土壤硒干预与5种作物集硒特性研究

摘要 ［目的］探究不同施硒浓度对5种作物的影响，了解不同作物的硒吸收及积累特性，为筛选适宜大规模种植的硒蛋白原料提供理论依据。［方法］选用油菜、玉米、洋葱、番茄、绿豆分别代表不同科作物进行盆栽试验，以亚硒酸钠为硒源调控土壤基质中的施硒浓度分别达20、40、60、80 mg/kg，同时以不施硒的基质为对照组（CK），培育作物直至开花期，采收其地上部分并测定其硒含量、蛋白含量及蛋白中的硒含量，结合作物生物学产量计算硒积累量与蛋白中硒积累量，从而分析5种作物对硒的吸收与积累情况，并筛选出适合硒蛋白生产的最佳原料。［结果］玉米、洋葱、绿豆、番茄和油菜最佳施硒浓度 分别为60 、20 、60 、40 、60 mg/kg。在最佳施硒浓度下玉米、洋葱、绿豆、番茄和油菜的蛋白中硒积累量表现为油菜＞玉米＞番茄＞绿豆＞洋葱。［结论］与玉米、洋葱、番茄和绿豆相比，油菜的蛋白含量与蛋白硒含量最高，是潜在优良的硒蛋白来源作物，且在施硒浓度为60 mg/kg时表现出最佳的集硒特性。

关键词 土壤施硒；集硒特性；硒蛋白；硒

中图分类号 S 311  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）01-0143-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.01.032

Research on Soil Selenium Intervention and Accumulation Characteristics of Five Crops

YANG  Tao1， LONG Lan2，SHANG Long-chen1 et al

（1. College of Biological Science and Technology， Hubei Minzu University， Enshi， Hubei  445000;2.  Enshi Tujia & Miao Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences， Enshi， Hubei 445000）

Abstract ［Objective］ To explore the effects of different selenium application concentrations on selenium accumulation in five kinds of crops， so as to provide a theoretical basis for understanding the characteristics of selenium absorption and accumulation in different crops and screening selenium-containing protein extraction materials suitable for large-scale planting. ［Method］ Rape， corn， onion， tomato， and mung bean were selected to represent crops for pot experiment. Sodium selenite was used as the selenium source to control the soil selenium concentration to reach 20， 40， 60 and 80 mg/kg， respectively，taking no selenium soil as the control group （CK）. The crops were cultivated until the flowering stage. The aerial parts were harvested and the selenium content， protein content and selenium content in protein were determined， and the accumulation of selenium and the accumulation of selenium in protein were calculated in combination with the biological yield of crops， so as to analyze the absorption and accumulation of selenium by five crops， and analyze the selenium accumulation and accumulation of 5 crops. Screen out the best raw material suitable for selenium containing protein production. ［Result］The optimum selenium application concentrations for corn， onion， mung bean， tomato and rapeseed were 60， 20， 60， 40 and 60 mg/kg. The relationship between the accumulation of selenium in protein of corn， onion， mung bean， tomato and rapeseed at the optimum selenium application concentration was in the following order： rape>corn>tomato>mung bean>onion. ［Conclusion］Compared with corn， onion， tomato and mung bean， rapeseed has the highest protein content and protein selenium content， which is a potential good source of selenium containing protein， and shows the best selenium accumulation characteristics when the selenium concentration is 60 mg/kg.

Key words Soil application of selenium;Selenium collection characteristics;Selenium containing protein;Selenium

基金项目 武汉市对口帮扶恩施州项目“硒蛋白产业化关键技术研究与应用”（21001）。

作者简介 杨涛（1998—），男，山东郓城人，硕士研究生，研究方向：植物硒肽制备及其活性。

通信作者，正高级农艺师，从事生物技术与植物提取研究。

收稿日期 2022-07-05

硒是人体必需的微量元素，硒缺乏会导致大骨节病、克山病等疾病［1］。国内仅湖北恩施、陕西紫阳两地是当前已探明的富硒区，其他大部分地区土壤均表现出一定的低硒或缺硒状况，由此导致在地区种植的农作物难以达到富硒标准［2］。在人口剧增与倡导大健康的时代背景下，食用富硒农产品及其加工产品是当前缺硒地区人群最有效、最直接与最安全的补硒途径［3-5］。目前，硒的生物强化主要是通过土壤施硒、叶面喷硒以及营养液水培等方式来提高农作物的硒含量［6］。但相较而言，叶面喷硒易形成表面残留，存在食品安全风险，而营养液水培多用于水培植物且不适宜大规模生产。因此，使用土壤施加硒肥方式是改善缺硒地区农作物硒营养状况的有效途径。昝亚玲等［7］以硒酸钠为硒源，在不同硒浓度土壤中种植向日葵，结果表明，200 mg/kg组籽粒硒含量相较于对照组硒含量增加了156.8%。马小艳等［8］探究了硒酸钠对小麦各器官硒聚集能力的影响，结果表明，施硒增加了小麦产量及地上生物量，提高了小麦各器官的硒含量，并促进了小麦对微量元素硒的利用。

研究表明，部分植物吸收土壤、水分以及肥料中的硒元素，往往以硒代半胱氨酸形式特异性插入到蛋白质中并储存在植物体内［9］。硒蛋白除具备蛋白质本身的营养特性外，还具有硒的抗氧化、抗炎、抗癌、改善免疫应答等多种生物学功能［10-14］。由于植物源硒蛋白具有来源广泛、获得成本低、环境友好度高等特点，其研究与商业价值备受学者关注［15］。研究表明，不同科植物对硒的耐受、吸收能力存在差异，集硒能力表现为十字花科＞百合科＞豆科＞禾本科［16］，而目前有关农作物植株富硒、耐硒力的研究相对较少。笔者以5种不同科常见作物为研究对象，探究其在不同浓度硒处理下硒的吸收能力，揭示其硒积累与耐受特性，筛选出最适合种植的施硒浓度及最优的硒蛋白生产原料，从而为硒蛋白的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料基本信息见表1。

仪器设备：BJ-1000A样品粉碎机（杭州拜杰科技有限公司）；GXZ-9140数显鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；AFS-9760双道原子荧光光度计（北京海光仪器公司）；MARS6微波消解仪（美国CEM公司）；K9860全自动凯式定氮仪（郑州海能仪器公司）；SH220F石墨消解仪器（海能仪器公司）；UPH-I-20T型超纯水制造系统（成都超纯科技有限公司）；B11-2恒温磁力搅拌器（上海凌仪生物有限公司）。

试剂：亚硒酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、硼酸、硫酸钾、硫酸铜、浓硫酸、硼氢化钾、过氧化氢、硫酸、95%乙醇、硫酸铵、氯化钡均为分析纯；氢氧化钠、过氧化氢、硝酸、盐酸均为优级纯；考马斯亮蓝G250、溴甲酚绿；甲基红；硒标准品GSB-04-1751-2004。

1.2 盆栽试验设计

盆栽试验在2021年4—9月于恩施州农业科学院（109°29′11.77″E、30°16′12.44″N）园区大棚进行作物种植。2021年4月向土壤基质中加入Na2SeO3（分析纯）调节营养液，使土壤中Se浓度达20、40、60、80 mg/kg，同时以不施硒基质为对照组（CK），充分混匀后加入30 cm×20 cm（直径×高）的塑料盆中，保持土壤湿度为60%。筛选颗粒大小均匀的种子播种，其中，玉米、番茄、油菜每盆3株，绿豆每盆30～40株，洋葱每盆5株，每种浓度设置4次重复。播种后定期观察并适量浇水。

1.3 样品采收及预处理

开花期采收植株地上部分，清水洗净后烘干、称重，粉碎后过80目筛储存备用。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 作物与土壤硒含量测定。作物硒含量测定参照国标《GB 5009.93—2017食品安全国家标准 食品中硒的测定》第一法：氢化物原子荧光光谱法-微波消解仪法，土壤硒含量测定参照严绮莉［17］的氢化物原子荧光光谱-微波消解法。

1.4.2

作物硒积累计算。样品硒积累量可反映出作物对硒积累能力，硒积累量计算公式：

硒积累量=作物干重总质量×硒含量

1.4.3 蛋白含量测定。样品蛋白含量测定参照国标《GB 5009.5—2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》第一法：自动凯式定氮仪法。

1.4.4

蛋白硒含量测定。参照唐巧玉［18］的方法并略作修改。称取1 g原料，按照料液比1∶20、提取温度60 ℃、提取时间3 h、碱液浓度0.25 mol/L的提取条件提取粗蛋白，加入硫酸铵使溶液达到4 ℃硫酸铵溶解度的50%，4 ℃冷藏放置过夜，12 000 r/min、4 ℃离心后取沉淀加入5 mL提取液至透析袋透析24 h，透析后测定硒含量及利用考马斯亮蓝法测定蛋白含量。

1.4.5 蛋白中硒积累量计算。蛋白中硒积累量反映出蛋白与硒结合量，进而判断出最适合生产硒蛋白的最佳原料，计算公式：

蛋白中硒积累量=蛋白硒含量×蛋白含量

1.5 数据处理

分别采用SPSS Statistics 21和 OriginPro 2022对试验数据进行统计分析及可视化处理。