富硒對大棗中多種微量元素的生物脅迫作用研究

李華為，丁昱嬋，朱盛琦，尤亞倫，郭博涵，鐵梅，*

（1.沈陽師范大學化學化工學院，遼寧沈陽110034；2.遼寧大學環境學院，遼寧沈陽110036）

硒（Se）是人和動物體內所必需的微量元素，具有清除自由基、抗癌、保護肝臟、防衰老、增強免疫等生物學功能[1-5]。缺硒會嚴重影響人類和動物的健康，導致克山病和大骨節病等多種疾病的發生，因此科學合理地補硒變得尤為重要[6]。人體硒的主要來源是食物，其中富硒農作物是人體獲取硒元素的重要途徑之一[7]。硒元素能夠以硒酸鹽或亞硒酸鹽的形式被植物吸收，并在葉綠體中代謝轉化為有機硒代氨基酸及其衍生物，以便被人體吸收[8]。

棗屬隸屬鼠李科，是本草上品和傳統滋補佳品，素以營養豐富著稱[9]。棗果中環核苷酸、維生素C、功能性糖、鐵、鉀、鈣、鋅等重要營養成分含量均居百果前茅，開發高營養健康食品前景廣闊[10]。植物化學研究表明，棗具有抗氧化作用，主要歸因于天然抗氧化劑——酚酸、類黃酮、花青素、維生素和環核苷的活性[11-12]。富硒棗的研究多限于生產富硒棗適宜的處理量及抗氧化性的探討，對于硒對富硒大棗中多種微量元素的生物脅迫作用研究較少。

目前，硒的測定有原子熒光光譜法、紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法等多種方法[13-15]。電感耦合等離子體質譜法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）以等離子體作為離子源，通過質譜進行分析的方法，該技術的優點是操作較為簡單、靈敏度更高、選擇性更好并且可以多元素同時測定[16-17]。微波消解具有所用試劑少，樣品分解得更快更徹底，同時密閉消解能避免元素的損失使測定更加準確的優點[18-19]。因此，本文采用微波消解-電感耦合等離子體質譜聯用技術探究硒對富硒大棗中多種微量元素的生物脅迫作用，為富硒棗的生產及開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

硝酸（優級純）、鹽酸（優級純）：科瑞峰公司；環境混合元素標準儲存溶液為1 000 mg/L Fe、Ca和10 mg/L Zn、Mn、Cu、V、Mo、Co、Pb、As、Cd、Hg、Se 的混合標準溶液、1 μg/L 內標液由 10 μg/L 的 Rh、Sc、Lu、In：Agilent公司。

1.2 主要儀器與設備

電感耦合等離子體質譜儀（7900型ICP-MS）：美國安捷倫公司；微波消解儀（MD8H）：奧普樂儀器有限公司；分析天平（FA2204B）：上海儀田精密科學儀器有限公司；超低溫冰箱（MDF-U4086S）：日本三洋公司；冷凍干燥機（SCIENTZ-30F）：寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 富硒大棗的培養

將種植的大棗分別在坐果期和果實著色期對其注射外源硒（亞硒酸鈉），施硒量分別為0、50、100、150、200、250、300 mg/kg。每個施硒量棗樹為 10 棵，行距 8 m～12 m，株距 4 m～6 m，5 224 棵/hm2～5 970 棵/hm2。通過植物吸收轉化到大棗中來達到富集硒的目的，其中施硒量為0 mg/kg的作為空白組。待果實成熟后，采摘大棗并用大量清水沖洗干凈，再用去離子水沖洗多次。將洗凈后的相同量梯度的大棗混勻，置于-84℃的超低溫冰箱中冰凍，再經過冷凍干燥處理，使其去除水分。最后將干燥后的大棗打磨成粉末，放置于干燥器中待用。

1.4 富硒大棗的處理

準確稱取0.1 g富硒大棗粉于聚四氟乙烯消解罐中并加入5 mL優級純HNO3，擰緊消解罐蓋并將其放入微波消解儀中進行消解，按表1中的方法消解，結束后趕酸，當趕酸至溶液體積在1 mL～2 mL且澄清透明時靜置，待溶液冷卻后定容至25 mL，4℃保存待上機檢測。每份富硒大棗樣品做兩份平行樣。樣品微波消解程序見表1。

表1 樣品微波消解程序Table 1 Sample microwave digestion procedure

1.5 ICP-MS工作條件

ICP-MS工作條件見表2。

表2 ICP-MS工作條件Table 2 ICP-MS working conditions

2 結果與討論

2.1 標準曲線與方法的檢出限

試驗方法的標準曲線與方法的檢出限（detection limit，DL）與相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）如表3所示。

表3 線性范圍、相關系數及檢出限Table 3 Correlation coefficient of linear range and detection limit

2.2 施硒量對大棗中硒含量的影響

施硒量對大棗中硒含量的影響見圖1。

圖1 施硒量對大棗中硒含量的影響Fig.1 Effect of selenium application on selenium content in jujube

由圖1可知，施硒量為0 mg/kg時，硒含量為0.113 4 mg/kg。隨著施硒量的增加，富硒大棗中的硒含量也逐漸升高，并在施硒量處于250 mg/kg時達到最大值0.557 7 mg/kg，較空白組提高了3.92倍。但當施硒量達到250 mg/kg以上，隨著施硒量的增加，大棗中的硒含量反而下降。說明施硒量過高會抑制大棗對硒元素的吸收。因此，在大棗富硒時，要選擇合適的施硒量。施硒量過低達不到良好的效果，施硒量過高會抑制富硒效果。

2.3 施硒量對大棗中營養元素錳、鋅、銅含量的影響

施硒量對大棗中錳、鋅、銅含量的影響見圖2。

圖2 施硒量對大棗中錳、鋅、銅含量的影響Fig.2 Effect of selenium application on manganese，zinc and copper content in jujube

錳、鋅和銅元素都是人體所必需的微量元素。錳是人體內多種酶的成分，在細胞代謝中起重要作用，與人體健康關系十分密切，缺錳會導致嬰兒骨骼畸形；鋅對促進機體生長發育、維持人體正常食欲、調節機體免疫具有重要作用，攝入不足會導致發育遲緩甚至影響智力發育；銅是人體內含量位居第二的必需微量元素，缺銅會引起貧血、毛發異常、骨和動脈異常以至腦障礙。從圖2可以看出，施硒量為0 mg/kg時，富硒大棗中錳、鋅和銅元素的含量分別為0.045 2、0.058 3、0.062 4 mg/kg，隨著施硒量的增加3種元素的含量整體呈現先上升后下降的趨勢。當施硒量處于200 mg/kg時，錳和鋅的含量達到最大，分別為0.184 5 mg/kg和0.145 9 mg/kg，較空白組增加了3.08、1.50倍；而銅含量在施硒量為50 mg/kg時達到最大為0.084 6 mg/kg，較空白組增加了36%。當施硒量繼續增加，二者的含量反而降低。說明施硒量過高會對大棗產生毒害作用，并通過拮抗作用抑制大棗對錳、鋅和銅3種元素的吸收，從而造成這些元素的流失。所以，低含量硒對錳、鋅和銅3種元素均具有協同作用，而高含量硒對它們有拮抗作用。

2.4 施硒量對大棗中營養元素鈣、鐵含量的影響

施硒量對大棗中鈣、鐵含量的影響見圖3。

圖3 施硒量對大棗中鈣、鐵含量的影響Fig.3 Effect of selenium application on the content of calcium and iron in jujube

鈣對人體神經系統和細胞膜結構完整及多種酶的結合有十分重要的作用，缺鈣會患軟骨病[20]。從圖3可以看出，富硒大棗中鈣含量隨著施硒量的增加呈現先增加后減少的趨勢。當施硒量為0 mg/kg時，鈣的含量達到1.352 mg/kg，而當施硒量處于250 mg/kg時，鈣的含量達到峰值3.092mg/kg，較空白組增加了1.29倍。說明此含量硒對鈣的促進作用最大，而當施硒量繼續增加，鈣含量反而降低。因為在植物體內，鈣能維持植物細胞膜的完整性，而高含量硒會降低植物細胞膜的選擇透過性，損傷植物質膜的完整性。所以低含量硒對鈣元素有協同作用，而高含量硒對鈣元素有拮抗作用。

鐵是人體不可缺少的微量元素，參與體內氧的運轉、交換和組織呼吸過程，維持機體正常造血功能，缺鐵會貧血[21]。由圖3可知，當施硒量處于0 mg/kg時，鐵的含量為1.231 mg/kg，隨著施硒量的增加，硒對大棗中鐵元素的整體增長幅度雖沒有鈣元素明顯，但在施硒量為100mg/kg時鐵含量出現峰值，達到1.833 mg/kg，較空白組增加了49%。鐵元素是輔酶的組成部分，可通過電子傳遞，催化植物體一系列的氧化還原反應，而硒是這些酶的活性中心。所以，低含量硒對鐵元素的吸收具有協同作用。

2.5 施硒量對大棗中營養元素鉬、釩、鈷含量的影響

施硒量對大棗中鉬、釩、鈷含量的影響見圖4。

圖4 施硒量對大棗中鉬、釩、鈷含量的影響Fig.4 Effect of selenium application on vanadium，molybdenum and cobalt content in jujube

鉬是多種酶的重要構成要素，參與人體內鐵的利用，可以預防貧血，促進發育，維持心肌能量代謝和人體免疫功能，防止齲齒、腎結石和癌癥等，鉬不足可表現為生長發育遲緩甚至死亡。由圖4可知，隨著施硒量的增加，富硒大棗中鉬急劇增加。當施硒量為0 mg/kg時，鉬的含量為0.287 4 μg/kg，而當施硒量增加到50 mg/kg時，硒對鉬元素的協同作用最大，達到0.623 7 μg/kg，較空白組增加了1.17倍，之后隨著施硒量的增加，鉬的含量變化不明顯。因為鉬與植物體內的氧化酶活性有關，而硒是這些酶的活性位點，所以鉬和硒兩種微量元素具有一定的協同關系。

釩是人體的重要微量元素，對機體的生長發育、心血管、腎臟、代謝均具有重要的影響。由圖4可知，當施硒量處于0 mg/kg時，釩的含量達到0.133 2 μg/kg，隨著施硒量的增加，富硒大棗中的釩元素呈現先增大后減少的趨勢，當施硒量達到200 mg/kg時達到峰值0.264 4 μg/kg，較空白組提高了約98%。因為釩能促進植物細胞中葡萄糖的轉運、氧化及糖原的合成，低量硒對糖的抗氧化作用沒有高量硒明顯，所以低量硒對釩具有明顯的協同作用。

鈷是維生素B12的重要組成部分，對蛋白質的新陳代謝、部分酶的合成、鐵在人體內的儲存以及腸道對鐵和鋅的吸收均具有促進作用。鈷的缺乏會直接影響到維生素B12生理功能的發揮，易導致人體出現貧血癥、老年癡呆癥、性功能障礙以及心血管等疾病。由圖4可知，當施硒量處于0mg/kg時，鈷的含量為0.0423μg/kg，隨著施硒量的增加，富硒大棗中的鈷元素呈現先增大后減少的趨勢，當施硒量達到150 mg/kg時達到峰值0.074 3 μg/kg，較對照組增加了0.43倍。由于鈷能影響植物的光合作用，而適量硒能增加葉綠體的數量，所以施加一定含量的硒能增加富硒大棗中鈷的含量，具有明顯的協同作用。

2.6 施硒量對大棗中重金屬元素砷、鎘含量的影響

施硒量對大棗中砷、鎘含量的影響見圖5。

圖5 施硒量對大棗中砷、鎘含量的影響Fig.5 Effect of selenium application on arsenic and cadmium content in jujube

鎘不是人體的必需元素，長期吸入鎘可產生慢性中毒，引起腎臟損害；砷為原生質毒，過量能使人體細胞壞死，甚至引起死亡。從圖5可得，富硒大棗中鎘和砷的含量隨著施硒量的增加而顯著變化。當施硒量處于0 mg/kg時，砷和鎘的含量分別為1.675 μg/kg和0.891 5 μg/kg，隨著施硒量的增加，富硒大棗中鎘和砷的含量，呈先下降后增加的趨勢。當施硒量處于150 mg/kg時，砷的含量為 0.494 0 μg/kg，較空白組降低了70.51%。硒對鎘的拮抗峰值發生在100 mg/kg，鎘的含量為0.374 2 μg/kg，較空白組降低了58.02%。因為硒能清除由于重金屬（砷和鎘）產生的過多自由基，降低其對細胞膜系統造成的細胞膜脂過氧化現象，從而減少對重金屬離子的吸收和積累，所以硒對砷和鎘兩種元素均有拮抗作用，其中硒對砷的拮抗作用更加明顯。

2.7 施硒量對大棗中重金屬元素汞、鉛含量的影響

施硒量對大棗中汞、鉛含量的影響見圖6。

汞是一種有毒元素，會使人體神經系統失調、對腎臟、造血系統、肝臟構成威脅，甚至造成不孕不育。由圖6可知，當施硒量處于0 mg/kg時，汞的含量為11.45 μg/kg，隨著施硒量的增加，富硒大棗中汞元素含量急劇下降直至趨于平緩，汞含量降至0.15 μg/kg，較空白組降低了98.69%。

圖6 施硒量對大棗中汞、鉛含量的影響Fig.6 Effect of selenium application on mercury and lead content in jujube

鉛是對人體危害極大的一種重金屬元素，它對神經系統、骨骼造血功能、消化系統、男性生殖系統等均有危害。從圖6可以看出，當施硒量處于0 mg/kg時，鉛的含量為 10.97 μg/kg，隨著施硒量的增加，富硒大棗中鉛的分布趨勢先降低后升高。當施硒量處于150 mg/kg時出現最低值為4.529 μg/kg，較空白組降低了58.71%。而后隨著施硒量繼續增加，鉛元素的含量也相應增加，但其含量一直在10 μg/kg以內，符合食品安全規定。一方面外源硒可以調節植物細胞中的谷胱甘肽過氧化物酶，促進植物對重金屬元素的螯合作用，從而減少植物對重金屬離子的吸收與積累；另一方面，適量硒能增加葉綠素的含量，促進光合作用，減少重金屬誘導產生的生長抑制因子，提高植物抵抗重金屬元素的能力，所以硒的存在可以預防重金屬元素（如汞，鉛等）引起的毒害，對其產生拮抗作用。

3 結論

通過ICP-MS對富硒大棗中的微量元素進行定量分析。結果表明，不同元素在外源硒的作用下表現出不同的趨勢：隨著施硒量的逐漸增加，硒對鋅、錳、銅、鈣、鐵、釩、鉬、鈷元素具有明顯協同作用，其中銅元素于施硒量為50 mg/kg時達到峰值0.084 6 mg/kg，較空白組增加了36%；鐵元素于施硒量為100 mg/kg時達到峰值1.833 mg/kg，較空白組增加了49%；鈷元素于施硒量為150 mg/kg時達到峰值0.074 3 μg/kg，較空白組增加了43%；錳、鋅、釩元素于施硒量為200 mg/kg時達到峰值分別為 0.1845、0.1459mg/kg和 0.264 4 μg/kg，較空白組分別提高了3.08、1.50、0.98倍；鈣和鉬于施硒量為250 mg/kg時達到峰值分別為3.092 mg/kg和0.706 5 μg/kg。硒對重金屬元素砷、鎘、汞、鉛具有顯著的拮抗作用，其中砷和鉛于施硒量為150 mg/kg時拮抗作用最好，較空白組分別降低了70.51%和58.71%。當施硒量為50 mg/kg時，硒對汞的拮抗作用達到最大，達到98.69%。因此，外源硒除能有效補充硒元素外，還能協同植物體對各種營養元素的吸收，并且能夠拮抗通過食物鏈積累對人體有害的重金屬元素。試驗結果表明，富硒農作物的種植對食品的安全性和人體的硒補充具有重要指導意義。