硒(Se)作为人体必需营养元素，与人的身体健康有密切关系。食物作为人体硒的主要来源，全球有10亿人口每日硒摄人量不足^[1]。中国有72%的县市土壤存在不同程度的缺硒^[2]，在低硒土壤中生产出的食物往往硒含量较低。在缺硒地区通过生物富硒强化提高植物中硒的含量是改善人体硒营养的有效途径^[3]。

生物强化的方法主要有内源强化和外源强化两种^[4]。内源强化主要有选育富硒的作物品种^[5-6]，有研究认为品种或基因型差异在水稻硒累积的变异上起很大的作用^[7]。周鑫斌等^[8]研究认为，富硒的水稻品种具有很强的向地上部转运硒的能力。外源强化主要有土施硒肥^[9]、喷施硒叶面肥^[10]、硒液肥浸种^[11]等。许多研究发现，硒肥的施用可以显著提高作物中硒的含量，并能改善作物的品质^[12]。低浓度外源硒(臆2.0 mg·kg^-1)促进作物根的生长^[13]，而高浓度时根系出现被毒害现象，根冠比下降、还原活力降低、根系的生物量减少^[14]。

水稻是世界上重要的粮食作物，提高稻谷中硒含量对平衡人体硒素营养有重要意义。在自然土壤条件下，水稻根系、茎叶和籽粒中的硒含量均随着土壤硒含量增加而增加，并呈现根系>茎叶>籽粒的特点，在水稻籽粒中则为米糠>精米>谷壳；在不同的土壤硒含量水平下，同一水稻品种硒向籽粒的运转和累积相对恒定，其运转系数为0.53~0.59^[15]。目前，对于外源硒调控水稻硒含量的研究较多，但是土壤外源硒添加条件下，水稻对外源硒的吸收、运输和累积的过程则没有系统的研究。土壤中累积过多的外源硒，可能会对土壤造成污染，水稻对外源硒的利用率还未见报道。本研究通过盆栽试验研究外源硒添加条件下水稻的硒素营养吸收和利用过程，将有助于加深对水稻硒素营养的认识，为水稻合理施用硒肥提供一定的科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验地点与土壤性状

试验于2015年4－7月在广西农业科学院科研核心试验区的大棚内进行，盆栽土壤采自广西农业科学院试验农场的水稻田，土壤主要养分含量为:全氮0.16%、全磷0.12%、全钾1.24%、有机质25.80 g·kg^-1、全硒0.37 mg·kg^-1、有效硒含量0.031mg·kg^-1(碳酸氢钠法），土壤pH值为6.10。

1.2 作物品种

试验采用的水稻品种为常规优质籼稻品种:柳沙油占202。

1.3 试验设计

盆栽试验共设4个处理，即在原来土壤条件下使土壤中硒含量分别提高0 mg Se·kg^-1土(Se0)、0.2 mg Se·kg^-1(Se1)、0.4 mg Se·kg^-1土(Se2)、0.6 mg Se·kg^-1土(Se3)。添加的外源硒为亚硒酸钠(Na₂SeO₃) (西亚试剂公司生产，分析纯，硒含量≥44.7%)。先将采集的土壤晾干、粉碎、过2 mm筛，后装人直径为30 cm、高为22 cm的盆中。每盆装土8 kg，每个处理3次重复。水稻移栽前，使每盆保持水层1~2 cm，将土壤浸泡10 d以上，后将亚硒酸钠溶解，按试验方案添加到土壤中; 加人基肥，搅拌均勻; 沉淀0.5 d后，移栽水稻，秧苗秧龄为20 d，每盆种植2穴，每穴两苗。按照常规施肥管理，基肥为复合肥(15-15-15)2.0 g·盆^-1; 移栽后10 d第1次追肥，尿素0.7 g·盆^-1; 孕穗期进行第2次追肥，尿素0.35 g·盆^-1，氯化钾0.5 g·盆^-1。在水稻够苗后进行晒盆10 d左右，控制无效分蘖。

1.4 样品采集与分析 1.4.1 株高与分蘖

在水稻晒盆之前，每隔10 d左右调查1次水稻的株高与分蘖，并在水稻收获之时，记录水稻的株高和有效穗数。

1.4.2 样品米集与制备

稻谷样品:水稻成熟后，剪下每个有效穗，并进行脱粒，用水选法，分离实粒和空瘪粒，晒干后分别称重，并进行考种。对于实粒稻谷，分别用砻谷机和精米机制备得谷壳、糖米和精米3个样品，粉碎后制备得样品，待测。

茎叶样品：由3部分组成，即地下的茎秆、地上的茎叶和脱粒后的穗枝，烘干后称重，经粉碎制备得样品，待测。

根样品：水稻收获后，剪去地上部，让盆栽土风干，后粉碎土壤，筛选出全部根系，先用自来水冲洗附着的土壤，后用去离子水冲洗1遍，剪去非根系的茎秆部分，烘干后称重，经粉碎制备得样品，待测。

1.4.3 全硒含量的测定

称取植物样品0.300 0 g至微波消解管中，加人8 mL浓硝酸，在120℃的电炉下预消解30 min，转移到微波消解炉中，消解条件为：10 min功率加到800 W，在800 W保持5 min; 再需10 min将功率提高至1 400 W，保持20 min; 后冷却至60℃，取出样品。从微波消解炉中取出的样品还需在120℃的电炉上赶酸至液体体积剩下2 mL，加人5 mL 1:1盐酸，再消煮15 min。之后把消煮液转移至50 mL容量瓶中，用水定容。摇勻后用原子荧光光度计(吉天AFS-9330) 测定全硒含量。

1.4.4 外源硒的利用率

本研究把外源硒的吸收利用率按照各组织中累积量计算，分为植株利用率、地上部利用率和籽粒利用率：

外源硒利用率(%)=(外源硒处理各部位硒累积量-对照处理对应部位硒累积累)/外源添加硒总量伊100

1.5 数据统计分析

数据使用Excel2007，JMP7.0等软件进行数据分析和制作图表，用LSD法分析各处理间的差异显著性。

2 结果与分析 2.1 外源硒对水稻生长的影响 2.1.1 外源硒对水稻株高和分蘖的影响

从图 1A可以看出，在水稻种植土壤中添加外源硒处理Se1、Se2、Se3与对照(Se0) 相比各处理间在水稻各生长期的株高差异不显著，各调查时期的株高变化为42.6~46.2、66.3~70.2、82.0~83.1、86.6~89.9 cm和106.2~108.4 cm。各处理水稻生长至晒田期，各生长期分蘖数没有显著差异; 但在水稻成熟期Se2处理的有效穗数要显著低于Se1处理，其他各处理间的差异不显著，有效穗变化顺序为Se1 > Se0 > Se3 > Se2(图 1B)。

2.1.2 外源硒对水稻产量性状的影响

从表 1可知，一定浓度的外源硒添加(Se1和Se2水平)对水稻千粒重有积极影响，但Se3添加水平会降低水稻的千粒重，且显著低于Se2水平。与对照(Se0) 相比，土壤添加外源硒降低了水稻的结实率，Se1、Se2、Se3处理分别降低了2.67%、2.4%和7.75%。对产量影响方面，4个处理之间的差异不显著，产量高低顺序为Se0 > Se1 > Se2 > Se3。在地上部生物量上，Se3处理显著高于Se1处理，其他各处理之间差异不显著。根系生物量为Se3 > Se0 > Se1 > Se2, 各处理间差异不显著。在添加外源硒的3个处理中，随着添加量的增加，籽粒产量逐渐降低，但生物量(地上部+地下部)却逐渐增大，这是否与水稻适应高水平硒环境相关，有待进一步研究。

2.2 硒在水稻植株内的分布与运输特征 2.2.1 水稻各主要部位硒含量特征

土壤外源硒的添加，显著增加水稻各部位硒含量，在小于0.6 mg Se·kg^-1土外源硒添加量的条件下，水稻各主要部位硒含量均随着硒添加量的增加而增大; 无论添加外源硒与否，水稻各部位硒含量大小均为稻根 > 茎叶 > 糙米 > 精米 > 谷壳(图 2)。对水稻各主要部位硒含量进行相关性分析(表 2)，结果表明，各部位硒含量之间均呈极显著的正相关性，说明硒在水稻植株内的运输和累积具有一定的遗传特性，各部位的累积量受到其他部位硒含量的显著影响，提高水稻植株硒的总吸收量，是生产富硒水稻的根本途径。

2.2.2 土壤添加外源硒对水稻植株硒运输特征的影响

从土壤中吸收的硒需要在水稻植株内运输与转化，其转移的效率决定了硒在各个组织部位的含量，而从各组织中硒的含量变化也能了解硒在水稻植株内的转移特征。转移系数是描述其转移特征的方法之一。硒从根系到茎叶的过程用初级转移系数(PTI)表示，是水稻茎叶硒含量与根硒含量的比值; 硒从水稻茎叶到籽粒的过程用次级转移系数(STI)表示，是籽粒硒含量与根系含量的比值^[15-16]。从表 3可以看出，初级转移系数(PT1) 在各硒水平之间的差异不显著，与不添加外源硒(Se0) 相比，Se1、e2和Se3分别增加19.77%，-0.77%和22.65%，说明Se1和Se3外源硒水平的添加有利于根部吸收的硒向茎叶转移。次级转移系数在不同的外源硒添加水平之间没有显著差异。向糙米中转移的次级转移系数(STI-np)和向精米中转移的次级转移系数(STI-p)均随着外源硒添加量的增大而增大。STI-np相较于对照水平(Se0), 添加Se1、Se2和Se3的转移系数分别增加0.13%、13.75%和23.48%;而STI-p分别增加29.61%、34.30%和38.19%。水稻吸收的硒向籽粒中稻壳转移的次级转移系数（STI-h），Se1添加水平比对照（Se0）降低11.74%，而Se2和Se3添加水平则分别增加4.36%和3.22%。表 3结果说明，外源硒的添加更加有利于水稻从土壤中吸收的硒向茎叶和籽粒中转移，从转移系数的增加幅度中可以看出，在试验添加浓度范围内，外源硒添加浓度越大，硒更容易向籽粒、糙米和精米中转移和积累。

2.3 外源硒在水稻体内的累积 2.3.1 硒在水稻植株内累积特征

图 3显示，随着土壤外源硒添加量的增加，水稻植株各主要部位硒的累积量也随之增加，大小关系为:茎叶>糙米>精米>稻根>谷壳。Se0、e1、Se2和Se3处理水稻植株总累积量(稻根累积量+茎叶累积量+稻米累积量+谷壳）分别为30.74、88.60、122.66 μg·盆^-1和210.74 μg·盆^-1，其与外源硒添加量成显著正相关(r=0.984 3，n=4)。其中4个处理精米的总累积含量分别为6.18、23.48、26.01 μg·盆^-1和46.69 μg·盆^-1。

从硒在水稻植株主要部位累积比例(表 4)可以看出，各处理中硒的主要累积部位均为水稻的茎叶，累积占比为53.40%~56.76%，其次为水稻颗粒(糙米+谷壳），占比为33.54%~36.29%;稻根的硒含量较高，但总累积占比仅在8.30%~10.56%之间，这主要是由于稻根的生物量较低决定的。在水稻根部总累积的比例以Se0处理的最高，往后依次为Se2、e1和Se3处理，说明土壤中外源硒的添加，有利于水稻植株吸收的硒向地上部转移。茎叶、糙米和谷壳硒累积占比，在各处理间的差异不显著; 精米的累积占比中Se1处理的显著高于Se0, 其他处理间的差异不显著，处理之间的大小关系为Se1 > Se3 > Se2 > Se0, 可见土壤添加外源硒处理的硒累积量占比均高于未添加外源硒的处理，外源硒的添加，有利于水稻植株吸收的硒向精米中转移和累积，各处理中精米累积硒的占比为20.09%~26.5%。在水稻糙米和谷壳硒累积占比差异均不显著的情况下，精米硒累积占比差异较大，这是由于稻谷内保护皮层累积硒的差异造成的，Se0、Se1、Se2和Se3处理稻谷内保护皮层累积硒占水稻植株总累积硒的比例分别为8.74%、3.10%、5.75%和6.65%。

2.3.2 水稻对外源硒的当季利用率

土壤添加外源硒是生产富硒水稻的有效途径之一，同时也给土壤生态环境带来一定的风险，本研究从水稻对硒的吸收利用率方面，了解外源添加的硒进人土壤后的效益问题。水稻植株内硒的代谢与土壤中硒含量有密切关系，从图 4可以看出，水稻植株对外源硒的当季利用率仅为2.87%~3.75%，而试验中3个添加水平对其吸收利用率没有显著影响。水稻地上部包括了水稻茎叶和籽粒，籽粒是要从稻田带走部分，而茎叶的还田与否直接影响硒的去向，图 4显示Se1、e2和Se3处理水稻地上部对外源硒的利用率没有显著差异，其当季利用率为2.60%~3.45%。水稻籽粒中累积的硒对外源硒的当季利用率为0.94%~1.32%，Se2处理的显著低于Se1和Se3处理的利用率。以上结果说明，水稻种植过程中对土壤外源硒的当季利用率较低，绝大部分将残留于土壤或流失于环境当中。

3 讨论

目前，还没有证据证明硒是植物所必需的营养元素，但研究认为，硒肥施用条件、施用方式、施用时期及施用量均对水稻产量和品质有明显影响^[17]。硒在水稻体内主要影响抗氧化体系的代谢功能，并保护细胞免受氧化而遭到的损伤，对水稻光合作用和呼吸作用等能量代谢过程也有影响^[18]。董广辉等^[19]认为，硒对植物的产量和品质的影响可能是通过间接作用实现的。在镉污染的稻田，硒可减轻镉胁迫对水稻株高的抑制，提高叶绿素含量，增加叶片干物质累积，提高叶片还原糖含量，降低MDA含量与POD活性，提高SOD和CAT活性^[20]。Broyer等^[21]认为硒对紫云英属植物生长刺激作用归因于营养液中硒抵消P毒害，当P浓度低时，施硒处理不能使植物增产。普遍的观点认为，外源硒在适量的添加范围对作物生长有正效应，而高剂量的添加对作物的生长有毒害作用^[22-23]。本研究中，土壤全硒含量的背景值较高，外源硒添加的最大剂量为0.6 mg Se·kg^-1土，远未达到报道的硒产生毒害的水平^[24]，因此本研究对所观测指标既没有表现出显著正效应，又未表现显著负效应。

四价硒是作物可利用的硒形态之一，添加外源亚硒酸钠，提高了土壤有效硒含量，因此，水稻各部位硒含量显著增加。亚硒酸盐以被动吸收形式进人水稻体内^[25]，在水稻根部，亚硒酸盐被转化为硒酸盐和其他硒化物后再向地上部运输，根系吸收亚硒酸盐的速率快于其转化为可向地上部运输的形态，导致水稻根部累积大量的硒^[18]。本研究结果表明，外源硒的添加，有利于硒向地上部和水稻籽粒的转移和累积。Asher等^[26]; 的研究表明，当植物供给亚硒酸钠时，亚硒酸盐在根部被植物吸收后，转化为硒酸盐和其他硒化物向地上部运输，后再由无机硒转化为有机硒，参与植物代谢。当叶面喷施亚硒酸钠的时候，有机硒转化率随施硒浓度的增加而增加^[27]。此外，这可能还与水稻适应高硒浓度的环境有关，尽管随着外源硒添加量的增加，根中累积硒的量占比下降，但是根部硒浓度也显著增加，高浓度硒对作物有毒害作用，为了降低根部硒浓度，吸收的硒就相对更多地转移至地上部分。目前对于硒在水稻体内的运转机制还不是很清楚，有研究认为，硒在水稻体内有再运转过程，在水稻灌浆期之后，剑叶内的硒会向水稻籽粒转移，不同水稻品种对硒的再转运存在差异，籽粒硒积累能力差的水稻品种硒从颖壳到稻胚和胚乳之间的运转存在障碍，而籽粒硒累积能力强的品种，根系以及叶片具有较强的再运转硒的能力^[28]

施人土壤的硒会发生形态转化，在淹水条件下更容易转化为不溶水形态，不能被植物吸收利用，研究认为在pH为6.5~7.5的条件下Se(0，-Ⅱ）与Se(Ⅳ）之间、Se(Ⅳ）与Se(Ⅵ）之间相互转化的Eh分别为0~100 mV和200~450 mV^[29]。吸附和固定也是硒有效性降低的重要原因，土壤铁铝氧化物、黏粒含量和黏粒矿物组成对亚硒酸钠的吸附和解吸有重要影响，硒的有效性随着土壤粘粒含量升高而降低，土壤氧化铁的含量与硒的吸附量呈正相关关系^[30]; 土壤有机质对硒的有效性有双重影响，一方面有机质矿化增加有效硒含量，另一方面有机质具有较强的固定土壤中硒的能力，降低硒的有效性，但一般认为有机质对硒的影响主要表现为固定作用^[18]。因此，外源硒在水稻当季的利用率不高，这提高了硒肥施用给环境带来的风险隐患。减少外源硒的吸附、固定，提高外源硒的利用率，是今后研究中需要解决的重要问题。

4 结论

外源硒施人土壤对水稻的株高、分蘖、结实率、产量、根系生物量等均没有显著影响，但能显著增加水稻植株各部位的全硒含量。硒在水稻体内各部位的含量大小关系为:稻根>茎叶>糙米>精米>谷壳，但在各主要部位的总累积大小为：茎叶 > 糙米 > 精米 > 稻根 > 谷壳。

在自然土壤上种植水稻吸收的硒相对更多地富集于水稻根系，而外源添加四价硒的土壤，水稻吸收的硒相对更多地转移至地上部位，甚至更容易在糙米和精米中富集。水稻对外源硒的当季利用率较低，不到5%。外源硒的后续效应及对于如何提高水稻对外源硒的利用还需更多的研究。