彭曉偉，蔣沛含，張愛軍，2*，楊曉楠，趙麗

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定 071000；2.河北省山區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 保定 071000；3.河北省山區(qū)研究所，河北 保定 071000；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河北 保定 071000）

硒（Se）是瑞典化學(xué)家Berzdiu 在1817 年發(fā)現(xiàn)的一種新元素，缺硒會嚴重影響人體健康，導(dǎo)致諸如克山病、大骨節(jié)病及呆小病等一系列疾病，缺硒還與一些病毒感染或疾病惡化有關(guān)［1-3］，是人類和動物的必需微量元素。谷子具有抗旱、耐貧瘠、水分利用率高、適用性廣、營養(yǎng)豐富、各種成分均衡等突出特點，是我國重要的特色糧食作物，種植面積占世界種植面積的88%左右［4-5］。由于人類可采取提高食品中的硒含量來滿足對硒的需求［6］，因此通過葉面噴施外源硒探討谷子對硒的吸收利用規(guī)律，研究硒對谷子生理生化作用、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，可為調(diào)控谷子籽粒硒含量、開發(fā)富硒谷子以及改善人類硒營養(yǎng)狀況提供理論依據(jù)。

近年來，關(guān)于施硒對作物的品質(zhì)與產(chǎn)量的研究越來越多。盧鵬飛等［7］研究了無機硒肥、有機硒肥、納米硒肥3 種硒肥對小麥產(chǎn)量的影響，表明小麥開花期噴施有機硒肥有利于提高小麥產(chǎn)量及籽粒硒吸收；而匡恩俊等［8］分析了施硒對不同作物的影響，得出水稻最佳施硒時期是揚花后期，玉米的最佳施硒時期是抽穗期，大豆是初花期，小麥是孕穗期。曹升等［9］發(fā)現(xiàn)適量施用外源硒可促進淀粉、蛋白質(zhì)、總糖、黃酮積累，提高酶的活性。李文栓等［10］研究認為，噴施不同濃度的硒營養(yǎng)液可顯著提高作物的產(chǎn)量及面粉中的硒含量及蛋白質(zhì)；秦煥榮等［11］與李文栓的研究結(jié)論一致，但處理間的差異不顯著。秦玉燕等［12］研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴硒可顯著提高茶樹葉片的硒含量。高慧雅等［13］發(fā)現(xiàn)葉片噴施鋅硒肥可以顯著提升葉片抗氧化酶活性以及籽粒鋅硒含量。穆婷婷［14］等研究表明適量的外源硒對谷子生理特征的提升、營養(yǎng)品質(zhì)改善和產(chǎn)量提高都具有促進作用。李冉等［15］分析不同硒肥對谷子穗部農(nóng)藝性狀、籽粒硒含量、硒的存在形態(tài)的影響，表明葉片噴施2 種硒肥均可增加谷子的出谷率和籽粒硒含量，無機硒肥效果優(yōu)于有機硒肥。

本研究設(shè)置3 個硒濃度，對本地谷、冀谷19號、晉谷29 號及張雜谷8 號4 個谷子品種進行研究，采用方差分析、主成分分析及構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程分析不同硒濃度下成熟期的株高、莖粗、穗長、穗重以及籽粒硒含量、粗蛋白、可溶性蛋白和可溶性糖等品質(zhì)之間的關(guān)系，旨在探明提高谷子品質(zhì)及產(chǎn)量最佳施硒濃度，為提高谷子品質(zhì)提供理論。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗于2017-2018 年在保定順平縣東下叔村進行，采用雙因素列區(qū)設(shè)計。主區(qū)為谷子品種：本地谷、冀谷19 谷、晉谷29 谷及張雜谷4 個品種；副區(qū) 為 施 硒 量，設(shè)3 施 硒 水 平：Se0（0 g·hm-2）、Se1（30 g·hm-2）、Se2（60 g·hm-2）。設(shè)3 次重復(fù)，每個小區(qū)面積4 m×5 m，行距0.35 m，柱距0.04 m，共設(shè)36 個小區(qū)；2 小區(qū)之間設(shè)0.5 m 保護行，防止交叉污染。6 月15 日播種，7 月1 日間苗，按各品種說明密度留苗，27 日收獲。在谷子孕穗期選擇晴朗無風的天氣下午16：30 后葉面噴施硒肥，連續(xù)噴施3 d。硒肥以亞硒酸鈉（Na2SeO3）為肥源，以清水作為對照，將每個小區(qū)對應(yīng)用量（亞硒酸鈉0.131 g和0.262 g）的肥料溶于500 mL 清水，對照與所有配制溶液均加入2 滴吐溫-80 為表面活性劑，選用小型電動噴霧器，固定噴壺流量，每個小區(qū)均勻噴施，其它按常規(guī)管理。試驗大田土壤基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)18.5 g·kg-1、全氮1.89 g·kg-1、有效磷54.2 mg·kg-1、速 效 鉀258.24 mg·kg-1、硒0.22 mg·kg-1，pH 值為7.24。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 農(nóng)藝性狀調(diào)查與小區(qū)測產(chǎn)

谷子成熟期取樣，每個小區(qū)選取3 個1 m2進行取樣測量產(chǎn)量，結(jié)果取其平均值。每個處理小區(qū)中取10 株，測量株高、莖粗、穗長、千粒重，結(jié)果取其平均值（表1）。

1.2.2 谷物品質(zhì)測定方法

籽粒硒含量使用微波消解-氫化物-原子熒光光譜法［16］測定，可溶性糖使用乙醇水溶液浸提-蒽酮比色法［17-18］測定，粗蛋白使用硫酸-雙氧水消煮法、半微量開氏定氮法［17］測定，可溶性蛋白使用考馬斯亮藍G-250 染色法［19］測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Excel 2019 進行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 26.0 進行方差分析、雙因素分析及主成分分析，采用AMOS 22.0 建立結(jié)構(gòu)方程，采用Origin 2020b進行圖表的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施硒水平對谷子農(nóng)藝性狀的影響

由表1 可見，在株高方面，施用不同濃度硒肥，本地谷株高都呈現(xiàn)顯著增加趨勢（P<0.05），冀谷19 和張雜谷8 株高只在施用Se2 濃度下才極顯著增加（P<0.001），而晉谷19 施用Se0 與Se2 濃度株高都顯著提高（P<0.05）。在莖粗方面，隨著硒濃度的增加，本地谷和張雜谷8 增加不顯著，冀谷19 與晉谷29 號在Se0 與Se1 和Se2 三個濃度都呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。在穗長方面，隨著施硒濃度的增加，4 個品種的穗長差距較大，本地谷增加不顯著，冀谷19 施用Se2 濃度與Se0 相比極顯著增加（P<0.001），張雜谷8 出現(xiàn)極顯著降低又增高的趨勢（P<0.001），晉谷29 呈現(xiàn)顯著降低的趨勢（P<0.05）。在穗重方面，與Se0 濃度相比，本地谷和冀谷19 均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢（P<0.05），而張雜谷8 和晉谷29 的增加不顯著。從谷子整體性狀來看，施用硒濃度對不同品種谷子的影響有所不同，本地谷、張雜谷8 號與晉谷29 差異不大，反映在株高上；冀谷19 整體差異最為顯著，隨施肥濃度增加，株高、莖粗和穗長都顯著增加，穗重有增加趨勢。

由表2 雙因素方差分析可知，選用不同品種對株高、穗長、穗重和產(chǎn)量具有極顯著性影響（P<0.001），對莖粗具有顯著影響（P<0.05），施用不同濃度對谷子農(nóng)藝性狀有一定的影響，其中對莖粗呈現(xiàn)極顯著影響（P<0.001），對株高、穗長都呈現(xiàn)顯著影響（P<0.05），對穗重于產(chǎn)量影響不顯著。品種與施肥水平交互作用對植株性狀影響較大，其中對株高、穗長均達到極顯著影響（P<0.001），對莖粗、穗重的影響顯著（P<0.05），但對產(chǎn)量影響并不顯著。

表2 不同施硒處理下不同品種谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量方差分析Table 2 Analysis of variance of growth indexes and yield of foxtail millet under different varieties and selenium treatments

2.2 不同施硒水平對谷子品質(zhì)的影響

由圖1 可見，在4 個谷子品種的籽粒硒含量均隨施硒量的增加呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢（P<0.05）。在可溶性糖方面，隨著施硒量的增加，本地谷在Se2 濃度下有顯著下降趨勢（P<0.05），冀谷19 的變化并不顯著，張雜谷5 和晉谷29 均呈現(xiàn)出顯著的先增加后下降的趨勢（P<0.05）。在粗蛋白方面，本地谷與冀谷19 隨著施硒量的增加，Se2 濃度對比Se0 呈現(xiàn)顯著增加趨勢，張雜谷施用Se2 濃度對比Se0 呈下降趨勢，但不顯著，晉谷29呈現(xiàn)顯著下降的趨勢（P<0.05），但Se1 和Se2 的濃度對比Se0 均不顯著。在可溶性蛋白當面，隨著施硒量的增加，本地谷和冀谷19 差異不顯著，而張雜谷8 號Se3 濃度對應(yīng)的可溶性蛋白相對于Se0 和Se1 濃度具有顯著增加的趨勢（P<0.05），晉谷29具有顯著增加的趨勢（P<0.05），但Se1 對比Se0和Se2 的差異均不顯著。

圖1 不同硒肥施用量處理下谷子的品質(zhì)Fig.1 Nutrition index of millet under different selenium fertilizer application

由表3 可見，選用不同品種對谷子籽粒中的硒含量、可溶性糖、可溶性蛋白及粗蛋白的影響極顯著（P<0.001），施用不同濃度的硒肥對籽粒硒含量及可溶性糖的影響極顯著，對可溶性蛋白的影響顯著，但對于粗蛋白的影響不顯著。

表3 不同品種和施硒處理下谷子品質(zhì)及產(chǎn)量方差分析表Table3 Analysis of variance of nutrition index and yield of foxtail millet under different varieties and selenium treatments

濃度與品種的交互作用也會對作物品質(zhì)產(chǎn)生影響，其中對籽粒硒含量的影響極顯著（P<0.001），對粗蛋白的影響顯著（P<0.05），但對可溶性糖和可溶性蛋白的影響并不顯著。

2.3 基于結(jié)構(gòu)方程的品質(zhì)相關(guān)性分析

在AMOS24.0 軟件中，結(jié)構(gòu)方程模型初始運行結(jié)果顯示卡方值為15.845，未達到0.05 顯著水平，接受虛無假設(shè)，表明樣本數(shù)據(jù)與模型可以很好的適配；模型運行的RMSEA<0.05，GFI>0.90，AGFI>0.89，也表明模型具有良好適配。從表4和圖2 可以看出，粗蛋白可以解釋20%的穗重變異，其標準化路徑系數(shù)為0.448；穗重可解釋82%的產(chǎn)量變異，其標準化路徑系數(shù)為0.903；粗蛋白及施硒濃度可共同解釋21%莖粗的變異，標準化路徑系數(shù)分別為0.269 和0.377；濃度可解釋15%籽粒硒含量的變異以及8%可溶性蛋白的變異。其中濃度對可溶性蛋白和粗蛋白對穗重的影響的顯著，而其他的影響均為極顯著。

表4 結(jié)構(gòu)方程模型回歸權(quán)重Table4 Regression weight of structural equation model

圖2 結(jié)構(gòu)方程中不同品種及施硒濃度與作物產(chǎn)量及其品質(zhì)指標的關(guān)系Fig.2 Relationship between different varieties and selenium concentration in structural equation and crop yield and quality index

2.4 谷子品質(zhì)指標對谷子品質(zhì)的相對貢獻率

將4 個品種的株高、莖粗、穗長、穗重、可溶性蛋白、粗蛋白、可溶性糖及籽粒硒含量等8 個指標進行KMO 和巴特利特檢驗，分析結(jié)果顯示，模型的KMO 值大于0.5，而巴特利特檢驗的顯著性小于0.001，根據(jù)Kaiser 給出的KMO 度量標準［20］可知原有變量適合作因子分析。為充分反映各因素中起主導(dǎo)作用的綜合指標，計算8 個指標的累計貢獻率，根據(jù)特征值大于1 的標準，提取前3 個主成分，其累積貢獻率為64.95%，可概括4 個品種8 個品質(zhì)指標的大部分信息。

從表5 可以看出，主成分1 的特征值為2.318，貢獻率為22.37%，主成分1 的特征向量中以可溶性糖、籽粒硒含量及可溶性蛋白的貢獻值較大，說明谷子中可溶性糖含量、籽粒硒含量及可溶性蛋白含量是影響谷子品質(zhì)的最重要指標。主成分2的特征值為1.642，貢獻率為20.519%，而主成分2的主成分以株高、穗長的貢獻值較大，說明谷子長勢對谷子品質(zhì)有一定影響。主成分3 的特征值為1.237，貢獻率為15.46%，而主成分3 以粗蛋白和穗重的貢獻為主。說明谷子中粗蛋白含量及穗重對谷子品質(zhì)影響作用不是很大。

表5 前3 個主成分特征向量、主成分特征值、貢獻率及累積貢獻率Table5 The first three principal component eigenvectors，principal component eigenvalues，contribution rate and cumulative contribution rate

3 討論

硒作為植物的有益元素，前人的大量研究證明施用適量的外源硒可提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量［21-24］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同硒處理水平下，谷子農(nóng)藝性狀及品質(zhì)存在著較大差異。

3.1 不同施硒處理對谷子農(nóng)藝性狀的影響

隨著施硒量的增加，本地谷、張雜谷8 級晉谷29 的株高、莖粗、穗長及穗重均呈現(xiàn)增加的趨勢，部分指標具有顯著性。通過本研究可知，施用適量的硒可顯著提高谷子的產(chǎn)量，但高濃度的硒對作物產(chǎn)量具有一定的抑制作用。施和平等［25］通過研究發(fā)現(xiàn)，施用適量水平的硒（<0.1 mg·L-1）可促進番茄幼苗的增長，但硒濃度高于5 mg·L-1時，對番茄幼苗的生長表現(xiàn)為抑制作用。楊文秀等［26］通過研究發(fā)現(xiàn)施用適量水平的硒（<90 g·hm-2）可對小油菜有一定的增產(chǎn)作用，當濃度超過此界限時，對小白菜的產(chǎn)量有一定抑制作用。伊虎英等［27］研究得出，施硒肥在5~20 g·hm-2范圍內(nèi)，增產(chǎn)趨勢顯著，當施用量超過20 g·hm-2，會導(dǎo)致谷子的減產(chǎn)。這與本研究本地谷和晉谷29 號的研究一致。郭美俊等［28］研究得出，施用不同硒含量對谷子的產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)作用，這與本研究冀谷19 的研究一致。說明不同的施硒量與作物品種決定了外源硒的施用效果［29］。本研究的穗重與產(chǎn)量具有正相關(guān)的關(guān)系，且路徑系數(shù)為0.903，與鄭立飛等［30］的結(jié)果相似，其研究的千粒重對產(chǎn)量的最終效應(yīng)系數(shù)是0.44。通過主成分分析可知，谷子的內(nèi)在因素及外在因素對谷子產(chǎn)量均有一定的貢獻率，貢獻程度均在20%左右。而高海娟等［30］同樣利用主成分分析研究了穗長、穗重、株高、莖粗等農(nóng)藝參數(shù)對冰草產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明各農(nóng)藝性狀均對產(chǎn)量有一定的影響作用。

3.2 不同施硒處理對谷子品質(zhì)的影響

本研究中本地谷、張雜谷8 號、晉谷29 號和冀谷19 的籽粒含硒量隨著施硒量的增加而顯著增加，這與穆婷婷［31］、高貞攀［32］、張鵬飛等［33］的研究一致。施用硒肥可極顯著提高4 個品種谷子籽粒中的硒含量，具有顯著正相關(guān)關(guān)系。施用不同濃度硒肥對可溶性蛋白均有一定影響，而粗蛋白對莖粗和穗重同樣有一定影響。本研究葉面噴施外源硒對谷子籽粒中的硒含量、可溶性糖、可溶性蛋白及粗蛋白有正效應(yīng)，表明噴施適量硒可以提高谷子品質(zhì)，但是高濃度下會出現(xiàn)作物硒中毒，從而導(dǎo)致作物品質(zhì)下降。但是不同品種的不同品質(zhì)指標對硒的反映表現(xiàn)不同，施用硒肥能否提高作物全部的品質(zhì)指標，需要進一步研究。

4 結(jié)論

（1）不同品種對谷子株高、穗長、穗重和產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著性差異；不同施硒濃度對莖粗差異顯著；品種與硒濃度的交互作用對株高、穗長的差異顯著。

（2）隨著施硒量的增加，谷子籽粒硒含量增加顯著，而不同谷子品種對籽粒硒含量、可溶性糖、粗蛋白、可溶性蛋白的影響顯著；不同施硒濃度對籽粒硒含量、可溶性糖的影響顯著；而品種與濃度的交互作用對籽粒硒含量的影響顯著。

（3）對谷子各項指標及硒肥施用濃度建立結(jié)構(gòu)方程分析可知，可以看出粗蛋白可以解釋20%的穗重變異，穗重可解釋82%的產(chǎn)量變異，粗蛋白及施硒濃度可共同解釋21%莖粗的變異。

（4）對谷子各項指標進行主成分分析可知，前三個主成分的累積貢獻率達到了64.95%。其中可溶性糖、籽粒硒含量及可溶性糖對谷子品種的影響較大。