狄雪榮，管遠(yuǎn)清，丁永禎*，張克強(qiáng)，戴禮洪，馮人偉，王瑞剛，李道賢

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300191；3.福建農(nóng)林大學(xué)，福州 350002）

硒（Se）在生物體中，具有抗氧化、保護(hù)細(xì)胞免受損傷的功能，是人體必需微量元素[1-2]。我國約72%的土壤面積屬缺Se或低Se狀態(tài)[3]，全國人均日Se攝入量只有中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦下限值的一半左右[4]。水稻作為我國主糧，通過施加Se肥、增加稻米Se含量，是改善缺Se狀態(tài)的有效途徑。

Se在土壤中主要以硒化物（-2價(jià)）、元素硒（0價(jià)）、亞硒酸鹽（+4價(jià)）、硒酸鹽（+6價(jià)）及有機(jī)復(fù)合物存在。植物對(duì)土壤硒的利用率較低，主要吸收水溶性的硒酸鹽、亞硒酸鹽和部分有機(jī)硒，其中硒酸鹽的有效性最高[5-7]。土壤氧化還原電位是影響Se形態(tài)和生物有效性的主要因素之一，土壤氧化性越強(qiáng)，植物對(duì)Se的利用率越高[8]。研究表明，濕潤(rùn)灌溉是提高水稻Se含量最有效方法之一[3]，原因可能在于濕潤(rùn)灌溉下，亞硒酸鹽氧化為硒酸鹽，硒酸鹽與土壤固相結(jié)合能力低，更容易被植物所利用[9-10]；而亞硒酸鹽易與鐵形成水溶性極低的氧化物和水合氧化物，不易被植物吸收利用[11-12]。另有報(bào)道顯示[13]，添加硒酸鹽或亞硒酸鹽時(shí)，濕潤(rùn)灌溉下籽粒Se含量比淹水灌溉下高，但不添加Se時(shí)，淹水灌溉下更高。

稻田具有特殊的氧化還原交替環(huán)境，勢(shì)必會(huì)對(duì)Se的有效性產(chǎn)生影響。而且，淹水還原條件下還會(huì)改變pH值趨向于中性，而pH值也是影響Se形態(tài)和有效性的因素之一[8]。因此，不同水分條件可能會(huì)顯著影響水稻對(duì)Se的吸收，迄今相關(guān)研究較少。本文主要研究在淹水和非淹水濕潤(rùn)條件下，施加不同形態(tài)和濃度的Se對(duì)水稻Se吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，為提高稻米Se含量提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻為上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心提供的對(duì)干旱脅迫有較強(qiáng)耐性的常規(guī)品種SINALOAA68。供試土壤采自湖南郴州某污染稻田（0～20 cm），基本理化性狀如下：pH 6.65、陽離子交換量12.5 cmol·L-1、有機(jī)質(zhì)24.3 g·kg-1、堿解氮 33.56 mg·kg-1、速效磷 20.37 mg·kg-1、速效鉀 34.29 mg·kg-1、全 Se含量 0.65 mg·kg-1。供試土壤經(jīng)自然風(fēng)干后磨碎過5 mm篩，充分混勻后備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，每盆裝土5 kg，與基肥[N∶P2O5∶K2O=1∶1∶1（質(zhì)量比）]反復(fù)混勻。水分條件設(shè)兩種處理：濕潤(rùn)灌溉（保持35%田間持水量）、常規(guī)灌溉（長(zhǎng)期淹水保持水層2 cm以上，僅在分蘗后期和收獲前分別落干一周）。試驗(yàn)以不施硒肥為對(duì)照（CK），Se處理包括Na2SeO3[Se（Ⅳ）]和Na2SeO4[Se（Ⅵ）]，分別設(shè)置2個(gè)濃度水平，分別為：1.0 mg·kg-1和5.0 mg·kg-1。硒處理濃度均在水稻安全范圍以內(nèi)，并未危害水稻生長(zhǎng)。試驗(yàn)采用完全正交設(shè)計(jì)，共10個(gè)處理，每處理4次重復(fù)。

水稻成熟后收樣，按不同組織（根、莖、葉、稻谷）分離，用自來水洗凈表面，最后用去離子水潤(rùn)洗，用濾紙吸干表面水分，將洗凈后的根、莖、葉于105℃殺青30 min，75℃烘干至恒質(zhì)量，稻谷風(fēng)干脫粒后分為糙米和精米，留待測(cè)用。

水稻樣品用硝酸-高氯酸（4∶1）混合消煮，Se含量用ICP-MS（Agilent 7900x，USA）測(cè)定，使用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米粉（GBW 10010）進(jìn)行質(zhì)量控制，回收率在90%～110%之間，測(cè)定結(jié)果全部在定值范圍內(nèi)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2013及SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)及多因素方差分析處理，用LSD方法比較平均值（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分條件下Se對(duì)秸稈干質(zhì)量和籽粒重量的影響

水分條件對(duì)水稻生長(zhǎng)影響顯著（表1），相比濕潤(rùn)灌溉，常規(guī)灌溉顯著增加秸稈干質(zhì)量及籽粒產(chǎn)量，增幅分別為1.26～1.69倍及0.94～1.53倍。施Se會(huì)顯著促進(jìn)水稻生長(zhǎng)。與CK相比，Se處理后在濕潤(rùn)灌溉下，秸稈干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量增幅分別為22.35%～39.76%和35.42%～61.94%，在常規(guī)灌溉下增幅分別為19.18%～57.23%和4.02%%～55.37%。

Se濃度、Se形態(tài)及水分條件之間對(duì)秸稈干質(zhì)量無交互作用，對(duì)籽粒產(chǎn)量影響存在交互作用（P＜0.05）。Se濃度、水分條件對(duì)秸稈干質(zhì)量存在交互作用，最高生物量為常規(guī)灌溉下施1.0 mg·kg-1Se。常規(guī)灌溉下，施1.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）或Se（Ⅵ）可得到高秸稈干質(zhì)量，施1.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）或5.0 mg·kg-1Se（Ⅵ）可得到高籽粒產(chǎn)量。

2.2 不同水分條件下水稻各部位Se含量

施Se顯著促進(jìn)水稻Se吸收，各部位Se含量隨Se處理濃度的升高而顯著升高（圖1～圖5）。濕潤(rùn)與常規(guī)灌溉下，1.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）處理，根部Se含量分別是CK的3.69倍和2.12倍，莖Se含量分別是CK的2.71倍和2.51倍，葉Se含量分別是CK的1.95倍和2.97倍，糙米Se含量分別是CK的6.94倍和4.53倍，精米Se含量是CK的6.86倍和5.29倍。5.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）處理，根部Se含量分別是CK的12.05倍和5.56倍，莖Se含量分別是CK的20.33倍和11.70倍，葉Se含量分別是CK的10.76倍和10.94倍，糙米Se含量分別是CK的29.72倍和23.69倍，精米Se含量是CK的31.61倍和23.37倍。水稻對(duì)低、高濃度的Se（Ⅵ）吸收與Se（Ⅳ）相似。

圖1 不同水分條件下施Se對(duì)水稻根Se含量的影響Figure 1 Effects of Se on the content of Se in roots under different water managements

表1 不同水分條件下施Se對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響Table 1 The effect of Se on rice growth under different water managements

圖2 不同水分條件下施Se對(duì)水稻莖Se含量的影響Figure 2 Effects of Se on the content of Se in stems under different water managements

圖3 不同水分條件下施Se對(duì)水稻葉Se含量的影響Figure 3 Effects of Se on the content of Se in leaves under different water managements

圖4 不同水分條件下施Se對(duì)水稻糙米Se含量的影響Figure 4 Effects of Se on the content of Se in brown rice under different water managements

圖5 不同水分條件下施Se對(duì)水稻精米Se含量的影響Figure 5 Effects of Se on the content of Se in fine rice under different water managements

表2 Se濃度、Se形態(tài)及水分條件3因素對(duì)水稻各部位Se含量的方差分析Table 2 Analysis of variance of Se content in different parts of rice by three factors

Se濃度、Se形態(tài)及水分條件3因素對(duì)水稻根、莖、葉、糙米Se含量存在顯著的交互作用（P＜0.05）（表2）。根系Se含量，在濕潤(rùn)灌溉下，Se（Ⅳ）的吸收顯著超過Se（Ⅵ），后者根系濃度在低、高濃度處理下，分別是前者的62.5%和59.6%；常規(guī)灌溉下，不同形態(tài)間無顯著差別。莖部Se含量，在高濃度處理下，濕潤(rùn)灌溉顯著高于常規(guī)灌溉，而且Se（Ⅳ）的吸收顯著高于Se（Ⅵ），前者在濕潤(rùn)與常規(guī)灌溉下分別為4.55 mg·kg-1和 2.92 mg·kg-1，后者分別為 3.07 mg·kg-1和 2.37 mg·kg-1。葉Se含量，Se濃度和水分條件存在交互作用（P＜0.05），最大吸收量為常規(guī)灌溉下施5.0 mg·kg-1Se。糙米和精米Se含量，Se形態(tài)間不存在差異，但濕潤(rùn)灌溉下的含量均顯著高于同濃度下的常規(guī)灌溉處理。

2.3 不同水分條件下水稻Se轉(zhuǎn)運(yùn)

水分條件顯著影響影響水稻Se轉(zhuǎn)運(yùn)（表3）。相比常規(guī)灌溉，濕潤(rùn)灌溉顯著增加水稻Se莖/根、糙米/莖、糙米/葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，增幅分別為40.00%～158.82%、44.23%～94.73%及 6.78%～228.85%，但顯著降低Se葉/莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。

施Se對(duì)水稻Se轉(zhuǎn)運(yùn)影響如表3所示。與CK處理相比，Se莖/根轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在高濃度處理下顯著增加，5.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）、5.0 mg·kg-1Se（Ⅵ）處理在濕潤(rùn)與常規(guī)灌溉下增幅分別為63.33%、83.33%和118.75%、75.00%。施Se對(duì)葉/莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)并無顯著影響。濕潤(rùn)與常規(guī)灌溉下，1.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）處理，糙米/莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別是CK的2.47倍和1.83倍，糙米/葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別是CK的3.54倍和1.50倍；5.0 mg·kg-1Se（Ⅳ）處理，糙米/莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別是CK的1.41倍和2.00倍，糙米/葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別是CK的2.73倍和2.21倍。Se向水稻籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)在低、高濃度的Se（Ⅵ）與Se（Ⅳ）處理下相似。

Se濃度、Se形態(tài)及水分條件3因素對(duì)水稻Se莖/根、葉/莖、糙米/莖、糙米/葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在顯著的交互作用（P＜0.05）（表3）。Se莖/根轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，在濕潤(rùn)灌溉下，Se（Ⅵ）的轉(zhuǎn)運(yùn)在低濃度下顯著超過Se（Ⅳ），前者是后者的2.09倍，高濃度下不同形態(tài)間無顯著差異；常規(guī)灌溉下，不同形態(tài)間無顯著差別。Se糙米/莖、糙米/葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，在濕潤(rùn)灌溉下，低濃度的Se（Ⅳ）處理顯著高于高濃度，后者分別是前者的57.30%和77.10%，而低濃度的Se（Ⅵ）處理顯著低于高濃度，前者分別是后者的67.20%和36.84%。

3 討論

水稻各部位Se含量與其吸收能力有關(guān)。當(dāng)不施Se時(shí)，各部位Se含量的大小順序?yàn)楦救~＞莖＞糙米＞精米，Se容易在莖葉中富集，這與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[14-16]。Se被水稻根部吸收，然后轉(zhuǎn)運(yùn)至莖和葉中，最后由葉分配至籽粒中[17]。當(dāng)向土壤施Se時(shí)，在常規(guī)灌溉下各部位Se含量大小順序與不施Se一致，前人也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果[16]。但也有研究發(fā)現(xiàn)[14，18]，施 Se時(shí)，水稻各部位Se含量大小順序?yàn)楦咀蚜＃救~＞莖，Se容易向籽粒富集。而在濕潤(rùn)灌溉下，施高濃度Se時(shí)，水稻各部位Se含量大小順序?yàn)楦咀蚜＃救~＞莖，而施低濃度Se（Ⅵ）時(shí)，趨勢(shì)為根＞葉＞籽粒＞莖。因此，不同水分條件下水稻各部位Se吸收能力值得深入研究。

不同水分條件在一定程度上影響水稻生長(zhǎng)、Se吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)。水分條件通過影響土壤溶液的pH與Eh，進(jìn)而影響土壤中的Se形態(tài)。常規(guī)灌溉下，土壤大部分處于淹水狀態(tài)，還原態(tài)環(huán)境中Se形態(tài)主要為元素Se和硒化物。濕潤(rùn)灌溉下，硒酸鹽及亞硒酸鹽是土壤中主要的硒形態(tài)。Li等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在不施Se情況下，淹水狀態(tài)中水稻秸稈Se含量高于濕潤(rùn)灌溉，與本研究結(jié)果一致，即常規(guī)灌溉下水稻莖、葉Se含量高于濕潤(rùn)灌溉。有研究發(fā)現(xiàn)，施Se時(shí)相比淹水灌溉，濕潤(rùn)灌溉下會(huì)得到高水稻籽粒產(chǎn)量[19]，與本研究施Se時(shí)的結(jié)果相反。Zhou等[3]研究發(fā)現(xiàn)，濕潤(rùn)灌溉下施Se會(huì)使秸稈及籽粒Se含量都顯著高于淹水灌溉。本研究發(fā)現(xiàn)，水分條件對(duì)水稻各部位（除精米外）Se吸收并無顯著差異，但會(huì)顯著影響Se轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。相比常規(guī)灌溉，濕潤(rùn)灌溉下施Se會(huì)顯著增加Se莖/根、糙米/莖、糙米/葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，可能是由于濕潤(rùn)灌溉下，Se（Ⅳ）氧化為Se（Ⅵ），Se（Ⅵ）與土壤固相結(jié)合能力低，有較強(qiáng)的移動(dòng)性，容易從根部轉(zhuǎn)移到植物地上部[9]。

表3 不同水分條件下施Se對(duì)水稻Se轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響Table 3 Effects of Se on the Se transfer coefficients in rice plant under different water managements

施Se會(huì)顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)及各部位Se吸收，與以前文獻(xiàn)報(bào)道[17，20]類似。硒酸鹽、亞硒酸鹽可分別通過硫酸鹽、磷酸鹽通道被植物吸收[21]。由于亞硒酸鹽容易吸附在土壤礦物上，因此相比硒酸鹽，亞硒酸鹽的生物可利用性較低[11]。另外，硒酸鹽很容易從根部轉(zhuǎn)運(yùn)到莖葉中，而亞硒酸鹽從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)能力較低[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，Se形態(tài)對(duì)水稻生長(zhǎng)無顯著影響。Boldrin等[22]也有類似研究結(jié)果，施Se（Ⅳ）、Se（Ⅵ）對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量無顯著差異。葉面噴施Se（Ⅳ）、Se（Ⅵ）對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量影響也有類似研究結(jié)果[23]。研究發(fā)現(xiàn)，植物吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)Se（Ⅳ）、Se（Ⅵ）的能力也無顯著差異。Li等[24]在藍(lán)莓中也有類似發(fā)現(xiàn)，施Se（Ⅳ）、Se（Ⅵ）對(duì)藍(lán)莓各部位Se吸收無顯著差異。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，相比Se（Ⅳ），施Se（Ⅵ）會(huì)顯著增加水稻籽粒[22]、黑麥草莖葉[11]Se含量。Longchamp等[25]在玉米中發(fā)現(xiàn)相反結(jié)果，相比Se（Ⅵ），施Se（Ⅳ）會(huì)顯著增加玉米粒Se含量。這些結(jié)果表明，植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)Se機(jī)理值得深入研究討論。

4 結(jié)論

（1）施Se顯著促進(jìn)水稻生長(zhǎng)、Se吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)。

（2）Se濃度、Se形態(tài)及水分條件之間對(duì)水稻生長(zhǎng)、Se吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)存在顯著的交互作用（P＜0.05）。

（3）常規(guī)灌溉與濕潤(rùn)灌溉相比，顯著增加籽粒產(chǎn)量、秸稈干質(zhì)量及Se葉/莖轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。后者較前者，顯著增加莖/根、糙米/莖、糙米/葉Se轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。濕潤(rùn)灌溉較常規(guī)灌溉，更有利于Se向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。