腐殖酸對水培小麥吸收硒酸態(tài)硒和亞硒酸態(tài)硒的影響

劉亞軍，王大成

(化學應用與污染控制四川省重點實驗室，西華師范大學化學化工學院，四川南充 637000)

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腐殖酸對水培小麥吸收硒酸態(tài)硒和亞硒酸態(tài)硒的影響

劉亞軍，王大成

(化學應用與污染控制四川省重點實驗室，西華師范大學化學化工學院，四川南充 637000)

[目的]研究腐殖酸對水培小麥吸收硒酸態(tài)硒和亞硒酸態(tài)硒的影響。[方法]采用水培試驗，研究小麥對10～80 μg/L 硒酸態(tài)硒(Se6+)及亞硒酸態(tài)硒(Se4+)的吸收和腐殖酸的影響。[結果]小麥對Se4+和Se6+的吸收與其在培養(yǎng)液中的濃度呈線性關系，小麥對Se6+的吸收是Se4+的6.0～10.5倍。腐殖酸促進小麥對Se4+的吸收，平均增加12.1%；但腐殖酸抑制小麥對Se6+的吸收，平均減少18.6%，且隨Se6+濃度的增加抑制作用增強。有腐殖酸存在時小麥吸收Se6+是Se4+的4.3～7.4倍；有腐殖酸時Se4+和Se6+促進小麥生長，Se6+促進作用更為明顯，生物量平均增加12.3%。40和80 μg/L Se4+培養(yǎng)小麥地上部分吸收的硒分別為初始加入量的3.76%和3.31%，在這2個濃度下，小麥吸收的Se6+分別為初始加入量的27.2%和27.8%。施用Se6+是Se4+作物利用率的7.2～8.4倍。[結論]可以通過土壤溶液Se4+或Se6+的濃度調控農作物硒含量，應用Se6+更為經濟環(huán)保。

硒；小麥；腐殖酸；水培

1 材料與方法

1.1 試劑與材料 硝酸、高氯酸、硫酸、氫溴酸(均為優(yōu)級純)，30%過氧化氫(分析純)，Na2SeO3和Na2SeO4(分析純)、腐殖酸鈉(化學純，天津市光復精細化工研究所)，本地小麥品種，硒含量為0.070 mg/kg。

圖1 腐殖酸和腐殖酸鈉紅外譜Fig.1 The Fourier transform infrared spectra of humic acid and sodium humate

腐殖酸和腐殖酸鈉的結構相似，官能團種類相同(圖1)，均在3 500～3 300 cm-1處出現—O—H 和—N—H的伸縮振動峰，在2 960和2 870 cm-1是甲基—CH3的伸縮振動，在2 930和2 850 cm-1出現亞甲基—CH2的伸縮振動，在1 560 cm-1是—N—H的彎曲振動，在1 380 cm-1是甲基的彎曲振動，在1 090 cm-1左右出現—C=O伸縮振動峰，在指紋區(qū)是烷基的面外振動形式。腐殖酸不溶于水，而腐殖酸鈉易溶于水，因此，選擇腐殖酸鈉進行水培試驗。

1.2 儀器和設備 ICP-MS(NexION 300X，Perkin Elmer)，電子分析天平(FA2104，上海舜宇恒平科學儀器有限公司)，可調式電熱板(ML-2-4，北京中興偉業(yè)儀器有限公司)，超純水機(Master-D，上海和泰儀器有限公司)，立式鼓風干燥箱(DGG9140A，上海森信實驗儀器有限公司)，九陽料理機。

1.3 試驗設計 水培試驗共設11個處理，分別為空白對照，Se4+和Se6+濃度分別為10、20、40、60、80 μg/L，空白和每個濃度各設3個平行。每個處理加入0.5 g/L腐殖酸鈉。選取大小均勻、飽滿的小麥種子，并用30%H2O2消毒5 min后用蒸餾水沖洗干凈，再放入蒸餾水中浸泡10 h，過濾稱重計算種子吸水率，按照干種約35 g稱取浸泡后的麥種平鋪于雙層塑料盤(茶花牌雙層茶盤，PP材質，35.5 cm×27.0 cm×4.5 cm)的上層網孔鋪設的棉布上，生長面積為29.0 cm×21.5 cm。將配制的2 L培養(yǎng)液加入下層塑料盤，在培養(yǎng)液中浸濕棉布和麥種4～6次/d，在溫度20～23 ℃、空氣濕度60%～70%下發(fā)芽生長，浸濕的棉布可以提供小麥生長所需水分。麥苗培養(yǎng)14 d后收割，分別收取莖和葉并稱重，去離子水淋洗后，置于110 ℃的電熱鼓風干燥箱中殺青15 min后，調節(jié)溫度至60 ℃，烘干至恒重，稱量干重后用食品加工機磨碎裝袋防潮保存。量取剩余培養(yǎng)液的體積，并留樣測定硒含量。以國家標準物質小麥(GBW10011)作為質量監(jiān)控樣品，其標準值為(0.053±0.007)mg/kg，實測值為(0.050±0.007)mg/kg。1.4 樣品硒含量的測定方法 小麥硒含量測定：準確稱取0.100 0 g粉碎的小麥樣品，加入2.5 mL去硒硫酸(5%)和5 mL混酸(硝酸∶高氯酸=2∶1)，冷消化過夜。次日于電熱板上加熱消解，至溶液剩余1.0 mL左右且澄清透明，轉移至容量瓶并定容至25 mL，采用ICP-MS(DRC模式，CH4氣體)測定硒含量。

培養(yǎng)液硒含量測定方法：準確量取5 mL培養(yǎng)液，加入2.5 mL混酸(硝酸∶高氯酸=2∶1)于電熱板上消解，冷卻后加入1 mL H2O2劇烈反應至溶液剩余1.0 mL左右且澄清透明，轉移溶液至容量瓶并定容至25 mL，采用以ICP-MS測定硒含量。

1.5 數據分析 采用Excel軟件對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 小麥對亞硒酸態(tài)硒和硒酸態(tài)硒的吸收 由圖2可知，隨著Se4+濃度的增加，小麥硒含量逐漸增加。水培14 d收獲的空白對照小麥硒含量為0.074 mg/kg。當培養(yǎng)液Se4+濃度為10 μg/L時，小麥硒含量為0.181 mg/kg。培養(yǎng)液Se4+濃度從20 μg/L增加到80 μg/L，小麥硒含量從0.298 mg/kg增加到1.080 mg/kg。Se4+濃度和小麥硒含量呈顯著相關(r=0.996 6)。

隨著Se6+濃度的增加，小麥硒含量逐漸增加。當Se6+濃度為10 μg/L時，小麥硒含量為1.08 mg/kg，與80 μg/L Se4+培養(yǎng)相當。Se6+濃度從20 μg/L增加到80 μg/L，小麥硒含量由2.54 mg/kg增加到11.3 mg/kg。Se6+濃度和小麥硒含量呈顯著正相關(r=0.998 7)。

圖2 小麥對亞硒酸態(tài)硒和硒酸態(tài)硒的吸收Fig.2 The absorption of selenite and selenate by hydroponic wheat

當培養(yǎng)液硒濃度均為10 μg/L時，小麥吸收的Se6+是Se4+的6.0倍，在20 μg/L時是8.5倍，而在40、60和80 μg/L時分別為10.5倍、10.2倍和10.5倍。研究表明，水培小麥和其他植物對Se4+和Se6+的吸收倍數都在2.0～10.0倍[14,16-18]，無論有無營養(yǎng)添加，不同作物吸收Se4+和Se6+的差異趨勢相同。

2.2 腐殖酸對小麥吸收亞硒酸態(tài)硒和硒酸態(tài)硒的影響 由圖3可知，添加腐殖酸鈉的空白對照小麥硒含量為0.023 mg/kg，低于未添加腐殖酸鈉的空白對照的0.074 mg/kg。所加腐殖酸鈉中硒含量為3.91 mg/kg，其中21.1%為Se4+，10.2%為Se6+。添加0.5 g/L腐殖酸鈉相當于添加0.410 μg/L Se4+和0.195 μg/L Se6+。結果表明這些硒并未被小麥吸收，而是被腐殖酸鈉的活性官能團絡合固定。

添加腐殖酸鈉的各Se4+濃度處理小麥硒含量從10 μg/L的0.333 mg/kg增加到80 μg/L的1.200 mg/kg(圖3)。與未添加腐殖酸鈉相比添加腐殖酸鈉小麥對Se4+的吸收明顯增加，從1.9%增加到27.8%，平均增加12.1%。當Se6+濃度從10 μg/L增加到80 μg/L時，添加腐殖酸鈉的小麥硒含量從1.33 mg/kg增加到7.69 mg/kg(圖4)。與未添加腐殖酸鈉的Se6+培養(yǎng)相比，小麥對Se6+的吸收從濃度20 μg/L到80 μg/L減少了9.1%～31.9%，平均減少18.6%，且隨著Se6+濃度的增加腐殖酸對小麥吸收Se6+的抑制作用增強。隨著培養(yǎng)時間的增加，腐殖酸的活性官能團與Se6+絡合成不易被植物吸收的腐殖酸結合態(tài)硒，使小麥吸收的Se6+減少。

圖3 腐殖酸鈉對小麥吸收亞硒酸態(tài)硒的影響Fig.3 Effects of humic sodium on the absorption of selenite by wheat

圖4 腐殖酸鈉對小麥吸收硒酸態(tài)硒的影響Fig.4 Effects of sodium humate on the absorption of selenate by wheat

添加腐殖酸的Se6+培養(yǎng)小麥硒含量是Se4+的4.3～7.4倍，比未加腐殖酸的二者差別(6.0～10.5)倍小。腐殖酸分子含有活性官能團，能夠絡合微量元素[11]包括Se6+。腐殖酸作為天然氧化還原劑，可以提高溶液中Se4+/Se6+的還原能力，使Se6+緩慢轉化為Se4+[19]，從而減少小麥的吸收。

2.3 硒和腐殖酸對小麥地上部分生物量的影響 由表1可知，小麥地上部分生物量與Se4+、Se6+濃度無關。這說明在試驗濃度范圍內2種形態(tài)硒均對小麥生長既無促進作用也無毒性反應。添加腐殖酸鈉的Se4+和Se6+培養(yǎng)的小麥生物量均增加，且Se6+處理小麥生物量隨硒濃度的增加增加更為明顯，從空白處理的6.43 g增加到80 μg/L的7.44 g。

表1 亞硒酸態(tài)硒和硒酸態(tài)硒對小麥地上部分生物量的影響

2.4 小麥吸收水培液中硒的比例 在試驗結束時，40和80 μg/L Se4+培養(yǎng)液剩余的硒分別為19.5和28.2 μg，在這2個培養(yǎng)濃度下，小麥地上部分吸收的硒分別是初始加入量的3.76%和3.31%。試驗結束時，40和80 μg/L Se6+培養(yǎng)液剩余的硒分別為18.10和23.41 μg，在這2個培養(yǎng)濃度下，小麥地上部分吸收的硒分別為初始加入量的27.2%和27.8%。施用Se6+是Se4+作物利用率的7.2～8.4倍。施用Se6+農作物吸收比例更高，調控農產品硒含量以Se6+為宜。

3 結論與討論

(1)水培小麥對Se4+和Se6+的吸收分別與培養(yǎng)液濃度呈線性相關關系；相同濃度下小麥對Se6+的吸收是Se4+的6.0～10.5倍。植物對Se4+的吸收能力遠小于Se6+，主要是由于植物對Se4+和Se6+的吸收機理不同。吸收Se4+不需要能量[18]，且參與根部新陳代謝，大多留在根部[20]；而吸收Se6+則需要能量[21]，且大部分直接往地上部遷移[16]。研究表明，有營養(yǎng)添加時水培小麥吸收Se4+和Se6+的差別倍數較小，最多5.8倍；無營養(yǎng)添加時小麥對Se6+的吸收為Se4+的10.5倍。陳思楊等[14]指出土壤環(huán)境中陰離子影響植物對硒的吸收，如磷酸根、硫酸根等。缺磷時小麥地上和地下部分硒含量均增加，缺硫時施用Se6+小麥地上部分硒含量增加，缺硫時施用Se4+地上部分硒含量略減少。該研究水培試驗二者倍數關系比有營養(yǎng)添加時大。小麥水培試驗可以反映不同植物吸收Se4+和Se6+的差異。

(2)腐殖酸促進小麥對Se4+的吸收，平均增加12.1%；但腐殖酸抑制小麥對Se6+的吸收，平均減少18.6 %，且隨Se6+濃度的增加抑制作用增強。添加腐殖酸小麥吸收Se6+是Se4+的4.3～7.4倍，小于無腐殖酸培養(yǎng)時二者差別。在試驗濃度范圍內，有無腐殖酸的培養(yǎng)小麥地上部分硒含量均與硒濃度呈顯著正相關?？梢酝ㄟ^調控硒在土壤溶液中的濃度生產所需硒含量的糧食，而施用Se6+可以用所需Se4+的1/4～1/10用量達到同樣效果。在自然條件下，植物對硒的吸收與土壤環(huán)境中陰離子有關，如磷酸根、硫酸根等[14]，還與土壤pH、腐殖酸[13]、鐵錳氧化物、二氧化硅、高嶺土含量[19]等有關。土壤栽培小麥對Se4+和Se6+的吸收以及腐殖酸的影響可以為調控該土壤糧食硒含量的具體技術措施提供理論依據。

(3)水培小麥生物量與Se4+和Se6+濃度無關；但有腐殖酸存在條件下Se4+和Se6+促進小麥生長，Se6+的促進作用更為明顯，平均增加12.3%。硒是動物和人體必需的微量元素[1]，但硒對植物的營養(yǎng)作用至今仍無定論。研究表明，在一定濃度范圍內硒能促進馬鈴薯[22]、胡蘿卜[23]、水稻[24]、小白菜[25]等作物的生長。但該試驗在硒濃度≤80 μg/L無其他營養(yǎng)元素條件下Se4+及Se6+對小麥地上部分生物量均無顯著影響。

(4)在40和80 μg/L Se4+培養(yǎng)小麥地上部分吸收的硒分別為初始加入量的3.76%和3.31%，而在這2個培養(yǎng)濃度下，小麥地上部分吸收的Se6+分別為初始加入量的27.2%和27.8%。施用Se6+是Se4+作物利用率的7.2～8.4倍。

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Effects of Humic Acid on the Absorption of Selenite and Selenate by Hydroponic Wheat

LIU Ya-jun, WANG Da-cheng

(Key Laboratory of Chemical Synthesis and Pollution Control of Sichuan Province, College of Chemistry and Chemical Engineering, China West Normal University, Nanchong, Sichuan 637000)

[Objective] To research the effects of humic acid on the absorption of selenite and selenate by hydroponic wheat. [Method] The absorption of selenite (Se4+) and selenate (Se6+) at 10-80 μg/L by hydroponic wheat was studied under the effect of humic sodium. [Result] The absorptivity of selenite and selenate by wheat was positively correlated with the concentration, the wheat absorbed 6.0-10.5 times more of selenate than that of selenite. Humic sodium increased the absorption of selenite by wheat, which was 12.1% on average. But humic sodium inhibited the absorption of selenate by wheat, which was 18.6% on average. The inhibiting ability increased with the concentration increase of selenate. Wheat absorbed 4.3-7.4 times more selenate than selenite with the adding of humic sodium. Under such condition, both selenite and selenate promoted the growth of wheat. But selenate had more significant promotion effects with the average biomass increase being 12.3%. At the concentrations of 40 and 80 μg/L selenite, shoots absorbed 3.76% and 3.31% selenite of the initially added amount, respectively, and the shoots absorbed 27.2% and 27.8% selenate. The efficiency of selenate applied was 7.2-8.4 times of that slenite. [Conclusion] The selenium content of cereals could be regulated by adjusting the selenite or selenate concentration in soil solution, and the selenate is the better choice in terms of economic and environmental protection.

Selenium; Wheat; Humic acid; Hydroponics

國家自然科學基金項目“我國典型低硒環(huán)境特征與調控研究”(41172326)。

劉亞軍(1990- )，女，四川彭州人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境地球化學。

2016-08-17

S 143.7

A

0517-6611(2016)28-0053-04