2012— 2013和2013— 2014年连续2个小麦生长季, 在山东省淄博市博山区颜春农业发展股份有限公司基地进行田间试验, 以黄淮冬麦区主要品种冀麦13为材料。试验田土壤为酸性棕壤, 播前测定耕层(0~20 cm)的基础肥力和总硒含量, 两年平均值为有机质8.06 g kg^-1、碱解氮56.5 mg kg^-1、速效磷28.7 mg kg^-1、速效钾102.4 mg kg^-1、总硒0.206 mg kg^-1, pH 5.9。

采用裂区试验设计, 3次重复, 小区面积20 m²。主区为施硒量, 设4个叶面喷施亚硒酸钠溶液处理, 分别为纯硒0 (Se0)、37.5 (Se1)、75.0 (Se2)和150.0 g hm^-2(Se3), 各处理的用水量均为1500 L hm^-2; 副区为喷施时期, 分别为孕穗期喷施(T1)、孕穗和灌浆前期(T2)、灌浆前期(T3)。本文所称孕穗期指小麦旗叶全部从倒二叶叶鞘内伸出到抽穗, 灌浆前期指小麦扬花结束后2周之内。播种日期为2012年10月6日和2013年10月8日, 播前施磷酸二铵750 kg hm^-2作为底肥, 按常规肥水管理。

按小区分别收获小麦样品并记录籽粒产量与千粒重, 从每个小区随机取籽粒300~500 g, 烘干、磨细、过筛, 用于小麦籽粒总硒、有机硒和粗蛋白及矿质元素测定。

准确称取过100目筛的小麦粉1.* * g (这里* 代表称样量为1 g左右, 但必须是精确称量的), 置150 mL三角瓶中, 加入l0 mL硝酸-高氯酸混合酸(10∶ 1, v/v)消化, 至溶液澄清无色并有大量白烟冒出时, 再加入2 mL浓盐酸, 置于电热板上加热沸腾几分钟, 使Se⁶⁺全部还原为Se⁴⁺; 冷却后用去离子水转移至50 mL容量瓶中, 加入l0%铁氰化钾2 mL定容。用原子荧光光谱仪测定籽粒总硒含量^[15]。

准确称取过100目筛的小麦粉1.* * g, 置50 mL离心管中, 加入30 mL超纯水, 室温下超声振荡30 min, 于4192.5 × g离心10 min, 取上清液, 将残渣重复提取一次。收集2次提取的上清液, 倒入分液漏斗, 加5 mL环己烷萃取; 收集水相于烧杯中, 用电热板加热蒸发大部分水后, 加入10 mL的硝酸-高氯酸混合酸(10∶ 1, v/v), 在电热板上加热消解至无色透明并有大量白烟冒出; 冷却后加2 mL盐酸, 再以电热板加热沸腾几分钟, 冷却后以去离子水转移定容至50 mL容量瓶中, 用原子荧光光谱仪测定无机硒含量^[16]。

有机硒含量 = 小麦籽粒总硒含量 - 无机硒含量; 硒利用率 = (施硒条件下籽粒硒累积量 - 不施硒条件籽粒硒累积量)× 单位面积籽粒产量/单位面积施硒量; 籽粒硒累积量 = 单位面积籽粒产量 × 籽粒含硒量。

用万分之一天平称取过100目筛的小麦粉0.3000~ 0.5000 g, 置消化管中, 加硝酸8 mL、高氯酸2 mL, 以消化炉消解至冒白烟时取下, 冷却后以去离子水转移定容至50 mL容量瓶中, 用钒钼黄比色法测定P元素含量, 原子吸收光谱仪测定K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等矿质元素含量^[17]。

用万分之一天平称取过100目筛的富硒小麦粉0.3000~0.5000 g, 置消化管中, 加浓硫酸5~8 mL及1∶ 1的硫酸钾和硫酸铜混合催化剂2~4 g, 待消煮液无微小碳粒并呈透明的浅绿色时, 再继续消煮30 min取下, 用凯氏定氮法测定氮含量, 乘以换算系数5.7即得小麦籽粒粗蛋白含量^[18]。

利用SPSS19.0统计软件包进行方差分析, 利用LSD法进行不同处理间的差异显著性检验。

本试验小麦籽粒产量和籽粒千粒重均处于中等或中等偏下的水平, 尤其是天气干旱的2013— 2014年度。不同施硒处理间, 产量和千粒重均无显著差异(表1)。可见, 通过叶面喷施一定剂量范围的亚硒酸钠溶液, 对小麦产量影响不大。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同施硒处理的小麦籽粒产量和千粒重 Table 1 Wheat grain yield and 1000-grain weight in different Se application treatments 处理 Treatment 籽粒产量 Grain yield (kg hm-2) 千粒重 1000-grain weight (g) T1 T2 T3 T1 T2 T3 2012-2013 Se0 5768 a 5784 a 5649 a 38.6 a 36.3 a 40.1 a Se1 5873 a 5825 a 5733 a 39.1 a 37.2 a 38.2 a Se2 5576 a 5678 a 5598 a 36.4 a 39.5 a 36.3 a Se3 5942 a 5614 a 5862 a 35.8 a 38.8 a 37.9 a 2013-2014 Se0 4963 a 4847 a 4981 a 36.4 a 37.1 a 36.9 a Se1 4836 a 4669 a 4826 a 35.3 a 35.7 a 36.2 a Se2 4738 a 4874 a 4735 a 34.6 a 36.2 a 35.4 a Se3 4842 a 4658 a 4877 a 35.9 a 35.9 a 34.8 a Se0, Se1, Se2, and Se3 indicate Se application rate of 0, 37.5, 75.0, and 150.0 g hm-2, respectively. T1, T2, and T3 indicate Se applied at booting, booting + early filling, and filling stage, respectively. In each growing season, values followed by different letters within the same column are significantly different at P < 0.05. Se0~Se3分别表示纯硒总施用量0、37.5、75.0和150.0 g hm-2; T1~T3分别表示孕穗期、孕穗期+灌浆前期、灌浆前期叶面喷施。同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。

表1 不同施硒处理的小麦籽粒产量和千粒重 Table 1 Wheat grain yield and 1000-grain weight in different Se application treatments

籽粒中总硒和有机硒含量均随施硒量增加而增加, 处理间差异显著; 不同小麦生育时期喷施等量亚硒酸钠溶液, 籽粒中总硒和有机硒含量表现为灌浆前期> 孕穗期+灌浆前期> 孕穗期, 其中灌浆前期喷硒, 籽粒中有机硒含量可达1012.7~2543.3 μ g kg^-1, 是不施硒对照的27.5~ 69.1倍(表2)。可见, 叶面喷施条件下, 小麦籽粒对外源硒具有较强的富集能力。籽粒中总硒含量与施硒量之间的关系符合一元二次函数, 其相关系数分别为0.9954 (孕穗期)、0.9907 (孕穗期+灌浆前期)、0.9944 (孕穗期), 达到极显著水平(P< 0.01)。籽粒中有机硒占总硒的比例为78.5%~ 82.1%, 施硒时期和施硒量对此影响不大。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 小麦籽粒有机硒含量及其占总硒的比例 Table 2 Concentration of organic selenium in wheat grain and the ratios to total selenium 处理 Treatment 总硒含量 Total Se content (μ g kg-1) 吸收利用率 Utilization rate (%) 有机硒含量 Organic Se content (μ g kg-1) T1 T2 T3 T1 T2 T3 T1 T2 T3 2012-2013 Se0 45.3 d 45.3 d 45.3 d 36.9 d 37.1 d 36.8 d Se1 436.2 c 876.9 c 1245.5 c 6.8 a 13.6 a 19.0 a 342.4 c 689.2 c 1017.6 c Se2 701.8 b 1499.1 b 2366.5 b 5.2 b 11.3 b 17.7 b 564.9 b 1203.8 b 1879.0 b Se3 976.0 a 1944.2 a 3101.3 a 3.9 c 7.3 c 12.1 c 790.6 a 1584.5 a 2446.9 a 2013-2014 Se0 68.8 d 68.8 d 68.8 d 54.5 d 55.8 d 56.1 d Se1 448.3 c 794.7 c 1234.6 c 5.8 a 9.9 a 15.9 a 366.4 c 632.6 c 1012.7 c Se2 812.5 b 1503.6 b 2521.4 b 5.1 a 9.7 a 16.0 a 645.7 b 1198.3 b 1984.8 b Se3 1001.9 a 1892.2 a 3085.8 a 3.3 b 5.9 b 10.0 b 799.1 a 1521.6 a 2543.3 a Se0, Se1, Se2, and Se3 indicate Se application rate of 0, 37.5, 75.0, and 150.0 g hm-2, respectively. T1, T2, and T3 indicate Se applied at booting, booting + early filling, and filling stage, respectively. In each growing season, values followed by different letters within the same column are significantly different at P < 0.05. Se0~Se3分别表示纯硒总施用量0、37.5、75.0和150.0 g hm-2; T1~T3分别表示孕穗期、孕穗期+灌浆前期、灌浆前期叶面喷施。同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。

表2 小麦籽粒有机硒含量及其占总硒的比例 Table 2 Concentration of organic selenium in wheat grain and the ratios to total selenium

虽然籽粒中总硒含量与施硒量呈正相关, 但硒利用率却随施硒量的增加而减小, 处理间差异显著; 小麦籽粒对外源硒的利用率, 以灌浆前期喷施最高, 以孕穗期喷施最低。当灌浆前期施硒量为37.5 g hm^-2时, 硒利用率最大, 两年度分别为19.0%和15.9%; 而当孕穗期施硒量为150 g hm^-2时, 硒利用率最小, 两年度分别为3.9%和3.3% (表2)。

随施硒量的增加, 小麦籽粒中粗蛋白含量有所升高。与不施硒相比, 施硒可提高籽粒中粗蛋白含量, 但差异不显著; 不同施硒时期对小麦籽粒中的粗蛋白含量也有一定的影响, 但差异也未达显著水平(表3)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同施硒处理小麦籽粒粗蛋白含量 Table 3 Content of gross protein in wheat grain in different selenium treatments (%) 处理 Treatment 2012-2013 2013-2014 T1 T2 T3 T1 T2 T3 Se0 12.3 a 12.3 a 12.3 a 11.7 a 11.7 a 11.7 a Se1 12.8 a 13.4 a 13.3 a 13.3 a 13.0 a 12.8 a Se2 13.9 a 14.2 a 14.9 a 12.9 a 13.6 a 13.9 a Se3 14.2 a 14.8 a 14.5 a 13.2 a 13.5 a 13.6 a Se0, Se1, Se2, and Se3 indicate Se application rate of 0, 37.5, 75.0, and 150.0 g hm-2, respectively. T1, T2, and T3 indicate Se applied at booting, booting + early filling, and filling stage, respectively. In each growing season, values followed by different letters within the same column are significantly different at P < 0.05. Se0~Se3分别表示纯硒总施用量0、37.5、75.0和150.0 g hm-2; T1~T3分别表示孕穗期、孕穗期+灌浆前期、灌浆前期叶面喷施。同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。

表3 不同施硒处理小麦籽粒粗蛋白含量 Table 3 Content of gross protein in wheat grain in different selenium treatments (%)

当施硒量≤ 75 g hm^-2时, P、Fe、Mn和Zn元素在籽粒中的累积随施硒量增加而增加, 继续提高施硒量至150 g hm^-2 时, 除对P元素累积具有促进作用外, 对Fe、Mn和Zn的累积均表现抑制作用; 籽粒中K、Ca、Mg和Cu的累积没有受到施硒处理的影响, 处理间差异不显著; 施硒150 g hm^-2对籽粒Na的累积有显著抑制作用(表4)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 小麦籽粒矿质元素含量(2013-2014) Table 4 Content of mineral elements in wheat grain (2013-2014) 处理 Treatment P (mg kg-1) K (mg kg-1) Na (mg kg-1) Ca (mg kg-1) Mg (mg kg-1) Fe (μ g kg-1) Mn (μ g kg-1) Cu (μ g kg-1) Zn (μ g kg-1) Se0 2.03 b 5.85 a 3.33 a 0.39 a 0.99 a 100.1 c 40.2 b 10.0 a 36.8 b Se1 2.24 b 5.82 a 3.31 a 0.38 a 1.00 a 137.5 b 47.3 a 9.4 a 38.2 b Se2 2.77 a 5.81 a 3.09 a 0.37 a 1.02 a 190.1 a 47.6 a 9.7 a 45.0 a Se3 3.04 a 5.35 a 2.38 b 0.38 a 0.92 a 120.3 b 43.0 a 9.2 a 37.1 b Se0, Se1, Se2, and Se3 indicate Se application rate of 0, 37.5, 75.0, and 150.0 g hm-2, respectively. In each growing season, values followed by different letters within the same column are significantly different at P < 0.05. Se0~Se3分别表示纯硒总施用量0、37.5、75.0和150.0 g hm-2。同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。

表4 小麦籽粒矿质元素含量(2013-2014) Table 4 Content of mineral elements in wheat grain (2013-2014)

研究表明, 土壤施硒、拌种、浸种和叶面喷硒等不同方式补充外源硒均能提高农产品中的含硒量; 相比而言, 喷施外源硒具有快速、高效、成本低的优点, 而且环境风险小^[19]。但喷硒对小麦籽粒产量的影响, 研究结论不一。李根林等^[20]报道, 返青和拔节2次喷施亚硒酸钠, 小麦的株高有所降低, 穗数和穗粒数增加, 增产13.6%~15.2%; 史芹等^[21]试验表明, 叶面喷洒富硒溶液, 增加小麦穗粒数和千粒重, 增产1.6%~8.5%。然而, 唐玉霞等^[7]和马玉霞等^[22]多点喷施富硒液肥试验发现, 小麦产量并没有增加; 本试验结果与此一致, 各施硒处理对小麦籽粒产量和千粒重无显著影响。施硒对小麦产量的影响机制有待进一步研究。

围绕施硒时期对作物富硒效果的影响, 已有不同研究报道, 对最佳施硒时期的结论并不一致^{[19, 20, 21]}。本研究结果表明, 相同施硒量条件下, 总硒含量、有机硒含量和硒利用率均以灌浆前期喷施效果最好, 而孕穗期喷施效果最差, 与唐玉霞等^[7]的试验结果基本一致。孕穗期与灌浆前期对不同浓度外源硒吸收能力的差异, 可能与不同时期小麦对外源亚硒酸钠溶液的吸收、转化、转运能力有关^[23]。灌浆前期是小麦生殖生长最旺盛的时期, 此时小麦对喷施液吸收与转运速度较快, 小麦通过叶片吸收的硒能很快转移到小麦籽粒中; 孕穗期属于小麦营养生长向生殖生长转换时期, 此时小麦营养生长与生殖生长并进, 对亚硒酸钠喷施液吸收能力虽然很强, 但小麦尚未开花结实, 植物体吸收的硒在细胞中通过化学转化, 一部分被固定在叶片和茎杆的细胞中, 降低了硒向籽粒的转运比例^{[23, 24]}。但是, 不同喷施时期和施硒量导致的小麦籽粒中含硒量及品质指标的差异, 是否与喷施液的浓度有关尚需进一步剖析。

植物可食部位的总硒含量仅代表作物富集能力的差异, 而只有经过生物转化所形成的有机形态的硒对人类才是安全有效的^[16], 但不同植物将无机硒转化为有机硒的能力存在差异^{[25, 26]}。研究表明, 作物吸收的无机形态的硒在体内不同部位转运之前, 就已在根系、叶片等部位实现了无机硒向有机硒的形态转化, 仅有少部分以无机离子的形态向籽粒部位转移^{[23, 24, 25]}。本研究小麦籽粒有机硒占总硒的比例处于78.5%~82.1%之间, 略低于对湖北恩施富硒土壤上小麦^[27]和玉米籽粒^[28]有机硒占总硒的比例, 可能是不同作物及品种自身差异所致。本研究还发现, 不同施硒量和喷施时期对小麦籽粒中有机硒含量及其占总硒的比例没有显著差异, 说明施硒量和喷施时期对小麦体内有机硒的转化未产生显著影响, 这与植物体内有机硒的转化机制有关^[25], 也为进一步的富硒农产品生产提供了理论依据。

作物对硒的吸收规律与利用效率与其他元素类似, 即在技术条件相对稳定的情况下, 作物体内含硒量随施硒量的增加而增加, 但是硒的利用效率下降。本试验结果表明, 小麦籽粒含硒量与施硒量的关系可以用一元二次函数^[29]拟合, 且其相关性达到显著水平。小麦籽粒产量在不同施硒量下相对稳定, 籽粒中硒累积量随施硒量增加有所增加, 但其规律仍然符合一元二次函数。

已有研究表明, 施硒可显著提高稻米中的粗蛋白含量, 对淀粉、脂类含量影响不显著, 适量施硒有利于稻米中锰、铁等元素的吸收, 降低稻米中铜的含量, 对锌和钙的影响不显著^[30]。叶面喷硒可有效提高谷子籽粒粗蛋白质、可溶性蛋白质、可溶性糖含量, 但随着施硒量的增加, 呈先升高后降低的趋势^[31]。可见, 施硒对作物籽粒营养品质的影响已引起研究者的关注。本研究在一定浓度范围内喷施外源硒, 小麦籽粒产量未受显著影响而籽粒中总硒和有机硒含量增加, 提高了小麦籽粒中粗蛋白含量, 促进了P、Fe、Mn、Zn元素和降低了Na元素在小麦籽粒中积累。本研究关于施硒对籽粒中Cu、Zn累积的影响与前人在稻米上的结果不一致^[27], 原因可能是不同作物的营养特性存在差异。

本研究结果表明, 在小麦特定生育期, 通过叶面喷施一定浓度的亚硒酸钠溶液, 未对小麦生长发育与籽粒产量产生不良影响, 小麦籽粒品质也没有明显下降, 证明了通过喷施外源亚硒酸钠溶液获取富硒小麦产品是行之有效的。但需要强调的是, 本研究通过改变施硒量与施硒时期获得的较高硒含量的小麦产品, 仅反映了该小麦品种的富硒能力和指示了该富硒方法的可行性。由于过量食用硒元素会对人体健康带来危害, 因此生产富硒小麦时, 应根据人群膳食结构与人体补硒的要求, 首先确定富硒小麦的含硒量标准, 然后再选择适宜的小麦富硒方法获取适宜硒含量的小麦产品。