腐殖酸对水培小麦吸收硒酸态硒和亚硒酸态硒的影响

刘亚军，王大成

(化学应用与污染控制四川省重点实验室，西华师范大学化学化工学院，四川南充 637000)



腐殖酸对水培小麦吸收硒酸态硒和亚硒酸态硒的影响

刘亚军，王大成

(化学应用与污染控制四川省重点实验室，西华师范大学化学化工学院，四川南充 637000)

[目的]研究腐殖酸对水培小麦吸收硒酸态硒和亚硒酸态硒的影响。[方法]采用水培试验，研究小麦对10～80 μg/L 硒酸态硒(Se6+)及亚硒酸态硒(Se4+)的吸收和腐殖酸的影响。[结果]小麦对Se4+和Se6+的吸收与其在培养液中的浓度呈线性关系，小麦对Se6+的吸收是Se4+的6.0～10.5倍。腐殖酸促进小麦对Se4+的吸收，平均增加12.1%；但腐殖酸抑制小麦对Se6+的吸收，平均减少18.6%，且随Se6+浓度的增加抑制作用增强。有腐殖酸存在时小麦吸收Se6+是Se4+的4.3～7.4倍；有腐殖酸时Se4+和Se6+促进小麦生长，Se6+促进作用更为明显，生物量平均增加12.3%。40和80 μg/L Se4+培养小麦地上部分吸收的硒分别为初始加入量的3.76%和3.31%，在这2个浓度下，小麦吸收的Se6+分别为初始加入量的27.2%和27.8%。施用Se6+是Se4+作物利用率的7.2～8.4倍。[结论]可以通过土壤溶液Se4+或Se6+的浓度调控农作物硒含量，应用Se6+更为经济环保。

硒；小麦；腐殖酸；水培

1 材料与方法

1.1 试剂与材料 硝酸、高氯酸、硫酸、氢溴酸(均为优级纯)，30%过氧化氢(分析纯)，Na2SeO3和Na2SeO4(分析纯)、腐殖酸钠(化学纯，天津市光复精细化工研究所)，本地小麦品种，硒含量为0.070 mg/kg。

图1 腐殖酸和腐殖酸钠红外谱Fig.1 The Fourier transform infrared spectra of humic acid and sodium humate

腐殖酸和腐殖酸钠的结构相似，官能团种类相同(图1)，均在3 500～3 300 cm-1处出现—O—H 和—N—H的伸缩振动峰，在2 960和2 870 cm-1是甲基—CH3的伸缩振动，在2 930和2 850 cm-1出现亚甲基—CH2的伸缩振动，在1 560 cm-1是—N—H的弯曲振动，在1 380 cm-1是甲基的弯曲振动，在1 090 cm-1左右出现—C=O伸缩振动峰，在指纹区是烷基的面外振动形式。腐殖酸不溶于水，而腐殖酸钠易溶于水，因此，选择腐殖酸钠进行水培试验。

1.2 仪器和设备 ICP-MS(NexION 300X，Perkin Elmer)，电子分析天平(FA2104，上海舜宇恒平科学仪器有限公司)，可调式电热板(ML-2-4，北京中兴伟业仪器有限公司)，超纯水机(Master-D，上海和泰仪器有限公司)，立式鼓风干燥箱(DGG9140A，上海森信实验仪器有限公司)，九阳料理机。

1.3 试验设计 水培试验共设11个处理，分别为空白对照，Se4+和Se6+浓度分别为10、20、40、60、80 μg/L，空白和每个浓度各设3个平行。每个处理加入0.5 g/L腐殖酸钠。选取大小均匀、饱满的小麦种子，并用30%H2O2消毒5 min后用蒸馏水冲洗干净，再放入蒸馏水中浸泡10 h，过滤称重计算种子吸水率，按照干种约35 g称取浸泡后的麦种平铺于双层塑料盘(茶花牌双层茶盘，PP材质，35.5 cm×27.0 cm×4.5 cm)的上层网孔铺设的棉布上，生长面积为29.0 cm×21.5 cm。将配制的2 L培养液加入下层塑料盘，在培养液中浸湿棉布和麦种4～6次/d，在温度20～23 ℃、空气湿度60%～70%下发芽生长，浸湿的棉布可以提供小麦生长所需水分。麦苗培养14 d后收割，分别收取茎和叶并称重，去离子水淋洗后，置于110 ℃的电热鼓风干燥箱中杀青15 min后，调节温度至60 ℃，烘干至恒重，称量干重后用食品加工机磨碎装袋防潮保存。量取剩余培养液的体积，并留样测定硒含量。以国家标准物质小麦(GBW10011)作为质量监控样品，其标准值为(0.053±0.007)mg/kg，实测值为(0.050±0.007)mg/kg。1.4 样品硒含量的测定方法 小麦硒含量测定：准确称取0.100 0 g粉碎的小麦样品，加入2.5 mL去硒硫酸(5%)和5 mL混酸(硝酸∶高氯酸=2∶1)，冷消化过夜。次日于电热板上加热消解，至溶液剩余1.0 mL左右且澄清透明，转移至容量瓶并定容至25 mL，采用ICP-MS(DRC模式，CH4气体)测定硒含量。

培养液硒含量测定方法：准确量取5 mL培养液，加入2.5 mL混酸(硝酸∶高氯酸=2∶1)于电热板上消解，冷却后加入1 mL H2O2剧烈反应至溶液剩余1.0 mL左右且澄清透明，转移溶液至容量瓶并定容至25 mL，采用以ICP-MS测定硒含量。

1.5 数据分析 采用Excel软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 小麦对亚硒酸态硒和硒酸态硒的吸收 由图2可知，随着Se4+浓度的增加，小麦硒含量逐渐增加。水培14 d收获的空白对照小麦硒含量为0.074 mg/kg。当培养液Se4+浓度为10 μg/L时，小麦硒含量为0.181 mg/kg。培养液Se4+浓度从20 μg/L增加到80 μg/L，小麦硒含量从0.298 mg/kg增加到1.080 mg/kg。Se4+浓度和小麦硒含量呈显著相关(r=0.996 6)。

随着Se6+浓度的增加，小麦硒含量逐渐增加。当Se6+浓度为10 μg/L时，小麦硒含量为1.08 mg/kg，与80 μg/L Se4+培养相当。Se6+浓度从20 μg/L增加到80 μg/L，小麦硒含量由2.54 mg/kg增加到11.3 mg/kg。Se6+浓度和小麦硒含量呈显著正相关(r=0.998 7)。

图2 小麦对亚硒酸态硒和硒酸态硒的吸收Fig.2 The absorption of selenite and selenate by hydroponic wheat

当培养液硒浓度均为10 μg/L时，小麦吸收的Se6+是Se4+的6.0倍，在20 μg/L时是8.5倍，而在40、60和80 μg/L时分别为10.5倍、10.2倍和10.5倍。研究表明，水培小麦和其他植物对Se4+和Se6+的吸收倍数都在2.0～10.0倍[14,16-18]，无论有无营养添加，不同作物吸收Se4+和Se6+的差异趋势相同。

2.2 腐殖酸对小麦吸收亚硒酸态硒和硒酸态硒的影响 由图3可知，添加腐殖酸钠的空白对照小麦硒含量为0.023 mg/kg，低于未添加腐殖酸钠的空白对照的0.074 mg/kg。所加腐殖酸钠中硒含量为3.91 mg/kg，其中21.1%为Se4+，10.2%为Se6+。添加0.5 g/L腐殖酸钠相当于添加0.410 μg/L Se4+和0.195 μg/L Se6+。结果表明这些硒并未被小麦吸收，而是被腐殖酸钠的活性官能团络合固定。

添加腐殖酸钠的各Se4+浓度处理小麦硒含量从10 μg/L的0.333 mg/kg增加到80 μg/L的1.200 mg/kg(图3)。与未添加腐殖酸钠相比添加腐殖酸钠小麦对Se4+的吸收明显增加，从1.9%增加到27.8%，平均增加12.1%。当Se6+浓度从10 μg/L增加到80 μg/L时，添加腐殖酸钠的小麦硒含量从1.33 mg/kg增加到7.69 mg/kg(图4)。与未添加腐殖酸钠的Se6+培养相比，小麦对Se6+的吸收从浓度20 μg/L到80 μg/L减少了9.1%～31.9%，平均减少18.6%，且随着Se6+浓度的增加腐殖酸对小麦吸收Se6+的抑制作用增强。随着培养时间的增加，腐殖酸的活性官能团与Se6+络合成不易被植物吸收的腐殖酸结合态硒，使小麦吸收的Se6+减少。

图3 腐殖酸钠对小麦吸收亚硒酸态硒的影响Fig.3 Effects of humic sodium on the absorption of selenite by wheat

图4 腐殖酸钠对小麦吸收硒酸态硒的影响Fig.4 Effects of sodium humate on the absorption of selenate by wheat

添加腐殖酸的Se6+培养小麦硒含量是Se4+的4.3～7.4倍，比未加腐殖酸的二者差别(6.0～10.5)倍小。腐殖酸分子含有活性官能团，能够络合微量元素[11]包括Se6+。腐殖酸作为天然氧化还原剂，可以提高溶液中Se4+/Se6+的还原能力，使Se6+缓慢转化为Se4+[19]，从而减少小麦的吸收。

2.3 硒和腐殖酸对小麦地上部分生物量的影响 由表1可知，小麦地上部分生物量与Se4+、Se6+浓度无关。这说明在试验浓度范围内2种形态硒均对小麦生长既无促进作用也无毒性反应。添加腐殖酸钠的Se4+和Se6+培养的小麦生物量均增加，且Se6+处理小麦生物量随硒浓度的增加增加更为明显，从空白处理的6.43 g增加到80 μg/L的7.44 g。

表1 亚硒酸态硒和硒酸态硒对小麦地上部分生物量的影响

2.4 小麦吸收水培液中硒的比例 在试验结束时，40和80 μg/L Se4+培养液剩余的硒分别为19.5和28.2 μg，在这2个培养浓度下，小麦地上部分吸收的硒分别是初始加入量的3.76%和3.31%。试验结束时，40和80 μg/L Se6+培养液剩余的硒分别为18.10和23.41 μg，在这2个培养浓度下，小麦地上部分吸收的硒分别为初始加入量的27.2%和27.8%。施用Se6+是Se4+作物利用率的7.2～8.4倍。施用Se6+农作物吸收比例更高，调控农产品硒含量以Se6+为宜。

3 结论与讨论

(1)水培小麦对Se4+和Se6+的吸收分别与培养液浓度呈线性相关关系；相同浓度下小麦对Se6+的吸收是Se4+的6.0～10.5倍。植物对Se4+的吸收能力远小于Se6+，主要是由于植物对Se4+和Se6+的吸收机理不同。吸收Se4+不需要能量[18]，且参与根部新陈代谢，大多留在根部[20]；而吸收Se6+则需要能量[21]，且大部分直接往地上部迁移[16]。研究表明，有营养添加时水培小麦吸收Se4+和Se6+的差别倍数较小，最多5.8倍；无营养添加时小麦对Se6+的吸收为Se4+的10.5倍。陈思杨等[14]指出土壤环境中阴离子影响植物对硒的吸收，如磷酸根、硫酸根等。缺磷时小麦地上和地下部分硒含量均增加，缺硫时施用Se6+小麦地上部分硒含量增加，缺硫时施用Se4+地上部分硒含量略减少。该研究水培试验二者倍数关系比有营养添加时大。小麦水培试验可以反映不同植物吸收Se4+和Se6+的差异。

(2)腐殖酸促进小麦对Se4+的吸收，平均增加12.1%；但腐殖酸抑制小麦对Se6+的吸收，平均减少18.6 %，且随Se6+浓度的增加抑制作用增强。添加腐殖酸小麦吸收Se6+是Se4+的4.3～7.4倍，小于无腐殖酸培养时二者差别。在试验浓度范围内，有无腐殖酸的培养小麦地上部分硒含量均与硒浓度呈显著正相关。可以通过调控硒在土壤溶液中的浓度生产所需硒含量的粮食，而施用Se6+可以用所需Se4+的1/4～1/10用量达到同样效果。在自然条件下，植物对硒的吸收与土壤环境中阴离子有关，如磷酸根、硫酸根等[14]，还与土壤pH、腐殖酸[13]、铁锰氧化物、二氧化硅、高岭土含量[19]等有关。土壤栽培小麦对Se4+和Se6+的吸收以及腐殖酸的影响可以为调控该土壤粮食硒含量的具体技术措施提供理论依据。

(3)水培小麦生物量与Se4+和Se6+浓度无关；但有腐殖酸存在条件下Se4+和Se6+促进小麦生长，Se6+的促进作用更为明显，平均增加12.3%。硒是动物和人体必需的微量元素[1]，但硒对植物的营养作用至今仍无定论。研究表明，在一定浓度范围内硒能促进马铃薯[22]、胡萝卜[23]、水稻[24]、小白菜[25]等作物的生长。但该试验在硒浓度≤80 μg/L无其他营养元素条件下Se4+及Se6+对小麦地上部分生物量均无显著影响。

(4)在40和80 μg/L Se4+培养小麦地上部分吸收的硒分别为初始加入量的3.76%和3.31%，而在这2个培养浓度下，小麦地上部分吸收的Se6+分别为初始加入量的27.2%和27.8%。施用Se6+是Se4+作物利用率的7.2～8.4倍。

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Effects of Humic Acid on the Absorption of Selenite and Selenate by Hydroponic Wheat

LIU Ya-jun, WANG Da-cheng

(Key Laboratory of Chemical Synthesis and Pollution Control of Sichuan Province, College of Chemistry and Chemical Engineering, China West Normal University, Nanchong, Sichuan 637000)

[Objective] To research the effects of humic acid on the absorption of selenite and selenate by hydroponic wheat. [Method] The absorption of selenite (Se4+) and selenate (Se6+) at 10-80 μg/L by hydroponic wheat was studied under the effect of humic sodium. [Result] The absorptivity of selenite and selenate by wheat was positively correlated with the concentration, the wheat absorbed 6.0-10.5 times more of selenate than that of selenite. Humic sodium increased the absorption of selenite by wheat, which was 12.1% on average. But humic sodium inhibited the absorption of selenate by wheat, which was 18.6% on average. The inhibiting ability increased with the concentration increase of selenate. Wheat absorbed 4.3-7.4 times more selenate than selenite with the adding of humic sodium. Under such condition, both selenite and selenate promoted the growth of wheat. But selenate had more significant promotion effects with the average biomass increase being 12.3%. At the concentrations of 40 and 80 μg/L selenite, shoots absorbed 3.76% and 3.31% selenite of the initially added amount, respectively, and the shoots absorbed 27.2% and 27.8% selenate. The efficiency of selenate applied was 7.2-8.4 times of that slenite. [Conclusion] The selenium content of cereals could be regulated by adjusting the selenite or selenate concentration in soil solution, and the selenate is the better choice in terms of economic and environmental protection.

Selenium; Wheat; Humic acid; Hydroponics

国家自然科学基金项目“我国典型低硒环境特征与调控研究”(41172326)。

刘亚军(1990- )，女，四川彭州人，硕士研究生，研究方向：环境地球化学。

2016-08-17

S 143.7

A

0517-6611(2016)28-0053-04