植烟土壤适宜施硒量研究

黎妍妍，王 林，彭五星，孙玉晓，王海明，李进平，李锡宏*

（1.湖北省烟草科学研究院，武汉 430030；2.华中农业大学植物科技学院，武汉 430070；3.湖北中烟工业有限责任公司，武汉 430040；4.恩施州烟草公司宣恩县烟叶分公司，湖北 宣恩 445500）

植烟土壤适宜施硒量研究

黎妍妍1，2，王 林3，彭五星4，孙玉晓4，王海明3，李进平1，李锡宏1*

（1.湖北省烟草科学研究院，武汉 430030；2.华中农业大学植物科技学院，武汉 430070；3.湖北中烟工业有限责任公司，武汉 430040；4.恩施州烟草公司宣恩县烟叶分公司，湖北 宣恩 445500）

采用大田试验方式，在硒含量较低的土壤上施用亚硒酸钠，分析其对烤后烟叶硒含量、品质及卷烟产品安全性的影响，确定了植烟土壤适宜施硒量。结果表明：（1）烤后烟叶硒含量随土壤施硒量增加呈现抛物线趋势，当土壤施用亚硒酸钠量为13.50 kg/hm2时，烟叶硒含量最高。（2）土壤施用亚硒酸钠为6.75～11.25 kg/hm2时，烟叶烟碱等化学成分含量较适宜、可用性较高，评吸质量较好。（3）富硒烟叶可降低卷烟产品细胞急性毒性、致突变能力以及诱导细胞活性氧产生的能力。通过综合分析土壤施硒量对以上各种指标的影响，确定植烟土壤施用亚硒酸钠的适宜量为6.75～11.25 kg/hm2。

植烟土壤；硒；适宜量

硒是人和动物必需的微量元素之一，它具有抗癌、清除体内自由基、抗膜脂过氧化、防止衰老等作用［1］。烟草是一种吸食性叶用经济作物，其在燃烧时，硒能够转移到烟气中［2-3］，进而通过吸食进入人体。因此，适当增加烟叶含硒量有利于吸烟者的健康［3］，降低烟气中有害物质尤其是焦油的含量和毒性，可抑制肿瘤的产生，减轻吸烟对人体健康的危害［4］。目前，在硒缺乏地区通过土壤施用或叶面喷施等方式补充微量元素硒，可促进烟叶生长发育，提高烟叶产质量［5-8］。然而过量硒也会带来一定的负面作用，高浓度硒对作物叶绿素及抗氧化酶体系均有一定影响［9-12］。因此，进行硒施用量阈值研究具有重要意义。本研究通过分析土壤不同施硒量对烟叶品质及卷烟产品安全性的影响，确定了植烟土壤适宜施硒量，以期为更合理利用硒元素提供科学技术支撑。

1　材料与方法

1.1试验地点

供试烟草品种为云烟87。试验在宣恩县晓关侗族乡（E109°25′636″、N30°20′040″，海拔1150 m）实施，土壤中全硒含量0.103 mg/kg，根据谭见安等［13］研究标准，为缺硒土壤。试验田块地势平整，土壤肥力均匀，排灌方便。

1.2试验设计

试验用硒为分析纯亚硒酸钠。采取大田试验，共设置9个处理，亚硒酸钠施用量分别为0、2.25、4.50、6.75、9.00、11.25、13.50、15.75、18.00 kg/hm2。烟草种植密度为15 000 株/hm2。每处理重复3次，每小区植烟 100株，随机区组排列。复合肥m（N）:m（P2O5）:m（K2O）=8:12:20与亚硒酸钠一起于整地前施入，起垄时混匀。其中氮肥作为基肥施入2/3，烟苗移栽后25 d再以追肥的形式施入另外1/3。

1.3测定指标

1.3.1烟叶总硒含量和化学成分测定 每小区烟叶分类挂牌，标记烘烤。取烤后中部烟叶，测定烟叶总硒含量和总植物碱、总氮、总糖、还原糖、钾、氯等化学成分，烟叶总硒含量测定依据YC/T 221进行；化学成分测定参照YC/T 161、YC/T 160、YC/T 162、YC/T 159进行，并计算氮碱比、糖碱比、钾氯比。

化学成分可用性指数采用模糊数学中的指数和法［14］进行计算。本文以总植物碱、总氮、还原糖、钾、氮碱比、糖碱比、钾氯比为指标，化学成分各指标所属的隶属函数类型及其转折点参照文献［15］，各品质指标的权重值采用可降低空间维数的主成分分析法进行确定。

1.3.2烟叶评吸质量评价指标与标准 烟叶样品卷制由湖北中烟工业有限责任公司技术中心完成，卷制标准达到国际吸烟标准（ISO4387）规格要求。烟叶评吸质量由湖北中烟工业有限责任公司进行打分鉴评，各指标具体评价标准见表1。

表1　烟叶评吸质量评价标准Table 1 The standard for evaluating smoking quality of tobacco

1.3.3卷烟产品安全性评价 根据土壤施硒对烟叶硒含量的影响，选取不同硒含量的烟叶进行卷制，以不施硒的烟叶作为对照（FX0），以土壤施硒量4.50、11.25、13.50 kg/hm2的烟叶作为处理（分别为FX1、FX2、FX3），由军事医学科学院对其完成卷烟样品安全性评价。评价内容包括：（1）卷烟烟气凝集物（CSC）的细胞毒性；（2）卷烟烟气的鼠伤寒沙门氏菌诱变性试验；（3）卷烟烟气的细胞活性氧检测。

2　结　果

2.1土壤施硒对烤后烟叶总硒含量的影响

图1　土壤施硒对中部烟叶总硒含量的影响Fig. 1 The influence of the application of selenium in soils on total selenium content of tobacco

2.2土壤施硒对烤后烟叶品质的影响

2.2.1土壤施硒对烟叶化学成分的影响 对中部烟叶化学成分进行了分析，结果发现（表2），施硒量为6.75～11.25 kg/hm2时，烟叶总植物碱、总氮含量显著低于对照和其他施硒处理，而钾含量和氮碱比、糖碱比显著高于对照和其他施硒处理，表明在缺硒土壤中施用适量的硒可改善烟叶品质。

表2　土壤施硒对烟叶化学成分的影响Table 2 The influence of the application of selenium in soils on chemical components of tobacco

以总植物碱、总氮、还原糖、钾、氮碱比、糖碱比、钾氯比为指标，采用指数和法计算了烟叶化学成分可用性指数。图2表明，烟叶化学成分可用性指数随土壤施硒量呈现抛物线趋势，以土壤施硒量为自变量（x）、烟叶化学成分可用性为因变量（y2）进行回归分析，建立的回归方程为：y2=-0.764x2+ 7.162x+54.070（r=0.777**）。当土壤施硒量为2.25～11.25 kg/hm2时，烟叶化学成分可用性指数较对照有所提升，其中以施硒量为6.75～11.25 kg/hm2时，提升幅度（18.34%～21.77%）明显；当土壤施硒量≥13.50 kg/hm2时，烟叶化学成分可用性较对照则有所降低，降低幅度约为5.50%。

图2　土壤施硒量对烟叶化学成分可用性的影响Fig. 2 The influence of the application of selenium in soils on the chemical component usability of tobacco

2.2.2土壤施硒对烟叶评吸质量的影响 由表3可见，各处理间烟叶评吸质量不存在显著差异，但当土壤施硒量低于11.25 kg/hm2时，烟叶感官质量较对照有所提升，总分高1.0～2.5分，香气质、余味稍有改善，杂气稍有减轻；土壤施硒量≥13.50 kg/hm2时，烟叶感官质量与对照相当。

表3　土壤施硒对烟叶评吸质量的影响Table 3 The influence of the application of selenium in soils on smoking quality of tobacco

2.3卷烟产品安全性评价

2.3.1细胞急性毒性检测 IC50是细胞毒性指标半数抑制浓度，其值越低说明细胞毒性越大。由表4可见，FX1～FX3卷烟烟气IC50值均高于FX0（对照），表明烟叶硒含量升高有利于降低细胞毒性。

表4　细胞急性毒性试验Table 4 The results of acute cytotoxicity test

2.3.2鼠伤寒沙门氏菌诱变性（Ames）试验 以小鼠为对象，分析了富硒卷烟的细菌致突变能力。TA98菌主要检测引起各种移码型突变的诱变剂，卷烟烟气对TA98菌具有致突变作用，并存在较好的剂量效应关系（图3），比较各种卷烟的致突变能力（斜率值，表5），由高到低依次为：FX0＞ FX3＞FX1＞FX2，表明烟叶硒含量增加可明显降低致突变能力。

图3　鼠伤寒沙门氏菌诱变性试验Fig. 3 Results of Salmonella typhimurium mutagenicity test

2.3.3细胞活性氧检测 相对荧光值越强，经卷烟诱导的活性氧产生越多，说明卷烟诱导活性氧产生的能力越强。TPM染毒后细胞内活性氧检测结果见图4。相对荧光强度与染毒剂量间存在较好的剂量效应关系（表5），毒性比较为：FX0＞FX1＞FX2≈FX3，表明烟叶硒含量增加可明显降低卷烟诱导细胞活性氧产生能力。

图4　细胞活性氧检测Fig. 4 Results of cell active oxygen detection

表5　各处理突变菌落数（y3）、相对荧光强度（y4）与染毒剂量（x）间的线性关系Table 5 The relationship between the colony numbers of mutations（y3）， relative intensity of fluorescence（y4） and exposure doses （x）

3　讨　论

我国目前大约有72%的县（市）存在不同程度的缺硒，其中1/3的地区为严重缺硒区［16］。通过施硒提高作物硒含量，是防治硒缺乏的有效措施［17］。许自成等［12］、张琳等［18］、Han［19］等通过盆栽试验证明，随着土壤施硒量的增加，烟草生育期内叶片中的硒含量逐渐增加。以往研究主要分析了土壤施硒量对生育期内烟叶硒含量的影响，但关于其对烤后烟叶硒含量的影响鲜有报道。本研究发现烤后烟叶硒含量随土壤施硒量呈现先增后减的趋势，以土壤施硒量13.50 kg/hm2时最高。烤后烟叶中硒含量的变化可以考虑是内在遗传因素和外界烘烤条件共同作用的结果。

据报道，硒符合必需元素对生物体效应的Bertrand生物剂量规律，低浓度硒能够促进作物生长，但硒过量则对植物生长产生一定的毒害作用［20-22］。以往研究通过分析土壤施用亚硒酸钠对烟叶生长发育、光合作用、抗氧化酶等指标的影响，确定了不同的适宜土壤施硒量。许自成等［12］研究表明，低浓度Se（≤8 mg/kg）对烤烟叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量有促进作用，可提高烤烟叶片中SOD、POD活性。樊俊等［17］确定适量Se（Ⅳ）浓度（1～10 mg/kg）对烟株生长发育和生物量的增加具有一定促进作用。王瑞等［23］发现适量土壤施硒水平（2.5和5 mg/kg）可以延缓光合功能的衰退，延长光合同化产物的积累时间，有利于叶片干物质积累和增加总糖含量。尽管这些指标对烟叶生长尤为重要，但烟叶作为一种重要的叶用经济作物，其吸食性及安全性与人类健康密切相关，因此卷烟产品的品质和安全性更应该成为确定合理施硒量的依据。

通过分析土壤施硒对化学成分和评吸质量的影响，发现只有在一定浓度范围内对土壤补硒才能提升烟叶的品质，超出此浓度范围则会对烟叶品质产生负面影响。当土壤施硒量为6.75～11.25 kg/hm2时，烟叶烟碱等化学成分含量较适宜、化学成分可用性较高，此土壤施硒量范围内烟叶评吸质量也表现较好；而当土壤施硒量高于11.25 kg/hm2时，烟叶品质则有明显下降；其原因可能是施硒量增加后烟叶中无机硒Se（Ⅵ）和Se（Ⅳ）含量增加，而无机硒的增多可破坏活性氧（ROS）的平衡和提高MDA的含量［19］，进而对烟草产生毒害作用。同时，烟叶硒含量升高可降低卷烟产品细胞急性毒性、致突变能力以及诱导细胞活性氧产生的能力，因此通过土壤施硒来提高烟叶硒含量进而增强卷烟产品安全性是可行的，以土壤施硒量11.25 kg/hm2左右表现较好。

本研究通过综合分析土壤施硒量对烟叶硒含量、品质及安全性的影响，确定植烟土壤适宜的施硒量为6.75～11.25 kg/hm2，这对更有效地利用硒元素及合理进行烟叶种植布局具有重要意义。

［1］ 徐辉碧，黄开勋．硒的化学，生物化学及其在生命科学中的应用［M］．武汉：华中理工大学出版，1994：209-251，277-281，254-258.

［2］ 左天觉. 烟草的生产、生理与生物化学［M］. 朱尊权，译.上海：上海远东出版社，1993：237.

［3］ Orestes T Chortyk， James F Chaplin， William S. Schlotzhauer. Growing selenium-enriched tobacco ［J］. J. Agric. Food Chem， 1984， 32（1）: 64-68.

［4］ 李前进，杨春龙．硒对烟叶化学成分和烟气中有害成分的影响研究进展［J］．中国烟草科学，2007，28（2）：10-13．

［5］ 罗定棋，张永辉，夏建华，等. 硒在烤烟栽培上的应用效果研究［J］. 西南农业学报，2009，22（2）：372-376.

［6］ 杨兰芳，丁瑞兴. 叶面施硒对烤烟生化品质的影响［J］.湖北农业科学，2000（1）：51-53.

［7］ 张弛. 微量元素硒对白肋烟成分的影响［J］. 湖北民族学院学报，2004，22（2）：8-10.

［8］ 杨兰芳. 烤烟化学品质与土壤施硒的研究［J］. 湖北民族学院学报：自然科学版，2001，19（1）：1-5.

［9］ 林匡飞，徐小清，金霞，等. 硒对小麦生态毒理效应及临界指标研究［J］. 农业环境科学学报，2004，23（6）：1082-1085.

［10］ 林匡飞，徐小清，金霞，等. 硒对水稻的生态毒理效应及临界指标研究［J］. 应用生态学报，2005，16（4）：678-682.

［11］ 高家合，张晓海. 硒对烤烟的生态毒理效应及临界指标研究［J］. 云南环境科学，2006，25（4）：12-14.

［12］ 许自成，邵惠芳，孙曙光，等. 土壤施硒对烤烟生理指标的影响［J］. 生态学报，2011，31（2）：7179-7187.

［13］ 谭见安. 环境生命元素与克山病［M］. 北京：中国医药科技出版社，1996.

［14］ 王军艳，张凤荣，王茹，等. 应用指数和法对潮土农田土壤肥力变化的评价研究［J］. 农村生态环境，2001，17 （3）：13-16，20.

［15］ 章新军，黎妍妍，许自成，等. 河南烤烟外观与内在质量的综合评价［J］. 安徽农业科学，2007，35（7）：1953-1954，1959.

［16］ 赵中秋，郑海雷，张春光，等. 土壤硒及其植物硒营养的关系［J］. 生态学杂志，2003，22（1）：22-25.

［17］ 樊俊，王瑞，胡红青，等. 烟株对不同价态硒的吸收与分配［J］. 中国烟草科学，2014，35（5）：10-16.

［18］ 张琳，梁晓芳，申国明，等. 土壤和叶面施硒对烤烟硒积累的影响［J］. 中国烟草科学，2011，32（3）：57-60.

［19］ Han Dan， Li Xihong， Xiong Shuanglian， et al. Selenium uptake， speciation and stressed response of Nicotiana tabacum L ［J］. Environmental and Experimental Botany，2013， 95: 6-14.

［20］ 吴军，刘秀芳，徐汉生. 硒在植物生命活动中的作用［J］.植物生理学报，1999，35（5）：417-423.

［21］ 万洪富. 生态环境中的硒及植物对它的吸收和转化［J］.土壤学进展，1988，16（6）：1-9.

［22］ Peter A Biacs， Hussein Daood， Kádár Imre. Effect of Mo，Se， Zn， and Cr treatments on the yield， element concentration， and carotcnoid content of carrot ［J］. J Agric Food Chem， 1995， 43: 589-591.

［23］ 王瑞，黄树立，陈明辉，等. 土壤施硒对烤烟光合特性及其同化物积累的影响［J］. 中国烟草科学，2011，32 （1）：22-26.

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

中国烟草总公司科技重大专项项目“富硒低危害烟叶研究与开发”（TS-06-20110040）

黎妍妍（1982-），女，高级农艺师，在读博士，主要从事特色烟开发和烟草植保工作。E-mail：yanyanli0025@126.com*通信作者，E-mail：lxh885@126.com

2015-12-30

2016-02-17