黃婷苗 詹 昕 陸乃昆 喬月靜 陳 杰 楊珍平 高志強

研究簡報

葉噴有機硒對黑糯玉米硒吸收及籽粒花青素和鐵錳銅鋅的影響

黃婷苗 詹 昕 陸乃昆 喬月靜 陳 杰 楊珍平*高志強

山西農業(yè)大學農學院 / 黃土高原特色作物優(yōu)質高效生產省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心, 山西太谷 030801

探索黑糯玉米硒吸收利用和籽粒營養(yǎng)品質對葉面噴施有機硒肥的響應, 對生產中合理施用硒肥, 進而支撐山西“特” “優(yōu)”農業(yè)高質量發(fā)展具有重要意義。本研究以品種晉鮮糯8號為試驗材料, 于2020—2021年連續(xù)2年在山西晉中黑糯玉米典型種植區(qū)開展田間試驗, 設置一次噴施不同用量有機硒0、6和12 g Se hm–2, 以及噴施量12 g Se hm–2條件下分2次噴施, 共4個處理, 研究葉噴有機硒對黑糯玉米產量、硒吸收利用、籽?；ㄇ嗨睾丸F錳銅鋅含量的影響。結果表明, 噴硒量和噴硒次數(shù)對黑糯玉米鮮食期籽粒產量和成熟期地上部各器官干物質量無影響。相比不噴硒, 噴硒可提高鮮食期籽粒和成熟期地上部各器官硒含量、硒積累。噴硒12 g Se hm–2時, 籽粒硒含量達到滿足人體硒營養(yǎng)需求的最低目標值100 μg kg–1, 增幅最大, 介于110～181 μg kg–1。成熟期, 植株各器官硒積累從高到低依次為葉片、籽粒、莖稈、苞葉、穗軸。噴硒12 g Se hm–2, 分2次噴施的平均籽粒硒強化指數(shù)和籽粒硒回收率分別為6.95 (μg kg–1) (g hm–2)–1和2.4%, 優(yōu)于1次噴施。同時, 鮮食期籽?；ㄇ嗨睾丸F錳鋅含量也最高, 2年平均值分別為209、27.9、15.9和22.8 mg kg–1, 但各處理間籽粒銅含量無差異。因此, 兼顧硒吸收利用和籽粒營養(yǎng)品質同步提升, 該區(qū)黑糯玉米生產中葉噴有機硒肥用量至少應不低于12 g Se hm–2, 且分2次噴施效果較優(yōu)。

有機硒肥; 黑糯玉米; 葉噴; 硒含量; 花青素; 微量元素

硒(Se)是人體的必需微量營養(yǎng)元素, 具有增強機體免疫力、抗病毒、防癌、預防心腦血管疾病等特殊功能[1-2]。我國缺硒人口大約為1.05億, 廣泛分布在由東北向西南低硒區(qū)的366個縣市[3], 這些地區(qū)人們日常膳食攝入的硒有70%源于谷類及其制品[4]。因此, 通過合理的農業(yè)措施實現(xiàn)富硒農產品生產, 進而緩解人體硒缺乏尤為重要。

硒生物強化的農藝措施主要以土施和葉面噴施無機硒肥為主。研究發(fā)現(xiàn), 施入土壤后, 80%～95%的硒酸鹽易隨灌溉、降水或地表徑流途徑淋失, 造成水體環(huán)境污染[5-6],大部分亞硒酸鹽很快被土壤吸附固定, 作物當季利用率不足5%, 持續(xù)施用也會造成土壤退化、有害重金屬殘留等問題[7]。土施硒肥的效果受氣候條件、土壤理化性質等影響, 并且成本十分高昂[8]。葉噴的硒直接由葉片轉運至可食部分, 硒強化效果是土施的2～3倍[9]。然而, 硒在人體內的安全范圍相對較窄, 施用不當也會出現(xiàn)作物毒害癥狀, 且因過度追求農產品富硒還會引發(fā)毛發(fā)脫落、指甲變形、消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)不適等疾病[8]。近年來, 硒肥生產逐漸由毒性較大的無機硒向更加安全綠色的新型硒肥轉變。其中, 有機硒肥通常是硒和有機物質混合而成, 如氨基酸螯合態(tài)硒肥、腐殖酸硒肥, 具有安全低毒、生物活性高、吸收效果好等特點[10]。Yuan等[11]研究發(fā)現(xiàn), 相比亞硒酸鹽, 葉面噴施30 g Se hm–2有機硒可增加水稻總硒、蛋白硒和有機硒積累, 且對作物生長無害。Wang等[12]利用水培試驗研究表明, 根部施硒時, 玉米根系對有機硒的吸收能力更強; 葉噴時, 葉片對無機硒的吸收能力更強。目前, 關于作物對有機硒的吸收僅有零星報道, 多集中在有機、無機硒肥效果或是不同有機硒形態(tài)方面的比較[8,13-14],缺乏田間條件下針對特定作物的有機硒肥施用研究。

甜糯玉米營養(yǎng)豐富, 在山西從南到北均有種植, 面積達2.65萬公頃, 其中, 黑糯玉米因其籽粒富含花青素和各種人體必需的微量元素、氨基酸等, 鮮食期的食用價值較高, 備受廣大消費者喜賴, 經濟效益顯著[15]。已有研究發(fā)現(xiàn), 施硒可提高參與花青素合成的UFGT和F3H基因表達水平, 進而增加紫色生菜的花青素積累[16]。在一定噴施量范圍內, 黑糯玉米籽?；ㄇ嗨睾渴欠耠S有機硒肥用量增加而增加？有待驗證。再者, 硒肥對作物鐵錳銅鋅等微量元素影響的報道結果不盡相同[17-18]?；诖? 本研究在山西晉中黑糯玉米典型種植區(qū), 通過連續(xù)2年田間試驗, 研究噴施不同用量和次數(shù)有機硒肥對黑糯玉米產量、硒吸收利用、籽粒花青素和其他微量元素營養(yǎng)的影響。相關結果可為支撐山西“特”“優(yōu)”農業(yè)高質量發(fā)展、以及黑糯玉米生產中有機硒肥的合理施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于黃土高原東部的山西省晉中市太谷區(qū)武家堡村(37°41′N, 112°45′E, 海拔774 m)。該區(qū)氣候類型為暖溫帶大陸性半干旱季風氣候, 雨熱同季, 降水主要集中在夏季。年均氣溫、日照時數(shù)和降水量分別為11℃、2362 h和598 mm, 無霜期160～190 d。供試土壤類型為石灰性褐土, 由黃土母質發(fā)育而來。試驗初始的耕層土壤(0～20 cm)基礎肥力: pH 8.03、有機質15.74 g kg–1、全氮0.81 g kg–1、堿解氮41.1 mg kg–1、有效磷7.78 mg kg–1、速效鉀151.6 mg kg–1、全硒0.538 mg kg–1, 屬于非缺硒土壤[19]。試驗2020—2021年的主要氣象要素如圖1所示, 整體看, 2年間的氣溫相差不大, 但第2年黑糯玉米生育期降水量(318 mm)明顯少于第1年(407 mm)。

1.2 試驗設計與田間管理

田間試驗采用完全隨機區(qū)組設計, 設置葉面噴施不同用量有機硒肥: 0、6和12 g Se hm–2, 分別用CK、Se1和Se2表示, 一次噴施; 此外, 為進一步明確合理的噴硒次數(shù), 再將Se2處理分2次噴施, 用Se2-2表示, 共4個處理。其中, CK、Se1、Se2處理是在玉米開始灌漿時, 將有機硒肥溶于去離子水中, 充分混勻后, 用手持壓縮噴霧器均勻噴灑在葉片表面, 對照CK是噴施與硒處理等體積的去離子水450 L hm–2。Se2-2是玉米開始灌漿和其后第8天噴施, 每次用量是Se2處理的一半。2020年、2021年第1次噴施時間分別為7月23日、8月1日, 第2次分別為7月31日、8月9日, 均在晴朗無風的傍晚進行。硒肥由蘇州硒谷科技有限公司提供, 屬于水溶性有機硒, 含硒量為2000 mg L–1, 有效成分是氨基酸螯合態(tài)硒, 其中氨基酸含量≥100 g L–1。

圖1 2020–2021年試驗點的月降水量和平均氣溫

氮肥用量的50%和全部磷鉀肥作基肥, 隨播種機一次性混合施入, 剩余氮肥作追肥在大喇叭口期穴施。各處理氮磷鉀投入量保持一致, 分別為N 210 kg hm–2、P2O5100 kg hm–2、K2O 90 kg hm–2, 種類是尿素、磷酸二銨、氯化鉀。玉米品種為晉鮮糯8號, 由山西省農業(yè)科學院玉米研究所選育, 屬早熟黑色糯性玉米, 等行距種植, 行距60 cm, 株距30 cm, 種植密度54,000株hm–2, 分別于2020年5月13日和2021年5月17日播種。小區(qū)面積25 m2(5 m × 5 m), 各處理重復4次, 整個生育期其他田間管理按照當?shù)剞r戶習慣, 及時防除病、蟲、草害。

1.3 樣品采集與測定

鮮食期, 避開邊行, 在各小區(qū)一側選擇植株長勢一致、穗形相似、具有代表性的10個糯玉米果穗, 手工脫粒后, 65℃烘干至恒重, 稱重。成熟期, 在每個小區(qū)另一側選取5 m2玉米作為測產樣方, 收獲并記產。同時, 于各小區(qū)隨機采集3株玉米地上部全株, 記錄果穗數(shù), 風干后分為籽粒、苞葉、穗軸、莖稈、葉片5部分, 分別用自來水、去離子水快速沖洗3遍后, 65℃烘干后稱重, 由3株玉米果穗數(shù)和籽粒干重、樣方產量計算田間公頃玉米果穗數(shù)。取各器官的部分烘干樣, 用帶碳化鎢罐的高通量組織研磨儀(QIAGEN TissueLyser II, 德國)粉碎備用。鮮食期籽粒產量由鮮食期10個糯玉米的籽粒干物質量和田間玉米果穗數(shù)計算得出, 各器官干物質量均以烘干基表示。

植物樣品的硒、鐵錳銅鋅含量用濃HNO3和H2O2微波消解, 電感耦合等離子體質譜儀ICP-MS (iCAP Qc, 美國)測定[20-22]。以玉米粉國家標準物質GBW10012 (GSB-3)監(jiān)控消解和測定過程。采用pH示差法測定籽?；ㄇ嗨睾縖23]: 稱取樣品0.2 g, 加入2 mL丙酮搖勻離心后, 棄掉上清液, 再加入2 mL稀鹽酸溶液, 置于60℃恒溫水浴加熱1 h, 離心后, 保留上清液, 重復加熱、離心, 混勻2次的上清液, 取1 mL于10 mL離心管中, 分別加入5 mL pH 1.0的HCl-KCl緩沖溶液和pH 4.5的HAc-NaAc緩沖液, 混勻后用蒸餾水作對照, 平衡20 min后, 在510 nm和700 nm波長下, 用分光光度計分別測定其吸光度。樣品均進行2次平行測定, 取平均值。

2020年玉米播前, 以“5點混合法”采集3份0～20 cm土層土壤樣品作為基礎土樣, 剔除根系等雜物, 風干后分別過1 mm和0.25 mm尼龍網篩, 參照《土壤農化分析(第三版)》[24]測定土壤基礎肥力。土壤全硒用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法[25]測定。

1.4 數(shù)據(jù)計算和處理

黑糯玉米各器官(籽粒、苞葉、穗軸、莖稈、葉片)硒積累(mg hm–2) = 各器官硒含量(μg kg–1) ×各器官干物質量(kg hm–2)/1000; 鮮食期籽粒硒強化指數(shù)(μg kg–1) (g hm–2)–1= [鮮食期噴硒籽粒硒含量(μg kg–1)–鮮食期不噴硒籽粒硒含量(μg kg–1)]/噴硒量(g hm–2)[26]; 籽粒硒回收率(%) = [噴硒籽粒硒積累(mg hm–2) – 不噴硒籽粒硒積累(mg hm–2)]/噴硒量(g hm–2)/10×100; 硒肥利用率(%) = [噴硒地上部硒積累(mg hm–2) – 不噴硒地上部硒積累(mg hm–2)]/噴硒量(g hm–2)/10×100; 硒肥累計利用率(%) = [噴硒地上部硒積累總和(mg hm–2) – 不噴硒地上部硒積累總和(mg hm–2)]/總噴硒量(g hm–2)/10×100。利用IBM SPSS Statistics 26軟件統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù), LSD (Least Significant Difference)多重比較分析不同處理間差異顯著性, 顯著性水平設為<0.05。

2 結果與分析

2.1 鮮食期籽粒產量和成熟期各器官干物質量

葉面噴施有機硒的用量和次數(shù)對黑糯玉米鮮食期籽粒產量和成熟期地上部各器官干物質量均無影響, 但年份間差異較大, 表現(xiàn)為第2年明顯低于第1年(圖2)。前后2年, 鮮食期平均籽粒產量分別為2189 kg hm–2、1735 kg hm–2; 成熟期地上部生物量分別為13,090 kg hm–2、8409 kg hm–2, 各器官干物質量由高到低排序依次為籽粒、莖稈、葉片、苞葉、穗軸。

2.2 鮮食期籽粒和成熟期各器官硒含量

葉噴有機硒可明顯提高鮮食期籽粒和成熟期各器官硒含量(表1)。鮮食期, 籽粒硒含量隨噴硒量、噴硒次數(shù)的增加而增加, 除Se1外, 各噴硒處理的籽粒硒含量均高于100 μg kg–1, Se2-2最高, 2年平均為148 μg kg–1, 比不噴硒CK增加130%。成熟期, 噴硒后的籽粒、苞葉、穗軸、莖稈、葉片硒含量分別較不噴硒CK增加55%～120%、15%～28%、19%～36%、10%～21%、59%～97%, 但不同噴硒量Se1、Se2處理間各器官硒含量無差異, 除苞葉外, 各器官硒含量均隨噴硒次數(shù)增加而增加。整體看, 硒含量大小呈現(xiàn)為葉片>莖稈>籽粒、苞葉>穗軸。

圖2 不同噴硒處理的鮮食期黑糯玉米產籽粒產量(A)和成熟期各器官干物質量(B)

CK、Se1、Se2和Se2-2分別代表灌漿初期噴硒量為0、6、12 g Se hm–2和噴硒12 g Se hm–2條件下分2次噴施。同一年份的不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。

CK, Se1,Se2, and Se2-2represent the treatments of Se spraying rates of 0, 6, 12 g hm–2at early filling stage, and spraying Se in twice under Se rate of 12 g hm–2, respectively. Different lowercase letters in the same year indicate significant difference among four treatments at the 0.05 probability level.

表1 不同噴硒處理黑糯玉米的鮮食期籽粒硒含量和成熟期地上部各器官硒含量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年份的不同處理間差異顯著(< 0.05)。*和**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著, NS為不顯著。處理同圖2。

Different letters in the same column indicate significant difference among four treatments in each year at< 0.05. * and ** represent significantt difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, while NS represents not significant difference. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.3 硒的積累和分配

同樣, 葉噴有機硒可顯著提高鮮食期籽粒和成熟期地上部硒積累, 提高幅度因噴施量、噴施次數(shù)而異(圖3)。鮮食期, 前后2年的籽粒硒積累無差異, 就2年均值來看, 籽粒硒積累隨噴硒量、噴硒次數(shù)遞增, Se2-2最高, 平均287 mg hm–2。成熟期, 各器官硒積累隨噴硒次數(shù)增加而增加, 葉噴有機硒12 g Se hm–2時, 1次(Se2)、2次(Se2-2)噴施的地上部總硒積累比不噴硒CK增加48%、74%, 但不同噴施量Se1、Se2間無差異; 各器官硒積累由高到低依次為葉片、籽粒、莖稈、苞葉、穗軸, 其中, 葉片、莖稈硒占植株地上部總硒的60%～62%。

圖3 不同噴硒處理的黑糯玉米鮮食期籽粒硒積累(A)和成熟期地上部硒積累(B)

同一年份的不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。處理同圖2。

Different lowercase letters in the same year indicate significant difference among four treatments at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

2.4 硒強化指數(shù)和硒肥利用率

籽粒硒強化指數(shù)表征噴施1 g hm–2純硒能增加的籽粒硒含量。鮮食期, 第1年, 各噴硒處理的籽粒硒強化指數(shù)無差異, 第2年, 噴施12 g Se hm–2高于噴施6 g Se hm–2, 噴施2次高于噴施1次(表2)。籽粒硒回收率、硒肥利用率和硒肥累計利用率是評價作物對硒肥利用情況的關鍵指標。成熟期, 第1年, Se1、Se2-2的籽粒硒回收率分別較Se2處理高94%、79%, 硒肥利用率高67%、45%; 第2年, 各處理的籽粒硒回收率、硒肥利用率和硒肥累計利用率無差異。

2.5 鮮食期籽?；ㄇ嗨睾丸F錳銅鋅含量

除籽粒銅含量外, 葉面噴硒可不同程度地增加籽粒花青素和鐵錳鋅含量, 且籽粒鐵錳銅鋅含量在年際間差異顯著(表3)。不噴硒時, 2年平均籽粒花青素為135.2 mg kg–1, 2年平均鐵錳銅鋅含量分別為19.05、12.1、2.4和17.5 mg kg–1。籽?；ㄇ嗨嘏c噴硒量無關, 但隨噴硒次數(shù)增加而增加, 第2年, Se2-2處理最高, 為273 mg kg–1。就2年平均值而言, 與不噴硒CK相比, 噴硒的籽粒鐵、錳、鋅含量分別增加12%～46%、4%～32%、14%～30%, Se2-2處理增幅最大。

表2 不同噴硒處理黑糯玉米的籽粒硒強化指數(shù)、籽粒硒回收率、硒肥利用率和硒肥累計利用率

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年份的不同處理間差異顯著(< 0.05)。*和**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著, NS為不顯著。處理同圖2。

Different letters in the same column indicate significant difference among four treatments in each year at< 0.05. * and ** representsignificant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, while NS represents not significant difference. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

表3 不同噴硒處理黑糯玉米鮮食期的籽?；ㄇ嗨睾丸F錳銅鋅含量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年份的不同處理間差異顯著(< 0.05)。*和**分別表示0.05和0.01概率水平差異顯著, NS為不顯著。處理同圖2。

Different letters in the same column indicate significant difference among four treatments in each year at< 0.05. * and ** represent significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, while NS represents not significant difference. Treatments are the same as those given in Fig. 2.

3 討論

3.1 葉噴有機硒對黑糯玉米產量的影響

本試驗中, 不論噴施量、噴施次數(shù), 葉噴有機硒對黑糯玉米鮮食期籽粒產量和成熟期地上部各器官干物質量均無影響, 與田間條件下報道的水稻、小麥、玉米等葉面噴施無機硒肥結果類似[11,18,27]。但也有研究表明, 施硒對作物生長具有兩面性, 表現(xiàn)為“低促高抑”[28]。如, Jiang等[29]在內蒙赤峰的研究發(fā)現(xiàn), 與不噴硒相比, 葉噴亞硒酸鈉5 g Se hm–2可提高蕎麥籽粒產量, 而噴施10 g Se hm–2無影響。一項營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn), 20 μmol L–1的亞硒酸鹽溶液顯著降低了水稻幼苗的根長、株高和地上部鮮重, 促進側根數(shù)目增加[11]。山東德州的田間試驗也表明, 葉噴亞硒酸鈉0～5 g L–1時, 隨噴施量增加, 鮮食糯玉米的籽粒產量和秸稈干物質量逐漸降低[30]。無機硒雖在作物硒強化方面發(fā)揮了重要作用, 但高劑量施用甚至會導致減產。從農業(yè)生態(tài)環(huán)境安全角度考慮, 尋求更加安全、低毒的新型硒肥更為迫切。本研究設定的有機硒肥噴施量范圍內, 未觀察到“低促高抑”現(xiàn)象, 最高噴硒量12 g Se hm–2時, 噴施1次或2次, 不會影響黑糯玉米生長, 可能試驗地土壤本身不缺硒(全硒0.538 mg kg–1), 硒并不是玉米生產中的限制因子, 因此, 有機硒肥可作為該區(qū)替代無機硒的可選硒源。前后2年, 籽粒產量和各器官干物質量差異較大, 主要是試驗第2年, 生育期降水偏少(圖1), 限制了玉米干物質積累和產量形成。

3.2 葉噴有機硒對黑糯玉米硒含量和硒吸收利用的影響

大量研究表明, 葉噴硒肥可有效改善作物硒營養(yǎng)[31-33], 本試驗噴施有機硒的結果亦是如此, 但不同噴硒處理增幅不同。作為重要的特色經濟作物, 鮮食期黑糯玉米硒營養(yǎng)備受關注, 一次噴硒12 g Se hm–2時, 2年平均籽粒硒含量為124 μg kg–1, 雖達到了人體健康需求的最低谷物硒強化目標100 μg kg–1 [34], 卻仍不足富硒農產品要求的150 μg kg–1。分2次噴施效果較優(yōu), 2年平均為148 μg kg–1, 接近150 μg kg–1, 說明合理噴施有機硒也可提高籽粒硒水平, 進而緩解區(qū)域人群硒缺乏現(xiàn)狀。值得注意的是, 與鮮食期不同, 成熟期Se1、Se2處理的籽粒硒含量無差異, 可能由于生育后期不同噴硒量的玉米籽粒硒積累速率不同, 籽粒硒與淀粉合成不同步。除此之外, 硒生物強化的另一個重要目標是增加作物可食部分中對人體有益的有機硒含量[35]。谷物籽粒中, 硒主要以硒代蛋氨酸形式存在[28], 葉噴硒肥促進籽粒中有機硒比例的增加, 已被多數(shù)研究證實[36]。田間條件下, 第2年, 產量較低, Se2-2處理的籽粒硒含量和硒積累增幅明顯高于第1年, 同時, 籽粒硒強化指數(shù)最高, 為9.96 μg kg–1(g hm–2)–1, 數(shù)值接近于華北平原麥玉輪作體系中普通玉米噴施亞硒酸鈉60 g Se hm–2的籽粒硒強化指數(shù)10 μg kg–1(g hm–2)–1[14], 而本試驗中, 有機硒用量僅為12 g Se hm–2?？梢? 遭遇干旱時, 葉噴有機硒更能促進硒在籽粒的積聚, 也從另一方面說明了黑糯玉米硒強化效果可能受“產量稀釋”效應影響, 低產時, 硒強化效果更強。因此, 根據(jù)目標硒營養(yǎng)進行有機硒肥施用調控時, 也應兼顧作物產量變化。

噴硒12 g Se hm–2, 分2次噴施的成熟期地上部各器官硒積累最高。目前, 關于植物葉片吸收硒元素的機理尚不清楚, 也缺乏葉面噴施后硒在作物體內的轉運機制研究。就硒分配來看, 葉片、莖稈硒積累占植株地上部總硒的60%以上, 富硒秸稈還田后, 會直接或間接地影響土壤硒的賦存形態(tài), 秸稈硒可能隨秸稈腐解逐漸釋放供作物利用, 也可能活化土壤緩效態(tài)硒, 提高硒生物有效性[37]。本研究中, 等量噴硒時, 2次噴施的籽粒硒回收率是1次噴施的2倍, 再次證明分次噴施更利于硒向籽粒的轉移, 但仍不足4%, 低于陜西缺硒土壤普通玉米中葉噴亞硒酸鈉11 g Se hm–2的6.5%[18]和山東非缺硒土壤小麥玉米上噴施硒代蛋氨酸90 g Se hm–2的9.8%[14]。連續(xù)2年, 各處理黑糯玉米的硒肥累計利用率無差異, 平均為6.27% (表2),與其他作物較低的硒肥利用率結果相似[27,38], 適度提高硒肥利用, 也是未來新型硒肥研制需考慮的方向之一。

3.3 葉噴有機硒對黑糯玉米籽?；ㄇ嗨睾推渌⒘吭氐挠绊懪c調控

黑糯玉米中, 花青素屬于類黃酮類物質, 可清除人體內自由基, 具有防衰老、抗氧化等作用。已有研究表明, 葉面噴硒可增加彩色小麥籽?；ㄇ嗨睾縖39-40], 主要由于提高了花青素合成關鍵轉錄因子R2R3MYB和bHLH的表達水平[39]。本研究中, 葉噴有機硒有增加籽?；ㄇ嗨睾康内厔? 第2年Se2-2處理達顯著水平, 可能因試驗設定的噴硒量(0～12 g Se hm–2)較低所致。不同噴硒的鮮食期籽粒產量無差異, 說明黑糯玉米籽?；ㄇ嗨胤e累與碳代謝無關, 即, 碳架并不是花青素生物合成的關鍵限制因子。一些果蔬的研究發(fā)現(xiàn), 花青素含量與其合成過程中酶的基因表達水平有關[16], 而噴硒影響黑糯玉米籽?；ㄇ嗨睾康膬仍跈C制有待進一步研究。此外, 籽粒微量元素含量也是評價黑糯玉米營養(yǎng)價值的關鍵參數(shù), 不噴硒時, 前后2年籽粒鐵錳銅鋅平均含量分別為19.1、12.1、2.4和17.5 mg kg–1, 高于全國普通玉米主產區(qū)報道的17.3、4.9、1.5和17.4 mg kg–1 [41], 但其籽粒鐵、鋅含量仍遠不足國際生物強化項目HarvestPlus提出的目標值45～60 mg kg–1和38 mg kg–1[42]。噴施有機硒后, 除銅外, 籽粒鐵錳鋅含量均明顯增加, 尤其是鐵、鋅, 說明可在不減產前提下通過噴硒協(xié)同提升籽粒鐵、鋅營養(yǎng), 分析原因可能主要在于施硒可促進作物體內蛋白質合成[43-45], 為籽粒鐵、鋅貯存提供更大的庫容[46]。

本試驗設置的最高噴硒量為12 g Se hm–2, 可有效提高黑糯玉米鮮食期籽?；ㄇ嗨睾弯\鐵硒營養(yǎng), 但富硒效果不是很理想, 隨有機硒肥用量增加, 籽粒花青素、鋅、鐵、硒等含量是否可在保障人們安全食用范圍內持續(xù)提高, 噴施有機硒的上限應為多少合適, 等等, 有待進一步深入研究。此外, 噴硒12 g Se hm–2時, 2次噴施效果優(yōu)于一次, 然而, 實際生產中, 分次噴施需增加額外的勞力和資金投入, 因此, 仍需繼續(xù)探究更加經濟可行的有機硒葉面噴施方式。本研究結果中, 以晉鮮糯8號為代表, 綜合考慮硒吸收利用和籽粒營養(yǎng)品質協(xié)同提升, 山西晉中黑糯玉米葉噴有機硒肥用量至少應不低于12 g Se hm–2, 分2次噴施效果較優(yōu)。

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Impact of foliar organic selenium application on selenium uptake and grain anthocyanins, iron, manganese, copper, and zinc concentrations of black waxy corn

HUANG Ting-Miao, ZHAN Xin, LU Nai-Kun, QIAO Yue-Jing, CHEN Jie, YANG Zhen-Ping*, and GAO Zhi-Qiang

College of Agronomy, Shanxi Agricultural University / Ministerial and Provincial Co-Innovation Centre for Endemic Crops Production with High-quality and Efficiency in Loess Plateau, Taigu 030801, Shanxi, China

It is of great significance to explore the responses of selenium (Se) uptake and grain nutritional quality to foliar application of organic Se fertilizer in black waxy corn, so as to provide a scientific basis for the rational application of Se fertilizer, and then guarantee the high-quality development of ‘Special’ and ‘Excellent’ agriculture in Shanxi, China. A two-year field experiment was conducted at Jinzhong in Shanxi Province, located in the typical growing region of black waxy corn from 2020 to 2021. The cultivar of Jinxiannuo 8 was used as the test crop. There were four treatments of three Se spraying rates of 0, 6, and 12 g hm–2at early filling stage, and spraying Se in twice under Se rate of 12 g hm–2. The objective of this study is to clarify the impact of spraying rates and times of organic Se fertilizer on grain yield, Se uptake, and utilization in aerial plant part, grain anthocyanins and iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu), and zinc (Zn) concentrations. These results showed that grain yield at fresh stage and biomass in aerial part at maturity stage were influenced by neither Se spraying rates nor spraying times. Compared with the control, foliar Se application remarkably increased both Se concentration and accumulation in grain and each organ of aerial plant part at fresh and maturity stages, respectively. Grain Se concentration at 12 g Se hm–2was observed to be the highest with a range of 110–181 μg kg–1, which reaching the minimum recommended value of 100 μg kg–1for better human health. At maturity stage, Se accumulation in different organ of aerial part showed the following ranking: leaf > grain > stem > bract > cob. At the rate of 12 g Se hm-2, the average grain Se biofortification index and Se recovery were 6.95 (μg kg–1) (g hm–2)–1and 2.4% under the condition of spraying twice, respectively, which were higher than spraying one time. Also, the highest grain anthocyanin and Fe, Mn, Zn concentrations were found when spraying Se twice at 12 g hm–2, they were 209, 27.9, 15.9, and 22.8 mg kg–1, respectively, whereas there was no difference for grain Cu concentration among the treatments at fresh stage. Therefore, the organic Se rate should be at least 12 g hm-2with spraying twice, for better promoting Se uptake and utilization and grain nutritional quality synchronously during black waxy corn production in Jinzhong of Shanxi province.

organic selenium fertilizer; black waxy corn; foliar application; Se concentration; anthocyanins; micro-element

10.3724/SP.J.1006.2023.33005

本研究由黃土高原特色作物優(yōu)質高效生產省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心自主研發(fā)項目(SBGJXTZX-42), 國家重點研發(fā)計劃項目(2021YFD1900700)、山西省高等學?？萍紕?chuàng)新項目(2021L167), 山西省博士畢業(yè)生來晉工作獎勵資金科研項目(SXBYKY2021030)和山西農業(yè)大學科技創(chuàng)新基金項目(2020BQ72)資助。

This study was supported by the Ministerial and Provincial Co-Innovation Centre for Endemic Crops Production with High-quality and Efficiency in Loess Plateau (SBGJXTZX-42), the National Key Research and Development Program of China (2021YFD1900700), the Scientific and Technological Innovation Programs of Higher Education Institutions in Shanxi (2021L167), the Incentive Funding Research Program for Doctor Graduates Working in Shanxi Province, China (SXBYKY2021030), and the Science and Technology Innovation Fund Program by Shanxi Agricultural University (2020BQ72).

楊珍平, E-mail: yangzp.2@163.com

E-mail: huangtingmiao@126.com

2023-01-16;

2023-04-18;

2023-04-24.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230424.0931.008.html

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