生姜硒營(yíng)養(yǎng)特性研究

呂臣浩，鄧小芳，陳友恩，陳家偉，趙竹青，劉新偉*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心，湖北 武漢 430070；2.建始縣富硒大姜種植專業(yè)合作社，湖北 建始 445300；3.湖北省建始縣土壤肥料工作站，湖北 建始 445300）

硒是人體必不可少的微量營(yíng)養(yǎng)元素［1］，具有抗氧化和抗癌等作用［2］。植物性硒是人體硒營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源［3］，因此植物硒代謝倍受關(guān)注［4］。對(duì)人和動(dòng)物而言缺硒和硒中毒的范圍很窄［5］，因此科學(xué)補(bǔ)硒尤為重要。生姜是宿根性草本植物，廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)，在我國(guó)已經(jīng)有兩千多年的栽培歷史。作為世界上生姜栽培面積最大的國(guó)家之一，我國(guó)生姜常年栽種面積達(dá)630×103hm2，種植面積位居世界第二［6］。因此，研究生姜硒營(yíng)養(yǎng)特性，為其生產(chǎn)提供依據(jù)有重要意義。

土壤的硒濃度范圍在0.01～2.0 mg·kg-1之間，平均約為0.4 mg·kg-1。中國(guó)有三分之二以上的土壤硒含量不足，土壤硒缺乏則直接導(dǎo)致作物硒含量水平偏低［7］。廖青等［8］研究表明，對(duì)甘薯地土施10 L·hm-2的液體硒肥（含硒量>0.88%）并未提高薯塊硒含量，采用葉面噴施方式甘薯硒含量卻顯著提高，這可能是由于土施硒被固定導(dǎo)致。研究表明土壤中鐵、鋁等金屬礦物將硒固定在土壤固相從而降低土壤硒的有效性［9］，土壤施硒只有5%～30%能被植物吸收利用，70%～90%的硒被固定在土壤固相［10］。植物葉片可通過(guò)角質(zhì)層和氣孔吸收微量元素進(jìn)而向其他部位轉(zhuǎn)移［11］，故葉面噴硒可提高植物組織中硒含量［12］，因此可通過(guò)葉面噴硒來(lái)加強(qiáng)生姜硒營(yíng)養(yǎng)。

不同硒源和噴施時(shí)期對(duì)植物體內(nèi)各部位硒的累積分配影響很大。李鳴鳳等［13］的研究結(jié)果表明，小麥對(duì)硒酸鹽的吸收效果是亞硒酸鹽的6.5倍；Mélanie等［14］的研究表明，玉米對(duì)亞硒酸鹽的利用率高于硒酸鹽。Deng等［15］的研究結(jié)果表明，對(duì)水稻噴施亞硒酸鹽和硒酸鹽在抽穗期的吸收效果分別是分蘗期的2.9和3.5倍；劉慶等［16］的研究表明，對(duì)藍(lán)莓葉面噴施亞硒酸鈉在開(kāi)花期的吸收效果要優(yōu)于坐果期。關(guān)于生姜硒營(yíng)養(yǎng)特性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，本試驗(yàn)?zāi)康脑谟诿鞔_不同硒源和噴施時(shí)期對(duì)生姜品質(zhì)、各部位硒含量和累積分配的影響，以期為富硒生姜的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物為山農(nóng)一號(hào)大姜，硒源為亞硒酸鈉和硒酸鈉［文中分別用Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）表示］。試驗(yàn)地土壤類型為黃棕壤，其基本理化性質(zhì)為pH 值 5.60，有機(jī)質(zhì) 31.57 g·kg-1，堿解氮 114.45 mg·kg-1，有效磷 46.03 mg·kg-1，速效鉀 312.96 mg·kg-1，土壤總硒 0.23 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在湖北省建始縣三里鄉(xiāng)進(jìn)行。小區(qū)面積 4 m×5 m，每公頃定植 105 000 株，行距50 cm，株距20 cm。分別在三叉期（7月18日）和膨大期（9月3日），葉面噴施80 mg·L-1亞硒酸鈉和硒酸鈉，噴施量均為80 g·hm-2，另噴施等量清水為對(duì)照，使用噴霧器均勻噴灑。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。根據(jù)土壤墑情和天氣情況適時(shí)澆水灌溉，其他田間管理與當(dāng)?shù)匾恢隆?/p>

1.3 樣品處理與分析

在生姜成熟期，按5點(diǎn)取樣法，每小區(qū)選取5株生姜，分為葉片、莖稈、塊莖、須根，用自來(lái)水沖洗3遍，再用去離子水沖洗3遍，晾干水分。在105 ℃殺青30 min，于65 ℃烘干至恒重，稱重，磨碎存于自封袋密封待用。

植物總硒：準(zhǔn)確稱取適量樣品（精確到0.000 1 g）于50 mL錐形瓶中，加HNO3-HClO4混合酸（體積比為4∶1）10 mL，搖勻后放置過(guò)夜。用電熱板180℃加熱并及時(shí)補(bǔ)加混合酸，至溶液清亮無(wú)色并伴有白煙出現(xiàn)時(shí)，繼續(xù)加熱至溶液剩余體積2 mL左右，從電熱板上取下冷卻，加入6 mol·L-1的鹽酸10 mL，再次加熱至溶液變?yōu)榍辶敛橛邪谉煶霈F(xiàn)時(shí)取下。冷卻并轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容，原子熒光光譜法（HG-AFS-8220）測(cè)定。

土壤總硒：采用HNO3-HClO4（3∶2）消解，后續(xù)步驟同植物總硒測(cè)定。

有機(jī)硒測(cè)定：生姜有機(jī)硒測(cè)定采用差減法進(jìn)行。具體步驟為：稱取干樣1 g左右，置于50 mL離心管中，加入30 mL超純水，室溫下超聲振蕩30 min，于 5 000 r·min-1離心 10 min，倒出上清液，殘?jiān)貜?fù)提取一次。上清液收集后，倒入分液漏斗中，加入5 mL環(huán)己烷萃取，收集水相于燒杯中，電熱板上加熱蒸發(fā)掉大部分水分后，后續(xù)消化測(cè)定方法和總硒測(cè)定相同。原子熒光光譜儀測(cè)定溶液中無(wú)機(jī)硒含量。利用已測(cè)得的總硒含量減去無(wú)機(jī)硒含量，即得有機(jī)硒含量。

采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定Vc含量；還原糖用銅還原-直接滴定法測(cè)定；硝酸鹽采用酚二磺酸比色法測(cè)定；凱氏定氮法測(cè)全氮，粗蛋白=全氮×6.25［17］。姜辣素含量測(cè)定根據(jù)張維勤［18］、張明昶等［19］的方法改進(jìn)而成。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用Excel 2016進(jìn)行制表繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硒對(duì)生姜產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表1可以看出，與CK相比，無(wú)論在三叉期還是膨大期噴硒對(duì)生姜的產(chǎn)量均有促進(jìn)作用，增幅3.6%～5.0%。同一硒源，在三叉期噴施的增產(chǎn)作用要高于膨大期噴施；同一時(shí)期，噴施硒酸鹽的增產(chǎn)效果均高于噴施亞硒酸鹽處理。綜上，葉面噴施硒對(duì)生姜產(chǎn)量有促進(jìn)作用，具體增幅因噴施時(shí)期和硒源而異。

表1 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜產(chǎn)量的影響

2.2 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜各部位硒含量的影響

由表2可以看出，與CK相比，噴硒顯著提高了生姜各部位的硒含量。無(wú)論何時(shí)噴硒，同一時(shí)期硒酸鹽處理的生姜葉片、莖稈、姜肉的硒含量均高于亞硒酸處理的植株；三叉期噴硒，硒酸鹽處理的生姜各部位硒含量為亞硒酸鹽處理的5.5～8.2倍；膨大期噴硒，硒酸鹽處理的各部位硒含量為亞硒酸鹽處理的2.8～4.1倍。姜皮中硒含量，在三叉期，噴施硒酸鹽低于噴施亞硒酸鹽，降幅47.3%；在膨大期，噴施硒酸鹽處理高于噴施亞硒酸鹽，增幅16.2%。無(wú)論在何時(shí)噴施硒酸鹽，硒含量順序均為葉片>莖稈>姜肉>姜皮。

表2 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜各部位硒含量的影響 （mg·kg-1）

2.3 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)根莖有機(jī)硒比例的影響

由于對(duì)照處理的生姜根莖硒含量很低，分析其有機(jī)硒比例沒(méi)有意義，故在此不予列出。由圖1可知，不同時(shí)期噴施亞硒酸鹽和硒酸鹽，生姜根莖有機(jī)硒比例有顯著差異。無(wú)論何時(shí)噴施何種硒源，生姜硒的有機(jī)轉(zhuǎn)化率均可達(dá)到57%以上。在三叉期和膨大期，噴施亞硒酸鹽處理的有機(jī)硒比例均高于噴施硒酸鹽，分別高21.8%和25.2%；同一硒源，噴施時(shí)期后移，生姜根莖中有機(jī)硒比例顯著增高，噴施亞硒酸鹽和硒酸鹽分別提高7.3%和4.0%。綜上，外源噴硒可以顯著提高生姜根莖中有機(jī)硒的比例，具體增幅因不同硒源和噴施時(shí)期而異。

圖1 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜根莖有機(jī)硒比例的影響

2.4 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜品質(zhì)的影響

從表3可以看出，與CK相比，噴硒后生姜根莖中Vc含量、還原糖含量和姜辣素含量均有一定程度的提高，分別達(dá)到CK的1.03～1.06、1.13～1.17和1.04～1.07倍。與CK相比，施硒處理顯著降低了生姜中粗蛋白質(zhì)的含量，降幅為11.5%～16.0%。與CK相比，噴硒處理的生姜中硝酸鹽含量有一定的下降，降幅為1.6%～8.2%。無(wú)論在三叉期還是膨大期，噴施硒酸鹽的生姜硝酸鹽含量均低于噴施亞硒酸鹽。綜上，施硒對(duì)生姜的品質(zhì)有一定影響。

表3 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜品質(zhì)的影響

3 討論

3.1 施硒對(duì)生姜產(chǎn)量的影響

關(guān)于外源施硒對(duì)作物產(chǎn)量的影響已有諸多研究，但在不同作物上結(jié)論不一。王永勤等［20］研究表明，硒對(duì)于植物生物量表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制。Hao等［21］通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鹽濃度低于10 mg·kg-1時(shí)可以顯著增加玉米生物量和籽粒產(chǎn)量，當(dāng)亞硒酸鹽濃度高于25 mg·kg-1時(shí)明顯降低了玉米生物量和籽粒產(chǎn)量。張妮等［22］的研究表明，當(dāng)施硒量高于1.2 kg·hm-2時(shí)，小麥的產(chǎn)量有下降趨勢(shì)。李鳴鳳等［13］的研究結(jié)果表明，施硒后小麥的產(chǎn)量和成穗數(shù)均無(wú)明顯變化。在本研究中噴硒對(duì)生姜的產(chǎn)量有一定促進(jìn)，增幅為3.6%～5.0%。

3.2 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜各部位硒含量的影響

有研究表明，植物對(duì)硒的吸收利用和轉(zhuǎn)移分配因硒源而異［4］。Ducsay等［23］在小麥上的噴硒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，籽粒對(duì)亞硒酸鹽和硒酸鹽的吸收能力分別為1.4% ～ 1.5%和13.2% ～ 15.1%。Kikkert 等［24］研究表明，小麥對(duì)亞硒酸鹽的吸收速率約高于硒酸鹽100倍。在本研究中，噴施硒酸鹽的吸收效果同樣高于噴施亞硒酸鹽，各部位含硒量分別是亞硒酸鹽處理的2.8～8.2倍。噴施時(shí)期對(duì)植物硒的吸收利用效率存在顯著差異。劉慶等［25］的研究結(jié)果表明，小麥噴硒以灌漿前期效果優(yōu)于孕穗期效果，這與Deng等［15］的研究結(jié)果一致。在本研究中，無(wú)論何種硒源，膨大期的噴施效果均優(yōu)于三叉期。

3.3 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)根莖有機(jī)硒比例的影響

植物可食部分總硒含量?jī)H能代表植物對(duì)硒富集能力的差異，不足以評(píng)價(jià)其生物利用度［26］。相比無(wú)機(jī)硒，有機(jī)硒對(duì)人體而言更為安全有效［27］。Pedrero等［26］對(duì)蘿卜的培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鹽處理的有機(jī)硒轉(zhuǎn)化率為95%以上，而硒酸鹽處理僅為38%。這可能與硒在植物體內(nèi)的同化機(jī)制有關(guān)，研究表明，植物吸收硒酸鹽后首先還原為亞硒酸鹽，然后才能進(jìn)行有機(jī)化反應(yīng)［28］。在本試驗(yàn)中，生姜對(duì)硒酸鹽的吸收能力顯著高于亞硒酸鹽，而硒的有機(jī)轉(zhuǎn)化率顯著低于亞硒酸鹽，因此從安全角度來(lái)講，噴施亞硒酸鹽更為合理。

一些研究表明，作物吸收的無(wú)機(jī)硒在體內(nèi)不同部位轉(zhuǎn)運(yùn)之前，就已在吸收部位實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)硒向有機(jī)硒的轉(zhuǎn)化，僅有少部分以無(wú)機(jī)離子形態(tài)運(yùn)輸，因此植物體內(nèi)硒的轉(zhuǎn)移機(jī)制就影響了有機(jī)硒的比例。寧嬋娟等［29］研究表明，蘋(píng)果在花期和幼果期葉面施硒效果較為穩(wěn)定，硒的有機(jī)化程度較高。在果實(shí)著色期施硒，雖然果實(shí)中總硒較高，但硒的有機(jī)化程度較低。劉慶等［25］對(duì)小麥的噴硒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)期噴施，籽粒中有機(jī)硒含量及其占總硒的比例沒(méi)有顯著差異。在本研究中，同一硒源，膨大期噴施硒的有機(jī)轉(zhuǎn)化率分別比三叉期提高7.3%和4.0%，可能是由于生姜膨大期代謝較旺盛，能夠充分的將無(wú)機(jī)硒進(jìn)行有機(jī)化，并且膨大期離收獲期還有足夠長(zhǎng)的時(shí)間供生姜進(jìn)行有機(jī)化反應(yīng)，更深層次的原因則有待于進(jìn)一步探究。

3.4 不同時(shí)期噴施不同硒源對(duì)生姜品質(zhì)的影響

硒作為人體必需而植物的非必需營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)植物的生長(zhǎng)和品質(zhì)具有雙重作用。Zhao 等［30］對(duì)大棗研究發(fā)現(xiàn)，噴施適量硒果實(shí)硬度、維生素和可溶性糖含量增加，果實(shí)品質(zhì)有一定的改善。硝酸鹽含量作為評(píng)價(jià)食品安全的重要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生姜的品質(zhì)也有重要影響。在本研究中，噴硒后生姜根莖中Vc含量、還原糖含量和姜辣素含量均有提高，硝酸鹽含量有所下降。高貞攀等［31］和方勇等［32］的研究表明，施硒可有效提高谷子和水稻籽粒中粗蛋白的含量，但是在本研究中，生姜粗蛋白的含量反而有所降低，原因可能是不同作物的硒營(yíng)養(yǎng)特性存在差異，具體原因有待探究。

4 結(jié)論

外源噴硒可以顯著提高生姜各部位的硒含量，從而進(jìn)行生姜硒含量的調(diào)控。

同一時(shí)期，噴施硒酸鹽生姜根莖硒含量是亞硒酸鹽的3.5～5.5倍；同一硒源，膨大期噴硒生姜根莖硒含量是三叉期的1.6～2.5倍。

同一時(shí)期，噴施亞硒酸鹽生姜有機(jī)硒比例高于噴施硒酸鹽；同一硒源，膨大期噴施生姜有機(jī)硒比例高于三叉期。