硒在農(nóng)作物方面的研究進(jìn)展

余 瓊，張 翔，司賢宗，索炎炎，李 亮，毛家偉

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002）

硒是人和動(dòng)物必需的一種重要的微量元素，人體補(bǔ)硒主要來(lái)源有動(dòng)物性肉制品、微生物及植物等，植物富集硒主要是通過(guò)根和葉進(jìn)行吸收富集，土壤作為植物生長(zhǎng)養(yǎng)分的重要來(lái)源，土壤質(zhì)量關(guān)系著作物品質(zhì)的優(yōu)劣。硒與硫?yàn)橥逶兀哂蓄愃频幕瘜W(xué)性質(zhì)，高濃度的硒會(huì)導(dǎo)致植物產(chǎn)生不常見(jiàn)的代謝物積累[1-3]。作物生長(zhǎng)的自然環(huán)境非人為可以調(diào)控，如干旱、澇澤、蟲(chóng)災(zāi)、低溫等自然惡劣環(huán)境，這些逆境中生長(zhǎng)的作物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的自由基，硒作為谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的重要活性組成成分，具有清除自由基的重要作用，可以緩解作物在逆環(huán)境生長(zhǎng)的不利條件[4-6]。研究作物在這些極端環(huán)境中的生長(zhǎng)狀況及品質(zhì)對(duì)于指導(dǎo)田間生產(chǎn)具有重大意義。人體主要吸收利用的硒為有機(jī)硒，人體攝入的硒主要通過(guò)食用農(nóng)作物而補(bǔ)硒，土壤是硒的重要來(lái)源，作物吸收的硒對(duì)人體的安全吸收利用具有重要影響。

筆者從硒對(duì)人體的營(yíng)養(yǎng)意義、安全攝入量和攝入方式、植物施用硒肥的方式、硒對(duì)農(nóng)作物品種、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響等方面對(duì)硒在農(nóng)作物方面的應(yīng)用進(jìn)行闡述，以期為更好更有效的開(kāi)發(fā)利用硒資源提供基礎(chǔ)資料。

1 硒對(duì)人體的營(yíng)養(yǎng)意義、安全攝入量和攝入方式

硒是人體必需的微量元素之一，其安全攝入量范圍較窄，較適宜的攝入量可以保證人體在日常生活中既不會(huì)因攝入過(guò)多出現(xiàn)中毒現(xiàn)象又不會(huì)因攝入不足導(dǎo)致疾病。硒具有重要的生理功能：硒是許多抗氧化酶（如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶）的必需組分，通過(guò)含硒酶GSH-Px清除自由基，減少或延遲脂褐素的形成，抗細(xì)胞衰老和死亡，通過(guò)消除脂質(zhì)過(guò)氧化物，阻斷活性氧的致病作用，且硒蛋白清除羥自由基的能力明顯高于相同濃度的無(wú)機(jī)硒和蛋白質(zhì)，硒蛋白和過(guò)氧化氫酶對(duì)清除羥自由基具有一定的協(xié)同作用[7]；硒是精子線粒體外膜中硒蛋白的成分之一，缺硒可使精子產(chǎn)生減少、形態(tài)異常和活動(dòng)減弱；硒在體內(nèi)產(chǎn)生甲基硒化物，能與金屬結(jié)合，拮抗金屬中毒，如鉛、汞、鎘；血小板含有較多的硒和GSH-Px，缺硒動(dòng)物血小板GSH-Px活性降低[8-9]。

中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)2013版中指出：中國(guó)18歲以上成年居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量中硒元素的平均攝入量為 60 μg/d，可耐受最高攝入量為 400 μg/d。有機(jī)硒主要有含硒蛋白、硒多糖等及硒蛋氨酸、硒半胱氨酸等生物小分子物質(zhì)，無(wú)機(jī)硒主要包括硒酸鹽、亞硒酸鹽等，有機(jī)硒較無(wú)機(jī)硒更易被人體消化吸收[10-12]。我國(guó)尚許可使用富硒酵母、硒化卡拉膠和硒蛋白。主要是將無(wú)機(jī)硒化物通過(guò)一定的方法將其與有機(jī)物結(jié)合，用于獲取有機(jī)硒化物。例如，富硒酵母就是以添加亞硒酸鈉的糖蜜等為原料經(jīng)啤酒酵母發(fā)酵后制得。通常無(wú)機(jī)硒化物的毒性高于有機(jī)硒化物，且有機(jī)硒化物具有更好的生物有效性和生理增益作用。硒強(qiáng)化劑主要用于缺硒地區(qū)，且多用于谷類及其制品、乳制品等。富硒酵母等有機(jī)硒尚可做成片狀、粒、膠囊等應(yīng)用。

2 硒肥的施用方式及影響

施硒普遍采用噴施、與土壤混勻施入、拌種等方式，關(guān)于這些硒肥的施用效果與土壤類型、作物品種、當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境等有關(guān)。

李紅俠等[13]研究了不同濃度的亞硒酸鈉對(duì)魯花2號(hào)發(fā)芽率及苗期脂肪酶活力的影響，將亞硒酸鈉配制成不同濃度的溶液直接加入相應(yīng)的培養(yǎng)皿中，測(cè)培養(yǎng)皿中花生發(fā)芽情況及其他指標(biāo)。結(jié)果表明，硒質(zhì)量濃度為0.5 mg/L時(shí)，可以較好地促進(jìn)種子發(fā)芽；當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到6.0 mg/L時(shí)，明顯抑制花生種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)。王彥花等[14]研究了生物化學(xué)富硒與施肥富硒2種施硒方式對(duì)茶油品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，施用磷酸硒鉀及其衍生物的效果優(yōu)于施用含腐植酸水溶性硒鈦肥及硒酶肥，且茶油的感官品質(zhì)較好，但茶油中α-生育酚及角鯊烯含量明顯降低，2種方式對(duì)茶油的脂肪酸組成、甾醇含量及茶多酚含量無(wú)明顯影響。NAWAZ等[15]以小麥為研究對(duì)象，通過(guò)葉面噴施、浸種和滴灌這3種方式進(jìn)行補(bǔ)硒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用硒酸鈉可以提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，其中，以葉面噴施效果較明顯。

陳雪等[16]選取了博III優(yōu)、三香628等2種水稻試驗(yàn)材料，通過(guò)土壤施硒和葉面噴施2種方式研究其對(duì)水稻品種的產(chǎn)質(zhì)量及植株中硒含量的分布的影響。結(jié)果表明，2種施硒方式對(duì)水稻產(chǎn)量無(wú)明顯影響，但可提高籽粒蛋白質(zhì)的含量，葉面噴施時(shí)2個(gè)品種的水稻籽粒硒含量均高于土壤施硒。萬(wàn)亞男等[17]選取韭菜品種獨(dú)根紅進(jìn)行田間試驗(yàn)，研究了硒酸鈉和亞硒酸鈉對(duì)韭菜富硒及土壤累積硒的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用相同量硒時(shí)，硒酸鈉對(duì)提高韭菜可食部位硒含量的效果優(yōu)于亞硒酸鈉，亞硒酸鈉處理的表層土壤有效態(tài)硒含量顯著高于中層和深層土壤，硒酸鈉對(duì)不同深度土壤中有效態(tài)硒含量的影響沒(méi)有顯著差異。

SUSANNE等[18]采用盆栽試驗(yàn)研究了土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值對(duì)植物體內(nèi)有機(jī)和無(wú)機(jī)硒的有效性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤而言，硒的有效性在有機(jī)質(zhì)含量較低的土壤中隨著pH的增加而增加；在小麥上施用時(shí)，在相同水平上施用有機(jī)硒如酵母硒和硒蛋氨酸等與無(wú)機(jī)硒，硒的有效性沒(méi)有顯著差異，因此，酵母硒和硒蛋氨酸都不被用作有機(jī)硒肥。土壤有機(jī)化合物的類型可能影響植物對(duì)硒的吸收，一些研究發(fā)現(xiàn)，由于硒與土壤有機(jī)質(zhì)有效結(jié)合，從而減少了植物的可利用性；但在有機(jī)酸存在的條件下，則相反，如草酸和檸檬酸與陰離子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，抑制土壤中有機(jī)化合物與硒的結(jié)合，進(jìn)而提高植物硒的可利用性[19]。

3 農(nóng)作物硒高效利用的基因型差異

不同的農(nóng)作物對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不同，具有各自不同的生長(zhǎng)需求，目前研究較多的富硒作物主要有富硒茶樹(shù)、富硒花生、富硒水稻、富硒小麥等。茶樹(shù)是一種具有較強(qiáng)的富硒能力的經(jīng)濟(jì)作物，楊海濱等[20]采用盆栽試驗(yàn)方式研究了硒與福鼎大白和南江1號(hào)2個(gè)茶樹(shù)品種土壤酶活性的變化規(guī)律，結(jié)果表明，春季時(shí)硒對(duì)茶樹(shù)土壤蔗糖酶活性刺激作用明顯，夏季時(shí)硒對(duì)茶樹(shù)土壤脲酶及蔗糖酶活性抑制作用明顯，硒對(duì)土壤酶活性的影響隨茶樹(shù)品種及酶類型的不同而異。

朱薇等[21]選取了黃河流域18個(gè)花生品種，采用盆栽的方法在花生下針期和結(jié)莢前期采用土壤灌注施硒法（硒源為亞硒酸鈉）研究不同施硒量對(duì)花生籽產(chǎn)量和富硒能力的影響。結(jié)果顯示，土壤施硒量以每千克土6 mg為宜，通過(guò)聚類分析最終篩選出了7個(gè)硒高聚集花生品種。李定國(guó)等[22]選用了鄂抗 13，DP410B，新陸早 38，TM-1，GY5 這 5 個(gè)棉花品種，5種硒源設(shè)2個(gè)水平，以不施硒為對(duì)照，在結(jié)鈴盛期測(cè)定葉片中硒含量，研究5個(gè)品種對(duì)不同硒源的富集作用。結(jié)果表明，鄂抗13施亞硒酸鈉棉花葉片硒含量顯著高于其他外源硒，其他4個(gè)棉花品種對(duì)外源硒種類反應(yīng)不敏感。

4 施硒對(duì)作物農(nóng)藝性狀的影響

農(nóng)作物在田間的長(zhǎng)勢(shì)可直觀地反映其生長(zhǎng)發(fā)育及營(yíng)養(yǎng)狀況。賀前鋒等[23]以湖南典型的污染土壤為對(duì)象，研究葉面噴施硒肥對(duì)水稻的根系、秸稈及籽粒中鎘和硒含量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噴施硒肥后籽粒中鎘含量與噴施清水處理相比，降低25.93%～47.06%。王玉榮等[24]采取土壤施硒溶液的方式選取了3個(gè)硒水平處理下油菜各器官硒含量、籽粒中有機(jī)小分子硒化合物及根際土壤中各形態(tài)硒含量的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，籽粒中硒化合物主要是硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸這2種形式；土壤中硒主要以鐵錳化合物結(jié)合態(tài)形式存在，占土壤總硒的87.24%～97.40%；莖稈中的硒含量與根系中硒含量呈正相關(guān)，莖與角果殼中硒對(duì)籽粒硒含量貢獻(xiàn)相當(dāng)。

陳彪等[25]采用盆栽試驗(yàn)研究外源硒在干旱脅迫條件下對(duì)烤煙生長(zhǎng)和生理特性的影響。結(jié)果表明，干旱條件下，植株的生長(zhǎng)受到抑制，光合作用減弱；與正常澆水相比較，干旱處理的煙株鮮質(zhì)量、株高、莖圍、最大葉面積等均顯著降低，干旱脅迫顯著抑制煙株的生長(zhǎng)，施硒可有效緩解干旱脅迫對(duì)煙株生長(zhǎng)的抑制作用，高濃度硒與干旱脅迫具有協(xié)同作用，其中，干旱脅迫與4 mg/kg硒配施對(duì)緩解干旱脅迫的效果最好。

5 施硒對(duì)作物產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量直接關(guān)系著種植業(yè)的收入問(wèn)題，也是備受關(guān)注的一個(gè)重要方面。李輝等[26]研究了有機(jī)硒配制肥料對(duì)北海合浦縣花生產(chǎn)量及硒含量的影響，結(jié)果表明，在花生始花期和盛花期噴施富硒微肥均可以顯著提高花生仁的硒含量，與常規(guī)對(duì)照相比，增產(chǎn)6%。潘曉紅等[27]通過(guò)土壤拌施亞硒酸鈉，選取了5個(gè)硒肥施入量梯度，研究硒肥不同用量對(duì)黑花生產(chǎn)量及硒含量的影響。結(jié)果表明，隨施硒量的增加，黑花生產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，花生中硒含量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。土壤施硒量為1.9 mg/kg時(shí)，黑花生產(chǎn)量最高（4 354.17 kg/hm2），花生中硒含量為0.28 mg/kg。李祥發(fā)[28]研究了5個(gè)施肥處理對(duì)紅衣花生的產(chǎn)量及花生仁含硒量的影響，結(jié)果表明，施用有機(jī)肥（發(fā)酵豆粕）可以促進(jìn)紅衣花生對(duì)土壤硒的吸收，可以顯著提高花生仁中硒含量（0.050 mg/kg），與純施化肥相比，提高0.005 mg/kg，增加11.1%；化肥與有機(jī)肥配施的花生產(chǎn)量最高，與單施有機(jī)肥相比增產(chǎn)213 kg/hm2。

劉慶等[29]通過(guò)噴施亞硒酸鈉溶液于小麥葉片上分析施用硒肥對(duì)冀麥13的產(chǎn)量變化及籽粒中硒的富集及轉(zhuǎn)化特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施硒對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量及千粒質(zhì)量沒(méi)有顯著影響，不同的施硒量及施硒時(shí)期均可以提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，與不施硒相比未達(dá)到顯著水平。付小麗[30]選取鄭麥9203和湘農(nóng)油5712為試驗(yàn)材料，研究硒粉、硒礦、亞硒酸鈉及硒酸鈉4種硒源對(duì)作物成熟期產(chǎn)量及硒含量的影響，結(jié)果表明，施硒可以提高小麥產(chǎn)量，增幅為1.31%～16.30%；當(dāng)硒用量≤5 mg/kg時(shí)，油菜產(chǎn)量增幅為0.05%～16.91%。

6 施硒對(duì)作物品質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，施用硒可以改善作物品質(zhì)，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，參與調(diào)控植物的光合及呼吸作用，抵御植物體內(nèi)自由基的傷害，同時(shí)還可以拮抗重金屬，提高植株的抗逆性。施肥富硒可以使油茶將硒元素轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒，進(jìn)而轉(zhuǎn)移至茶油中，可提高茶油的抗氧化性能及促進(jìn)茶油中角鯊烯和甾醇等功能性營(yíng)養(yǎng)成分的積累。植株的根從土壤中吸收硒酸鹽和有機(jī)硒化物中的硒是主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，而亞硒酸鹽中的硒是被動(dòng)形式[31-32]，植物更易吸收Se6+，因?yàn)樵谕僚鄺l件下，Se6+較易被根部吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，而Se4+易被土壤表面所吸附，更易在根部積累[33-36]。在印度西北部發(fā)現(xiàn)土壤含硒量達(dá)0.23～4.55 mg/kg，這里生產(chǎn)的糧食作物及飼料對(duì)動(dòng)物和人類健康造成了嚴(yán)重危害[37]。在大多數(shù)植物中，由于硒取代了蛋白質(zhì)中半胱氨酸和蛋氨酸中的硫，導(dǎo)致蛋白質(zhì)活性受到不利影響，引起黃化和發(fā)育遲緩的癥狀，比如植株葉片枯萎干燥等[38]。

SHARMA等[39]采用盆栽試驗(yàn)研究比較硒酸鹽與亞硒酸鹽對(duì)油菜的生長(zhǎng)及生物化學(xué)成分的影響，試驗(yàn)土為沙壤土，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與不施硒相比，施硒顯著降低油菜的總干物質(zhì)質(zhì)量；在油菜生長(zhǎng)的不同時(shí)期，亞硒酸鹽處理的油菜葉干物質(zhì)積累量明顯高于硒酸鹽處理；與對(duì)照（不施硒處理）相比，在油菜生長(zhǎng)的不同時(shí)期，油菜葉中維生素C的含量增加，可溶性蛋白含量及淀粉、總酚含量明顯降低。硒在低濃度時(shí)，具有抗氧化作用和抑制脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的功能，然而在高濃度時(shí)可使生菜、小麥、黑麥草的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)加劇[40-41]。

朱薇等[42]采用盆栽試驗(yàn)研究了花育25、山花7和山花8這3個(gè)品種基施硒3 mg/kg在下針期的農(nóng)藝性狀變化及葉片SOD，POD，CAT的活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施硒處理的花生這些指標(biāo)均顯著高于對(duì)照組，土壤施硒有利于花生植株的生理代謝，可以促進(jìn)花生植株的生長(zhǎng)發(fā)育。劉慶等[43]探討了不同梯度的硒礦粉對(duì)玉米產(chǎn)量及籽粒硒含量和其他礦物元素吸收的影響，結(jié)果表明，土壤施用硒礦粉對(duì)玉米產(chǎn)量和總生物量無(wú)顯著影響，玉米根對(duì)硒的富集能力最強(qiáng)，其次為葉，再次為玉米籽粒，最后是莖稈。根系中Mn，Cu，Zn這3種元素的含量隨施硒量的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。王鵬等[44]研究了磷和不同價(jià)態(tài)硒對(duì)小麥硒吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在施硒酸鹽量相同時(shí)，小麥的根、莖、葉各器官中硒含量隨著施磷量的增加而增加；但是在施用亞硒酸鹽時(shí)，呈現(xiàn)出相反的規(guī)律，小麥各器官硒含量隨著磷含量的增加而顯著降低。施磷可以降低土壤的pH值及土壤中鐵氧化物態(tài)硒和有機(jī)態(tài)硒含量，施磷可以顯著提高小麥對(duì)硒酸鹽的吸收和利用。

7 展望

硒資源在全國(guó)乃至世界范圍內(nèi)分布較不均勻，針對(duì)不同情況采取因地制宜的策略。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界約有2/3的土地為缺硒或低硒土壤，我國(guó)有72%的土地屬于缺硒或者低硒地區(qū)。隨著硒在近幾年的研究熱度越來(lái)越高，因其在人體內(nèi)的安全攝入量范圍較窄，需要精確控制攝入量，使其更好的為人體健康服務(wù)[45-47]。土壤質(zhì)量關(guān)系著農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量包括加工環(huán)節(jié)、食用品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等。土壤、植株及人體內(nèi)硒含量三者之間有著密切聯(lián)系[37，48-49]，土壤中的硒是植物硒的主要來(lái)源，不同類型的富硒農(nóng)產(chǎn)品對(duì)硒的吸收、積累情況不一，關(guān)于不同作物不同品種富硒方式尚未有統(tǒng)一定論，硒與土壤中微生物系統(tǒng)的奇妙關(guān)系仍待于進(jìn)一步研究。