外源硒對‘晉苦蕎5 號’光合特性、籽粒硒積累和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

曹昌林，呂慧卿，郝志萍，高 翔

（山西省農(nóng)業(yè)大學(xué)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 晉中 030600）

硒是環(huán)境中一種重要的生命元素，1957 年被證明為動物生命所必需。研究發(fā)現(xiàn)人體的40 多種疾病，如癌癥、貧血、腦血管疾病、肝炎、白內(nèi)障、糖尿病等都與缺硒有關(guān)［1］。世界衛(wèi)生組織推薦成人每日硒攝入量為50～200μg，但是目前人均日攝入量僅為26～32μg［2-3］；于植物而言，硒是植物生長的一種必需元素，少量的硒可刺激植物生長發(fā)育，促進(jìn)植物新陳代謝，增強植物對環(huán)境脅迫的抗性，但過量的硒又會抑制植物的生長［4］。植物吸收和富集外源無機態(tài)硒并將其轉(zhuǎn)化為安全、有效的生物有機態(tài)硒是人體攝入硒的唯一來源。研究富硒農(nóng)業(yè)，開發(fā)富硒食品對預(yù)防和治療硒缺乏癥具有重要的現(xiàn)實意義，在研究植物富硒的同時，研究硒對植物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，成為了農(nóng)業(yè)硒元素另一個被關(guān)注的方向。許多學(xué)者在不同的作物上進(jìn)行了施硒研究，但結(jié)論褒貶不一。王學(xué)君等［5］研究發(fā)現(xiàn)施硒可以提高輕度鹽堿地玉米產(chǎn)量，降低玉米吸鉀能力；張妮等［6］報道小麥生物量和產(chǎn)量隨施硒量增加呈先增加后降低的趨勢，20 mg·L-1的施用量滴灌小麥產(chǎn)量最高；李佳［7］認(rèn)為葉面噴硒利于水稻穗部對硒的富集，精米硒含量達(dá)到95.8～103.2 μg·kg-1，有利于增加后期干物質(zhì)積累；李海等［8］、郭美俊等［9］、張鵬飛等［10］和穆婷婷等［11］研究發(fā)現(xiàn)：低濃度硒對糜子和谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量有明顯提高作用；葉面噴施硒可以提高谷子粗蛋白、脂肪、賴氨酸和葉酸等的含量和籽粒硒含量，谷子產(chǎn)量隨著硒濃度的增加先增加后減??；田秀英等［12］報道：土壤施硒量不超過1.0 mg·kg-1時，可促進(jìn)苦蕎生長，提高地上部各器官干重和植株總干重以及各器官總黃酮和蘆丁含量與累積量，增加苦蕎中后期對總黃酮的累積；以Se0.5 處理效應(yīng)最佳，各處理差異達(dá)顯著水平；過量的硒（Se1.5～2.0 mg·kg-1）顯著抑制苦蕎生長，降低各器官干重、總黃酮和蘆丁含量與累積，不利于硒在籽粒中富集和總黃酮在籽粒中的分布。而陳雪等［13］認(rèn)為：葉面噴施亞硒酸鈉對水稻生物量、籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)無顯著影響，但可提高籽粒蛋白含量；張新軍等［14］認(rèn)為：噴施硒肥對燕麥的經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量、生物量、粗脂肪及淀粉無顯著影響；張紀(jì)元等［15］認(rèn)為：噴施硒肥對小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、品質(zhì)特性無顯著影響，但可顯著提高籽粒硒含量；王朝陽等［16］研究認(rèn)為：根施硒肥可顯著提高茶葉硒含量，但對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)影響不顯著；馮學(xué)金等［17］研究認(rèn)為：噴施合適劑量的硒肥可以提高胡麻籽粒硒含量和產(chǎn)量，且對胡麻品質(zhì)影響較小。不同學(xué)者研究的作物及其生態(tài)環(huán)境不同，得出的結(jié)論也不盡一致，‘晉苦蕎5 號’蕎麥?zhǔn)┪鴮ζ洚a(chǎn)量及品質(zhì)有無促進(jìn)作用無法定性，因此，為了系統(tǒng)了解硒對‘晉苦蕎5 號’生長發(fā)育、籽粒硒積累、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為‘晉苦蕎5 號’的大面積推廣提供技術(shù)支撐。本文通過研究‘晉苦蕎5號’在不同生育期、不同施硒水平下產(chǎn)量構(gòu)成、品質(zhì)指標(biāo)、籽粒硒積累和葉綠素及光合速率等的變化，確定‘晉苦蕎5 號’最適施硒量和最佳施硒時期，為‘晉苦蕎5 號’的高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究于2017、2018 年在山西省農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所東白基地進(jìn)行，該基地屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，海拔803 m，年均氣溫9.8℃，極端高溫37℃，極端低溫-21.2℃，無霜期158 d，常年降水量425 mm；2017 年5～9 月降水量301.3 mm，日照時數(shù)1109 h，2018 年5～9 月降水量313.8 mm，日照時數(shù)1178 h。一年一熟種植區(qū)；栗鈣土，質(zhì)地中壤，0～25 cm 耕層有機質(zhì)含量17.34 g·kg-1，全氮0.70 g·kg-1，有效磷2.14 mg·kg-1，速效鉀102.6 mg·kg-1，硒含量0.06 mg·kg-1，pH 6.9。

1.2 試驗材料與設(shè)計

以‘晉蕎麥（苦）5 號’為試材，亞硒酸鈉為硒肥來源。試驗采用裂區(qū)設(shè)計法，主區(qū)為噴施時期：分為現(xiàn)蕾期和盛花期，副區(qū)為噴施濃度：0（僅噴施清水）、0.5、1、1.5 和2 mg·L-15 個梯度，記為：T0、T0.5、T1、T1.5、T2，噴施量225 kg·hm-2。所有處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積2 m×5 m=10 m2。種植行距50 cm，每區(qū)種10 行，留苗密度90 萬株·hm-2。2017 年6 月16 日播種，9 月30 日 收獲，2018 年6 月18 日播種，9 月30 日收獲，兩年均播前一次性底施氮、磷、鉀含量為23%、11%、8%的復(fù)合肥750 kg·hm-2，其它管理同大田。

1.3 測試項目及方法

植株葉片SPAD的測定：在蕎麥現(xiàn)蕾期和盛花期噴施硒肥后，灌漿初期（8 月27 日），利用葉綠素測定儀SPAD-502 測定蕎麥頂部第一片展開葉SPAD 值。每株測3 葉，每處理測定10 株，取其均值作為各處理SPAD 值。

植株的凈光合速率的測定：在蕎麥現(xiàn)蕾期（7 月26 日）和盛花期（8 月8 日）分別噴施硒肥，灌漿初期（8 月26 日）9：00～11：30 用LI-6400-XT 便攜式光合儀選擇蕎麥最頂部葉片進(jìn)行凈光合速率的測定，每株測3 葉，每處理測10 株，取其平均值。

植株干物重的測定：待蕎麥成熟后，每處理取其代表性植株地上部10 株進(jìn)行收割并風(fēng)干稱重。取其平均值。

植株籽粒硒含量的測定：采用原子熒光法［18］。

籽粒蛋白質(zhì)、脂肪和總黃酮的測定：蕎麥成熟收獲后，對籽粒進(jìn)行蛋白質(zhì)、脂肪和總黃酮的檢測，2017 年蛋白質(zhì)、脂肪和總黃酮的檢測是把樣品送交中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所進(jìn)行檢測，采用分光光度測定法，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1295-2007。2018 年蛋白質(zhì)、脂肪和總黃酮的檢測是把樣品送交山西省農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所進(jìn)行檢測。采用分光光度測定法，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)DB43/T 476-2009。

籽粒產(chǎn)量及構(gòu)成的測定：蕎麥成熟后，全區(qū)收獲脫粒記產(chǎn)，并數(shù)定千粒重和植株分支數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 作圖，DPS 6.5 統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用SSR 多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施硒對植株葉片SPAD 值的影響

從圖1 可看出，植株SPAD 值隨硒肥濃度的增加先增加后降低，以T0.5處理為最大，T1處理次之，T0處理第3。兩年不同時期T1處理SPAD 值較T0.5處理降低，但除2018 年盛花期外均差異不顯著，與T0處理相比，2017、2018 年現(xiàn)蕾和盛花期T0.5處理的SPAD 值分別提高了2.2%、2.2%、2.0%、1.9%，差異達(dá)5%顯著水平，同時T1.5和T2處理SPAD 值較T0.5顯著降低，說明了T1.5和T2處理嚴(yán)重抑制了植株的生長。對于不同噴施時期，兩生育時期差異不顯著。

2.2 葉面噴施硒對植株凈光合速率的影響

從圖2 可看出，植株凈光合速率隨硒濃度的增加呈先升后降的變化，并以T0.5處理為頂峰，較T0處理分別提高3.2%、4.2%、5.0%及1.6%，其差異性2017 年達(dá)5%顯著，2018 年現(xiàn)蕾期達(dá)1%顯著，盛花期差異不顯著；T1處理的凈光合速率較T0.5有所回落，但2017 年差異不顯著，2018 年差異現(xiàn)蕾期達(dá)5%顯著，盛花期達(dá)1%顯著；T1.5和T2處理的凈光合速率則顯著降低。說明T1.5和T2處理已對植株光合作用產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制作用。

盛花期和現(xiàn)蕾期同硒濃度下的凈光合速率差異不顯著，同處理2018 年顯著高于2017 年，這可能與年份間的降雨不同有關(guān)?？傊?，低濃度硒促進(jìn)植株的光合形成，高濃度硒則會抑制植株的光合形成。

2.3 葉面噴施硒對植株干物重的影響

從圖3 可以看出，蕎麥干物重的變化與SPAD值相似，T0.5干物重較T0處理分別增加1.2%、1.3%、2.0%、2.0%，差異達(dá)5%顯著水平；T1與T0.5相比干物重降低，但差異不顯著。兩年噴施現(xiàn)蕾期與盛花期差異不顯著，而相同時期不同年份間比較，2018 年好于2017 年，雖有差異，但原因是年間降雨量不同造成的。

2.4 葉面噴施硒對籽粒硒含量的影響

從圖4 可看出，現(xiàn)蕾期和盛花期噴施硒均可提高籽粒硒含量，且其隨硒濃度的增加籽粒硒含量極顯著地增加。但現(xiàn)蕾期和盛花期間與年際間差異均不顯著，而從不同年份噴施硒的效果看，2018 與2017 年基本相近，差異不顯著。T0～T2籽粒硒含量分別達(dá)到了0.06～0.07、0.15～0.17、0.31～0.34、0.59～0.71、0.88～1.12 mg·kg-1，T1.5和T2處理籽粒硒含量已超標(biāo)，不可食用。

2.5 葉面噴施硒對籽粒蛋白質(zhì)、脂肪及總黃酮的影響

從表1 可看出，籽粒蛋白質(zhì)和脂肪均隨著硒肥濃度的增加呈先升后降的變化趨勢，并以T0.5處理為最大，蛋白質(zhì)和脂肪在兩年的現(xiàn)蕾期和盛花期分別達(dá)到了13.4%和13.4%、13.5%和13.4%、2.5%和2.5%、2.6%和2.5%。同T0處理相比，蛋白質(zhì)含量分別提高1.4%、1.5%、1.6%、1.1%，脂肪含量分別提高5.4%、4.2%、4.9%、5.0%（P＜0.05）；T1處理蛋白質(zhì)和脂肪含量開始回落，其值位于T0和T0.5處理之間，且與T0和T0.5處理之間差異不顯著，T1.5和T2處理開始下降，而2018 年現(xiàn)蕾期的蛋白質(zhì)及脂肪T1.5和T2處理與T0相比差異不顯著，但與T0.5處理差異顯著，說明高濃度的硒不利于蛋白質(zhì)及脂肪的合成。兩年均表現(xiàn)出現(xiàn)蕾期和盛花期噴施差異不顯著。

表1 硒肥對蕎麥籽粒蛋白質(zhì)、脂肪及總黃酮的影響 （%）

籽?？傸S酮隨硒濃度的增加呈先降后升趨勢，并以T0.5處理最低，同T0相比，2017 年現(xiàn)蕾期和盛花期降低4.5%和2.3%，2018 年現(xiàn)蕾期和盛花期降低3.7%和2.2%，差異均達(dá)5%顯著；然后，含量有所回升，但回升值不顯著。現(xiàn)蕾期和盛花期噴施效果差異不顯著，2018 與2017 年相比，由于品質(zhì)分析樣品是送交兩個單位測試的，可能使用的試劑、儀器及標(biāo)準(zhǔn)有所差異，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)差距較大。不同噴施時期及不同年份，表現(xiàn)出的規(guī)律性相似。

2.6 葉面噴施硒對植株分枝數(shù)、籽粒千粒重及產(chǎn)量的影響

從表2 中可看出，蕎麥分枝數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均隨硒濃度的增加呈先增加后降低變化，以T0.5處理最大，同T0相比，分枝數(shù)提高2～2.3 個；千粒重提高3.0%～3.7%；產(chǎn)量提高9.9%～12.4%，其差異均達(dá)5%顯著。同年度同處理現(xiàn)蕾期與盛花期的分枝數(shù)、千粒重和產(chǎn)量差異均不顯著（除2018年T2處理分枝數(shù)1%顯著外）；同處理下千粒重、分枝數(shù)和產(chǎn)量的變化趨勢兩年表現(xiàn)一致，這與年份間降雨時期不同有關(guān)，不同時期、不同年份間的結(jié)果表現(xiàn)一致。

表2 硒肥對蕎麥分枝數(shù)、籽粒千粒重及產(chǎn)量的影響

3 討論

3.1 葉面噴硒對植株葉片SPAD 值及凈光合速率的影響

葉片葉綠素含量的高低是表征作物光合效率與生長狀況的重要指標(biāo)［19-20］。本試驗中，SPAD 值隨硒濃度的增加呈先增加后降低的變化趨勢，硒濃度為0.5 mg·L-1的處理最高，此結(jié)論與宋麗芳等［21］研究結(jié)論相似。硒元素并非葉綠素分子的組成成分，適量的硒能夠提高葉綠素含量的原因，分析認(rèn)為是硒元素顯著影響作物對鐵、鋅、錳、銅等元素的吸收［22-23］，而鐵、鋅、銅等元素在葉綠素的形成中起到了催化作用［24］，因此適量硒能夠提高葉綠素含量的原因，可能是由于硒促進(jìn)了植物對鐵、鋅、銅等元素的吸收，從而促進(jìn)了葉綠素的形成。適量的硒可以提高植株葉片的葉綠素含量，自然也就能夠提高植株的凈光合速率，增強其光合能力［24］，本試驗結(jié)果也充分表征了此結(jié)論，隨硒濃度的遞增，凈光合速率呈先增加后降低的趨勢，與王麗霞等［25］、張慧嬌［26］的結(jié)論相同。

3.2 葉面噴硒對籽粒硒積累的影響

我國學(xué)者張聯(lián)合等［27］對水稻吸收亞硒酸鹽生理特性的研究發(fā)現(xiàn)，隨著外界溶液中硒濃度的提高和吸收時間的延長，葉片吸收亞硒酸鹽持續(xù)增加，亞硒酸鹽吸收與溶液硒處理水平、吸收時間始終為一條直線，沒有呈現(xiàn)吸收飽和趨勢，這說明水稻葉片是以被動方式吸收溶液中亞硒酸鹽的。本試驗也發(fā)現(xiàn)隨硒濃度的增加，籽粒硒含量持續(xù)性地增加，說明晉蕎麥（苦）5 號對硒的吸收也是以被動方式吸收的，此結(jié)論與穆婷婷等［11］、張紀(jì)元等［15］的研究結(jié)論相一致。由于蕎麥對硒是被動吸收，硒含量過大易使人產(chǎn)生中毒現(xiàn)象（國家標(biāo)準(zhǔn)糧食中硒含量在0.1～0.3 mg·kg-1為正常，高于5 mg·kg-1會產(chǎn)生硒中毒），因此，晉苦蕎5 號蕎麥?zhǔn)┯梦臐舛炔灰顺^1 mg·L-1，以0.5 mg·L-1最佳。

3.3 葉面噴硒對籽粒品質(zhì)的影響

硒對植物蛋白質(zhì)和脂肪的合成和代謝有著直接和間接的作用，硒作為一種核糖核酸鏈的組成成分，不僅在轉(zhuǎn)運氨基酸合成蛋白質(zhì)的過程中起直接的作用［28］，還促進(jìn)植物對氮、磷的吸收［29］，對蛋白質(zhì)和脂肪的合成與代謝起到了間接的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的硒促進(jìn)蛋白質(zhì)和脂肪的合成，高劑量的硒對蛋白質(zhì)和脂肪的合成則有抑制作用，與張慧嬌［26］和衛(wèi)玲等［30］的研究結(jié)論相同。但總黃酮含量是先降低后增加，與田秀英等［12］的研究結(jié)論不一致，可能因為少量的硒刺激和促進(jìn)了植株的生長及其對氮、磷的吸收，而氮、磷的增加不利于總黃酮的形成和積累［31-32］，但繼續(xù)增大硒肥用量，抑制了植株的生長，減少了對氮、磷的吸收，反而有利于總黃酮的形成和積累。

3.4 葉面噴硒對籽粒產(chǎn)量及構(gòu)成的影響

植物產(chǎn)量就是植物在生育期間生產(chǎn)和積累有機物的總量［33］。有機物又是作物進(jìn)行光合作用的產(chǎn)物，提高光合作用即可增強有機物的積累，從而提高產(chǎn)量。本試驗證實適量硒噴施于蕎麥葉片可提高葉片葉綠素含量和作物的光合作用，那么，自然也就促進(jìn)了有機物的積累，從而形成了較高的產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，隨硒濃度的增加，植株干物重、分枝數(shù)、籽粒千粒重和產(chǎn)量的變化是先增加后降低，充分證明了低濃度的硒有促進(jìn)植株的生長，高濃度的硒抑制植株生長的作用。與李佳［7］、田秀英等［12］、衛(wèi)玲等［30］、黃麗美等［34］的研究結(jié)論一致。

本文中，蕎麥籽粒品質(zhì)分析是由兩個單位進(jìn)行測試的，測試結(jié)果相距較大，可能是使用方法及試劑材料有差異所致，但并不影響本文的研究分析，并且二者處理間表現(xiàn)結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本研究認(rèn)為，濃度＜0.5 mg·L-1的硒于現(xiàn)蕾期對晉苦蕎5 號蕎麥進(jìn)行葉面噴施可提高葉綠素含量1.9%～2.2%；提高光合能力3.2%～5.0%；提高植株干物重1.2%～2.0%；籽粒硒含量可提高1.5～17.7 倍；提高籽粒千粒重3.0%～3.7%；提高籽粒產(chǎn)量9.9%～12.4%；提高籽粒蛋白質(zhì)含量1.1%～1.6%；提高籽粒脂肪含量2.5%～2.6%，但降低了籽?？傸S酮含量2.2%～4.5%。表現(xiàn)為低濃度的硒促進(jìn)作物的生長，高濃度的硒抑制作物的生長。因此，晉苦蕎5 號蕎麥在現(xiàn)蕾期噴施濃度0.5 mg·L-1硒為最佳。

致謝：張建華同志在本文的完成中做了大量的工作，在此一并致謝！