硒是人和动物必需的微量元素之一，有抗癌、保护心脏、防止克山病、大骨节病、延缓衰老等作用，其每日摄入的硒在40~400 μg·d^-1之间为宜，不足或过量均会引发多种疾病^{[1, 2]}.据统计，全球有5~10亿人存在缺硒状况^[3]，我国72%的县市存在不同程度缺硒^[4]，饮食是人和动物摄入硒的主要途径，植物硒因其有较高的生物利用率和生物活性而成为主要硒源.小麦是我国北方地区的主食，其籽粒中硒主要以有机态的形式存在^[5]，更容易被人体和动物吸收，因此提高小麦硒含量是满足人和动物对硒需求安全有效的重要途径^[6].植物硒含量不仅取决于土壤总硒含量，更与硒的形态及价态有关，亚硒酸盐容易被土壤吸附而降低其有效性，而硒酸盐的移动性较大，易被植物吸收利用^[7]，在植物体内大量累积，对植物产生毒害作用^[8]，因此如何在生产实践中以硒酸盐形式安全有效的进行补硒成为该领域的难点.

氮是作物生长必需的大量元素，氮肥的投入会引起一系列土壤理化性质的变化，如根系吸收铵态氮后，根际土壤环境的pH值降低，而吸收硝态氮肥后，pH值升高^{[9, 10]}，土壤硒形态及植物硒的有效性与土壤理化性质密切相关^{[11, 12]}.此外，氮素是参与植物蛋白质、核酸及植物激素合成的主要元素，其可通过蛋白质的合成影响硒在植物中的运移，Govasmark等^[13]发现，营养生长阶段补施氮肥能促进茎叶中蛋白质含量，为硒向籽粒中的转运提供更多载体.氮素在影响蛋白质等合成的同时，也会影响作物对其他营养元素的吸收^{[14, 15]}，如氮硫交互能影响大麦中硫的富集、转运和分配^{[16, 17]}，而硒与硫为同族元素，硒酸盐被认为是通过根系表面硫酸盐通道进入植物体内^[18]，因此，施用氮肥可能会影响植物硒的吸收和转运.近年来，围绕硫肥和磷肥对植物吸收硒的影响研究较多^[19~21]，有关施氮对硒在植物体内吸收转运的影响尚未见报道，因此本研究通过探究施入氮素对小麦硒酸盐吸收、转运和分配的影响，以期为合理施氮来提高小麦中硒酸盐的利用率，及在硒中毒区为降低其毒害作用提供科学依据.

试验在温室中进行，供试土壤采自西北农林科技大学南校区试验田(0~20 cm)，自然风干，研磨后过5 mm筛备用.土壤的基本理化性状为：pH7.75，CEC 23.34 cmol·kg^-1，有机质16.33 g·kg^-1，全氮1.113 g·kg^-1，全硒0.13 mg·kg^-1.冬小麦品种为小偃22，由西北农林科技大学种子公司提供.外源硒和氮分别为硒酸钠和尿素，均为分析纯试剂.

参考相关研究及实际生产中氮和硒的施用水平^{[8, 22, 23]}，氮设农业生产中正常施氮水平N1(100 mg·kg^-1)和较高施氮水平N2(200 mg·kg^-1)这2个处理；每个氮水平又设硒较低水平Se1(0.74mg·kg^-1)和硒毒害水平Se2(2.60 mg·kg^-1)这2个处理，共4个处理，每个处理重复6(3个重复×2次采样)次，共24盆，每盆装土2.5 kg，各处理按照含量将尿素和硒酸钠溶液均匀喷入土壤，保持土壤含水量为田间持水量的70%，充分混匀后，平衡两周.2011年10月26日播种，每盆播种15粒，小麦出苗后定苗8株，在小麦生长过程中每3 d称重浇水，使土壤含水量保持为田间持水量的70%.

分别在2012年3月24日(拔节期)和2012年6月2日(成熟期)采集2次土壤和植株样品.土样经自然风干、磨碎过100目筛；植物样在拔节期分为根和叶，成熟期分为根、叶、籽粒和颖壳，用蒸馏水冲洗干净，在60℃下烘干至恒重，称量各器官生物量，并用粉碎机磨碎后用于分析测定.

土壤理化性状采用常规方法测定^[24].植物和土壤样品分别用10 mL体积比为(4 :1)和(3 :2)的HNO₃-HClO₄混酸消解，消解液经6 mol·L^-1浓盐酸还原后用氢化物发生-原子荧光光谱法(北京吉天AFS-930双道原子荧光光度计)分别测定植物总硒和土壤总硒^[25].同时用石灰土壤(GBW 07404)和圆白菜样(GBW 10014)作为质量控制样品，质量控制样品石灰岩土实测硒含量为(0.55±0.12) mg·kg^-1，标准值为(0.63±0.18) mg·kg^-1；圆白菜实测硒含量为(0.20±0.06) mg·kg^-1，标准值为(0.20±0.03) mg·kg^-1.

使用Excel 2010和Origin 8.5进行图表的制作，数据用SPSS 18.0进行分析处理.

氮硒交互作用对小麦成熟期各部位生物量的影响见图 1.N1和N2处理下，Se2水平较Se1水平茎叶干重分别提高了15.4%和1.5%，而使籽粒、颖壳、根干重分别下降了10.4%、5.9%、18.3%(P < 0.05)和1.8%、15.9%(P < 0.05)、18.3%(P < 0.05)，Se2水平根系生长及穗(含籽粒和颖壳)生物量的累积较Se1水平受到显著抑制.Se1N2处理较Se1N1处理籽粒、颖壳、茎叶干重分别升高13.2%、6.9%、12.1%，均未达到显著水平，而根干重却显著下降16.0%；Se2N2处理较Se2N1处理小麦籽粒干重显著升高24.0%，而颖壳、茎叶和根干重分别下降了4.5%、1.4%和15.9%(P < 0.05).综上所述，相同硒处理升高氮水平，导致地下生物量下降，在Se1时提高小麦地上各部分生物量，而Se2时仅能提高籽粒生物量.

图 1

Fig. 1

图中小写字母表示处理间差异性比较结果，不同的字母表示在5%水平下差异显著，下同 图 1 氮硒交互作用对成熟期小麦各部位生物量的影响 Fig. 1 Effects of N and Se combined fertilization on wheat biomass in maturity stage

小麦各器官中硒含量与土壤中硒和氮的浓度有密切关系(图 2).从图 2可以看出：在拔节期，茎叶、根中硒含量在Se1和Se2处理随氮水平升高分别显著提高了16.6%、12.3%和15.2%、27.4%，这说明升高氮水平可促进小麦在营养生长阶段对硒的吸收.在成熟期，小麦不同器官中硒含量大小依次为茎叶>籽粒>颖壳>根.N1Se2处理茎叶、根、籽粒和颖壳中硒浓度分别是N1Se1处理的12.4、11.1、9.23和12.5倍；N2Se2处理分别是N2Se1处理的11.2、10.6、8.44和12.3倍，差异均达显著水平(P < 0.01).

图 2

Fig. 2

图 2 氮硒交互作用对小麦各部位硒浓度的影响 Fig. 2 Effects of N and Se combined fertilization on wheat Se concentrations

从图 2(b)可以看出，相同硒处理下，小麦茎叶、籽粒、根中硒含量在Se1和Se2处理随氮水平升高分别显著升高了22.6%、22.6%、12.4%和7.4%、12.1%、7.2%，其增加量在Se1处理均大于Se2处理(除颖壳硒含量在Se1和Se2处理分别下降了5.0%和6.0%，未达显著差异).综上所述，与氮素施用量无关，增加外源硒能极显著提高小麦中的硒含量(P < 0.01)；相同硒水平下，升高施氮水平能提高小麦茎叶、籽粒和根对硒的吸收，且Se1处理的增加量大于Se2处理.

由表 1可知，小麦各器官的BCF_Se值差异较大，在24.17~318.50之间，同一处理小麦各器官中的BCF_Se值大小顺序依次为茎叶>籽粒>颖壳≥根，这表明小麦对硒酸盐有较高的富集能力，且主要富集于地上部.相同硒处理小麦各器官BCF_Se值均随氮水平的升高而升高，其中成熟期茎叶、籽粒、根的BCF_Se值在Se1和Se2处理分别显著升高了33.3%、33.3%、22.2%和25.0%、27.0%、21.5%，而颖壳的BCF_Se值随氮浓度升高未达到显著变化水平.这说明增加氮水平对硒在小麦各器官中(除颖壳外)的富集均有协同促进作用.

表 1 (Table 1)

表 1 氮对小麦硒富集和转运的影响 Table 1 Effects of N fertilization on bioconcentration factors and translocation factor of Se in winter wheat 时期 处理 BCFSe TFSe 茎叶 籽粒 颖壳 根 TF叶/根 TF籽粒/叶 拔节期 Se1 N1 43.38±3.24a1) -2) - 24.17±1.96a 1.79±0.09a - N2 60.99±5.62b - - 30.63±2.61b 1.99±0.16a - Se2 N1 207.12±15.56c - - 60.04±4.27c 3.45±0.27b - N2 233.73±21.69d - - 64.80±5.72c 3.61±0.31b - 成熟期 Se1 N1 59.56±5.61a 45.54±4.18a 28.02±3.41a 24.70±1.48a 2.41±0.38a 0.76±0.15a N2 79.39±7.14b 60.70±6.50b 28.93±3.77a 30.17±1.43b 2.63±0.27ab 0.76±0.08a Se2 N1 254.79±15.9c 144.90±9.58c 120.43±8.16b 94.30±8.29c 2.70±0.40ab 0.57±0.16b N2 318.50±20.9d 184.05±10.2d 128.20±14.4b 114.52±10.4d 2.78±0.33b 0.58±0.05b 1)每一列不同小写字母表示处理间差异性比较结果，不同的字母表示在5%水平下差异显著；2)“-”表示文章中无相应数据

表 1 氮对小麦硒富集和转运的影响 Table 1 Effects of N fertilization on bioconcentration factors and translocation factor of Se in winter wheat

本研究以各器官之间硒的转运系数(TF)来分析氮对小麦硒转运的影响，其中TF_叶/根=C_叶/C_根，TF_籽粒/叶=C_籽粒/C_叶，式中，C指各器官中硒的含量.由表 1可以看出，根的BCF_Se值大于1，TF_叶/根在1.79~3.61之间，TF值随硒水平的升高而升高，而TF_籽粒/叶在0.57~0.76之间，TF值随硒水平的升高反而下降.表明硒酸盐易被小麦根部吸收并向茎叶转运，却不易从茎叶进入籽粒中.相同硒处理小麦各器官之间的TF_Se值随氮浓度升高均无明显变化，说明升高氮水平对硒酸盐在小麦各器官中的转运无显著影响.

各个器官中硒吸收量是生物量与硒含量的综合体现，其占植株总硒的百分比(质量分数，下同)可反映出硒在小麦各器官中的分配情况.

如图 3所示，地上部硒吸收量百分比随小麦生长均呈增长趋势，拔节期地上部硒吸收量百分比在83.8%~93.7%之间，成熟期增加至97.9%~98.9%，各器官中硒吸收量百分比的大小顺序与富集系数相同，依次为茎叶>籽粒>颖壳>根，分配在小麦茎叶及穗(籽粒与颖壳之和)中硒的比例分别为79.7%~85.9%和12.7%~18.2%，说明地上部硒吸收量百分比随生长因硒不断向地上部运移而升高.

图 3

Fig. 3

(a)拔节期；(b)成熟期；大写字母A、B、C、D分别表示处理Se1N1、Se1N2、Se2N1、Se2N2 图 3 氮对小麦硒分配的影响 Fig. 3 Effects of N fertilization on Se distribution of wheat

相同氮处理下升高硒水平，茎叶中硒吸收量百分比(P < 0.05)升高，穗(籽粒与颖壳之和)中硒吸收量百分比下降，根中硒吸收量百分比在拔节期下降，在成熟期无显著变化.相同硒处理升高氮水平，拔节期小麦茎叶中硒吸收量百分比升高，在Se1处理时升高幅度大于Se2处理，根部却恰好相反；在成熟期，随氮水平升高，籽粒中硒吸收量百分比显著升高(P < 0.05)，颖壳中硒吸收量百分比下降，茎叶中硒的比例随氮水平的升高在Se1处理时升高，Se2处理时下降.这说明增加氮或硒水平在营养生长阶段均可促进硒分配在地上部；升高氮水平在生殖生长阶段提高硒在籽粒中的分配，减少硒在颖壳中的分配.

适量增氮能促进植物生长^{[15, 26]}，而本研究发现，升高氮水平在Se1处理提高了小麦地上各部生物量，而在Se2处理仅使籽粒生物量增加.付冬冬等发现，外源硒酸盐浓度大于1 mg·kg^-1时会对小麦产生毒害作用，籽粒产量随硒浓度的升高而下降^[8]，与其相似，本研究发现Se2(2.60 mg·kg^-1)处理对小麦生长产生毒害，表现为籽粒、颖壳和根干重的减少.在Se2处理升高氮水平使小麦籽粒的增产效果大于Se1处理，这与升高氮水平增加了作物营养及缓解硒毒害有关，祝小捷等也发现，高硫土壤中升高氮水平小麦产量增加大于低硫处理^[29]，SeO₄^2-与SO₄^2-化学性质相似，也可得出相似的推论.

缺硒人群主要分布在土壤硒含量较低的地区，外源施硒能有效提高植物体中的硒含量，有研究指出，当外源硒浓度由0.5 mg·kg^-1提升到2.5 mg·kg^-1时，小麦各器官中的硒含量升高4.9~12.8倍^[8]，而本研究中Se2处理(2.60 mg·kg^-1)小麦各器官中硒含量是Se1处理(0.74 mg·kg^-1)的9.15~12.5倍(图 2)，且正常施氮水平小麦各器官中硒含量的增加量均高于较高施氮水平，这与高浓度硒对作物的毒害作用有关.

McBride^[30]发现，土壤中硝态氮与硒酸盐共存时会与其产生竞争吸附，抑制根部对硒酸盐的吸收，而本研究发现增加施氮量促进了硒在小麦根部的吸收和富集，Premarathna等^[31]也认为，尿素与硒酸盐配施能促进水稻对硒酸盐的吸收.原因有以下几点：首先，施入土壤中的氮肥主要以硝酸根离子形式存在，其与阴离子在土壤颗粒表面的竞争吸附作用，会导致土壤溶液中硒酸根浓度增加，提高了植物对SeO₄^2-吸收的效率^{[32, 33]}.其次，增施尿素可以改善植物生长，促进根系对磷，硫等矿物质元素的吸收^[34]，同时提高植物根部对硒的吸收.第三，土壤中硒酸盐与尿素共存时，会在土壤颗粒表面反应形成硒脲，提高根对硒的吸收^[32].最后，提高氮水平会增加根系分泌物，从而增加根际微生物数量，De Souza等^[35]发现印度芥菜根分泌物能增加植物根对硒的吸收.

籽粒是小麦的可食部位，其硒水平的提高可有效满足缺硒地区人体对硒的需求，Govasmark等^[13]发现，升高氮水平能提高籽粒蛋白含量，从而提高籽粒硒含量，与其相似，本研究中升高氮水平显著提高了籽粒硒含量及硒吸收量百分比.小麦籽粒中硒的主要来源是营养生长阶段其它器官中累积的硒在生殖生长阶段再分配，故氮素可以从营养阶段硒的累积和生殖生长阶段硒的转运这两个过程产生影响：首先，在拔节期(营养生长阶段代表)，升高氮水平能促进蛋白质合成及其向地上部的转运^[36]，硒酸盐进入小麦体内后先被还原转化为硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸等有机硒形态^[37]，伴随蛋白质向地上部累积，使地上部硒的分配比例随氮水平的升高显著升高.其次，在成熟期(花期后的代表时期)，累积在茎叶中的硒伴随营养物质再分配进入籽粒，升高氮水平对小麦中硒的转移能力无显著影响，却提高了籽粒产量，最终提高了籽粒中硒吸收量及其百分比.综上可知，升高氮水平在营养生长阶段促进了植物对硒的吸收及向地上部的累积，有助于提高籽粒中硒含量.

(1)升高氮水平可缓解高硒对小麦的抑制，并在较低硒水平和高硒水平，分别使籽粒产量提高了13.2%和24.0%.

(2)与氮素无关，增加外源硒能极显著提高小麦中的硒含量(P < 0.01)，且较低硒水平时升高氮水平对小麦硒吸收的促进作用大于高硒水平；升高氮水平，使小麦籽粒硒含量在较低硒水平和高硒水平时分别提高了22.6%和12.1%.

(3)升高氮水平促进了小麦根部硒的吸收和富集，并在营养生长阶段提高硒在地上部的累积.升高氮水平，使低硒和高硒中籽粒硒占植株总硒的比例分别提高了11.1%(P < 0.05)和25.9%(P < 0.05).