植煙土壤適宜施硒量研究

黎妍妍，王 林，彭五星，孫玉曉，王海明，李進平，李錫宏*

（1.湖北省煙草科學研究院，武漢 430030；2.華中農業大學植物科技學院，武漢 430070；3.湖北中煙工業有限責任公司，武漢 430040；4.恩施州煙草公司宣恩縣煙葉分公司，湖北 宣恩 445500）

植煙土壤適宜施硒量研究

黎妍妍1，2，王 林3，彭五星4，孫玉曉4，王海明3，李進平1，李錫宏1*

（1.湖北省煙草科學研究院，武漢 430030；2.華中農業大學植物科技學院，武漢 430070；3.湖北中煙工業有限責任公司，武漢 430040；4.恩施州煙草公司宣恩縣煙葉分公司，湖北 宣恩 445500）

采用大田試驗方式，在硒含量較低的土壤上施用亞硒酸鈉，分析其對烤后煙葉硒含量、品質及卷煙產品安全性的影響，確定了植煙土壤適宜施硒量。結果表明：（1）烤后煙葉硒含量隨土壤施硒量增加呈現拋物線趨勢，當土壤施用亞硒酸鈉量為13.50 kg/hm2時，煙葉硒含量最高。（2）土壤施用亞硒酸鈉為6.75～11.25 kg/hm2時，煙葉煙堿等化學成分含量較適宜、可用性較高，評吸質量較好。（3）富硒煙葉可降低卷煙產品細胞急性毒性、致突變能力以及誘導細胞活性氧產生的能力。通過綜合分析土壤施硒量對以上各種指標的影響，確定植煙土壤施用亞硒酸鈉的適宜量為6.75～11.25 kg/hm2。

植煙土壤；硒；適宜量

硒是人和動物必需的微量元素之一，它具有抗癌、清除體內自由基、抗膜脂過氧化、防止衰老等作用［1］。煙草是一種吸食性葉用經濟作物，其在燃燒時，硒能夠轉移到煙氣中［2-3］，進而通過吸食進入人體。因此，適當增加煙葉含硒量有利于吸煙者的健康［3］，降低煙氣中有害物質尤其是焦油的含量和毒性，可抑制腫瘤的產生，減輕吸煙對人體健康的危害［4］。目前，在硒缺乏地區通過土壤施用或葉面噴施等方式補充微量元素硒，可促進煙葉生長發育，提高煙葉產質量［5-8］。然而過量硒也會帶來一定的負面作用，高濃度硒對作物葉綠素及抗氧化酶體系均有一定影響［9-12］。因此，進行硒施用量閾值研究具有重要意義。本研究通過分析土壤不同施硒量對煙葉品質及卷煙產品安全性的影響，確定了植煙土壤適宜施硒量，以期為更合理利用硒元素提供科學技術支撐。

1　材料與方法

1.1試驗地點

供試煙草品種為云煙87。試驗在宣恩縣曉關侗族鄉（E109°25′636″、N30°20′040″，海拔1150 m）實施，土壤中全硒含量0.103 mg/kg，根據譚見安等［13］研究標準，為缺硒土壤。試驗田塊地勢平整，土壤肥力均勻，排灌方便。

1.2試驗設計

試驗用硒為分析純亞硒酸鈉。采取大田試驗，共設置9個處理，亞硒酸鈉施用量分別為0、2.25、4.50、6.75、9.00、11.25、13.50、15.75、18.00 kg/hm2。煙草種植密度為15 000 株/hm2。每處理重復3次，每小區植煙 100株，隨機區組排列。復合肥m（N）:m（P2O5）:m（K2O）=8:12:20與亞硒酸鈉一起于整地前施入，起壟時混勻。其中氮肥作為基肥施入2/3，煙苗移栽后25 d再以追肥的形式施入另外1/3。

1.3測定指標

1.3.1煙葉總硒含量和化學成分測定 每小區煙葉分類掛牌，標記烘烤。取烤后中部煙葉，測定煙葉總硒含量和總植物堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯等化學成分，煙葉總硒含量測定依據YC/T 221進行；化學成分測定參照YC/T 161、YC/T 160、YC/T 162、YC/T 159進行，并計算氮堿比、糖堿比、鉀氯比。

化學成分可用性指數采用模糊數學中的指數和法［14］進行計算。本文以總植物堿、總氮、還原糖、鉀、氮堿比、糖堿比、鉀氯比為指標，化學成分各指標所屬的隸屬函數類型及其轉折點參照文獻［15］，各品質指標的權重值采用可降低空間維數的主成分分析法進行確定。

1.3.2煙葉評吸質量評價指標與標準 煙葉樣品卷制由湖北中煙工業有限責任公司技術中心完成，卷制標準達到國際吸煙標準（ISO4387）規格要求。煙葉評吸質量由湖北中煙工業有限責任公司進行打分鑒評，各指標具體評價標準見表1。

表1　煙葉評吸質量評價標準Table 1 The standard for evaluating smoking quality of tobacco

1.3.3卷煙產品安全性評價 根據土壤施硒對煙葉硒含量的影響，選取不同硒含量的煙葉進行卷制，以不施硒的煙葉作為對照（FX0），以土壤施硒量4.50、11.25、13.50 kg/hm2的煙葉作為處理（分別為FX1、FX2、FX3），由軍事醫學科學院對其完成卷煙樣品安全性評價。評價內容包括：（1）卷煙煙氣凝集物（CSC）的細胞毒性；（2）卷煙煙氣的鼠傷寒沙門氏菌誘變性試驗；（3）卷煙煙氣的細胞活性氧檢測。

2　結　果

2.1土壤施硒對烤后煙葉總硒含量的影響

圖1　土壤施硒對中部煙葉總硒含量的影響Fig. 1 The influence of the application of selenium in soils on total selenium content of tobacco

2.2土壤施硒對烤后煙葉品質的影響

2.2.1土壤施硒對煙葉化學成分的影響 對中部煙葉化學成分進行了分析，結果發現（表2），施硒量為6.75～11.25 kg/hm2時，煙葉總植物堿、總氮含量顯著低于對照和其他施硒處理，而鉀含量和氮堿比、糖堿比顯著高于對照和其他施硒處理，表明在缺硒土壤中施用適量的硒可改善煙葉品質。

表2　土壤施硒對煙葉化學成分的影響Table 2 The influence of the application of selenium in soils on chemical components of tobacco

以總植物堿、總氮、還原糖、鉀、氮堿比、糖堿比、鉀氯比為指標，采用指數和法計算了煙葉化學成分可用性指數。圖2表明，煙葉化學成分可用性指數隨土壤施硒量呈現拋物線趨勢，以土壤施硒量為自變量（x）、煙葉化學成分可用性為因變量（y2）進行回歸分析，建立的回歸方程為：y2=-0.764x2+ 7.162x+54.070（r=0.777**）。當土壤施硒量為2.25～11.25 kg/hm2時，煙葉化學成分可用性指數較對照有所提升，其中以施硒量為6.75～11.25 kg/hm2時，提升幅度（18.34%～21.77%）明顯；當土壤施硒量≥13.50 kg/hm2時，煙葉化學成分可用性較對照則有所降低，降低幅度約為5.50%。

圖2　土壤施硒量對煙葉化學成分可用性的影響Fig. 2 The influence of the application of selenium in soils on the chemical component usability of tobacco

2.2.2土壤施硒對煙葉評吸質量的影響 由表3可見，各處理間煙葉評吸質量不存在顯著差異，但當土壤施硒量低于11.25 kg/hm2時，煙葉感官質量較對照有所提升，總分高1.0～2.5分，香氣質、余味稍有改善，雜氣稍有減輕；土壤施硒量≥13.50 kg/hm2時，煙葉感官質量與對照相當。

表3　土壤施硒對煙葉評吸質量的影響Table 3 The influence of the application of selenium in soils on smoking quality of tobacco

2.3卷煙產品安全性評價

2.3.1細胞急性毒性檢測 IC50是細胞毒性指標半數抑制濃度，其值越低說明細胞毒性越大。由表4可見，FX1～FX3卷煙煙氣IC50值均高于FX0（對照），表明煙葉硒含量升高有利于降低細胞毒性。

表4　細胞急性毒性試驗Table 4 The results of acute cytotoxicity test

2.3.2鼠傷寒沙門氏菌誘變性（Ames）試驗 以小鼠為對象，分析了富硒卷煙的細菌致突變能力。TA98菌主要檢測引起各種移碼型突變的誘變劑，卷煙煙氣對TA98菌具有致突變作用，并存在較好的劑量效應關系（圖3），比較各種卷煙的致突變能力（斜率值，表5），由高到低依次為：FX0＞ FX3＞FX1＞FX2，表明煙葉硒含量增加可明顯降低致突變能力。

圖3　鼠傷寒沙門氏菌誘變性試驗Fig. 3 Results of Salmonella typhimurium mutagenicity test

2.3.3細胞活性氧檢測 相對熒光值越強，經卷煙誘導的活性氧產生越多，說明卷煙誘導活性氧產生的能力越強。TPM染毒后細胞內活性氧檢測結果見圖4。相對熒光強度與染毒劑量間存在較好的劑量效應關系（表5），毒性比較為：FX0＞FX1＞FX2≈FX3，表明煙葉硒含量增加可明顯降低卷煙誘導細胞活性氧產生能力。

圖4　細胞活性氧檢測Fig. 4 Results of cell active oxygen detection

表5　各處理突變菌落數（y3）、相對熒光強度（y4）與染毒劑量（x）間的線性關系Table 5 The relationship between the colony numbers of mutations（y3）， relative intensity of fluorescence（y4） and exposure doses （x）

3　討　論

我國目前大約有72%的縣（市）存在不同程度的缺硒，其中1/3的地區為嚴重缺硒區［16］。通過施硒提高作物硒含量，是防治硒缺乏的有效措施［17］。許自成等［12］、張琳等［18］、Han［19］等通過盆栽試驗證明，隨著土壤施硒量的增加，煙草生育期內葉片中的硒含量逐漸增加。以往研究主要分析了土壤施硒量對生育期內煙葉硒含量的影響，但關于其對烤后煙葉硒含量的影響鮮有報道。本研究發現烤后煙葉硒含量隨土壤施硒量呈現先增后減的趨勢，以土壤施硒量13.50 kg/hm2時最高。烤后煙葉中硒含量的變化可以考慮是內在遺傳因素和外界烘烤條件共同作用的結果。

據報道，硒符合必需元素對生物體效應的Bertrand生物劑量規律，低濃度硒能夠促進作物生長，但硒過量則對植物生長產生一定的毒害作用［20-22］。以往研究通過分析土壤施用亞硒酸鈉對煙葉生長發育、光合作用、抗氧化酶等指標的影響，確定了不同的適宜土壤施硒量。許自成等［12］研究表明，低濃度Se（≤8 mg/kg）對烤煙葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量有促進作用，可提高烤煙葉片中SOD、POD活性。樊俊等［17］確定適量Se（Ⅳ）濃度（1～10 mg/kg）對煙株生長發育和生物量的增加具有一定促進作用。王瑞等［23］發現適量土壤施硒水平（2.5和5 mg/kg）可以延緩光合功能的衰退，延長光合同化產物的積累時間，有利于葉片干物質積累和增加總糖含量。盡管這些指標對煙葉生長尤為重要，但煙葉作為一種重要的葉用經濟作物，其吸食性及安全性與人類健康密切相關，因此卷煙產品的品質和安全性更應該成為確定合理施硒量的依據。

通過分析土壤施硒對化學成分和評吸質量的影響，發現只有在一定濃度范圍內對土壤補硒才能提升煙葉的品質，超出此濃度范圍則會對煙葉品質產生負面影響。當土壤施硒量為6.75～11.25 kg/hm2時，煙葉煙堿等化學成分含量較適宜、化學成分可用性較高，此土壤施硒量范圍內煙葉評吸質量也表現較好；而當土壤施硒量高于11.25 kg/hm2時，煙葉品質則有明顯下降；其原因可能是施硒量增加后煙葉中無機硒Se（Ⅵ）和Se（Ⅳ）含量增加，而無機硒的增多可破壞活性氧（ROS）的平衡和提高MDA的含量［19］，進而對煙草產生毒害作用。同時，煙葉硒含量升高可降低卷煙產品細胞急性毒性、致突變能力以及誘導細胞活性氧產生的能力，因此通過土壤施硒來提高煙葉硒含量進而增強卷煙產品安全性是可行的，以土壤施硒量11.25 kg/hm2左右表現較好。

本研究通過綜合分析土壤施硒量對煙葉硒含量、品質及安全性的影響，確定植煙土壤適宜的施硒量為6.75～11.25 kg/hm2，這對更有效地利用硒元素及合理進行煙葉種植布局具有重要意義。

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Study on the Suitable Application of Selenium in Tobacco-planting Soils

LI Yanyan1，2， WANG Lin3， PENG Wuxing4， SUN Yuxiao4， WANG Haiming3， LI Jinping1， LI Xihong1*
（1. Tobacco Research Institute of Hubei Province， Wuhan 430030， China； 2. College of Plant Science & Technology of Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China； 3. Hubei Tobacco Industry Co.， Ltd.， Wuhan 430040， China； 4. Xuanen Branch of Enshi Tobacco Company， Xuanen， Hubei 445000， China）

Based on field experiments， the influence of the application of sodium selenite in selenium-deficient soils on selenium content， quality of flue-cured tobacco and the safety of cigarette were analyzed， and the suitable application amount was determined. The results indicated that: （1） The selenium contents of flue-cured tobacco showed a parabolic trend with the increase of the application amount of sodium selenite， with the highest selenium content observed when the application amount was 13.50 kg/ha. （2） When the application amount of sodium selenite in soils ranged from 6.75 to 11.25 kg/ha， the contents of chemical components in tobacco leaves were suitable， the chemical component usability and the smoking quality of tobacco were better. （3） Acute toxicity，mutagenic ability and the ability of inducing oxygen free radicals of selenium-rich cigarettes were lower than that of seleniumdeficient cigarettes. By comprehensively analyzing， the suitable application amount of sodium selenite in tobacco-planting soils was determined as 6.75-11.25 kg/ha.

tobacco-planting soils； selenium； suitable application amount

S572.062

1007-5119（2016）04-0001-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.04.001

中國煙草總公司科技重大專項項目“富硒低危害煙葉研究與開發”（TS-06-20110040）

黎妍妍（1982-），女，高級農藝師，在讀博士，主要從事特色煙開發和煙草植保工作。E-mail：yanyanli0025@126.com*通信作者，E-mail：lxh885@126.com

2015-12-30

2016-02-17