基于时间调控的纳米硒肥策略增强水稻和小麦生物强化效应研究

《Food Chemistry: X》：Time-dependent application strategies of selenium Nanofertilizer to enhance biofortification in rice and wheat

本研究针对作物硒生物强化中施肥时机影响不明的问题，通过田间试验系统评估了不同生育期叶面喷施硒纳米颗粒(Se NPs)对水稻和小麦产量、硒积累及形态转化的影响。研究发现孕穗期施用可显著提高谷物产量(水稻10.2%，小麦8.4%)和硒浓度(水稻9.7倍，小麦21倍)，并证实硒纳米颗粒不会在籽粒中残留，硒代甲硫氨酸(SeMet)是主要硒形态(>62%)。该研究为优化硒生物强化策略提供了重要理论与实践依据。

　　

在全球范围内，硒缺乏问题严重影响人类健康，而通过农作物进行硒生物强化被认为是改善人群硒营养状况的有效途径。水稻和小麦作为全球最重要的粮食作物，其硒强化效果直接关系到数十亿人的营养健康。然而，在实际生产中，如何通过科学施肥既提高作物籽粒硒含量，又保证硒的生物有效性和食品安全性，仍是当前农业与营养健康领域面临的重要挑战。特别是在纳米肥料快速发展的背景下，硒纳米颗粒(Se NPs)作为新型肥料，其施用时机对作物硒积累效率、形态分布及残留风险的影响尚不明确。为此，研究人员在《Food Chemistry: X》上发表了关于时间依赖性纳米硒肥应用策略的研究成果。

为系统探究不同施肥时机对作物硒强化的影响，研究团队采用了多种先进技术方法。通过田间试验设计，在水稻-小麦轮作体系中设置不同生育期(孕穗期、抽穗期、灌浆期)的叶面施肥处理；利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等技术表征纳米颗粒性质；采用单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)检测植物组织中纳米硒残留；运用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)分析硒形态；通过体外模拟消化模型评估硒生物可给性。

3.1. 纳米硒表征

研究合成的硒纳米颗粒呈球形，平均粒径约200纳米，Zeta电位-35.6 mV，表现出良好的胶体稳定性。SAED图谱证实其为非晶态结构，为后续田间试验提供了质量可控的肥料材料。

3.2. 作物农艺性状

孕穗期施用硒纳米颗粒显著提高了作物产量，水稻和小麦分别增产10.22%和8.35%。值得注意的是，水稻的收获指数(0.428)显著高于小麦(0.396)，表明水稻具有更高的生物量分配效率。各处理间作物营养品质指标(可溶性糖、淀粉、蛋白质等)保持稳定，说明外源硒处理不会破坏作物正常的营养代谢平衡。

3.3. 作物组织中硒水平

硒强化效果呈现明显的时序依赖性，孕穗期处理使水稻和小麦籽粒硒浓度分别提高9.7倍和21倍。小麦表现出更高的硒转运效率(TF_leaf-grain为0.27-0.64)，而水稻则更擅长吸收硒(肥料利用率达40.8%)。这种作物间的差异为制定针对性施肥策略提供了依据。

3.4. 纳米硒在作物中的生物分布

SP-ICP-MS分析显示，灌浆期施用后小麦叶片表面残留26.4%的纳米硒，但所有处理均未在籽粒中检测到纳米硒残留。这一发现消除了人们对纳米肥料可能进入食物链的安全担忧，为纳米硒肥的食品安全性提供了有力证据。

3.5. 谷物中硒的营养特征

硒代甲硫氨酸(SeMet)是主要的有机硒形态，在水稻和小麦中分别占总硒的71.8-75.4%和62.9-66.1%。小麦的硒生物可给性(39.6-60.8%)显著高于水稻(38.8-52.1%)。值得注意的是，延迟施肥可提高小麦内部分区硒的保留率，使精粉中硒回收率从70.3%提高到76.5%。

研究结论表明，叶面喷施硒纳米颗粒是一种有效的作物硒生物强化策略，其中孕穗期施用可实现肥料利用效率和籽粒营养品质的最佳平衡。该研究不仅明确了最佳施肥时机，还从硒形态、分布、生物有效性等多维度评估了强化效果，为制定科学合理的硒肥施用方案提供了理论依据和实践指导。特别是在纳米农业快速发展的背景下，研究证实了硒纳米颗粒在作物系统中的转化规律和食品安全性，对推动纳米技术在农业领域的应用具有重要意义。未来需要开展多季节、多地区的验证试验，进一步优化施肥策略，为全球硒缺乏地区的营养改善提供技术支持。