貴州白及土壤與植株間硒的相關性

周鑫偉，張家春，孫 超，2*，楊加文，王 永，熊鵬飛

(1.貴州省植物園，貴州 貴陽 550004；2.中國科學院貴州省天然產物化學重點實驗室，貴州 貴陽 550002)

【研究意義】人體必需微量元素是核酸、酶、維生素的必要組成成分，參與人體的整個代謝過程，對人體的健康至關重要[1]。微量元素硒是重要的人體必需微量元素之一，有研究表明，硒在人體中的缺乏程度僅次于鐵、鋅及碘[2-4]。但硒在人體中具有重要的營養作用，其具有抗氧化、預防癌變、提高免疫力等多方面功能，在預防腫瘤、心腦血管疾病、糖尿病、上呼吸道感染等方面亦具有獨特作用；同時，該元素還可以作為重金屬鉛、汞、砷及亞硝酸鹽等的解毒劑[5-7]。硒在自然界中的存在形態主要分為無機硒和有機硒2種，其中無機硒是指亞硒酸鈉和硒酸鈉，有機硒主要指含硒氨基酸和含硒蛋白質；無機硒生物利用率低且毒性大，而有機硒生物利用度高且無毒，具有一定的生物活性，和人體代謝密切相關[8]。然而人體自身不能合成微量元素硒，目前人類主要通過食物鏈攝取人體必需的硒。為滿足人體對硒的需求量，開發富硒農產品具有較好的前景和重要的經濟意義。【前人研究進展】在回歸大自然的背景下，中醫因其綠色和副作用小而受到人們青睞。藥用植物作物是中醫的基礎物質，其中有效化學成分十分復雜，主要包括生物堿、苷類、多糖、氨基酸、蛋白質和油脂等[9]。多糖作為藥用植物的主要活性成分之一，可通過與硒的結合形成同時具備硒和多糖兩者活性的有機硒化合物——硒多糖[10]。研究表明，硒多糖在抗氧化、抗腫瘤、提高機體免疫力、降血糖血脂、抗重金屬、抗菌等方面具有廣泛的應用，但其化學結構具有復雜性、來源具有多樣性，因此藥用植物硒多糖已成為研究熱點和難點[11-13]。白及[Bletillastriata(Thunb.)Reichb.f.]是蘭科白及屬植物，主要分布在貴州、廣西、安徽、四川、云南、陜西和甘肅等地[14]。其味苦，微寒，有止血收斂、消腫生肌的功效[15]。白及多糖是白及的主要藥用成分，豐富的白及多糖讓白及具有極大的潛力應用于硒多糖的研究和開發。白及硒多糖的研究與開發，與白及塊莖中硒的含量及白及對硒的吸收富集有關。因此，探究白及土壤及植株全硒含量特征對居民健康以及農業發展具有重要意義。【本研究切入點】目前，鮮見有關白及土壤與植株間硒的相關關系的報道。【擬解決的關鍵問題】因此，對不同生長環境、種植年限白及土壤中全硒的含量進行檢測，三年生白及不同采摘時期、不同部位硒元素含量進行系統研究，以期為白及富硒資源的合理開發及保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

施秉縣位于貴州省黔東南苗族侗族自治州西北部，處于東經107°52′37"～108°28′47"，北緯26°46′46"～27°20′16"。其地勢由西、西北向東、東南部逐漸降低，地勢起伏大，地貌類型多，巖溶地貌發育。施秉縣屬亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候具有季風性、高原性特點。夏無酷暑，冬無嚴寒，溫和濕潤，太陽輻射弱，日照時數少，年總輻射3538 MJ/m2，日照時數1197 h。平均海拔526 m，年平均氣溫14～16 ℃，年總積溫5500 ℃，無霜期225～94 d，年降水量1060～1200 mm，常年主導風為東北風。土壤以黑色石灰土占多，黃壤次之，兼有黃棕壤、紫色土和潮土。

1.2 材料

白及植株：采自施秉縣。

儀器：電感耦合等離子體-質譜儀(OptimaTM2100DV，美國Perkin Elmer公司)，原子熒光光譜儀(SA-20型)。

試劑：所用硝酸、氫氟酸、鹽酸、高氯酸均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。試驗所用標準儲備液購買于國家標準物質研究中心，然后逐級稀釋配成相應濃度的標準溶液上機。試驗用水為去離子水。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 研究試驗樣品涉及土壤樣品和植株樣品，其中土壤樣品按不同生長環境和不同種植年限進行取樣，生長環境分為野生環境和人工種植2種類型；植株樣品來源人工種植環境，按種植年限采集種植1、2、3年的白及塊莖樣品；以種植3年的白及植株，按須根、塊莖和葉3個部位，分布采集7-10月不同部位的植株樣品。

1.3.2 樣品采集與制備 于2018年7-10月，按種植年限采集施秉縣大田種植的1～3年生白及生長土壤及對應白及塊莖。

白及植株硒元素動態研究以施秉縣大田種植的3年生白及植株為研究對象，并分為白及塊莖、根和葉子3個部位處理，在7、8、9和10月采集，共采集白及植株樣品12個(每個樣品為5株白及植株的混合樣)。將白及植株樣品用自來水清洗，并帶回實驗室用去離子水洗去泥土，按白及塊莖、根和葉子3個部位分類，白及根、葉150 ℃殺青。將洗凈的白及塊莖用沸水煮至無白心后取出自然風干，風干后用粉碎機粉碎，過60目篩充分混合均勻備用。

不同生長環境以人工種植和野生生長環境的土壤為研究對象，人工種植土壤為施秉縣種植土壤，野生生長土壤為正安縣和獨山縣野生白及生長土壤。以梅花形多點采樣法采集，垂直采集地表至20 cm深處的土層，保證上下采集均勻， 去除草根、礫石等非土壤雜物，混勻并用四分法取約2 kg。采回的土壤樣品及時自然風干，嚴禁暴曬，并注意防止酸、堿等氣體及灰塵污染。在風干過程中，適時翻動，并將大土塊捏碎以加速干燥，同時剔除土壤以外的雜物。壓碎、過孔徑為2 mm 的尼龍篩。未過篩的土粒必須重新碾壓過篩，直至全部樣品通過2 mm 孔徑篩為止。取過篩后土壤樣品100 g，裝入干凈牛皮紙袋送實驗室做進一步處理和化學分析。

1.3.3 土壤與植株硒的測定 植物中硒元素采用電感耦合等離子體-質譜儀進行測定。準確稱取試樣2.5g，采用HNO3-HClO4加熱消解，以ICP-MS測定，所有樣品均做相應的試劑空白，每10個樣品加1個空白樣，采用平行樣和國家標樣進行準確度控制[16]。土壤中硒元素采用原子熒光光譜儀(SA-20型)進行檢測。氫氟酸-硝酸分解樣品，高氯酸冒煙，鹽酸溶解并入鐵鹽，硼氫化鉀還原，原子熒光光譜法測定硒元素的含量，方法檢出限為0.004 mg/kg[17]。

1.3.4 硒富集系數 元素富集系數=樣品中某元素的含量/土壤中某元素的含量。

2 結果與分析

2.1 白及不同種植年限生長土壤的硒含量

從表1可知，2年生白及種植土壤硒元素含量變異系數最高，為72.72 %，不同種植年限土壤硒元素含量變異系數隨種植年限的變化規律為2年生>1年生>3年生，不同種植年限白及生長土壤硒元素含量的變異系數均屬于中等變異，硒元素平均含量存在顯著差異，種植3年的土壤硒元素含量達8.78 mg/kg，顯著高于種植1和2年，種植1和2年的土壤硒含量差異不顯著。

表1 白及不同種植年限生長土壤的硒含量Table 1 Se content in soil cultivated B. striata with different planting years

2.2 白及不同生長環境土壤的硒含量

經測定，野生白及硒含量為13.25 mg/kg，人工栽培的白及硒含量為4.86 mg/kg，野生白及生長的土壤硒元素含量遠遠高于人工栽培的白及土壤硒含量，前者硒元素含量約為后者的3倍。

2.3 白及不同種植年限植株的硒含量

2.3.1 塊莖 從表2看出，不同種植年限白及塊莖的硒含量為1年生>3年生>2年生，1年生和3年生間差異不顯著，但顯著高于2年。從變異系數來看，1年生白及塊莖硒含量的變異系數最小，2年生的最大。

表2 白及不同種植年塊莖的硒含量Table 2 Se content in B. striata tubers with different planting years

2.3.2 不同部位的硒含量 從表3可知，不同部位硒含量依次為葉>須根>塊莖，葉中硒含量顯著高于塊莖和須根。從圖1可看出，白及葉中硒的平均含量在10月最高，隨采收時間的推后葉中硒含量呈先降后升，表現為10月>7月>8月>9月；須根中硒含量隨采收時間的推后表現為先減小后升高，以7月的硒含量最大，總體為7月>10月>9月>8月；白及的藥用部位為白及塊莖，塊莖中硒的含量隨采收時間的變化不明顯。

圖1 白及不同部位不同采集時間的硒含量變化Fig.1 Se content variation in different parts of B. striata at different harvesting time

表3 白及不同部位的硒含量Table 3 Se content in different parts of B. striata

2.4 土壤與白及植株硒含量的相關性

從表4可知，白及葉中的硒含量與土壤中的硒含量呈顯著正相關關系，白及須根中的硒含量與土壤中的硒含量呈顯著負相關關系，其余相關性不明顯。

表4 白及土壤植株各部位硒含量的相關系數Table 4 Correlation coefficient of Se content in soil and each part of B. striata

3 結論與討論

土壤作為中藥材種植的基本場所，也是影響微量元素硒在土壤-植物-動物和人的生態系統中豐缺的最基本因素。1989年調查發現，我國有72 %的地方為缺硒地區，而2017年為51 %，但我國依然是缺硒國家。何亞林[18]對貴州地區土壤中的硒進行了較為廣泛的采樣和分析發現，貴州表層土壤中全硒含量為0.064～1.326 mg/kg，平均0.369 mg/kg。研究中，貴州白及生長土壤表層全硒含量為0.658～15.760 mg/kg，平均5.974 mg/kg。與我國土壤表層全硒含量的平均值(0.290 mg/kg)相比，貴州白及生長土壤表層全硒含量約是全國平均值的20倍；與貴州省土壤表層全硒含量背景值相比，貴州白及生長土壤表層全硒含量約是貴州省平均值的16倍。根據土壤硒含量標準，土壤含硒量在0.400 mg/kg以下，就屬于貧硒土壤；而土壤含量在0.400～3.00 mg/kg時為富硒土壤；大于3.00 mg/kg時硒元素含量極高，為硒過量土壤。研究表明，貴州白及生長表層土壤(人工栽培及野生土壤兩者的平均值)為富硒土壤。

藥用植物中微量元素含量水平與生長土壤中該元素水平密切相關，絕大部分農作物產品硒最終仍然通過土壤獲得。土壤硒含量水平與土壤環境有關，研究發現，影響土壤硒含量的主要因素是成土母質，但土壤pH、有機碳及鐵和鋁的含量對土壤全硒含量的富集與分布也有一定影響[19]。白及是多年生草本植物，隨著對白及認識的加深，野生白及已經不能滿足市場對白及用量日益增加的需要，為了滿足白及市場不斷增加的需求，加大了對白及的人工栽培種植。研究對不同種植年限及生長環境下白及生長土壤全硒含量進行分析，種植3年的白及生長土壤硒元素含量(8.78 mg/kg)顯著高于種植1年和2年的，但種植1年與種植2年的差異不顯著。3年生白及種植的土壤，屬于土壤硒過量；而野生白及生長的土壤硒元素含量遠遠高于人工栽培的白及土壤硒含量，屬于土壤硒過量。有研究指出，土壤硒含量過低可引起人和動物的多種疾患乃至癌癥，而含量過高又會引起中毒。為保障人體健康，應對白及生長土壤硒含量的安全性及有效性評價。

在一定范圍內，植物含硒量隨土壤總硒含量的增加而增加[20]。生長在高硒土壤上的植物含硒量顯著高于缺硒或低硒土壤上的植物[21]。不同種植年限下白及塊莖的硒含量變化規律與土壤中的變化規律不同，為1年生>3年生>2年生，1年生和3年生白及塊莖的硒含量差異不顯著，但顯著高于2年生白及塊莖。研究中土壤和白及塊莖中的全硒含量隨種植年限的變化規律不同，這可能與土壤中硒的有效性有關。植物硒被認為是人體攝入硒的主要來源，土壤硒水平低下或者其有效性低均可導致植物硒含量偏低。土壤中硒的形態各異，其中能被植物吸收的是土壤的有效硒，包括硒酸鹽、部分亞硒酸鹽和有機硒化合物[15]。土壤有效硒而非土壤全硒，是決定食物鏈系統中硒水平的關鍵因素，土壤中硒的生物有效性受多種因素的影響，主要包括土壤中硒的形態、土壤質地、土壤有機質、土壤pH、植物種類等。

白及硒含量由高到低為葉>根>塊莖，葉中的硒含量顯著高于塊莖和須根。從不同部位硒含量來看，白及葉作為非藥用部位具有極大的開發潛力。白及系多年生草本植物，目前人工種植中以種植3年的白及為收獲最佳年限，從白及采收時間來看，白及塊莖中硒含量受采收時間影響不大，而白及須根與葉中硒含量隨采收時間不同含量波動性大。白及塊莖中硒元素的含量隨著種植時間增加而先減少再增加，但白及對硒元素的富集系數逐漸減小，發生這種情況的原因有可能是當地土壤中硒元素含量遠遠高于植物生長所需。