se5和Se10分別較Se0處理的籽粒Se含量提高85.96%、180.79%、1 122.71%和4 361.56%；穎殼Se含量分別增加了90.14%、242.15%、470.78%和2 372.83%；莖葉Se含量分別增加了210.34%、513.88%、992.46%和3 529.92%；根部Se含量則分別增加了685.63%、1 871.57%、3 396.26%和10 247.35%。其中，不同施Se處理間在穎殼、莖葉、根部的硒含量差異均達到顯著水平(P<0.05)。籽粒Se含量在較低濃度的施Se量(Se0.5、Se1)條件下與Se0差異不顯著。

2.3 施Se對冬小麥各部位Se遷移系數(shù)的影響

元素遷移系數(shù)用源器官中元素含量與庫器官中該元素含量的比值表示，是評價元素在作物各個器官之間遷移能力的重要指標之一。如圖2所示，施Se顯著提高了籽粒-穎殼的Se遷移系數(shù)，Se0.5、Se1、Se5處理間差異不顯著；顯著降低了穎殼-莖葉的Se遷移系數(shù)，Se0.5、Se1、Se5處理間差異不顯著；顯著降低了莖葉-根的Se遷移系數(shù)，各施Se處理間差異不顯著。說明施Se促進了Se元素從穎殼向籽粒的轉(zhuǎn)移，抑制了Se從根部向莖葉及從莖葉向穎殼的遷移，使更多的Se留在籽粒、地下部和莖葉中。隨著施Se量的增加，籽粒-穎殼Se的遷移系數(shù)較不施Se處理增加幅度達383.26%～556.45%；與Se0處理相比，穎殼-莖葉Se的遷移系數(shù)、莖葉-根Se的遷移系數(shù)降低幅度分別達27.65%～41.40%和71.51%～74.70%。

籽粒-穎殼Se遷移系數(shù)=籽粒Se含量/穎殼Se含量，其余部位計算方式相同。

Se transport coefficient of grain-glume=Se concentration of grain/Se concentration of glume.The same as other parts.

圖2 不同施硒量對冬小麥各部位硒遷移系數(shù)的影響

Fig.2 Effect of Se fertilizer on Se migration rate in different parts of winter wheat

圖3 不同施硒量對冬小麥各部位硒累積量的影響

2.4 施Se對冬小麥各部位Se累積量的影響

由圖3 可知，冬小麥不同部位Se累積量依次為籽粒>莖葉>根>穎殼(Se0處理除外)。隨著施Se量的增加，冬小麥各部位Se累積量均呈逐漸增加的趨勢。較Se0處理，施Se均可顯著提高冬小麥各部位Se累積量，其中，籽粒、莖葉中Se累積量在各處理間差異顯著；穎殼、根部的Se累積量在Se1、Se5和Se10處理間差異顯著，且均顯著高于Se0處理。與不施Se處理相比，施Se使冬小麥籽粒、穎殼、莖葉和根部Se累積量增加的幅度分別達1 135.00%～8 879.58%、108.17%～2 317.88%、185.30%～3 217.74%和1 405.83%～13 632.26%。籽粒的Se累積量最高，但根部Se累積量的增幅最大。

圖4 不同施硒量對冬小麥各部位硒累積量分配比例的影響

2.5 施Se對冬小麥各部位Se占比的影響

由圖4可知，在Se0處理下，小麥各部位Se累積量占比依次為莖葉>籽粒>穎殼>根部；而在施Se(Se0.5、Se1、Se5、Se10)處理中，各部位Se累積量占比依次為籽粒>莖葉>根部>穎殼。

施Se提高了冬小麥籽粒中Se累積量所占的比例，較Se0處理增加幅度達71.98%～126.45%。在Se1處理下，籽粒Se累積量的占比達到最大(59.08%)。施Se降低了冬小麥穎殼、莖葉中Se的占比，較Se0處理，施Se使冬小麥穎殼中Se累積量占比降幅達52.73%～68.26%，莖葉中Se累積量占比降幅為36.46%～51.70%，其中，Se1處理下莖葉Se累積量占比最小(23.14%)。

圖5 不同施硒量對冬小麥硒累積總量的影響

2.6 施Se對冬小麥植株Se累積總量的影響

由圖5可知，施外源Se可顯著提高冬小麥植株Se的累積量，并隨施Se量的增加呈逐漸增加趨勢。與不施Se處理(Se0)相比，Se0.5、Se1、Se5、Se10各處理植株Se累積總量分別增加了487.59%、1 030.48%、1 831.21%和5 121.27%。

3 討 論

一定劑量的外源硒不僅能促進植物的生長，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)[18]，還能夠通過增強植物的抗逆性來保護其生長發(fā)育[19]，調(diào)控植物的光合作用、呼吸作用和葉綠素合成代謝[20-21]，但過量的硒肥則會對植物產(chǎn)生毒害，抑制作物的生長發(fā)育。本試驗結(jié)果表明，外源添加0.5～1.0 mg·kg-1亞硒酸鈉能夠促進冬小麥的生長發(fā)育，提高冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成要素，較不施Se處理產(chǎn)量分別增加10.46%和3.41%，繼續(xù)增大施Se量則導致冬小麥減產(chǎn)。原因可能是適宜濃度的Se提高了冬小麥的抗逆性，提高了冬小麥的光合能力和葉綠素合成能力，從而促進冬小麥的生長發(fā)育，提高冬小麥的產(chǎn)量，而過量的Se在冬小麥體內(nèi)富集，對冬小麥產(chǎn)生了毒害作用，從而導致減產(chǎn)。

提高作物硒含量最直接、有效的方式是采用土施和噴施硒的方法[22]，通過這兩種方法可將無機態(tài)硒通過食物鏈轉(zhuǎn)化為安全、高效的有機態(tài)硒，易于被人體吸收[5]。本試驗結(jié)果表明，在石灰性土壤中施硒肥，可以顯著提高冬小麥各部位Se含量、累積量、植株總Se累積量。隨著施Se量的增加，冬小麥籽粒、穎殼、莖葉、根部Se含量增加幅度分別達85.96%～4 361.56%、90.14%～2 372.83%、210.34%～3 529.92%、685.63%～10 247.35%；伴隨著各部位Se含量的顯著增加，冬小麥各部位Se累積量也顯著提高。其中，籽粒Se累積量提高1 135.00%～8 879.58%。適宜用量的外源Se可促進Se元素從穎殼向籽粒的遷移，抑制Se元素從根向莖葉、莖葉向穎殼的遷移。其中，施Se較不施Se處理，Se在籽粒-穎殼的遷移系數(shù)提高幅度達383.26%～556.45%；Se在穎殼-莖葉、莖葉-根部遷移系數(shù)的降低幅度分別達27.65%～41.40%、71.51%～74.70%。施Se提高了籽粒Se累積量占植株總Se積累量的比例，降低了穎殼、莖葉Se累積量占植株總Se積累量的比例。

[1] KAUR N,SHARMA S,KAUR S,etal.Selenium in agriculture:A nutrient or contaminant for crops [J].ArchivesofAgronomyandSoilScience,2014,60(12):1596.

[2] 王 云,魏復盛,楊國治.土壤環(huán)境元素化學[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1995,219.

WANG Y,WEI F S,YANG G Z.Soil Environment Element Chemistry [M].Beijing:China Environmental Science Press,1995:219.

[3] JOANNA P,HALINA G.The role of selenium in human conception and pregnancy [J].TraceElementsinMedicineandBiology,2015,29:32.

[4] WILLIAM F,YANG Y,VALDEMAR F.Impact of selenium supply on Se-methyl selenocysteine and glucosinolate accumulation in selenium-biofortifiedBrassicasprouts[J].FoodChemistry,2014,165:580.

[5] 李金峰,聶兆君,趙 鵬,等.土壤-植物系統(tǒng)中硒營養(yǎng)的研究進展[J].南方農(nóng)業(yè)學報,2016(5):649.

LI J F,NIE Z J,ZHAO P.etal.Research progress on selenium nutrition in the soil-plant system [J].JournalofSouthernAgriculture,2016(5):649.

[6] 張 馳,吳永堯,彭振坤.植物硒的研究進展[J].湖北民族學院學報(自然科學版),2002,20(3):59.

ZHANG C,WU Y Y,PENG Z K.Progress in the research of selenium in plants [J].JournalofHubeiInstituteforNationalities(NaturalScienceEdition),2002,20(3):59.

[7] PREMARATHNA H L,MCLAUGHLIN M J,KIRBY J K,etal.Potential availability of fertilizer selenium in field capacity and submerged soils [J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2010,74(5):1590.

[8] RAYMAN M P.Food-chain selenium and human health:Emphasis on intake [J].BritishJournalofNutrition,2008,100(2):255.

[9] LYONS G,ORTIZ M I,GRAHAM R,etal.Selenium concentration in wheat grain:Is there sufficient genotypic variation to use in breeding? [J].PlantandSoil,2005,269(1):370.

[10] KESKINEN R,TURAKAINEN M,HARTIKAINEN H.Plant availability of soil selenate additions and selenium distribution within wheat and ryegrass [J].PlantSoil,2010,333(1-2):303.

[11] ZHANG L H,ZHAO W,YU F Y,etal.Physiological characteristics of selenite uptake by excised leaves of rice [J].ActaPedologicaSinica,2012,49(1):191.

[12] 宋家永,李敬光,王永華,等.噴施硒肥對小麥生理特性、子粒硒含量的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學學報,2005,39(2):140.

SONG J Y,LI J G,WANG Y H,etal.Effect of applying selenium fertilizer on wheat physiological characteristics and the grain selenium content [J].JournalofHenanAgriculturalUniversity,2005,39(2):140.

[13] 張現(xiàn)偉,鄭家奎,張 濤,等.富硒水稻的研究意義與進展[J].雜交水稻,2009,24(2):6.

ZHANG X W,ZHENG J K,ZHANG T,etal.Research progress of selenium-enriched rice [J].HybridRice,2009,24(2):6.

[14] 梁克中.硒微肥對煙葉硒含量的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報,2004,19(5):612.

LIANG K Z.The effect of selenium-minim fertilizer in tobacco plants of content [J].JournalofYunnanAgriculturalUniversity,2004,19(5):612.

[15] BARILLAS J R V,QUINN C F,FREEMAN J L,etal.Selenium distribution and speciation in the hyperaccumulatorAstragalusbisulcatusand associated ecological partners [J].PlantPhysiology,2012,159:1836.

[16] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析(第三版)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:30-33,56-57.

BAO S D.Soil and Agricultural Chemistry Analysis(Third Edition) [M].Beijing:China Agriculture Press,2000:30-33,56-57.

[17] 張 妮,李 琦,張 棟,等.外源硒對滴灌小麥籽粒硒含量及產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學報,2015,35(7):995.

ZHANG N,LI Q,ZHANG D,etal.Effect of the selenium fertilizer in drip irrigation on wheat yield and selenium content [J].JournalofTriticeaeCrops,2015,35(7):995.

[18] 張承東,韓朔睽,魏鐘波.硒對除草劑脅迫下水稻幼苗活性氧清除系統(tǒng)響應(yīng)的作用[J].環(huán)境科學,2002,23(4):94.

ZHANG C D,HAN S K,WEI Z B.Effect of selenium on the response of the active oxygen scavenging system in the leaves of paddy rice under the stress of herbicide [J].ChineseJournalofEnvironmentalScience,2002,23(4):94.

[19] YAO X Q,CHU J Z,WANG G Y.Effects of drought stress and selenium supply on growth and physiological characteristics of wheat seedlings [J].ActaPhysiologyPlant,2009,31:1033.

[20] 吳永堯,盧向陽,彭振坤,等.硒在水稻中的生理生化作用探討[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2000,33(1):100.

WU Y Y,LU X Y,PENG Z K,etal.Effect of Se on physiological and biochemical characters of paddy rice [J].ScientiaAgriculturaSinica,2000,33(1):100.

[21] TADINA N,GERM M,KREFT I,etal.Effects of water deficit and selenium on common buckwheat(FagopyrumesculentumMoench.) plants [J].Photosynthetica,2007,45:473.

[22] 王曉芳,陳思楊,羅 章,等.植物對硒的吸收轉(zhuǎn)運和形態(tài)轉(zhuǎn)化機制[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報,2014(6):540.

WANG X F,CHEN S Y,LUO Z,etal.Mechanisms of selenium uptake,translocation and chemical speciation transformation in plants [J].JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment,2014(6):540.

Effect of Different Selenium Levels on Selenium Absorption and Transport and Yield of Winter Wheat

LIU Hong’en,LI Jinfeng,ZHAO Peng,LIU Shiliang,WANG Daichang,SHI Zhiwei,QIN Xiaoming,GAO Wei,NIE Zhaojun

(College of Resources and Environment，Henan Agricultural University/Engineering and Technology Research Center of Agricultural Resources and Environment of Henan Province,Zhengzhou,Henan 450002,China)

In order to study the effect rules of selenium(Se) application on winter wheat yield and the absorption and distribution of Se,a pot experiment was conducted on calcareous fluro-aquic soil in the north of China to study the effects of five different Se amount on winter wheat yield and the absorption and distribution of Se. The results indicated that the grain yield,spike number and grain number of winter wheat were increased first and then decreased with the increase of the application of Se. Grain yield and its components of Se0.5 and Se1 were higher than that of Se0 treatment,and all the maximum values were present under Se0.5 treatment. We also found that application of Se increased the Se content in different parts of winter wheat,the accumulation of Se and total Se in plants significantly. The application of Se promoted the migration of Se from glume to grain and inhibited the migration of Se from underground-part to shoot and from stem to leaf. Se fertilizer increased the proportion of total Se accumulated in the grains of winter wheat,but decreased the ratio of total Se accumulated in glume,stem and leaf. The grain yield,grain Se content,grain Se accumulation and the ratio of Se accumulation in grain of Se0.5 and Se1 were higher than those of Se0 treatment.

Se; Winter wheat; Grain yield; Se content; Transport coefficients;Distribution ratio

時間：2017-05-12

2016-10-31

2016-11-28

河南省青年骨干教師資助計劃項目(2013-045)；國家自然科學基金項目(41201286；41501311)

E-mail: liuhongen7178@126.com

聶兆君(E-mail:nzj0511@126.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)05-0694-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170512.2001.034.html