微生物納米硒在農業種養中的初步應用

摘 要：為研究微生物納米硒在富硒農業領域的應用潛力，將其分別應用在蘋果種植和蛋雞養殖中。結果發現，微生物納米硒能夠提高果樹根區土壤中氮、磷、鉀元素的有效性，可顯著提高果實中可溶性固形物、總糖、總酸的含量，且果實中硒含量可達17～36 μg/kg。同時發現蛋雞日糧中添加微生物納米硒能夠顯著增加雞蛋的平均單重和硒含量，最大平均單重為61.8±0.3 g，雞蛋中的硒含量為330±40 μg/kg。研究結果為微生物納米硒在農業種養中的應用提供了基礎數據。

關鍵詞：納米硒微生物種植養殖應用

中圖分類號：S144" 文獻標識碼：A" 文章編號：0488-5368（2024）08-0100-04

Preliminary Application of Selenium Nanoparticles from Microbial in Agricultural Planting and Breeding

MA Yinghui， TONG Zefang， LU Meihuan， LI Lijun

（Shaanxi Institute of Microbiology， Xi'an， Shaanxi 710043， China）

Abstract： To investigate the potential application of selenium nanoparticles （SeNPs） from microorganisms in Se-enriched agriculture， SeNPs were used in fruit trees and laying hens， respectively.The results showed that microbial SeNPs could improve the availability of nitrogen， phosphorus， and potassium in the root zone soil of fruit trees and significantly increase the contents of soluble solids， total sugars， and total acids in fruit. The content of selenium in fruit was 17～36 μg/kg. In addition， the average weight and selenium content of eggs were significantly increased by adding SeNPs to the diet of laying hens.The maximum average weight was 61.8 ± 0.3 g， and the selenium content in eggs was 330 ± 40 μg/kg. This experiment provides basic data for the application of microbial selenium nanoparticles in agriculture.

Key words： Nano-selenium Microorganisms Planting Breeding Application

前言

硒是生態系統中非常重要的營養元素，有著“生命元素”之稱，早在1957年 Schwarz研究確定硒是人和動物必需的營養元素[1]。1973年，Rotruek等人發現，硒是高等動物生物代謝不可缺少的谷胱甘肽過氧化物酶的活性組分[2]。同年，硒被世界衛生組織認定是人體必需的微量元素，缺硒會引起人類的克山病、大骨節病、癌癥、糖尿病、心腦血管病、不育癥等疾病[3～5]。硒在地球上分布不均勻，中國72%地區處于缺硒、低硒帶，土壤缺硒造成了整個食物鏈的缺硒，而現有的土壤補硒劑多為化學硒，具有劇毒性，并不適合大范圍的應用。納米硒是一類直徑在50～200 nm之間的硒微球，毒性顯著低于亞硒酸鈉，而通過微生物產生的生物納米硒具有比化學納米硒更高的生物活性和穩定性，是近年來研究的熱點[6～9]。

硒不僅對人體及動物體具有重要作用，對植物的生理特性同樣具有顯著影響。本文利用微生物發酵法制備了微生物納米硒，初步探討了微生物納米硒在農業種植和養殖中的應用。

1 材料與方法

1.1 菌種

貝萊斯芽孢桿菌。

1.2 主要試劑與儀器

酵母粉、蔗糖、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氯化鈉、亞硒酸鈉、麥芽糊精，發酵罐（500 L）、ICP檢測器、紫外分光光度計

1.3 培養基

種子培養基：LB液體培養基液體發酵培養基：蔗糖20 g/L、酵母粉10 g/L、磷酸氫二鉀3 g/L、磷酸二氫鉀1 g/L、氯化鈉5 g/L，亞硒酸鈉4.386 g/L（流加）。亞硒酸鈉取1.535 kg配成5 L溶液，單獨滅菌。

1.4 方法

1.4.1 微生物納米硒制備方法[10]"""" 將貝萊斯芽孢桿菌接種于種子培養基，37 ℃、150 r/min培養24 h，按10%接種量接于500 L液體發酵罐中，37 ℃、150 r/min進行培養，控制通氣量為0.6 vvm，培養8～10 h，開始流加亞硒酸鈉，控制流速60 ml/min，流加完成繼續培養至24 h，發酵完成。發酵液加入20%麥芽糊精，控制進口溫度130 ℃、出口溫度80～90 ℃進行噴霧干燥，接受粉末即為微生物納米硒顆粒。利用ICP測得硒含量為7.138 g/kg。

1.4.2 蘋果種植試驗方案 供試地點位于陜西省淳化縣，試驗面積共6×667 m+2，分為6個地塊，蘋果品種為加拿大阿森泰克富士，試驗布局如表1。處理組微生物納米硒粉劑添加量為1.5 kg，進入水肥一體化滴灌系統進行施用，分別在入冬和開春共施用兩次，其它常規肥料保持不變對照組添加無硒麥芽糊精1.5 kg，其余與處理組相同。果樹發芽后，在每個地塊進行蛇形取根區土混合，測定土壤理化指標，蘋果成熟后計算每667 m+2產量及蘋果各項指標。

1.4.3 蛋雞養殖實驗方案 試驗地點位于陜西省西安市灞橋區某養殖場，選取40只同日齡肉雞，平均分為CK、T1、T2、T3四組，供試濃度按照表2進行。預飼期為7 d，試驗期為5周（35 d）。預飼期內各組樣品統一喂基礎日糧（不含硒），試驗期根據各組硒的添加濃度在基礎日糧中添加。分別在試驗期的第7、14、 21、28和 35天同一時間對每組進行取樣，每組樣品每次取樣雞蛋個數≥3個。

1.5 檢測方法

1.5.1 土壤理化指標的檢測方法[11] 有機質按照NY/T 1121.6-2006，全氮按照NY/T 1121.24-2012 ，總磷按照GB/T 9837-1988，全鉀按照NY/T 87-1988，速效氮按照DB64/T 1734-2020，

有效磷按照NY/T 1121.7-2014，速效鉀按照NY/T 889-2004， pH按照NY/T 1377-2007。

1.5.2 蘋果指標檢測方法 維生素C按照GB 5009.86，可溶性固形物按照NY/T 2637-2014，總酸按照GB 12456-2021，總糖按照NY/T 2742-2015，硒含量按照GB 5009.93-2017。

1.5.3 雞蛋中硒含量測定方法[12] 按照GB5009.93-2017第三法微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法。

2 結果與分析

2.1 微生物納米硒對蘋果種植的影響

土壤是供給植物生長發育所需養分的主要來源，對植物生長、抗逆都具有重要的作用[13，14]。大量的研究表明[15～18]，適量的硒元素有助于農作物生長，提高農作物的營養品質，還可以有效調節養分的吸收、運輸以及積累，同時還可以增強植物的抗逆性和光合作用效率。圖1顯示了微生物納米硒對土壤基本理化指標的影響，可以看出微生物納米硒的加入能夠提高土壤有機質的含量（%p%lt;0.05），對土壤肥力的總體水平具有積極的作用，但對土壤酸堿性影響不大。值得關注的是微生物納米硒極顯著的提高了土壤有效氮、有效磷和速效鉀的含量（%p%lt;0.01），這說明硒元素的加入可能更多的是參與了元素的活化及氮磷鉀相關的代謝活動。

運用t檢驗（parametric test）對試驗區蘋果產量和指標進行分析，可以得出，施用微生物納米硒的蘋果可溶性固形物含量、總糖及硒含量都顯著高于對照組，總酸顯著低于對照組，每667 m+2蘋果產量和每100 g維生素C含量變化不顯著。說明微生物納米硒的加入改善了蘋果的品質，促進了果實內可溶性固形物的形成和糖分的積累，與報道相一致[19]。另外，實驗果實中硒含量為17～36 μg/kg，符合陜西富硒農產品地方標準DB61/T556-2018關于水果富硒或含硒的標準。

2.2 微生物納米硒對雞蛋品質的影響

大量的研究表明[12，20，21]，硒元素對產蛋家禽的生產能力和抗氧化能力具有重要的提升作用，而硒在動物機體內大多是以硒蛋白的形式發揮生理功能，富硒雞蛋無疑是獲取硒蛋白的有效途徑。從圖2可以看出，隨著雞生長的日齡增加，所產的平均蛋重均有所增加。而通過納米硒的添加，同一時期的平均蛋重較對照具有明顯的增加，T2組（0.3 mg/kg）蛋重增長最明顯，最高平均蛋重為61.8±0.3 g，T3組（0.5 mg/kg）蛋重開始下降，特別是在21 d之后，平均蛋重小于T2組，說明低濃度的硒能夠增加雞的平均蛋重，濃度過高會影響雞的產蛋性能，但也有報道納米硒的加入對蛋重無顯著的影響[20]。

從圖3雞蛋中的硒含量可以看出，日糧中添加0.1～0.5 mg/kg的微生物納米硒能夠顯著增加雞蛋中的硒含量，而隨著納米硒添加濃度的增加，7日齡雞蛋中硒含量差異并不顯著，但是隨著體內硒含量的積累，14日齡以后雞蛋中的硒含量開始出現差異，并與添加濃度呈正比，顯示了顯著的濃度梯度差異。但是，在同一濃度下，時間梯度差異并不顯著，這可能是因為納米硒在雞蛋中的沉積水平是有限的，大量的納米硒的攝入并不能無限提高雞蛋中硒的水平。

3 討論

硒是人體和動物生命活動中所必需的微量元素，能參與機體眾多的生理代謝過程，人體硒的攝入主要依靠日常飲食，所以，富硒農產品成為大眾補硒的最佳載體[22]。由于我國72%的土壤缺硒，各種形式的補硒劑或富硒肥成為近期研究的熱點，成為產出富硒農產品的重要手段。微生物納米硒具有無機硒和有機硒無法比擬的優勢，它毒性低、易吸收、制備簡單，已逐步應用于農業種植領域，并取得了良好的效果。廖道林

等[19]發現微生物納米硒可以提高柑橘果樹葉片的光合作用，加快柑橘果實糖分的積累。Liu等[23]發現納米硒可顯著提高果實的抗氧化能力，使可溶性糖、揮發性化合物和營養物質含量增加，與本文的研究結果相一致。本研究為富硒水果的種植提供了最基礎的數據，為開發富硒農產品提供了有效的途徑。

雞蛋作為人體補充蛋白的重要來源，雞蛋富硒也是人體補硒的重要途徑。隨著研究的深入，發現硒對于雞自身的產蛋性能、抗病性能以及雞蛋的品質都具有積極的影響。在不同硒源的應用研究中發現，納米硒的效果在不同品種動物養殖上都具有優勢。本文給蛋雞飼喂微生物納米硒，同樣發現了一定濃度的微生物納米硒能夠增加蛋重和雞蛋中硒元素的積累，為富硒雞蛋的開發提供基本依據，促進我國富硒養殖產業的升級。

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基金項目：陜西省科學院“一所一品”品牌專項（2022k-02）陜西省科學院毛烏素生態試驗站建設暨生物肥料產業化（2020k-09）。

第一作者簡介：馬英輝（1984-），男，博士，副研究員，研究方向為環境微生物學。