植煙土壤適宜施硒量研究

黎妍妍，王 林，彭五星，孫玉曉，王海明，李進(jìn)平，李錫宏*

（1.湖北省煙草科學(xué)研究院，武漢 430030；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院，武漢 430070；3.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢 430040；4.恩施州煙草公司宣恩縣煙葉分公司，湖北 宣恩 445500）

植煙土壤適宜施硒量研究

黎妍妍1，2，王 林3，彭五星4，孫玉曉4，王海明3，李進(jìn)平1，李錫宏1*

（1.湖北省煙草科學(xué)研究院，武漢 430030；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院，武漢 430070；3.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢 430040；4.恩施州煙草公司宣恩縣煙葉分公司，湖北 宣恩 445500）

采用大田試驗(yàn)方式，在硒含量較低的土壤上施用亞硒酸鈉，分析其對(duì)烤后煙葉硒含量、品質(zhì)及卷煙產(chǎn)品安全性的影響，確定了植煙土壤適宜施硒量。結(jié)果表明：（1）烤后煙葉硒含量隨土壤施硒量增加呈現(xiàn)拋物線趨勢(shì)，當(dāng)土壤施用亞硒酸鈉量為13.50 kg/hm2時(shí)，煙葉硒含量最高。（2）土壤施用亞硒酸鈉為6.75～11.25 kg/hm2時(shí)，煙葉煙堿等化學(xué)成分含量較適宜、可用性較高，評(píng)吸質(zhì)量較好。（3）富硒煙葉可降低卷煙產(chǎn)品細(xì)胞急性毒性、致突變能力以及誘導(dǎo)細(xì)胞活性氧產(chǎn)生的能力。通過(guò)綜合分析土壤施硒量對(duì)以上各種指標(biāo)的影響，確定植煙土壤施用亞硒酸鈉的適宜量為6.75～11.25 kg/hm2。

植煙土壤；硒；適宜量

硒是人和動(dòng)物必需的微量元素之一，它具有抗癌、清除體內(nèi)自由基、抗膜脂過(guò)氧化、防止衰老等作用［1］。煙草是一種吸食性葉用經(jīng)濟(jì)作物，其在燃燒時(shí)，硒能夠轉(zhuǎn)移到煙氣中［2-3］，進(jìn)而通過(guò)吸食進(jìn)入人體。因此，適當(dāng)增加煙葉含硒量有利于吸煙者的健康［3］，降低煙氣中有害物質(zhì)尤其是焦油的含量和毒性，可抑制腫瘤的產(chǎn)生，減輕吸煙對(duì)人體健康的危害［4］。目前，在硒缺乏地區(qū)通過(guò)土壤施用或葉面噴施等方式補(bǔ)充微量元素硒，可促進(jìn)煙葉生長(zhǎng)發(fā)育，提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量［5-8］。然而過(guò)量硒也會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)面作用，高濃度硒對(duì)作物葉綠素及抗氧化酶體系均有一定影響［9-12］。因此，進(jìn)行硒施用量閾值研究具有重要意義。本研究通過(guò)分析土壤不同施硒量對(duì)煙葉品質(zhì)及卷煙產(chǎn)品安全性的影響，確定了植煙土壤適宜施硒量，以期為更合理利用硒元素提供科學(xué)技術(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

供試煙草品種為云煙87。試驗(yàn)在宣恩縣曉關(guān)侗族鄉(xiāng)（E109°25′636″、N30°20′040″，海拔1150 m）實(shí)施，土壤中全硒含量0.103 mg/kg，根據(jù)譚見(jiàn)安等［13］研究標(biāo)準(zhǔn)，為缺硒土壤。試驗(yàn)田塊地勢(shì)平整，土壤肥力均勻，排灌方便。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用硒為分析純亞硒酸鈉。采取大田試驗(yàn)，共設(shè)置9個(gè)處理，亞硒酸鈉施用量分別為0、2.25、4.50、6.75、9.00、11.25、13.50、15.75、18.00 kg/hm2。煙草種植密度為15 000 株/hm2。每處理重復(fù)3次，每小區(qū)植煙 100株，隨機(jī)區(qū)組排列。復(fù)合肥m（N）:m（P2O5）:m（K2O）=8:12:20與亞硒酸鈉一起于整地前施入，起壟時(shí)混勻。其中氮肥作為基肥施入2/3，煙苗移栽后25 d再以追肥的形式施入另外1/3。

1.3測(cè)定指標(biāo)

1.3.1煙葉總硒含量和化學(xué)成分測(cè)定 每小區(qū)煙葉分類掛牌，標(biāo)記烘烤。取烤后中部煙葉，測(cè)定煙葉總硒含量和總植物堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯等化學(xué)成分，煙葉總硒含量測(cè)定依據(jù)YC/T 221進(jìn)行；化學(xué)成分測(cè)定參照YC/T 161、YC/T 160、YC/T 162、YC/T 159進(jìn)行，并計(jì)算氮堿比、糖堿比、鉀氯比。

化學(xué)成分可用性指數(shù)采用模糊數(shù)學(xué)中的指數(shù)和法［14］進(jìn)行計(jì)算。本文以總植物堿、總氮、還原糖、鉀、氮堿比、糖堿比、鉀氯比為指標(biāo)，化學(xué)成分各指標(biāo)所屬的隸屬函數(shù)類型及其轉(zhuǎn)折點(diǎn)參照文獻(xiàn)［15］，各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重值采用可降低空間維數(shù)的主成分分析法進(jìn)行確定。

1.3.2煙葉評(píng)吸質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn) 煙葉樣品卷制由湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心完成，卷制標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)際吸煙標(biāo)準(zhǔn)（ISO4387）規(guī)格要求。煙葉評(píng)吸質(zhì)量由湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司進(jìn)行打分鑒評(píng)，各指標(biāo)具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1　煙葉評(píng)吸質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The standard for evaluating smoking quality of tobacco

1.3.3卷煙產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià) 根據(jù)土壤施硒對(duì)煙葉硒含量的影響，選取不同硒含量的煙葉進(jìn)行卷制，以不施硒的煙葉作為對(duì)照（FX0），以土壤施硒量4.50、11.25、13.50 kg/hm2的煙葉作為處理（分別為FX1、FX2、FX3），由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院對(duì)其完成卷煙樣品安全性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：（1）卷煙煙氣凝集物（CSC）的細(xì)胞毒性；（2）卷煙煙氣的鼠傷寒沙門氏菌誘變性試驗(yàn)；（3）卷煙煙氣的細(xì)胞活性氧檢測(cè)。

2　結(jié)　果

2.1土壤施硒對(duì)烤后煙葉總硒含量的影響

圖1　土壤施硒對(duì)中部煙葉總硒含量的影響Fig. 1 The influence of the application of selenium in soils on total selenium content of tobacco

2.2土壤施硒對(duì)烤后煙葉品質(zhì)的影響

2.2.1土壤施硒對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響 對(duì)中部煙葉化學(xué)成分進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表2），施硒量為6.75～11.25 kg/hm2時(shí)，煙葉總植物堿、總氮含量顯著低于對(duì)照和其他施硒處理，而鉀含量和氮堿比、糖堿比顯著高于對(duì)照和其他施硒處理，表明在缺硒土壤中施用適量的硒可改善煙葉品質(zhì)。

表2　土壤施硒對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響Table 2 The influence of the application of selenium in soils on chemical components of tobacco

以總植物堿、總氮、還原糖、鉀、氮堿比、糖堿比、鉀氯比為指標(biāo)，采用指數(shù)和法計(jì)算了煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)。圖2表明，煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)隨土壤施硒量呈現(xiàn)拋物線趨勢(shì)，以土壤施硒量為自變量（x）、煙葉化學(xué)成分可用性為因變量（y2）進(jìn)行回歸分析，建立的回歸方程為：y2=-0.764x2+ 7.162x+54.070（r=0.777**）。當(dāng)土壤施硒量為2.25～11.25 kg/hm2時(shí)，煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)較對(duì)照有所提升，其中以施硒量為6.75～11.25 kg/hm2時(shí)，提升幅度（18.34%～21.77%）明顯；當(dāng)土壤施硒量≥13.50 kg/hm2時(shí)，煙葉化學(xué)成分可用性較對(duì)照則有所降低，降低幅度約為5.50%。

圖2　土壤施硒量對(duì)煙葉化學(xué)成分可用性的影響Fig. 2 The influence of the application of selenium in soils on the chemical component usability of tobacco

2.2.2土壤施硒對(duì)煙葉評(píng)吸質(zhì)量的影響 由表3可見(jiàn)，各處理間煙葉評(píng)吸質(zhì)量不存在顯著差異，但當(dāng)土壤施硒量低于11.25 kg/hm2時(shí)，煙葉感官質(zhì)量較對(duì)照有所提升，總分高1.0～2.5分，香氣質(zhì)、余味稍有改善，雜氣稍有減輕；土壤施硒量≥13.50 kg/hm2時(shí)，煙葉感官質(zhì)量與對(duì)照相當(dāng)。

表3　土壤施硒對(duì)煙葉評(píng)吸質(zhì)量的影響Table 3 The influence of the application of selenium in soils on smoking quality of tobacco

2.3卷煙產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià)

2.3.1細(xì)胞急性毒性檢測(cè) IC50是細(xì)胞毒性指標(biāo)半數(shù)抑制濃度，其值越低說(shuō)明細(xì)胞毒性越大。由表4可見(jiàn)，F(xiàn)X1～FX3卷煙煙氣IC50值均高于FX0（對(duì)照），表明煙葉硒含量升高有利于降低細(xì)胞毒性。

表4　細(xì)胞急性毒性試驗(yàn)Table 4 The results of acute cytotoxicity test

2.3.2鼠傷寒沙門氏菌誘變性（Ames）試驗(yàn) 以小鼠為對(duì)象，分析了富硒卷煙的細(xì)菌致突變能力。TA98菌主要檢測(cè)引起各種移碼型突變的誘變劑，卷煙煙氣對(duì)TA98菌具有致突變作用，并存在較好的劑量效應(yīng)關(guān)系（圖3），比較各種卷煙的致突變能力（斜率值，表5），由高到低依次為：FX0＞ FX3＞FX1＞FX2，表明煙葉硒含量增加可明顯降低致突變能力。

圖3　鼠傷寒沙門氏菌誘變性試驗(yàn)Fig. 3 Results of Salmonella typhimurium mutagenicity test

2.3.3細(xì)胞活性氧檢測(cè) 相對(duì)熒光值越強(qiáng)，經(jīng)卷煙誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生越多，說(shuō)明卷煙誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生的能力越強(qiáng)。TPM染毒后細(xì)胞內(nèi)活性氧檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4。相對(duì)熒光強(qiáng)度與染毒劑量間存在較好的劑量效應(yīng)關(guān)系（表5），毒性比較為：FX0＞FX1＞FX2≈FX3，表明煙葉硒含量增加可明顯降低卷煙誘導(dǎo)細(xì)胞活性氧產(chǎn)生能力。

圖4　細(xì)胞活性氧檢測(cè)Fig. 4 Results of cell active oxygen detection

表5　各處理突變菌落數(shù)（y3）、相對(duì)熒光強(qiáng)度（y4）與染毒劑量（x）間的線性關(guān)系Table 5 The relationship between the colony numbers of mutations（y3）， relative intensity of fluorescence（y4） and exposure doses （x）

3　討　論

我國(guó)目前大約有72%的縣（市）存在不同程度的缺硒，其中1/3的地區(qū)為嚴(yán)重缺硒區(qū)［16］。通過(guò)施硒提高作物硒含量，是防治硒缺乏的有效措施［17］。許自成等［12］、張琳等［18］、Han［19］等通過(guò)盆栽試驗(yàn)證明，隨著土壤施硒量的增加，煙草生育期內(nèi)葉片中的硒含量逐漸增加。以往研究主要分析了土壤施硒量對(duì)生育期內(nèi)煙葉硒含量的影響，但關(guān)于其對(duì)烤后煙葉硒含量的影響鮮有報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)烤后煙葉硒含量隨土壤施硒量呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，以土壤施硒量13.50 kg/hm2時(shí)最高。烤后煙葉中硒含量的變化可以考慮是內(nèi)在遺傳因素和外界烘烤條件共同作用的結(jié)果。

據(jù)報(bào)道，硒符合必需元素對(duì)生物體效應(yīng)的Bertrand生物劑量規(guī)律，低濃度硒能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)，但硒過(guò)量則對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的毒害作用［20-22］。以往研究通過(guò)分析土壤施用亞硒酸鈉對(duì)煙葉生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用、抗氧化酶等指標(biāo)的影響，確定了不同的適宜土壤施硒量。許自成等［12］研究表明，低濃度Se（≤8 mg/kg）對(duì)烤煙葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量有促進(jìn)作用，可提高烤煙葉片中SOD、POD活性。樊俊等［17］確定適量Se（Ⅳ）濃度（1～10 mg/kg）對(duì)煙株生長(zhǎng)發(fā)育和生物量的增加具有一定促進(jìn)作用。王瑞等［23］發(fā)現(xiàn)適量土壤施硒水平（2.5和5 mg/kg）可以延緩光合功能的衰退，延長(zhǎng)光合同化產(chǎn)物的積累時(shí)間，有利于葉片干物質(zhì)積累和增加總糖含量。盡管這些指標(biāo)對(duì)煙葉生長(zhǎng)尤為重要，但煙葉作為一種重要的葉用經(jīng)濟(jì)作物，其吸食性及安全性與人類健康密切相關(guān)，因此卷煙產(chǎn)品的品質(zhì)和安全性更應(yīng)該成為確定合理施硒量的依據(jù)。

通過(guò)分析土壤施硒對(duì)化學(xué)成分和評(píng)吸質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)只有在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)土壤補(bǔ)硒才能提升煙葉的品質(zhì)，超出此濃度范圍則會(huì)對(duì)煙葉品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)土壤施硒量為6.75～11.25 kg/hm2時(shí)，煙葉煙堿等化學(xué)成分含量較適宜、化學(xué)成分可用性較高，此土壤施硒量范圍內(nèi)煙葉評(píng)吸質(zhì)量也表現(xiàn)較好；而當(dāng)土壤施硒量高于11.25 kg/hm2時(shí)，煙葉品質(zhì)則有明顯下降；其原因可能是施硒量增加后煙葉中無(wú)機(jī)硒Se（Ⅵ）和Se（Ⅳ）含量增加，而無(wú)機(jī)硒的增多可破壞活性氧（ROS）的平衡和提高M(jìn)DA的含量［19］，進(jìn)而對(duì)煙草產(chǎn)生毒害作用。同時(shí)，煙葉硒含量升高可降低卷煙產(chǎn)品細(xì)胞急性毒性、致突變能力以及誘導(dǎo)細(xì)胞活性氧產(chǎn)生的能力，因此通過(guò)土壤施硒來(lái)提高煙葉硒含量進(jìn)而增強(qiáng)卷煙產(chǎn)品安全性是可行的，以土壤施硒量11.25 kg/hm2左右表現(xiàn)較好。

本研究通過(guò)綜合分析土壤施硒量對(duì)煙葉硒含量、品質(zhì)及安全性的影響，確定植煙土壤適宜的施硒量為6.75～11.25 kg/hm2，這對(duì)更有效地利用硒元素及合理進(jìn)行煙葉種植布局具有重要意義。

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Study on the Suitable Application of Selenium in Tobacco-planting Soils

LI Yanyan1，2， WANG Lin3， PENG Wuxing4， SUN Yuxiao4， WANG Haiming3， LI Jinping1， LI Xihong1*
（1. Tobacco Research Institute of Hubei Province， Wuhan 430030， China； 2. College of Plant Science & Technology of Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China； 3. Hubei Tobacco Industry Co.， Ltd.， Wuhan 430040， China； 4. Xuanen Branch of Enshi Tobacco Company， Xuanen， Hubei 445000， China）

Based on field experiments， the influence of the application of sodium selenite in selenium-deficient soils on selenium content， quality of flue-cured tobacco and the safety of cigarette were analyzed， and the suitable application amount was determined. The results indicated that: （1） The selenium contents of flue-cured tobacco showed a parabolic trend with the increase of the application amount of sodium selenite， with the highest selenium content observed when the application amount was 13.50 kg/ha. （2） When the application amount of sodium selenite in soils ranged from 6.75 to 11.25 kg/ha， the contents of chemical components in tobacco leaves were suitable， the chemical component usability and the smoking quality of tobacco were better. （3） Acute toxicity，mutagenic ability and the ability of inducing oxygen free radicals of selenium-rich cigarettes were lower than that of seleniumdeficient cigarettes. By comprehensively analyzing， the suitable application amount of sodium selenite in tobacco-planting soils was determined as 6.75-11.25 kg/ha.

tobacco-planting soils； selenium； suitable application amount

S572.062

1007-5119（2016）04-0001-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.04.001

中國(guó)煙草總公司科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“富硒低危害煙葉研究與開(kāi)發(fā)”（TS-06-20110040）

黎妍妍（1982-），女，高級(jí)農(nóng)藝師，在讀博士，主要從事特色煙開(kāi)發(fā)和煙草植保工作。E-mail：yanyanli0025@126.com*通信作者，E-mail：lxh885@126.com

2015-12-30

2016-02-17