外源硒在魔芋不同生育时期不同器官中的含量变化研究

蔡阳光，段龙飞，覃剑锋，陈国爱，郭邦利，徐 聪，杨凉花

（1安康市农业科学研究院，陕西安康 725021；2安康市魔芋产业研究院，陕西安康 725021）

0 引言

魔芋为天南星科魔芋属多年生宿根草本植物，地下球茎富含葡甘聚糖，由于葡甘聚糖具有良好的粘着性、膨胀性、分散性、悬浮性等理化性质和对人体的医疗保健功能，在食品、医药、建筑等领域被广泛开发和应用[1]。陕南地区种植魔芋历史悠久，而安康地处秦巴山区，是魔芋适宜种植区，且是目前中国发现仅有的几个富硒地区之一，土壤中含有丰富的硒元素[2]。硒是一种人体必需的微量元素，广泛存在于人体除了脂肪以外的所有器官中，人体内硒元素的缺乏，将导致心脑血管疾病、糖尿病、胃肠道等各种疾病的发生，而补硒可以预防甚至治疗这些疾病[3]。硒在自然界中以无机硒和有机硒的形态存在，而人体补硒主要是有机硒，因此利用植物和微生物为载体将无机硒转化为有机的硒蛋白和硒多糖，从而提高硒的利用率，是目前富硒产品开发的重要途径[4-5]。利用富硒食品这一硒的天然载体[6-7]，达到人体补硒的理想效果。但是硒在地球表面分布很不平衡，世界上约有近50个国家和地区缺硒，而中国则有70%以上的地区缺硒[8]。地处秦岭腹地的安康市作为全国主要的硒源地之一，被誉为“中国硒谷”；而魔芋作为安康市的五大主导产业之一，更是陕南山区脱贫攻坚的特色优势产业之一。杨兰芳等[9]研究发现，硒能增强魔芋的抗氧化能力，有助于防止细胞的氧化损伤。因此将两者进行有机结合，符合当前的实际应用与发展。本研究通过探索硒在魔芋不同生育时期不同器官中的吸收转移规律，一是可以了解外源添加硒浓度的合适范围，为富硒魔芋的生产提供理论和技术支撑；二是可以掌握硒在魔芋不同时期不同器官中的含量和变化，从而可以更好的将魔芋各个器官作为硒的载体添加到不同富硒食品中，最大程度的优化和利用富硒魔芋这一绿色健康硒载体。

1 材料与方法

1.1 试验材料

土壤：安康市农科所生态示范园魔芋盆栽土，按1:2的比例与农家肥混匀，土壤全硒含量0.37 mg/kg，铵态氮23 mg/kg，速效磷36 mg/kg，速效钾267 mg/kg，其中土壤有机质含量2.9%，pH 6.0。

硒肥：亚硒酸钠(Na2SeO3)，购自天津市风船化学试剂科技有限公司，其中Na2SeO3含量≥97%，硝酸盐含量≤0.05%。

魔芋：杂交魔芋新品种‘安魔128’，芋鞭健康完好无破损，均重20.4 g。

1.2 试验方法

采用盆栽的方式：于2020年3月28号进行播种。盆栽试验使用的营养钵为高21 cm，直径21 cm的圆柱形塑料钵。每盆装土5 kg，用沤过的农家肥做底肥，按土:肥(1:2)比例混匀。设置施硒量为0、4、8、16、32 mg/kg，共5个处理，以Na2SeO3为硒源，配成含Se 1 mg/mL的水溶液，与土混合均匀，以灌根的形式加入。挑选大小一致的芋鞭进行盆栽，每盆播种1个，每个处理60盆，共300盆。按常规管理至叶与球茎自然分离时采收。

分别在展叶期、膨大期及成熟期取样，每个处理随机挑选10株，每株同样部位取样3次；叶片：取小裂叶第三片叶，叶柄：取叶柄基部离地3～5 cm处样，球茎：取整个球茎切片烘干打成全粉样。

1.3 指标分析

分别在魔芋的展叶期、膨大期及成熟期测定叶片、叶柄及球茎中的硒含量。利用原子荧光光度计进行测定[10]（叶片、叶柄及球茎硒含量的测定方法相同），具体步骤如下：

（1）分别把样品烘干后研磨，然后过200目筛后，贮于瓶中备用；

（2）称取样品0.5 g，利用硝酸与高氯酸(24:1)的混酸进行过夜消解；

（3）电热板160℃加热至冒白烟，加入6 mol/L的盐酸，继续加热至冒白烟；

（4）将余液转移至25 mL容量瓶中，用20%的盐酸进行定容；

（5）然后依次上样测定。

1.4 数据处理

利用Excel 2010与SPSS13.0软件进行数据整理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 展叶期硒在魔芋不同器官中的含量

由表1可知，在魔芋展叶期，随着硒浓度的增加，叶片、叶柄及球茎中硒含量均逐渐增加，且各处理间差异显著。其中，叶片、叶柄及球茎中硒含量的排序依次是球茎＞叶柄＞叶片，分别为3.07、1.78、1.74 mg/kg。可以看出，在展叶期用高浓度硒处理未对魔芋生长发育造成抑制作用，随着硒浓度的增加，植株地下及地上部分的硒含量均在快速增加。

表1 展叶期魔芋各器官中硒含量分布 mg/kg

2.2 膨大期硒在魔芋不同器官中的含量

由表2可知，在魔芋膨大期，叶片中硒含量呈先增加后降低的趋势，在硒浓度为16 mg/kg时，硒含量达到最大值为3.39 mg/kg；叶柄中硒含量呈逐步增加的趋势，各处理间增加幅度差异显著，在硒浓度为32 mg/kg时，硒含量达到最大值为3.45 mg/kg；球茎中硒含量也呈先增加后降低的趋势，在硒浓度为16 mg/kg时，硒含量达到最大值为3.21 mg/kg。可以看出，在球茎膨大期，随着硒浓度的增加，各器官中硒含量均发生了显著变化，尤其当硒浓度超过16 mg/kg时，叶片及球茎中硒含量均显著降低，表明高硒浓度处理对植株的生长发育造成了抑制作用。

表2 膨大期魔芋各器官中硒含量分布 mg/kg

2.3 成熟期硒在魔芋各器官中的含量

由表3可知，在魔芋成熟期，随着硒浓度的增加，叶片中硒含量先增加后降低，在硒浓度为16 mg/kg时，叶片硒含量达到最大值为1.09 mg/kg；叶柄中硒含量也是先增加后降低，在硒浓度为16 mg/kg时，叶柄中硒含量达到最大值为1.76 mg/kg；球茎中硒含量同样呈先增加后降低的趋势，其中在硒浓度为16 mg/kg时，球茎中硒含量达到最大值为2.74 mg/kg。可以看出，当硒浓度超过16mg/kg时，魔芋在此时期的生长受高浓度硒的抑制作用，各器官中硒含量均降至最低值。同时，在不同硒浓度下，均表现出硒含量球茎＞叶柄＞叶片，这就表明在魔芋的生长发育过程中，硒有从叶片及叶柄向球茎转移的趋势。

表3 成熟期魔芋各器官中硒含量分布 mg/kg

2.4 魔芋不同生长时期硒在叶片中的含量变化

从图1中可以了解到，随着硒浓度的增加，叶片中硒含量在魔芋成熟期时均显著低于展叶期和膨大期；其中硒浓度为16 mg/kg时，膨大期及成熟期叶片中硒含量达到最大值，分别为3.39、1.09 mg/kg，展叶期叶片中硒含量在硒浓度为32 mg/kg时达到最大值，为1.74 mg/kg。这表明，随着硒浓度的不断增加，叶片的生长最终受到高浓度硒的抑制作用；同时，随着魔芋植株的成熟，叶片中的硒含量呈现先积累后转移的趋势。

图1 魔芋不同生长时期硒在叶片中的含量分布

2.5 魔芋不同生长时期硒在叶柄中的含量变化

由图2可知，随着硒浓度的增加，展叶期和膨大期时叶柄中硒含量均呈现逐渐增加的趋势；同时，在成熟期叶柄中的硒含量在硒浓度为16 mg/kg时达到最大值，为1.09 mg/kg，在硒浓度为32 mg/kg时，叶片硒含量降至最低值。这表明，随着硒浓度的不断增加，叶柄的生长最终受到高浓度硒的抑制作用；同时，随着魔芋植株的成熟，叶柄中的硒含量也同样呈现先积累后转移的趋势。

图2 魔芋不同生长时期硒在叶柄中的含量分布

2.6 魔芋不同生长时期硒在球茎中的含量变化

从图3中可以看出，随着硒浓度的增加，展叶期球茎中硒含量不断增加；同时，膨大期及成熟期球茎中硒含量也均呈现逐步增加的趋势，但在硒浓度超过16 mg/kg时，球茎硒含量出现了显著的降低，表明此时硒浓度对魔芋生长产生了抑制作用。另外，随着硒浓度的增加，球茎中硒含量表现为逐步积累的过程，在8 mg/kg时，球茎硒含量成熟期＞膨大期＞展叶期；但随着硒浓度的进一步增加，球茎硒含量表现为先增加后转移的趋势，但球茎硒含量在硒浓度为16 mg/kg时达到最大。表明硒浓度在≤16 mg/kg时，是比较合适的外源硒浓度范围，在魔芋植株生长不受抑制的情况下，又使得各器官中硒含量达到最大值。

图3 魔芋不同生长时期硒在球茎中的含量分布

2.7 不同生育时期叶片、叶柄及球茎中硒含量相关性分析

由表4可知，展叶期叶片硒含量与膨大期、成熟期叶片硒含量均极显著相关，说明不同生育时期叶片中硒含量是相互影响的；由表5可以看出，展叶期与膨大期叶柄硒含量极显著相关，与成熟期叶柄硒含量极显著负相关，膨大期与成熟期叶柄硒含量无明显相关性，说明最终叶柄硒含量由其他器官转移而来；从表6中可以了解到，展叶期与膨大期球茎硒含量极显著负相关，与成熟期硒含量极显著相关，膨大期与成熟期球茎硒含量极显著负相关，这说明了硒有从其他器官向最终球茎中转移的趋势，且膨大期球茎中硒含量越低，到成熟期球茎中硒含量越高。

表4 不同生育时期叶片中硒含量相关性分析

表5 不同生育时期叶柄中硒含量相关性分析

表6 不同生育时期球茎中硒含量相关相关分析

3 结论与讨论

植物吸收、转化、富集硒的过程是一个非常复杂的生物生化过程，植物通过根系从土壤中吸收生物可利用的硒，在植物体内运输，转化，最终主要以硒氨基酸等有机硒、少量无机硒的形式存贮于各器官[11]。万佐玺等[12]的盆栽试验结果表明，魔芋叶含硒量为2.648～343.946 mg/kg，球茎含硒量为 1.560～101.906 mg/kg，呈现叶大于球茎的规律，均与土壤施硒量呈极显著的正相关，这与本试验的研究结果较为一致。后丹等[13]的试验研究表明，魔芋含硒量与土壤施硒量呈极显著的线性相关，魔芋球茎和茎叶最高含硒量在潮土中为55.6、76.8 μg/g，在红壤中为14.5、21.4 μg/g，茎叶的含硒量显著高于球茎，魔芋对土壤硒的生物富集系数均表现为茎叶高于球茎，本试验也表明，在外源施硒的情况下，魔芋各器官硒含量与施硒量呈显著的正相关，且表现出茎叶富硒能力和敏感度高于球茎。蔡阳光等[14]的试验结果指出，魔芋在不同硒浓度下的各项生理生化指标，认为能够促进岚皋花魔芋生长发育的土壤施硒量为6.25～25 mg/kg，这与本研究的施硒浓度范围≤16 mg/kg较为一致，且杂交魔芋‘安魔128’较安康当地花魔芋对外源硒浓度更为敏感。杨芳等[15]利用超声波辅助消解-氢化物发生-原子荧光光谱法测定安康魔芋精粉中全硒，结果表明，一级精粉、魔芋微粉、纯化精粉葡甘聚糖的含量分别为46.97%、54.98%和75.98%；纯化魔芋精粉多糖中硒含量的平均值为0.2386±0.0136mg/kg，蜡烛山品牌一级精粉硒含量为5.068mg/kg；表明魔芋中多糖富集硒能力很强，为后期分析其生物学功能以及魔芋硒多糖的开发提供一定的实验依据。联合国、WHO等要求日常膳食中每日最低硒需求量40 μg，营养补充以50～250 μg为宜[16-18]。因此，全民补硒，势在必行。富硒魔芋作为一种新兴的健康佳品，其保健功能十分适合当代年轻人的健康需求，因此富硒魔芋有很高的经济价值和广阔的市场前景。