施硒對花生含硒量和生長性狀的影響

李華為, 吳鈺瀅, 鐵 梅

(1. 沈陽師范大學 化學化工學院, 沈陽 110034; 2. 遼寧大學 環(huán)境學院, 沈陽 110036)

0 引 言

硒是一種人體必需的微量元素[1],也是一種對人類和家畜起著至關重要作用的痕量元素。當人們發(fā)現(xiàn)牧牛在食用大量含硒的牧草后,會出現(xiàn)脫毛、脫蹄、跛行等癥狀時[2],便對這些癥狀產(chǎn)生了濃厚的興趣進而進行了科學的研究,終于在1817年被瑞典化學家Berzdius[2]發(fā)現(xiàn)并命名。

1973年,Rotruck等人發(fā)現(xiàn)硒還是人體內(nèi)谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)的活性中心的一部分[3],它能保護細胞膜的結構和功能不被氧化物干擾及損害[4],特別是硒蛋白能夠誘導癌細胞的氧化致使其凋亡[5-6],所以硒具有治療疾病和解毒等效應[7],被人們稱為“抗癌之王”和“天然解毒劑”[8-10]。

1988年中國營養(yǎng)學會推薦的“每日膳食中營養(yǎng)素供應量與我國的膳食指南”中,把硒、蛋白質(zhì)、幾種重要的維生素以及鈣、鐵、鋅、碘等并列為15種每日膳食必需營養(yǎng)素。在自然環(huán)境中,含硒量水平的高低與人體健康有著密切的關系。在硒含量過高的情況下,可能產(chǎn)生毒害作用。研究表明,土壤和植物中過量的硒會導致人和動物患“堿性病”和“盲珊癥”等慢性中毒癥[11]。但是土壤和植物中硒含量過低,又會引發(fā)心肌病、克山病[12]、大骨節(jié)病等多種疾病。所以每天應該攝取適量的硒,根據(jù)推薦的膳食津貼,成人攝入量為每日50～200 μg[13]。

天然食物中的硒含量是有限的,因此通過食用天然食物來補硒,通常不能夠滿足人體對硒的正常需求[14]。研究發(fā)現(xiàn),有機硒化合物具有很高的生物利用率,所以可以采用人工方法將農(nóng)產(chǎn)品中的無機硒轉化為有機硒,不僅可以極大的提高農(nóng)產(chǎn)品中有機硒的含量,而且一定含量的硒不但能夠對植物的生長發(fā)育起到促進作用,提高作物的產(chǎn)量和硒含量,還能使作物品質(zhì)得到顯著提升,使作物足以抵御某些重金屬的毒害,提高農(nóng)產(chǎn)品的保健價值[15]。

人體自身不能合成硒,主要的來源只能是食物中的硒[16],而食物含硒量取決于土壤中硒的含量及硒存在的物理化學形態(tài),如果土壤中含硒量偏低或有效硒較少,將會導致人體通過食物鏈攝取的硒含量不足[17]。從中國農(nóng)業(yè)科學院發(fā)布的中國土壤硒元素含量分布圖中,可以看出我國72%以上的地區(qū)為低硒區(qū)或缺硒區(qū)[18],其中遼寧省就處于低硒區(qū),因此想要提高我省人民的身體素質(zhì),采用科學的補硒方式將刻不容緩。

近年來,作物富硒的研究取得了較大進展,不僅研究了糧食作物的富硒技術,還研究了煙、茶等的富硒技術。許春霞等通過噴灑亞硒酸鈉水溶液的方式使收獲的成品茶葉含硒量能夠達到富硒茶的標準[19]。而本課題組為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的富硒農(nóng)產(chǎn)品,在沈北試驗田通過施加硒肥來提高農(nóng)產(chǎn)品中的含硒量,由于沈北地區(qū)大面積種植花生,所以我們選用花生作為實驗對象,并利用石墨爐原子吸收法測得花生樣品中的硒含量[20]高于普通花生,這種富硒花生比市面上銷售的硒營養(yǎng)強化食品更加安全可靠。本文旨在找到最佳的施硒量及施硒方式,得到更加優(yōu)質(zhì)健康的富硒花生產(chǎn)品,同時也為今后在沈北地區(qū)大面積推廣種植富硒花生奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

Se(Ⅵ)標準儲備液∶1 000 μg·mL-1;超純水;優(yōu)級純硝酸:國藥集團化學試劑有限公司;過氧化氫:國藥集團化學試劑有限公司

1.2 儀器與設備

Spectr AA 220型原子吸收光譜儀(美國Varian公司);GTA110型石墨爐;自動進樣器;美國熱電解涂層石墨管及硒空心陰極燈;cary50型分光光度計(美國Varian公司);超低溫冰箱(-85 ℃);冷凍干燥機;粉碎機;壓力自控密閉消解系統(tǒng);分析天平;移液槍;移液管;吸管;稱量紙;容量瓶;比色皿;錐形瓶;燒杯;量筒;離心管;塑料瓶。

1.3 方 法

1.3.1 富硒花生的種植

2016年5月8日,在遼寧省沈北新區(qū)石佛寺進行田間實驗:將試驗田由南向北劃分為10塊,由西向東劃分為3塊,總共30塊,每塊4 m×4 m,每塊之間0.5 m過道。種植方式采用穴播,行距約30 cm,株距約10 cm,播種深度約10 cm。種植前每穴都撒好基肥,硒肥由西向東依次撒到土壤,然后播放花生種子3粒/穴,蓋好覆土,壓實。待花生生長到中期,再將硒肥由西向東撒到葉面、土壤和葉面上。硒肥濃度由南向北依次為:0,0.4,0.8,1.2,1.6,2,4,6,8,10 mg·L-1,得到不同處理組的含硒花生。試驗地土壤為沙壤,在播種前,對試驗地進行了土壤硒含量檢測,硒質(zhì)量分數(shù)為0.15～0.30 μg,因為富硒土壤中硒質(zhì)量分數(shù)應該大于0.44 μg/g[15],所以該試驗地屬于低硒區(qū)。

2016年9月28日,收獲成熟花生并進行樣品處理:將收獲的花生先用大量自來水沖洗,再以超純水洗滌3次,晾干,于-85 ℃冷凍冰柜冷凍24 h后,再移至真空冷凍干燥系統(tǒng)中,在真空度3.5 Pa,溫度為-55 ℃條件下進行連續(xù)48 h冷凍干燥。干燥好的樣品用粉碎機粉碎均勻后,得到花生干粉,將其裝入塑料自封袋中,密封,放入干燥箱備用。

1.3.2 花生出芽率的統(tǒng)計

在花生種植15 d后,種子發(fā)芽時期記錄不同處理組花生種子的出芽株數(shù)。

1.3.3 花生株高的統(tǒng)計

在花生收獲時,記錄不同處理組花生的株高。

1.3.4 花生樣品中總硒量的測定

表1 微波消解的工作條件Tab.1 Working condition in microwave digestion

樣品的消化:取0.4 g花生干粉樣品,加入5 mL優(yōu)級純硝酸和2 mL雙氧水,放入壓力自控密閉消解系統(tǒng),按設定程序進行消解(見表1),待自然冷卻后取出,得到澄清溶液,定容至30 mL,放入冰箱中冷藏保存,備用。

樣品中硒含量的測定:實驗采用石墨爐原子吸收法對花生中硒的含量進行測定。儀器的工作條件:燈電流為7.0 mA,基改劑為3 μL硝酸鎳,灰化溫度為800 ℃,原子化溫度為2 300 ℃。波長196.0 nm,狹縫寬度(通帶)l.0 nm,進樣量10 μL,氘燈扣背景。石墨爐升溫程序如表2。

表2 石墨爐原子吸收升溫程序Tab.2 Temperature program in graphite furnace

2 結果與分析

2.1 硒對花生生長狀況的影響

注: 圖中的土葉表示土壤和葉面同時施硒圖1 采用不同方法施加不同硒濃度花生的出芽率Fig.1 Germination rate of peanut with different selenium method in different concentrations of selenium

2.1.1 硒對花生發(fā)芽率的影響

采用土壤施硒, 土壤、葉面同時施硒的方法, 硒濃度大小對花生發(fā)芽率有一定影響, 具體表現(xiàn)為:花生的發(fā)芽率在0.4～1.6 mg/L的含硒培養(yǎng)液中高于對照組, 當施硒量為1.6 mg/L時, 出芽率達到最高值, 但當施硒量為4 mg/L時, 無論采用哪種施硒方式出芽率都急劇下降。 說明在較低濃度下, 硒對花生的發(fā)芽率有促進作用, 而在較高濃度下, 硒對花生的發(fā)芽率有抑制作用。

從圖1中還可以看出,花生的發(fā)芽率在土壤、葉面同時施硒的條件下要略高于土壤施硒。說明土壤、葉面同時施硒效果更好。

2.1.2 硒對花生株高的影響

圖2 采用不同方法施加不同硒濃度花生的株高Fig.2 Plant height of peanut with different concentrations of selenium with different selenium methods

由圖2可知,在實驗所施加的硒濃度范圍內(nèi),分別采用土壤施硒,葉面施硒,土壤、葉面同時施硒的方法培育花生,隨硒濃度增加,花生株高變化不大,說明硒濃度大小對花生株高無顯著影響。

從圖2中還可以看出,花生的株高在葉面施硒的條件下要略高于土壤施硒,土壤、葉面同時施硒。因此,葉面施硒效果更好,能更好地促進花生的生長發(fā)育。

2.2 花生中含硒量的測定

標準曲線的繪制:Se標準溶液為1 000 μg/mL,進樣器自動配制0,20,60,80,100,120 μg/L這6個濃度梯度的硒標樣進行測定,繪制標準曲線,如圖3所示。

由標準曲線得出各個樣品中含硒總量,結果如圖4所示。

圖3 測定硒含量標準曲線Fig.3 Standard curve for determination of selenium

圖4 采用不同方法施加不同硒濃度花生的含硒量

實驗結果表明,在實驗所施加的硒濃度范圍內(nèi),采用不同方法處理時,花生含硒量均高于對照組,說明培養(yǎng)花生時施加一定濃度的硒,可以有效提高花生中的含硒量。

在土壤施硒的條件下,由圖4可知,花生中的含硒量隨濃度增加變化不大,說明硒濃度大小對花生中含硒量的增加無顯著影響。

采用葉面施硒,土壤、葉面同時施硒的方法培養(yǎng)花生時,硒濃度大小對花生中的含硒量產(chǎn)生了很大影響,具體表現(xiàn)為:隨著施硒量的增加,花生中的含硒量也隨之增加,在硒濃度為4 mg/L時達到最大值,當施硒量超過4 mg/L,花生中的含硒量隨濃度增加急劇下降。但根據(jù)圖1可知施硒量在大于2 mg/L時,發(fā)芽率急劇下降,所以最優(yōu)施硒量為2 mg/L。對于第6個梯度,含硒量出現(xiàn)波動,可能是由于雨水或者地勢的影響,使土壤中高濃度硒肥濃度降低,恰好促使花生吸收更多的硒,也可能與生物體對硒的代謝有關,有待進一步探究。

從圖4中還可以看出,花生中的含硒量在葉面施硒的條件下最高,在土壤施硒的條件下最低。說明葉面施硒效果更好,能更有效的提高花生中的含硒量。

根據(jù)富硒食品硒含量分類標準(DB 6124.01—2010)可知堅果硒含量范圍應在0.01～1.00 mg/kg之間,如圖4所示,所種花生的含硒量均在指標范圍內(nèi),沒有毒性,可以食用。

3 結 論

實驗結果表明,在較低濃度下,硒對花生的發(fā)芽率有促進作用,而在較高濃度下,硒對花生的發(fā)芽率有抑制作用;花生中的含硒量在施硒量為0.4～1.2 mg/L時,隨施硒量的增加而增加,說明花生對硒有一定的生物富集能力,采用葉面施硒,土壤、葉面均施硒的方式生產(chǎn)富硒花生是可行的,能明顯提高花生中的含硒量,葉面施硒效果更為顯著。但當施硒濃度高于1.2 mg/L時,花生中的含硒量反而降低,表現(xiàn)出輕微的毒害作用,從獲得高含硒量的富硒花生目標出發(fā),葉面施硒的濃度應為1.2 mg/L左右為宜,將該方式和施硒量推廣到整個遼寧省,可以極大的提高遼寧省人民的身體素質(zhì)。

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