施硒对花生含硒量和生长性状的影响

李华为, 吴钰滢, 铁 梅

(1. 沈阳师范大学 化学化工学院, 沈阳 110034; 2. 辽宁大学 环境学院, 沈阳 110036)

0 引 言

硒是一种人体必需的微量元素[1],也是一种对人类和家畜起着至关重要作用的痕量元素。当人们发现牧牛在食用大量含硒的牧草后,会出现脱毛、脱蹄、跛行等症状时[2],便对这些症状产生了浓厚的兴趣进而进行了科学的研究,终于在1817年被瑞典化学家Berzdius[2]发现并命名。

1973年,Rotruck等人发现硒还是人体内谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)的活性中心的一部分[3],它能保护细胞膜的结构和功能不被氧化物干扰及损害[4],特别是硒蛋白能够诱导癌细胞的氧化致使其凋亡[5-6],所以硒具有治疗疾病和解毒等效应[7],被人们称为“抗癌之王”和“天然解毒剂”[8-10]。

1988年中国营养学会推荐的“每日膳食中营养素供应量与我国的膳食指南”中,把硒、蛋白质、几种重要的维生素以及钙、铁、锌、碘等并列为15种每日膳食必需营养素。在自然环境中,含硒量水平的高低与人体健康有着密切的关系。在硒含量过高的情况下,可能产生毒害作用。研究表明,土壤和植物中过量的硒会导致人和动物患“碱性病”和“盲珊症”等慢性中毒症[11]。但是土壤和植物中硒含量过低,又会引发心肌病、克山病[12]、大骨节病等多种疾病。所以每天应该摄取适量的硒,根据推荐的膳食津贴,成人摄入量为每日50～200 μg[13]。

天然食物中的硒含量是有限的,因此通过食用天然食物来补硒,通常不能够满足人体对硒的正常需求[14]。研究发现,有机硒化合物具有很高的生物利用率,所以可以采用人工方法将农产品中的无机硒转化为有机硒,不仅可以极大的提高农产品中有机硒的含量,而且一定含量的硒不但能够对植物的生长发育起到促进作用,提高作物的产量和硒含量,还能使作物品质得到显著提升,使作物足以抵御某些重金属的毒害,提高农产品的保健价值[15]。

人体自身不能合成硒,主要的来源只能是食物中的硒[16],而食物含硒量取决于土壤中硒的含量及硒存在的物理化学形态,如果土壤中含硒量偏低或有效硒较少,将会导致人体通过食物链摄取的硒含量不足[17]。从中国农业科学院发布的中国土壤硒元素含量分布图中,可以看出我国72%以上的地区为低硒区或缺硒区[18],其中辽宁省就处于低硒区,因此想要提高我省人民的身体素质,采用科学的补硒方式将刻不容缓。

近年来,作物富硒的研究取得了较大进展,不仅研究了粮食作物的富硒技术,还研究了烟、茶等的富硒技术。许春霞等通过喷洒亚硒酸钠水溶液的方式使收获的成品茶叶含硒量能够达到富硒茶的标准[19]。而本课题组为生产优质的富硒农产品,在沈北试验田通过施加硒肥来提高农产品中的含硒量,由于沈北地区大面积种植花生,所以我们选用花生作为实验对象,并利用石墨炉原子吸收法测得花生样品中的硒含量[20]高于普通花生,这种富硒花生比市面上销售的硒营养强化食品更加安全可靠。本文旨在找到最佳的施硒量及施硒方式,得到更加优质健康的富硒花生产品,同时也为今后在沈北地区大面积推广种植富硒花生奠定了基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

Se(Ⅵ)标准储备液∶1 000 μg·mL-1;超纯水;优级纯硝酸:国药集团化学试剂有限公司;过氧化氢:国药集团化学试剂有限公司

1.2 仪器与设备

Spectr AA 220型原子吸收光谱仪(美国Varian公司);GTA110型石墨炉;自动进样器;美国热电解涂层石墨管及硒空心阴极灯;cary50型分光光度计(美国Varian公司);超低温冰箱(-85 ℃);冷冻干燥机;粉碎机;压力自控密闭消解系统;分析天平;移液枪;移液管;吸管;称量纸;容量瓶;比色皿;锥形瓶;烧杯;量筒;离心管;塑料瓶。

1.3 方 法

1.3.1 富硒花生的种植

2016年5月8日,在辽宁省沈北新区石佛寺进行田间实验:将试验田由南向北划分为10块,由西向东划分为3块,总共30块,每块4 m×4 m,每块之间0.5 m过道。种植方式采用穴播,行距约30 cm,株距约10 cm,播种深度约10 cm。种植前每穴都撒好基肥,硒肥由西向东依次撒到土壤,然后播放花生种子3粒/穴,盖好覆土,压实。待花生生长到中期,再将硒肥由西向东撒到叶面、土壤和叶面上。硒肥浓度由南向北依次为:0,0.4,0.8,1.2,1.6,2,4,6,8,10 mg·L-1,得到不同处理组的含硒花生。试验地土壤为沙壤,在播种前,对试验地进行了土壤硒含量检测,硒质量分数为0.15～0.30 μg,因为富硒土壤中硒质量分数应该大于0.44 μg/g[15],所以该试验地属于低硒区。

2016年9月28日,收获成熟花生并进行样品处理:将收获的花生先用大量自来水冲洗,再以超纯水洗涤3次,晾干,于-85 ℃冷冻冰柜冷冻24 h后,再移至真空冷冻干燥系统中,在真空度3.5 Pa,温度为-55 ℃条件下进行连续48 h冷冻干燥。干燥好的样品用粉碎机粉碎均匀后,得到花生干粉,将其装入塑料自封袋中,密封,放入干燥箱备用。

1.3.2 花生出芽率的统计

在花生种植15 d后,种子发芽时期记录不同处理组花生种子的出芽株数。

1.3.3 花生株高的统计

在花生收获时,记录不同处理组花生的株高。

1.3.4 花生样品中总硒量的测定

表1 微波消解的工作条件Tab.1 Working condition in microwave digestion

样品的消化:取0.4 g花生干粉样品,加入5 mL优级纯硝酸和2 mL双氧水,放入压力自控密闭消解系统,按设定程序进行消解(见表1),待自然冷却后取出,得到澄清溶液,定容至30 mL,放入冰箱中冷藏保存,备用。

样品中硒含量的测定:实验采用石墨炉原子吸收法对花生中硒的含量进行测定。仪器的工作条件:灯电流为7.0 mA,基改剂为3 μL硝酸镍,灰化温度为800 ℃,原子化温度为2 300 ℃。波长196.0 nm,狭缝宽度(通带)l.0 nm,进样量10 μL,氘灯扣背景。石墨炉升温程序如表2。

表2 石墨炉原子吸收升温程序Tab.2 Temperature program in graphite furnace

2 结果与分析

2.1 硒对花生生长状况的影响

注: 图中的土叶表示土壤和叶面同时施硒图1 采用不同方法施加不同硒浓度花生的出芽率Fig.1 Germination rate of peanut with different selenium method in different concentrations of selenium

2.1.1 硒对花生发芽率的影响

采用土壤施硒, 土壤、叶面同时施硒的方法, 硒浓度大小对花生发芽率有一定影响, 具体表现为:花生的发芽率在0.4～1.6 mg/L的含硒培养液中高于对照组, 当施硒量为1.6 mg/L时, 出芽率达到最高值, 但当施硒量为4 mg/L时, 无论采用哪种施硒方式出芽率都急剧下降。 说明在较低浓度下, 硒对花生的发芽率有促进作用, 而在较高浓度下, 硒对花生的发芽率有抑制作用。

从图1中还可以看出,花生的发芽率在土壤、叶面同时施硒的条件下要略高于土壤施硒。说明土壤、叶面同时施硒效果更好。

2.1.2 硒对花生株高的影响

图2 采用不同方法施加不同硒浓度花生的株高Fig.2 Plant height of peanut with different concentrations of selenium with different selenium methods

由图2可知,在实验所施加的硒浓度范围内,分别采用土壤施硒,叶面施硒,土壤、叶面同时施硒的方法培育花生,随硒浓度增加,花生株高变化不大,说明硒浓度大小对花生株高无显著影响。

从图2中还可以看出,花生的株高在叶面施硒的条件下要略高于土壤施硒,土壤、叶面同时施硒。因此,叶面施硒效果更好,能更好地促进花生的生长发育。

2.2 花生中含硒量的测定

标准曲线的绘制:Se标准溶液为1 000 μg/mL,进样器自动配制0,20,60,80,100,120 μg/L这6个浓度梯度的硒标样进行测定,绘制标准曲线,如图3所示。

由标准曲线得出各个样品中含硒总量,结果如图4所示。

图3 测定硒含量标准曲线Fig.3 Standard curve for determination of selenium

图4 采用不同方法施加不同硒浓度花生的含硒量

实验结果表明,在实验所施加的硒浓度范围内,采用不同方法处理时,花生含硒量均高于对照组,说明培养花生时施加一定浓度的硒,可以有效提高花生中的含硒量。

在土壤施硒的条件下,由图4可知,花生中的含硒量随浓度增加变化不大,说明硒浓度大小对花生中含硒量的增加无显著影响。

采用叶面施硒,土壤、叶面同时施硒的方法培养花生时,硒浓度大小对花生中的含硒量产生了很大影响,具体表现为:随着施硒量的增加,花生中的含硒量也随之增加,在硒浓度为4 mg/L时达到最大值,当施硒量超过4 mg/L,花生中的含硒量随浓度增加急剧下降。但根据图1可知施硒量在大于2 mg/L时,发芽率急剧下降,所以最优施硒量为2 mg/L。对于第6个梯度,含硒量出现波动,可能是由于雨水或者地势的影响,使土壤中高浓度硒肥浓度降低,恰好促使花生吸收更多的硒,也可能与生物体对硒的代谢有关,有待进一步探究。

从图4中还可以看出,花生中的含硒量在叶面施硒的条件下最高,在土壤施硒的条件下最低。说明叶面施硒效果更好,能更有效的提高花生中的含硒量。

根据富硒食品硒含量分类标准(DB 6124.01—2010)可知坚果硒含量范围应在0.01～1.00 mg/kg之间,如图4所示,所种花生的含硒量均在指标范围内,没有毒性,可以食用。

3 结 论

实验结果表明,在较低浓度下,硒对花生的发芽率有促进作用,而在较高浓度下,硒对花生的发芽率有抑制作用;花生中的含硒量在施硒量为0.4～1.2 mg/L时,随施硒量的增加而增加,说明花生对硒有一定的生物富集能力,采用叶面施硒,土壤、叶面均施硒的方式生产富硒花生是可行的,能明显提高花生中的含硒量,叶面施硒效果更为显著。但当施硒浓度高于1.2 mg/L时,花生中的含硒量反而降低,表现出轻微的毒害作用,从获得高含硒量的富硒花生目标出发,叶面施硒的浓度应为1.2 mg/L左右为宜,将该方式和施硒量推广到整个辽宁省,可以极大的提高辽宁省人民的身体素质。

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