施硒對(duì)鎘污染稻米中鎘、硒含量的影響及其膳食風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

梁歡婷，何冰，顧明華，王學(xué)禮，呂夢(mèng)婷，韋燕燕

廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南寧 530004）

鎘（Cd）是自然界存在最普遍的重金屬之一[1]。由于工礦業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)污灌、不合理肥料和農(nóng)藥的施用等人為活動(dòng)，加劇農(nóng)田土壤鎘污染，耕地土壤污染點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)7.0%[2]。水稻是中國(guó)第一大糧食作物，全國(guó)近60%人口以稻米為主食[3]。然而研究表明，水稻對(duì)鎘具有較強(qiáng)耐受和富集能力。針對(duì)中國(guó)主要產(chǎn)糧區(qū)的15個(gè)省、直轄市共507份稻米樣品分析，發(fā)現(xiàn)鎘超標(biāo)率10.65%[4]。水稻過量的鎘積累不僅影響其產(chǎn)量，稻米中的鎘還會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[5]。人體攝入鎘證實(shí)可造成骨質(zhì)疏松癥、貧血、高血壓、腎臟損害等疾病[6]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）聯(lián)合食品添加劑專家委員會(huì)（JECFA）規(guī)定人體每周容許攝入鎘的量為7 mg/kg BW[7]。稻米中鎘積累成為人體鎘暴露的主要途徑之一，如何有效降低稻米中鎘的積累，實(shí)現(xiàn)稻米安全生產(chǎn)亟待解決。

硒（Se）是人體必需營(yíng)養(yǎng)元素之一。中國(guó)有72%地區(qū)，約7億人口處于缺硒狀態(tài)[8]。人體克山病及大骨節(jié)病等地方病的發(fā)生與硒攝入不足密切相關(guān)[9]。中國(guó)居民膳食硒參考攝入量0.06 mg/d，耐受上限0.4 mg/d[10]。近年來，研究表明硒對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用，且硒可以降低植物吸收和積累鎘、鉛、砷等（類）重金屬作用[11-12]。然而有研究表明硒對(duì)植物中鎘的抑制效應(yīng)與施用濃度及硒形態(tài)有關(guān)[13]。納米硒是一種新型硒形態(tài)，與其他形式硒相比，其兼有低毒和高效性質(zhì)的特點(diǎn)，被應(yīng)用于作物硒強(qiáng)化研究[14]。不同濃度亞硒酸鈉和納米硒施用對(duì)不同鎘污染土壤上水稻鎘、硒積累的影響及其硒強(qiáng)化稻米中鎘的膳食攝入是否處于安全水平，研究報(bào)道較少。試驗(yàn)通過研究外源施用不同形態(tài)硒（亞硒酸鈉和納米硒）對(duì)不同鎘污染條件下水稻硒、鎘含量的影響。通過對(duì)稻米中硒、鎘攝入進(jìn)行膳食攝入量及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以期對(duì)鎘污染地區(qū)稻米安全生產(chǎn)、合理施用硒肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

水稻材料（水稻品種選自秈型三系遲熟雜交水稻宜香99E-4）。

電子天平（Mettler-Toledo）；微波消解儀（CEM Mars 6240/50，Matthews，美國(guó)）；博通趕酸架（BHW-09C Heatin Block）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，NEXION 350X，PerkinElmer，美國(guó)）；Millipore超純水儀器（Millipore密理博）。

硝酸（優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥化學(xué)試劑集團(tuán)）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取來自于廣西河池金城江的重金屬污染土（受礦區(qū)污染），其中高污染土壤鎘含量1.62 mg/kg、低污染土壤鎘含量0.50 mg/kg。

采用盆栽試驗(yàn)，以葉面噴施形式，葉面噴施時(shí)期為分蘗期（L）與抽穗期（H），分別設(shè)置納米硒（Nano-Se）和亞硒酸鈉（Se（IV））的濃度0.5和1 mmol/L（以Se計(jì)）。試驗(yàn)共10個(gè)處理，記為L(zhǎng)Cd+Se0mmol/L、LCd+Nano-Se0.5mmol/L、LCd+Nano-Se1mmol/L、LCd+Se(IV)0.5mmol/L、LCd+Se(IV)1mmol/L；HCd+Se0mmol/L、HCd+Nano-Se0.5mmol/L、HCd+Nano-Se1mmol/L、HCd+Se(IV)0.5mmol/L、HCd+Se(IV)1mmol/L，每個(gè)處理3次重復(fù)，共30盆。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 稻米中硒、鎘含量的測(cè)定

稱取0.200 0 g稻米樣品至聚四氟乙烯消解管中，加入5 mL濃硝酸（優(yōu)級(jí)純），搖勻后放置過夜，置于微波消解儀（CEM Mars 6240/50，Matthews，美國(guó)）中消解。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，NEXION 350X，Perkin Elmer，美國(guó)）測(cè)定其鎘、硒含量[15]。測(cè)試過程中以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)芹菜（GBW 10048）作為質(zhì)控樣品，質(zhì)控樣品測(cè)定值均需在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

1.3.2 稻米中鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

采用日攝入量（EDI）和目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（THQ）2個(gè)指標(biāo)評(píng)估居民稻米鎘的暴露風(fēng)險(xiǎn)[16]，如果THQ值小于1，則說明暴露人群沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)，反之，則存在健康風(fēng)險(xiǎn)。其中，日攝入量EDI計(jì)算見式（1）。

式中：iEDI為日攝入量，mg/kg BW；Cr為稻米中鎘含量，mg/kg；Mr為居民每日稻米攝入量，mg/d，按兒童176.8 g/d，成人237.2 g/d計(jì)[17]；WB為人群的平均身體質(zhì)量，kg，成人57.6 kg，兒童28.5 kg[17]。

目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)THQ計(jì)算見式（2）。

式中：aTHQ為目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；Ej為暴露頻率，以365 d/a計(jì)；Ed為暴露年限，以70 a計(jì)；cRfDo為口服參考劑量，mg/（kg·d），鎘的口服參考劑量（cRfDo）1×10-3mg/（kg·d）[18]；tATn為非致癌物的接觸時(shí)間，暴露年限ED×365 d/a，試驗(yàn)假設(shè)為70 a[16]。

1.3.3 稻米中硒膳食攝入量評(píng)估

居民經(jīng)稻米攝入的硒含量可采用日獲取量計(jì)算。

式中：i為居民對(duì)稻米硒含量的日攝入量，mg/d；C為稻米中硒的含量，mg/kg；W為人均攝入量，按兒童176.8g/d，成人237.2g/d計(jì)[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析及作圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s法進(jìn)行多重比較。采用Office Excel 2003和Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面施硒對(duì)鎘污染條件下稻米產(chǎn)量的影響

稻米產(chǎn)量受到鎘污染程度的影響，高鎘污染稻米產(chǎn)量顯著低于低鎘污染稻米（p＜0.05），見圖1。與不施硒處理相比，施硒處理均增加高鎘污染和低鎘污染條件下稻米產(chǎn)量，但增產(chǎn)效果與硒形態(tài)及施用濃度有關(guān)。相比Se 0處理，在低污染和高污染條件下，Nano-Se（1 mg/kg）處理下稻米產(chǎn)量增幅均最大，分別為21.3%和26.3%。

圖1 施硒對(duì)鎘脅迫下水稻產(chǎn)量的影響

2.2 葉面施硒對(duì)鎘污染條件下稻米中鎘含量的影響

稻米中鎘含量與其土壤鎘污染水平相關(guān)，高鎘污染條件下稻米鎘含量顯著高于低鎘污染稻米，且未施用硒時(shí)，高鎘污染條件下稻米中鎘含量達(dá)到0.227 mg/kg，超過中國(guó)食品衛(wèi)生大米鎘限量標(biāo)準(zhǔn)[19]（0.2 mg/kg），見圖2。

施用不同形態(tài)硒（Nano-Se，Se（IV））均可以顯著阻控低鎘和高鎘污染條件下稻米中鎘富集（p＜0.05），但是鎘的阻控效果與硒形態(tài)及濃度有關(guān)。在低鎘污染條件下，施用4個(gè)硒處理（Nano-Se 0.5 mmol/L、Nano-Se 1 mmol/L、Se（IV）0.5 mmol/L、Se（IV）1 mmol/L）后，稻米中鎘含量分別為0.074，0.067，0.082和0.077 mg/kg，與Se 0相比，Nano-Se 1 mmol/L水平處理下稻米鎘含量降幅最大，為42.7%。在高鎘污染條件下，施用4個(gè)硒處理（Nano-Se 0.5 mmol/L、Nano-Se 1 mmol/L、Se（IV）0.5 mmol/L、Se（IV）1 mmol/L）后，稻米中鎘含量分別為0.092，0.081，0.148和0.123 mg/kg，均低于0.200 mg/kg，符合國(guó)家大米鎘的限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2017）[19]。其中，與Se 0 mmol/L相比，Nano-Se 1 mmol/L處理對(duì)高鎘污染條件下稻米中鎘含量降幅達(dá)到64.43%，其對(duì)鎘的阻控效果最佳。

圖2 施硒對(duì)鎘脅迫下稻米鎘含量的影響

2.3 葉面施硒對(duì)鎘污染條件下稻米中硒含量的影響

如圖3所示，施用不同形態(tài)硒（Nano-Se，Se（IV））后，稻米硒含量均達(dá)到富硒水平（DB45/T 1061—2014，0.15～0.50 mg/kg）。在低鎘脅迫下，施硒均顯著增加稻米硒含量（p＜0.05），Se 0 mmol/L、Nano-Se 0.5 mmol/L、Nano-Se 1 mmol/L、Se（IV）0.5 mmol/L、Se（IV）1 mmol/L處理下，稻米硒含量分別為0.063，0.269，0.351，0.280和0.334 mg/kg，與Se 0 mmol/L相比，Nano-Se 1 mmol/L水平處理下稻米硒含量增幅最大，為4.5倍。

在高鎘脅迫下，施硒均顯著增加稻米硒含量（p＜0.05），Se 0 mmol/L、Nano-Se 0.5 mmol/L、Nano-Se 1 mmol/L、Se（IV）0.5 mmol/L、Se（IV）1 mmol/L處理下，稻米硒含量分別為0.059，0.238，0.295，0.221和0.372 mg/kg，與Se 0 mmol/L相比，Nano-Se 1 mmol/L水平處理下稻米硒含量增幅最大，為4倍。

2.4 稻米中鎘的攝入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

基于鎘日攝入量EDI和目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)THQ計(jì)算公式，對(duì)葉面施硒條件下低鎘污染和高鎘污染的稻米鎘膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估（表1）。結(jié)果顯示，在未施用硒時(shí)，兒童食用低鎘和高鎘污染稻米鎘EDI值分別為0.718 mg/kg BW和1.403 mg/kg BW，兒童食用高污染條件下稻米鎘EDI值超出聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）和食品添加劑專家委員會(huì)（JECFA）規(guī)定人體每日容許攝入鎘的上限1 mg/kg BW[7]。而成人食用低鎘和高鎘污染稻米鎘EDI值均符合安全范圍。在施用硒處理后，兒童和成人食用低鎘污染和高鎘污染條件下稻米鎘EDI值均顯著下降，且EDI值在安全范圍內(nèi)（表1）。相比未施用硒處理，兒童的EDI值降低28.99%～42.65%；成人的EDI值降低29.05%～42.70%。

稻米中鎘的THQ值貢獻(xiàn)率結(jié)果顯示，在未施用硒時(shí)，兒童食用低鎘污染條件下稻米鎘THQ值＜1，兒童食用高鎘污染條件下稻米鎘THQ值為1.403＞1，采用葉面施硒后，兒童食用噴硒處理后稻米鎘THQ值下降至0.500～0.917，達(dá)到健康風(fēng)險(xiǎn)安全范圍。成人食用低鎘和高鎘污染稻米鎘THQ值均小于1。因此，兒童和成人食用鎘污染條件下的稻米均存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，尤其是高污染條件下兒童通過稻米食物鏈暴露鎘健康危害尤為嚴(yán)重。

圖3 施硒對(duì)鎘脅迫下稻米硒含量的影響

表1 稻米中鎘攝入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.5 稻米中硒的攝入量評(píng)估

中國(guó)居民膳食硒參考攝入量0.06 mg/d，耐受上限0.4 mg/d[10]。從表2可以看出，通過食用經(jīng)過葉面施用亞硒酸鈉和納米硒處理后的稻米，可以顯著提高兒童和成人的硒攝入量，且未超過居民硒攝入耐受上限量。

表2 硒膳食攝入量

3 討論與結(jié)論

鎘是植物非必需元素，農(nóng)田土壤大量的鎘可導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受抑制[20]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受到高鎘污染稻米產(chǎn)量下降，而葉面施亞硒酸鈉和納米硒均可以提高低鎘和高鎘污染條件下稻米產(chǎn)量，說明施硒可以一定程度緩解鎘污染下水稻產(chǎn)量下降。外源硒施用能夠有效緩解鎘脅迫造成的稻米產(chǎn)量下降，可能是因?yàn)槲岣咚倔w內(nèi)抗氧化系統(tǒng)活性，抑制鎘引起的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，維持水稻正常的光合生產(chǎn)[21]。

水稻是容易吸收富集鎘的主糧作物[22]。因此，采取合適的農(nóng)藝措施降低鎘污染區(qū)稻米鎘含量，以降低居民鎘膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。試驗(yàn)表明，未施硒時(shí)，高鎘污染條件下稻米鎘含量顯著高于低鎘污染的稻米，且高鎘污染條件下稻米鎘含量為0.227 mg/kg，超過國(guó)家大米鎘的限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/kg）[19]。施用亞硒酸鈉和納米硒可抑制鎘向地上部稻米中轉(zhuǎn)運(yùn)，顯著降低稻米中鎘含量，且低鎘和高鎘污染條件下稻米中鎘含量均低于0.200 mg/kg，符合國(guó)家大米鎘的限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2017）[19]。施用硒明顯降低稻米鎘富集，可能是因?yàn)槲苌险{(diào)表達(dá)水稻木質(zhì)素合成相關(guān)基因，促進(jìn)水稻細(xì)胞的木質(zhì)素含量，通過共沉淀作用將鎘固定在細(xì)胞壁，從而減少水稻對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)[23]。施用納米硒1 mg/kg處理鎘的抑制效果最佳，優(yōu)于亞硒酸鈉處理，這可能與其粒徑較小，容易被水稻吸收有關(guān)。此外，硒是人體的必需營(yíng)養(yǎng)元素，然而水稻屬于非聚硒植物類型中含硒量較低的作物[24]。通過葉面施用硒促進(jìn)稻米硒積累的相關(guān)報(bào)道較多[25-26]。施用亞硒酸鈉和納米硒可以抑制稻米鎘富集的同時(shí)提高稻米硒含量，其硒含量均達(dá)到稻米富硒水平（DB45/T1061—2014，0.15～0.50 mg/kg）。

由于鎘經(jīng)過食物鏈可以危害人體健康，而硒攝入缺乏或者過多均對(duì)人體健康有一定影響，評(píng)估施用硒對(duì)不同鎘污染條件下稻米鎘、硒的膳食健康風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。兒童和成人食用鎘污染土壤上未經(jīng)外源硒處理的稻米存在潛在健康風(fēng)險(xiǎn)，且兒童的攝入風(fēng)險(xiǎn)大于成人，兒童和成人食用施用硒處理的稻米均能有效降低稻米鎘攝入風(fēng)險(xiǎn)。此外，通過施用亞硒酸鈉和納米硒后，稻米中硒含量提高可以有效改善居民膳食中硒攝入量，且未超過硒耐受上限量。因此，推薦采用納米硒1 mg/kg作為鎘污染條件下阻控稻米鎘積累，有利于實(shí)現(xiàn)稻米安全生產(chǎn)，降低居民鎘暴露風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)緩解硒營(yíng)養(yǎng)缺乏。