不同時期施硒對谷子硒含量、有機硒轉(zhuǎn)化率及谷子品質(zhì)的影響

穆婷婷，張福耀，李志華，劉 璋，田 崗

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 高粱研究所，高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點實驗室，山西 榆次 030600； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 谷子研究所，山西 長治 046011)

硒是人體所必需的微量元素[1]，缺硒嚴(yán)重影響著人體的健康，甚至?xí)?dǎo)致如克山病、大骨節(jié)病和癌癥等多種疾病的發(fā)生[2-3]。人體不能直接合成硒元素，人體中的硒主要來源于食物，食物中有機態(tài)的植物硒直接或者間接來自于土壤，農(nóng)作物加工食品就成為人體獲得硒的重要途徑之一，因此，可以采取富硒食品補硒以滿足人體正常生理功能對硒的需求。

谷子是我國種植的主要雜糧作物，小米在北方地區(qū)人群膳食結(jié)構(gòu)中具有舉足輕重的地位[4]。隨著人民生活水平的提高，對谷子品質(zhì)的要求逐漸提升，具有功能性的富硒小米在國家“十三五”規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大方針下，面臨巨大的市場機遇，行業(yè)有望迎來新的發(fā)展契機[5]。因此，探索富硒栽培措施應(yīng)用于谷子農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與農(nóng)產(chǎn)品功能型發(fā)展的契機和保障。

關(guān)于外源硒對農(nóng)作物的影響越來越多，前人研究表明，煙草不同時期施用外源硒，硒在植株各部位的分布規(guī)律也不同，苗期施用硒，下部葉片的含硒量高于上部葉片，生長中期施用硒，上部葉片硒含量高于下部，而成熟期補給硒，煙草各部位的硒含量接近[6]；不同濃度硒處理條件下，大豆各生育階段硒積累量存在差異，依次為成熟期>花期>苗期的硒積累量，表明硒在作物不同生育階段分布差異較大[7]；有研究表明，相比拔節(jié)期或開花期，在小麥孕穗期噴施外源硒效果更好，更有利于提高籽粒中硒的含量和植株對硒的吸收率[8-9]；蔓菁葉面噴施亞硒酸鈉處理，在開花末期前噴施硒其成熟的種子中硒含量才達(dá)到顯著水平[10]。由此可知，葉面噴施外源硒的效果與噴施時期密切相關(guān)。選擇合適的外源硒以及如何把握恰當(dāng)時期噴施硒實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利益最大化，谷子生產(chǎn)實踐中缺乏明確的數(shù)據(jù)依據(jù)和可行的技術(shù)支持。

本研究以谷子作為硒元素的材料載體，依據(jù)植物對硒吸收、累積的營養(yǎng)特性，將施用的外源無機硒轉(zhuǎn)化為可以被人體吸收利用的有機硒，富硒谷子加工副產(chǎn)品的形式在一定程度上實現(xiàn)了硒從土壤向人類食物鏈的遷移，從而彌補缺硒狀況，明確谷子施用外源硒的關(guān)鍵生育期，為谷子富硒功能農(nóng)業(yè)實踐中如何選擇最佳施用時期提供技術(shù)參考和科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試春谷區(qū)主推品種長農(nóng)35號；抗除草劑雜交種晉谷50號；夏播區(qū)主推品種冀谷20號。供試硒為亞硒酸鈉(Na2SeO3)。

1.2 試驗地概況

試驗在晉中市榆次區(qū)修文鎮(zhèn)東白村(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所試驗基地)進行。試驗地海拔為1 000 m，東經(jīng) 112.5°，北緯37.4°，年平均氣溫9.8～10.3 ℃，年平均降雨量462.9 mm，無霜期176 d。試驗田土壤理化性狀為全氮1.83 g/kg，速效氮146.6 mg/kg，有效磷59 mg/kg，有效鉀141 mg/kg，有機質(zhì)含量22.88 g/kg，全硒0.197 mg/kg，pH值7.7。試驗地前茬作物為高粱，基施尿素400 kg/hm2、磷肥350 kg/hm2。5月下旬播種，10月初收獲，留苗30萬株/hm2。田間管理中耕1次，除草2次，灌溉2次。

1.3 試驗設(shè)計

大田試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置4個噴硒處理為P1(苗期葉面噴硒)、P2(抽穗期葉面噴硒)、P3(灌漿期葉面噴硒)以及P0(葉面噴施清水，CK)，谷子苗期、抽穗期和灌漿期的葉面噴施亞硒酸鈉劑量均為67.84 g/hm2，小區(qū)面積6 m2。3次重復(fù)。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 樣品的采集和處理

1.4.1.1 植株樣品 各處理小區(qū)中隨機取3株谷子植株，用水清洗晾干后，將植株的根、莖、葉和籽粒分開裝紙袋，80 ℃殺青15 min，65 ℃烘干，按照谷子不同部位各器官粉碎，保存待測定。

1.4.1.2 籽粒樣品 成熟期收獲籽粒后，將待測定的谷子籽粒脫去外殼，用微型粉碎籽粒后過0.147 mm篩，保存待測定。

1.4.2 品質(zhì)指標(biāo)測定 采用 H2SO4-H2O2消煮、半微量凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量[11]；粗脂肪的測定采用索氏抽提法[12]；賴氨酸含量用MATRIX-I近紅外光譜分析儀采用籽粒無破損法測定[13]；葉酸測定采用間接熒光法[14]，所用儀器為熒光分光光度計(CRAY Eelipse)。

1.4.3 硒含量測定 其采用原子熒光法[15]。取1 g樣品加20 mL 4 mol/L 的HCI，在170 ℃下進行回流反應(yīng)20 min，等待冷卻之后取上清液，測定樣品中無機硒含量。取0.5 g干樣，加入7 mL混合消化液 (4 mL HNO3+1 mL HClO4)，180～200 ℃消化2 h，待冷卻后加入10 mL 的HCl 4 mol/L，等待10 min還原，用蒸餾水定容，采用原子熒光光譜法測定總硒含量。

有機硒轉(zhuǎn)化率=(有機硒含量/總硒含量)×100%

①

有機硒含量(mg/kg)=總硒含量-無機硒含量

②

硒收獲指數(shù)=(籽粒硒含量/全株硒含量)×100%

③

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，圖表采用 Microsoft Excel 2003 軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期施硒對谷子品質(zhì)的影響

不同生育期噴施亞硒酸鈉對谷子各品種粗蛋白含量的影響各不相同，而不同時期噴施外源硒對3個品種粗蛋白含量的影響均有增加作用。由表1可知，晉谷50各生育期噴硒處理與對照之間粗蛋白含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，晉谷50和冀谷20均在灌漿期噴硒處理之后粗蛋白達(dá)到最高，且與對照相比達(dá)差異到極顯著，分別比CK增加0.86,1.04百分點，不同生育期噴硒處理對長農(nóng)35粗蛋白含量影響沒有規(guī)律，冀谷20硒處理對蛋白含量的影響較其他品種敏感。

從表1可以看出，3個品種葉面噴硒處理粗脂肪含量均在灌漿期增幅最大。晉谷50、長農(nóng)35分別比對照增加1.35,0.73百分點，達(dá)差異極顯著水平(P<0.01)。不同生育期噴硒處理對冀谷20粗脂肪含量增幅較小，較其他2個品種不敏感。

苗期、抽穗期、灌漿期葉面噴施外源硒使晉谷50賴氨酸含量分別比對照增加0.03,0.02,0.03百分點；冀谷20賴氨酸含量分別比對照增加0.05,0.04,0.05百分點；長農(nóng)35賴氨酸含量均比對照增加0.02百分點。表1方差分析結(jié)果顯示，參試的3個品種不同生育期噴硒處理賴氨酸含量與對照相比均未達(dá)顯著差異。以上分析表明，不同時期葉面噴硒可以增加谷子賴氨酸含量，但各處理之間沒有達(dá)到顯著水平，以灌漿期噴硒處理提高谷子賴氨酸含量效果最佳。

分別于苗期、抽穗期、灌漿期對谷子進行葉面噴施亞硒酸鈉，其葉酸含量都比對照有所增加，但各品種不同生育期噴硒處理之間差異不顯著(表1)。苗期噴硒處理之后晉谷50、冀谷20、長農(nóng)35的葉酸含量分別比對照增加2.9%，6.5%，5.0%；抽穗期增幅分別是1.9%，6.5%，5.0%；灌漿期增幅分別為2.4%，7.5%，5.5%。由此可以看出，灌漿期葉面噴施硒為增加谷子葉酸含量的最合適噴施時期。

2.2 不同生育期施硒對谷子籽粒硒含量的影響

不同生育期葉面噴施亞硒酸鈉，3個谷子品種籽粒含硒量都呈增加趨勢。由圖1可知，噴施硒的時間越接近谷子成熟期其籽粒含硒量越大，谷子籽粒硒含量增加趨勢表現(xiàn)為灌漿期>抽穗期>苗期>對照(CK)。苗期葉面噴硒處理使籽粒硒含量較CK平均增加 0.083 mg/kg，比對照提升3.4～4.0倍；抽穗期施硒處理使籽粒硒含量平均增加0.181 mg/kg，平均為對照的4.6～6.6倍；灌漿期施硒處理使籽粒硒含量平均較CK增加0.250 mg/kg，噴硒處理后晉谷50、冀谷20和長農(nóng)35的硒含量分別是對照的8.5，8.0和9.9倍。方差分析結(jié)果表明，晉谷50和長農(nóng)35苗期、抽穗期和灌漿期噴硒處理的籽粒含硒量與對照差異顯著(P<0.05)，且不同時期硒處理之間谷子籽粒硒含量差異顯著(P<0.05)。植物生長后期硒的利用率大于生長前期，并表現(xiàn)出顯著差異，因此，灌漿期葉面噴施硒對谷子籽粒硒含量的增加最有效。

表1 不同生育期噴施亞硒酸鈉對谷子品質(zhì)的影響Tab.1 The effects of spraying selenium on quality of foxtail millet at different stages

注：不同大寫字母、小寫字母分別表示不同硒處理之間差異達(dá)1%和5%顯著水平。圖1-3同。

Note:Values followed by different small letters in table are significantly different among different Se concentrations at 5% level. Values followed by different big letters in table are significantly different among different Se concentrations at 1% level. The same as Fig.1-3.

圖1 不同生育期施硒谷子籽粒硒含量Fig.1 Effect of different-period spraying exogenous selenium on grain selenium content of foxtail millet

2.3 不同生育期施硒對谷子有機硒轉(zhuǎn)化率的影響

于苗期、抽穗期和灌漿期葉面噴施亞硒酸鈉，參試谷子品種有機硒轉(zhuǎn)化率都有一定程度提高。由圖2可知，不同時期施硒對谷子有機硒轉(zhuǎn)化率的影響表現(xiàn)為生長后期噴施硒有機硒轉(zhuǎn)化率高于前期噴硒處理，除長農(nóng)35抽穗期有機硒轉(zhuǎn)化率較高，谷子有機硒轉(zhuǎn)化率總的增加趨勢為灌漿期>抽穗期>苗期>對照(CK)。苗期噴硒處理谷子有機硒轉(zhuǎn)化率較CK提高4～6百分點；抽穗期噴硒處理后晉谷50、冀谷20和長農(nóng)35的有機硒轉(zhuǎn)化率較CK提高9，4，12百分點；晉谷50、冀谷20和長農(nóng)35經(jīng)灌漿期噴硒處理后的有機硒轉(zhuǎn)化率較CK提高13，13，10百分點；晉谷50各生育期噴硒處理后的有機硒轉(zhuǎn)化率與CK間差異顯著(P<0.05)，冀谷20灌漿期噴硒處理與CK間差異顯著(P<0.05)，長農(nóng)35抽穗期和灌漿期噴硒處理與CK均達(dá)到差異顯著水平(P<0.05)。由此可知，灌漿期施硒有利于無機硒轉(zhuǎn)化為容易被人體吸收的有機硒，所以，灌漿期為提高谷子有機硒轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵時期。

圖2 不同生育期施硒谷子有機硒轉(zhuǎn)化率Fig.2 Effect of different-period spraying exogenous selenium on grain the organic selenium conversion of foxtail millet

2.4 不同生育期施硒對谷子硒收獲指數(shù)的影響

由圖3可知，對參試谷子進行不同生育期外源硒葉面噴施處理，隨生育期推進谷子硒收獲指數(shù)有逐漸升高的趨勢，晉谷50、冀谷20和長農(nóng)35苗期噴硒處理后，硒收獲指數(shù)分別比對照提高1.26,4.17,2.70百分點；抽穗期噴硒處理，冀谷20硒收獲指數(shù)增幅最大為4.75百分點；灌漿期進行葉面噴硒，與CK相比，晉谷20、冀谷20和長農(nóng)35增幅分別為5.32,5.82,2.70百分點，且晉谷50和冀谷20與CK間差異顯著(P<0.05)。由此可見，灌漿期葉面施硒處理谷子硒收獲指數(shù)效果最好。

圖3 不同生育期施硒谷子硒收獲指數(shù)Fig.3 Selenium harvest index of foxtail millet on the different-period

3 討論

3.1 噴硒時期對谷子增硒安全性與有效性的影響

人體不能直接合成硒元素，人體中所需的有機硒大部分來源于食物中攝取的植物硒[16-17]，由此可見，農(nóng)作物加工食品是人體獲得硒的重要途徑之一。因此，可以采取富硒食品補硒以滿足人體正常生理功能對硒的需求。植物體內(nèi)硒以多種化合物的形式存在。包含無機態(tài)和有機態(tài)2種化學(xué)形態(tài)，其中，有機態(tài)硒主要是硒代謝過程中產(chǎn)生的一些有機分子的終產(chǎn)物，植物體內(nèi)有機硒含量在80%以上；無機態(tài)的硒主要以硒酸鹽的形式存在，還有硒多酚和硒元素等多種代謝產(chǎn)物，無機硒含量大概占總硒的8%左右。無機硒很難被人體吸收利用，攝入過量的無機硒會抑制生物體內(nèi)氧化代謝的正常運行，甚至威脅人體健康[18-19]。 有機態(tài)硒是可以被人體吸收利用的，因此，研究硒在作物生理代謝系統(tǒng)中的積累和轉(zhuǎn)化規(guī)律，采用施用外源硒的農(nóng)業(yè)措施通過食物鏈效應(yīng)，可以提高缺硒和低硒地區(qū)群體硒元素的攝入量，對建立高效、安全的補硒措施具有重要意義。

不同時期噴施外源硒，可不同程度地提高谷子籽粒中硒含量、硒收獲指數(shù)以及有機硒轉(zhuǎn)化率，且谷子生長發(fā)育后期(灌漿期)噴施硒的提升效果高于谷子生長前期，葉面噴硒對谷子籽粒硒富集效果好的時期為灌漿期，吳季蓉等[20]、劉秀桃等[21]和高貞攀等[22]對谷子不同時期施硒研究結(jié)果和張鵬飛等[23]的硒肥肥效試驗證實了這個結(jié)論。

生長前期(苗期)噴施硒處理后，谷子籽粒硒含量低于生長后期的原因一方面是由于，硒進入植物體后會通過谷子生理代謝作用，向環(huán)境揮發(fā)影響植物體內(nèi)的硒含量；另一方面，當(dāng)谷子生長發(fā)育進入灌漿期，植株由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長，營養(yǎng)物質(zhì)更容易向籽粒中轉(zhuǎn)移，同時施硒能夠增強谷子葉片 GSH-Px 的活性，延長植物向籽粒運輸營養(yǎng)的時間[24-25]。灌漿期是谷子生長中籽粒及籽粒品質(zhì)成分形成的關(guān)鍵生育期，所以此時噴施硒可以更好提高成熟后籽粒的硒含量。在作物的栽培種植中，由于農(nóng)作物的籽粒硒含量不易控制，不同基因型品種間硒的累積有差別，實踐生產(chǎn)應(yīng)用時需要根據(jù)品種差異以及人體科學(xué)膳食硒的合理攝入量等因素來科學(xué)合理掌握施硒時間。

3.2 噴硒時期對谷子營養(yǎng)品質(zhì)的影響

硒在人體內(nèi)以硒半胱氨酸形式存在特異性蛋白質(zhì)，硒處理對于蛋白質(zhì)含量影響的機制被認(rèn)為是硒代氨基酸—硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸，取代了半胱氨酸和蛋氨酸被結(jié)合到蛋白質(zhì)中[26]，硒蛋氨酸循蛋迄酸代謝途徑運行，以儲存形式參與蛋白的組成。因此，在體內(nèi)停留時間長,生物利用率高，經(jīng)常補充蛋氨酸硒有利于建立合理的硒儲備，更有利于人體硒的均衡營養(yǎng)和持續(xù)發(fā)揮硒的功能[27]。由于硫和硒原子尺寸和離子化性質(zhì)的區(qū)別造成的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的變化，很可能對一些重要蛋白質(zhì)的合成和反應(yīng)性能產(chǎn)生一定的影響，外源硒對谷子粗蛋白的影響研究結(jié)果與前人結(jié)論一致；本研究施用外源硒對谷子賴氨酸含量的影響與孫崇延等[28]研究的施用亞硒酸鈉可使小麥籽粒中的多種氨基酸含量增加相似；邵麗華等[29]在谷子葉酸含量分析評價方面做了研究，然而，關(guān)于外源硒對谷子葉酸的影響報道尚屬空白，本研究表明，葉面施硒有益于提高谷子葉酸含量，該結(jié)果給相關(guān)研究提供了基礎(chǔ)的理論支持。

本研究結(jié)果表明，苗期、抽穗期和灌漿期葉面噴施硒均可以提高谷子的籽粒硒含量、硒收獲指數(shù)以及有機硒轉(zhuǎn)化率，對籽粒硒含量的影響趨勢為灌漿期>抽穗期>苗期>對照(CK)。各生育期葉面噴施硒可以使谷子粗蛋白、粗脂肪、賴氨酸和葉酸含量一定程度增加，灌漿期施硒對谷子品質(zhì)提升最為有效。因此，灌漿期葉面噴施硒是提高谷子籽粒硒含量和有機硒轉(zhuǎn)化率以及改善谷子品質(zhì)的關(guān)鍵生育期。