作物富硒研究進展

謝斌　吳文良　郭巖彬　孫宏杰　焦子偉

摘要：硒是人體必需的微量元素，人體中的硒主要來源于作物。對作物富硒，提高作物及人體中硒含量的研究成為人體硒營養改善的一個重要領域和熱點。本文從硒的施入方式和不同作物富硒差異上概述了各種作物富硒的研究進展，并對其根源性因素——土壤因素對作物富硒影響的研究進行了綜述。

關鍵詞：作物；富硒；影響因素

中圖分類號：S-1文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）01-0015-03

收稿日期：2013-05-12

基金項目：國家公益性行業（農業）科研專項 （編號：201303106）。

作者簡介：謝斌（1989—），男，江西宜春人，碩士，主要從事作物富硒研究。E-mail：tonyk138xb@163.com。

通新作者：焦子偉（1973—），男，河南淮陽人，博士，副教授，主要從事微生物促生機理及綠色有機農業綜合調控研究。E-mail： 741285332@qq.com。硒作為一種微量元素于1817年被瑞典科學家Berlius發現并命名[1]。硒具有抗癌、抗氧化、增強機體免疫力、防治心血管疾病、保肝及解毒排毒等作用[2]。中國是個缺硒國家，1982年在《營養學報》上首次公開披露我國72%的地區屬于缺硒或低硒地區，2/3的人口存在不同程度的硒攝入不足[3]。根據GB 13105—1991《食品中硒限量衛生標準》（以Se硒計）：糧食（成品糧）≤0.3 mg/kg，豆類及制品≤0.3 mg/kg，蔬菜（包括薯類）≤0.1 mg/kg，水果≤0.05 mg/kg，肉類（畜、禽）≤0.5 mg/kg，腎≤3.0 mg/kg，魚類≤1.0 mg/kg，蛋類≤0.5 mg/kg，鮮奶類≤0.03 mg/kg，奶粉≤0.15 mg/kg[4]。成年人膳食硒最低需要量為22 μg/d[5]，生理需要量約為40 μg/d[6]。而對于一般地區居民來說，膳食硒最高安全攝入量為400 μg/d[7]。因此，農作物對硒的吸收和富集，以及硒對植物生物學效應的研究引起了廣泛重視[8-9]。近年來，越來越多的研究表明，依據植物對硒吸收積累的營養特性，通過農業技術措施，經過食物鏈系統，由植物吸收轉化，調節硒的含量、價態以及形態的變化，促進硒從土壤向食物鏈的遷移，對于解決缺硒地區硒營養問題、提高人類健康水平具有重要意義[9]。

1各種作物富硒研究進展

1.1不同施入方式影響作物富硒能力

1.1.1自然富硒我國大部分地區存在不同程度的缺硒，也存在一些富含硒的地區。湖北省恩施州是我國迄今發現的第一個高硒區，被譽為“世界硒都”，具有世界上唯一獨立的硒礦床。在湖北恩施煙區土壤硒有98%以上的區域處于“足”和“富”以上的水平，平均含量達到0.63 mg/kg，在恩施的土壤富硒區煙葉硒含量與土壤硒含量表現出極顯著的正相關[10-11]，且恩施州植煙區煙葉硒含量平均為 0.22 mg/kg，高于我國其他煙區[12]。陜西省紫陽縣是我國已發現的第二個高硒區，研究發現紫陽的茶葉中約有70%達到了富硒水平[13]。2003—2006年，江西省首次發現在豐城市含有大面積富硒土壤，面積達524.7 km2，硒含量0.4～0.9 μg/g，平均含量約0538 μg/g[14]；2007年以來，豐城市利用當地豐富的硒資源，全力打造中國生態硒谷品牌及生態富硒產業集群，走出了一條具有地方特色的農業產業道路[15]。其他的如貴州開陽、安徽石臺等地土壤中也含有較多的硒[16]。自然富硒受到自然界中天然硒含量以及土壤理化性質的限制，但自然富硒符合自然規律，能保持自然界的生態平衡[17]。

1.1.2人工富硒人工富硒一般是以亞硒酸鹽或硒酸鹽的形式將硒施入到作物中去，被作物吸收的效率較高。目前人工富硒方法主要有葉面施硒、土壤施硒、硒液浸種等[18]。對冬小麥噴施硒酸鈉溶液發現，小麥中的全硒含量與施硒酸鈉的量呈線性關系。此外，小麥秸稈硒含量、小麥籽粒硒含量與施硒量3者間互呈線性關系[19]。賈朝佩通過對小白菜、生菜等幾種作物進行盆栽試驗，以研究土壤中加入外源硒和葉面噴施外源硒2種方式下作物對硒的吸收效果，發現葉面噴施外源硒比土壤中加入外源硒更有利于作物硒的吸收[20]。硒液浸種試驗表明，低濃度的硒液浸種利于種子的發芽，高濃度的硒液浸種抑制種子的萌發，如對玉米進行硒液浸種，1.5 mg/kg 的硒液最有利于玉米種子的發芽[21]，而最利于番茄、蕓豆種子發芽的硒液濃度分別是4 mg/L和 150 mg/L[22-23]。羅杰等通過盆栽試驗，發現人工施硒能短時間內有效提高水稻中的硒含量，使其接近甚至超過自然富硒土壤區所產出水稻的硒含量[17]。但人工施用的含硒肥料會打破自然界的化學平衡，影響水稻生理期，同時長期使用可能造成環境問題。

1.2不同作物類型吸收硒的能力不同

根據植物對硒的吸收能力的差異，可將植物分為硒積聚植物和硒非積聚植物兩大類[24]。植物中的硒含量差異很大，其范圍從不足1 mg/kg到幾千mg/kg不等[25-26]。不同類型的植物對土壤硒的吸收效率不同，植物對土壤中硒的吸收系數（吸收系數=植物全硒/土壤全硒）大約在10%～50%之間[25]。據蘇琪等研究表明，農作物為低硒植物，其含硒量是：油菜籽>大豆>小麥> 稻谷>蠶豆[27]。蔬菜作物對硒的吸收能力相對要高一些，但對于不同種類的蔬菜，對硒的吸收均存在一定的差異，不同類型蔬菜可食用部分富硒能力依次為：蔥蒜類>白菜類>綠葉菜類>豆類>瓜類>薯芋類>茄果類[28]。

1.3糧食作物富硒

在小麥拔節期、灌漿初期和灌漿中期噴施硒液肥，小麥籽粒中硒含量能比對照高3倍左右[29]。唐玉霞等建議在小麥抽穗期至灌漿初期進行葉面噴施亞硒酸鈉溶液，噴硒濃度以40 mg/L為宜，用液量750 kg/hm2[30]。張洋研究表明，硒肥處理的春小麥收獲后各器官硒濃度大小依次為根>葉>籽粒>莖，硒吸收累積量大小依次為籽粒>莖>葉>根，且硒肥處理能促進不同品種春小麥產量的提高[31]。在黑龍江省低硒地區對小麥、玉米和大豆進行葉面噴硒，籽粒中含硒量的提高幅度與噴硒量呈正相關，葉面噴硒30 g/hm2即可使小麥、玉米和大豆籽粒的硒含量滿足低硒地區居民補硒的需要[32]。張晶等的研究表明，葉面噴硒可明顯提高水稻中的含硒量，大米硒含量隨噴硒濃度的增加而增加，水稻葉、莖，稻谷、大米的硒含量比對照分別增加了544.7%、842.8%、1 575.0%、4 466.7%，噴施100 mg/kg濃度的亞硒酸鈉可滿足富硒大米的要求[33]。

1.4蔬菜富硒

對蔬菜作物在不同生長時期噴硒能產生不同的效果。對青椒、茄子、黃瓜、生菜和小蔥5種蔬菜進行葉面噴硒，噴施效果依次為結果期>開花期>苗期[34]。葉菜類蔬菜對葉面噴施的硒能直接吸收，而果菜類蔬菜則由葉片吸收后再向果實中轉移。孫發仁對6種蔬菜噴施不同濃度的硒，硒含量依次為小白菜>油菜>西葫蘆>番茄>蕓豆>黃瓜，葉菜硒含量提高幅度較大[35]。王晉民等以青花菜、胡蘿卜和大蒜為研究對象，發現既有利于有機硒富集又不致產量降低的Na2SeO3葉面噴施濃度以不超過0.5 mg/L為宜[36]。馮兩蕊等對生菜按一定濃度梯度噴施硒溶液的研究表明，噴施硒的濃度與生菜的富硒量呈正相關，硒溶液對生菜的產量和品質也起到一定的促進作用[37]。宋滿坡等以葉面施硒和土壤施硒2種方式處理芹菜，芹菜葉面噴施硒濃度為60 mg/L、土壤施用硒肥為0.01 g/m2時，對芹菜的生物產量和硒含量促進作用最大[38]。小白菜和蘿卜的含硒量隨土壤施硒量的增加而顯著增加，二者呈線性關系。對番茄葉面噴施亞硒酸鈉，番茄果實在第一次采收時含硒量最高，隨采收時間延后，番茄的含硒量也逐漸降低[39]。

1.5其他作物富硒

除了糧食作物和蔬菜，我國還有許多其他作物的富硒技術研究，如富硒茶、富硒煙等。許春霞等在茶葉新梢生長期間噴施150～180 mg/kg的亞硒酸鈉水溶液，5 d后即可采茶，其成品茶葉含硒量可達富硒茶的標準[40]。恩施煙區土壤基本達到富硒水平，且煙葉中硒含量上部葉最高為 0.18 mg/kg，中部葉和下部葉基本相當，為0.17 mg/kg[10]。大田條件下，對獼猴桃施硒，獼猴桃各部分的硒含量顯著升高，硒在獼猴桃中的累積順序為根>葉>花>果實[41]。

2影響作物富硒的因素

土壤理化性質影響硒在土壤中的存在形態，從而影響作物對硒的吸收[42]。土壤中的硒以不同的形態存在，主要包括硒酸鹽（Ⅵ）、亞硒酸鹽（Ⅳ）、元素硒（0）及有機態硒。土壤全硒代表土壤中各種形態硒的總和，只能作為土壤硒的容量指標。土壤中的有效態硒才是能夠被植物直接利用的硒，這部分硒包括Se（Ⅵ）、水溶性Se（Ⅳ）和極少部分的有機態硒[43]。在缺硒地帶，土壤中的硒主要以非有效態的形式存在，而高硒土壤中則含有較高含量的有效態硒。土壤中有效硒而非全硒是決定植物中硒水平的關鍵[44]。研究發現，幾種不同形態的硒的生物利用率分別為：亞硒酸鈉100%、硒酸鈉739%、硒化鈉41.9%、元素硒7.4%[45]。土壤有效硒與土壤全硒、土壤pH值、土壤陽離子交換量（CEC）、土壤有機質等土壤理化性質有關[43，46]。

2.1土壤全硒

土壤全硒是影響土壤有效硒的決定性因素。土壤有效硒即為土壤可提取的硒，土壤全硒與土壤可提取硒呈線性關系，如陜西紫陽縣土壤全硒與土壤有效硒呈正相關關系（r2=0993 3）[3，47]。恩施土壤富硒區煙葉硒含量與土壤全硒含量相關性顯著；土壤低硒區煙葉硒含量與土壤全硒含量相關性不顯著。表明低硒土壤中有效硒的含量低，而富硒土壤中有效硒含量較高，且與土壤全硒呈正相關關系[11，48]。

2.2土壤pH值

土壤中硒的形態與土壤pH值有密切關系。在酸性土壤中，土壤中的硒難以被植物利用；在堿性土壤中，土壤中的亞硒酸鹽易被氧化為硒酸鹽，這種水溶性硒可迅速被植物利用[49]。pH值對作物硒吸收的影響程度與土壤類型有關，如在沙壤土中，不同pH值對作物的硒吸收影響顯著，在黏土中，不同pH值對作物的硒吸收沒有顯著的影響[50-51]。

2.3土壤陽離子交換量（CEC）

CEC是影響土壤有效硒的重要因素，它不僅影響土壤緩沖能力的大小，也是評價土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依據[48，52]。土壤有效硒隨CEC的增加而增加[53]，趙妍等研究表明，茶園土壤有效硒含量與CEC存在極顯著的正相關關系[52]，也說明了CEC大的土壤其有效硒含量也高。

2.4土壤有機質

土壤有機質對土壤中的硒有吸持作用，硒在表層土壤中的富集與含碳物質的關系密切。宋明義等將有機質與硒的相關關系作圖，發現硒與有機質的線性關系良好（r=0550），表明土壤中有機質對硒元素具有強烈的吸附與固定作用[54]。但土壤中的有機質大量積累時將降低硒對作物的有效性[49-50]。土壤有機質也能與土壤pH值共同作用影響著土壤中硒的有效性，當土壤中的有機質含量高而pH值低，或者有機質含量低而pH值高時，土壤中硒的有效性較高[55]。

2.5其他因素

其他因素如母質類型是導致土壤含硒量高低的主要原因。生物、氣候、地形等對土壤含硒量的消長也起到一定的作用[56]。土壤有效硒與土壤腐殖質也有一定的關系。曹靜祥等發現，土壤水溶性硒與土壤腐殖質呈負相關，這是由于腐殖質與硒的拮抗作用，阻礙了亞硒酸鹽進一步氧化成水溶性硒酸鹽[57]。

3展望

近年來，作物富硒的研究取得了較大進展，明確了不同作物富硒能力的差異及硒施入方式對作物富硒的影響，但仍需作進一步深入研究。今后應加強在作物對硒吸收規律的研究，側重研究土壤硒尤其是有效硒在土壤-植物系統中轉化、遷移機理，有助于作物富硒技術研究，以提高低硒地區作物對硒的利用效率。此外，硒在植物上的生理功能是多樣的，作物富硒不僅影響其硒含量，還會影響到作物的生長發育、產量和品質等。依據生物技術、育種技術、食品加工等相關技術，應對富硒品種選育、優質高產關鍵技術攻關及相關富硒產品開發等方面加以研究，以利于作物富硒研究不斷深入和富硒產業持續發展。

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