刘 庆 田 侠 史衍玺

青岛农业大学资源与环境学院， 山东青岛 266109



施硒对小麦籽粒硒富集、转化及蛋白质与矿质元素含量的影响

刘 庆 田 侠 史衍玺*

青岛农业大学资源与环境学院， 山东青岛 266109

摘 要：为研究小麦对外源硒的吸收、转化规律及施硒效应， 于2012—2013和2013—2014年冬小麦生长季， 通过叶面喷施亚硒酸钠溶液， 分析了田间施用硒肥后小麦产量变化、籽粒中硒的富集和转化特征， 不同施硒量与施硒时期对硒利用率、籽粒粗蛋白和矿质元素含量的影响。结果表明， 施硒对小麦籽粒产量和千粒重无显著影响； 籽粒中总硒和有机硒含量随施硒量增加而增大， 且有机硒占总硒的比例稳定在78.5%～82.1%之间， 相同施硒量条件下， 灌浆前期的施用效果好于孕穗期； 灌浆前期喷施150 g hm-2纯硒， 籽粒中总硒含量可达3101 μg kg-1。小麦对硒的利用率在3.3%～19.0%之间，随施硒量的增加而降低， 相同施硒量下， 硒利用率以灌浆前期喷施最大， 孕穗期喷施最小。施硒提高了籽粒中粗蛋白含量， 促进了磷、铁、锰、锌4种元素及降低了钠在籽粒中的累积， 对钾、镁、铜的含量影响不显著。

关键词：硒； 有机硒； 小麦籽粒； 粗蛋白； 矿质元素

本研究由农业部公益性行业科研专项经费项目（201303106）资助。

This study was supported by the Special Fund for Agro-Scientific Research in the Public Interest （201303106）.

第一作者联系方式∶ E-mail∶ qy7271@163.com

URL∶ http∶//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160311.1605.018.html

硒是人体必需的微量营养元素之一， 广泛分布于所有组织器官中， 参与人体各种代谢活动和免疫反应， 被看作人体最重要的食物性抗氧化剂［1-3］。人体缺硒可引起克山病、大骨节病等［4］， 而世界上有40多个国家和地区土壤处于缺硒的水平， 我国有一半以上地区的土壤处于缺硒或低硒状态［5］。植物性食品中的硒是人体硒营养的重要来源， 通过外源硒补给提高作物可食部位含硒量是解决缺硒地区人群补Se的重要途径［6］。对作物施硒的方式有土壤施硒、拌种、浸种和叶面喷硒等［7］， 通过叶面喷施硒溶液来提高作物含硒量是一种快速而有效的方法［8］。但是， 随着食品营养学及分子微生态学的发展， 人们逐渐认识到食物中的有机硒和无机硒在生物活性、毒性和生物有效性等方面存在明显差别［9-11］。无机硒生物有效性低， 毒性较大且吸收和利用不理想； 而有机硒是经生物转换而得到，生物活性强， 利于人体吸收且安全无副作用［5］。因此， 只有经过生物转化所形成的有机硒才被认为是对人类安全有效的硒形态［2，12-13］。此外， 硒对农作物生长发育的影响具有两面性， 低施硒量可促进作物的生长与发育， 高施硒量则会对作物产生毒害［2-4］。通过施用外源硒进行生物强化富硒的生物及生态安全性需引起研究者的重视。

小麦是硒敏感型性植物， 对硒的积聚能力远高于水稻等其他禾谷类作物［7，14］。目前， 对小麦强化硒营养的研究尚不多见， 唐玉霞等［7］通过试验比较了不同施硒量下冬小麦硒元素的吸收能力。有关外源硒对小麦籽粒有机硒转化， 以及对小麦品质的影响， 尚无报道。我国约有一半人口以小麦为主食， 通过施用外源硒提高小麦籽粒中的硒含量， 特别是有机硒含量， 对解决我国部分地区缺硒问题、提高小麦营养价值具有重要意义。本研究分析了不同小麦生育期田间喷施不同剂量亚硒酸钠对籽粒中总硒含量、无机硒向有机硒的转化特征， 以及施硒对籽粒粗蛋白和矿质元素含量的影响， 旨在为北方缺硒地区富硒小麦的生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

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。

1.2 样品采集与处理

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。

1.3 小麦籽粒硒含量测定及其利用率计算

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。

1.4 矿质元素含量测定

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］。

1.5 小麦籽粒粗蛋白含量测定

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］。

1.6 统计分析

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。

2 结果与分析

2.1 施硒对小麦籽粒产量和千粒重的影响

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。

2.2 施硒对小麦籽粒中硒含量和硒利用率的影响

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 μg 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。

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）。

2.3 施硒对小麦籽粒中粗蛋白含量的影响

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）。

2.4 施硒对小麦矿质元素吸收的影响

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

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

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 （%）

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）

3 讨论

3.1 施硒对小麦千粒重和产量的影响

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。

3.2 施硒对小麦籽粒硒富集的影响

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［19-21］。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。

3.3 施硒对小麦籽粒有机硒转化的影响

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［23-25］。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。

3.4 施硒对小麦籽粒硒利用率与籽粒品质的影响

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。

3.5 富硒小麦生产与食用安全性

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。

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DOI：10.3724/SP.J.1006.2016.00778

* 通讯作者（

Corresponding author）∶ 史衍玺， E-mail∶ yanxiyy@126.com

收稿日期Received（）∶ 2015-09-12； Accepted（接受日期）∶ 2016-03-02； Published online（网络出版日期）∶ 2016-03-11.

Effects of Se Application on Se Accumulation and Transformation and Content of Gross Protein and Mineral Elements in Wheat Grain

LIU Qing， TIAN Xia， and SHI Yan-Xi*
College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China

Abstract：The objectives of this study were to understand the characteristics of selenium （Se） accumulation and transformation from inorganic to organic form in wheat grain and the effects of exogenous Se on grain yield， quality and Se utilization.In the 2012-2013 and 2013-2014 winter wheat growing seasons， we carried out a field experiment with foliage spray of Se fertilizer （sodium selenite solution） in four Se levels and three spray timing treatments.The results showed that grain yield and thousand-grain weight of wheat received no significantly effect from Se foliage spray.In contrast， the total and organic Se contents in grain increased with increasing the exogenous Se level， with the proportion of organic Se to the total Se from 78.5% to 82.1%.Under the same Se application rate， spraying at early-filling stage resulted in larger Se accumulation in grain than spraying at booting stage.The maximum Se content in grain was 3101 μg kg-1in the treatment of Se 150 g ha-1sprayed at early-filling stage.The Se utilization rate in wheat ranged from 3.3% to 19.0%， showing a decrease trend with more exogenous Se applied.Se utilization rate was influenced by Se application timing， with the maximum rate at early-filling stage and the minimum rate at booting stage under the same Se application rate.Besides， grain quality of wheat was improved by exogenous Se application.The contents of gross protein and accumulations of P， Fe， Mn， and Zn elements increased and the absorption of Na decreased in grain.Application of Se fertilizer had no significant effect on the accumulations of K， Mg， and Cu elements in wheat grain.

Keywords：Selenium； Organic selenium； Wheat grain； Gross protein； Mineral elements