外源硒在魔芋不同生育時期不同器官中的含量變化研究

蔡陽光，段龍飛，覃劍鋒，陳國愛，郭邦利，徐 聰，楊涼花

（1安康市農業科學研究院，陜西安康 725021；2安康市魔芋產業研究院，陜西安康 725021）

0 引言

魔芋為天南星科魔芋屬多年生宿根草本植物，地下球莖富含葡甘聚糖，由于葡甘聚糖具有良好的粘著性、膨脹性、分散性、懸浮性等理化性質和對人體的醫療保健功能，在食品、醫藥、建筑等領域被廣泛開發和應用[1]。陜南地區種植魔芋歷史悠久，而安康地處秦巴山區，是魔芋適宜種植區，且是目前中國發現僅有的幾個富硒地區之一，土壤中含有豐富的硒元素[2]。硒是一種人體必需的微量元素，廣泛存在于人體除了脂肪以外的所有器官中，人體內硒元素的缺乏，將導致心腦血管疾病、糖尿病、胃腸道等各種疾病的發生，而補硒可以預防甚至治療這些疾病[3]。硒在自然界中以無機硒和有機硒的形態存在，而人體補硒主要是有機硒，因此利用植物和微生物為載體將無機硒轉化為有機的硒蛋白和硒多糖，從而提高硒的利用率，是目前富硒產品開發的重要途徑[4-5]。利用富硒食品這一硒的天然載體[6-7]，達到人體補硒的理想效果。但是硒在地球表面分布很不平衡，世界上約有近50個國家和地區缺硒，而中國則有70%以上的地區缺硒[8]。地處秦嶺腹地的安康市作為全國主要的硒源地之一，被譽為“中國硒谷”；而魔芋作為安康市的五大主導產業之一，更是陜南山區脫貧攻堅的特色優勢產業之一。楊蘭芳等[9]研究發現，硒能增強魔芋的抗氧化能力，有助于防止細胞的氧化損傷。因此將兩者進行有機結合，符合當前的實際應用與發展。本研究通過探索硒在魔芋不同生育時期不同器官中的吸收轉移規律，一是可以了解外源添加硒濃度的合適范圍，為富硒魔芋的生產提供理論和技術支撐；二是可以掌握硒在魔芋不同時期不同器官中的含量和變化，從而可以更好的將魔芋各個器官作為硒的載體添加到不同富硒食品中，最大程度的優化和利用富硒魔芋這一綠色健康硒載體。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

土壤：安康市農科所生態示范園魔芋盆栽土，按1:2的比例與農家肥混勻，土壤全硒含量0.37 mg/kg，銨態氮23 mg/kg，速效磷36 mg/kg，速效鉀267 mg/kg，其中土壤有機質含量2.9%，pH 6.0。

硒肥：亞硒酸鈉(Na2SeO3)，購自天津市風船化學試劑科技有限公司，其中Na2SeO3含量≥97%，硝酸鹽含量≤0.05%。

魔芋：雜交魔芋新品種‘安魔128’，芋鞭健康完好無破損，均重20.4 g。

1.2 試驗方法

采用盆栽的方式：于2020年3月28號進行播種。盆栽試驗使用的營養缽為高21 cm，直徑21 cm的圓柱形塑料缽。每盆裝土5 kg，用漚過的農家肥做底肥，按土:肥(1:2)比例混勻。設置施硒量為0、4、8、16、32 mg/kg，共5個處理，以Na2SeO3為硒源，配成含Se 1 mg/mL的水溶液，與土混合均勻，以灌根的形式加入。挑選大小一致的芋鞭進行盆栽，每盆播種1個，每個處理60盆，共300盆。按常規管理至葉與球莖自然分離時采收。

分別在展葉期、膨大期及成熟期取樣，每個處理隨機挑選10株，每株同樣部位取樣3次；葉片：取小裂葉第三片葉，葉柄：取葉柄基部離地3～5 cm處樣，球莖：取整個球莖切片烘干打成全粉樣。

1.3 指標分析

分別在魔芋的展葉期、膨大期及成熟期測定葉片、葉柄及球莖中的硒含量。利用原子熒光光度計進行測定[10]（葉片、葉柄及球莖硒含量的測定方法相同），具體步驟如下：

（1）分別把樣品烘干后研磨，然后過200目篩后，貯于瓶中備用；

（2）稱取樣品0.5 g，利用硝酸與高氯酸(24:1)的混酸進行過夜消解；

（3）電熱板160℃加熱至冒白煙，加入6 mol/L的鹽酸，繼續加熱至冒白煙；

（4）將余液轉移至25 mL容量瓶中，用20%的鹽酸進行定容；

（5）然后依次上樣測定。

1.4 數據處理

利用Excel 2010與SPSS13.0軟件進行數據整理與統計分析。

2 結果與分析

2.1 展葉期硒在魔芋不同器官中的含量

由表1可知，在魔芋展葉期，隨著硒濃度的增加，葉片、葉柄及球莖中硒含量均逐漸增加，且各處理間差異顯著。其中，葉片、葉柄及球莖中硒含量的排序依次是球莖＞葉柄＞葉片，分別為3.07、1.78、1.74 mg/kg。可以看出，在展葉期用高濃度硒處理未對魔芋生長發育造成抑制作用，隨著硒濃度的增加，植株地下及地上部分的硒含量均在快速增加。

表1 展葉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，葉片中硒含量呈先增加后降低的趨勢，在硒濃度為16 mg/kg時，硒含量達到最大值為3.39 mg/kg；葉柄中硒含量呈逐步增加的趨勢，各處理間增加幅度差異顯著，在硒濃度為32 mg/kg時，硒含量達到最大值為3.45 mg/kg；球莖中硒含量也呈先增加后降低的趨勢，在硒濃度為16 mg/kg時，硒含量達到最大值為3.21 mg/kg。可以看出，在球莖膨大期，隨著硒濃度的增加，各器官中硒含量均發生了顯著變化，尤其當硒濃度超過16 mg/kg時，葉片及球莖中硒含量均顯著降低，表明高硒濃度處理對植株的生長發育造成了抑制作用。

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，隨著硒濃度的增加，葉片中硒含量先增加后降低，在硒濃度為16 mg/kg時，葉片硒含量達到最大值為1.09 mg/kg；葉柄中硒含量也是先增加后降低，在硒濃度為16 mg/kg時，葉柄中硒含量達到最大值為1.76 mg/kg；球莖中硒含量同樣呈先增加后降低的趨勢，其中在硒濃度為16 mg/kg時，球莖中硒含量達到最大值為2.74 mg/kg。可以看出，當硒濃度超過16mg/kg時，魔芋在此時期的生長受高濃度硒的抑制作用，各器官中硒含量均降至最低值。同時，在不同硒濃度下，均表現出硒含量球莖＞葉柄＞葉片，這就表明在魔芋的生長發育過程中，硒有從葉片及葉柄向球莖轉移的趨勢。

表3 成熟期魔芋各器官中硒含量分布 mg/kg

2.4 魔芋不同生長時期硒在葉片中的含量變化

從圖1中可以了解到，隨著硒濃度的增加，葉片中硒含量在魔芋成熟期時均顯著低于展葉期和膨大期；其中硒濃度為16 mg/kg時，膨大期及成熟期葉片中硒含量達到最大值，分別為3.39、1.09 mg/kg，展葉期葉片中硒含量在硒濃度為32 mg/kg時達到最大值，為1.74 mg/kg。這表明，隨著硒濃度的不斷增加，葉片的生長最終受到高濃度硒的抑制作用；同時，隨著魔芋植株的成熟，葉片中的硒含量呈現先積累后轉移的趨勢。

圖1 魔芋不同生長時期硒在葉片中的含量分布

2.5 魔芋不同生長時期硒在葉柄中的含量變化

由圖2可知，隨著硒濃度的增加，展葉期和膨大期時葉柄中硒含量均呈現逐漸增加的趨勢；同時，在成熟期葉柄中的硒含量在硒濃度為16 mg/kg時達到最大值，為1.09 mg/kg，在硒濃度為32 mg/kg時，葉片硒含量降至最低值。這表明，隨著硒濃度的不斷增加，葉柄的生長最終受到高濃度硒的抑制作用；同時，隨著魔芋植株的成熟，葉柄中的硒含量也同樣呈現先積累后轉移的趨勢。

圖2 魔芋不同生長時期硒在葉柄中的含量分布

2.6 魔芋不同生長時期硒在球莖中的含量變化

從圖3中可以看出，隨著硒濃度的增加，展葉期球莖中硒含量不斷增加；同時，膨大期及成熟期球莖中硒含量也均呈現逐步增加的趨勢，但在硒濃度超過16 mg/kg時，球莖硒含量出現了顯著的降低，表明此時硒濃度對魔芋生長產生了抑制作用。另外，隨著硒濃度的增加，球莖中硒含量表現為逐步積累的過程，在8 mg/kg時，球莖硒含量成熟期＞膨大期＞展葉期；但隨著硒濃度的進一步增加，球莖硒含量表現為先增加后轉移的趨勢，但球莖硒含量在硒濃度為16 mg/kg時達到最大。表明硒濃度在≤16 mg/kg時，是比較合適的外源硒濃度范圍，在魔芋植株生長不受抑制的情況下，又使得各器官中硒含量達到最大值。

圖3 魔芋不同生長時期硒在球莖中的含量分布

2.7 不同生育時期葉片、葉柄及球莖中硒含量相關性分析

由表4可知，展葉期葉片硒含量與膨大期、成熟期葉片硒含量均極顯著相關，說明不同生育時期葉片中硒含量是相互影響的；由表5可以看出，展葉期與膨大期葉柄硒含量極顯著相關，與成熟期葉柄硒含量極顯著負相關，膨大期與成熟期葉柄硒含量無明顯相關性，說明最終葉柄硒含量由其他器官轉移而來；從表6中可以了解到，展葉期與膨大期球莖硒含量極顯著負相關，與成熟期硒含量極顯著相關，膨大期與成熟期球莖硒含量極顯著負相關，這說明了硒有從其他器官向最終球莖中轉移的趨勢，且膨大期球莖中硒含量越低，到成熟期球莖中硒含量越高。

表4 不同生育時期葉片中硒含量相關性分析

表5 不同生育時期葉柄中硒含量相關性分析

表6 不同生育時期球莖中硒含量相關相關分析

3 結論與討論

植物吸收、轉化、富集硒的過程是一個非常復雜的生物生化過程，植物通過根系從土壤中吸收生物可利用的硒，在植物體內運輸，轉化，最終主要以硒氨基酸等有機硒、少量無機硒的形式存貯于各器官[11]。萬佐璽等[12]的盆栽試驗結果表明，魔芋葉含硒量為2.648～343.946 mg/kg，球莖含硒量為 1.560～101.906 mg/kg，呈現葉大于球莖的規律，均與土壤施硒量呈極顯著的正相關，這與本試驗的研究結果較為一致。后丹等[13]的試驗研究表明，魔芋含硒量與土壤施硒量呈極顯著的線性相關，魔芋球莖和莖葉最高含硒量在潮土中為55.6、76.8 μg/g，在紅壤中為14.5、21.4 μg/g，莖葉的含硒量顯著高于球莖，魔芋對土壤硒的生物富集系數均表現為莖葉高于球莖，本試驗也表明，在外源施硒的情況下，魔芋各器官硒含量與施硒量呈顯著的正相關，且表現出莖葉富硒能力和敏感度高于球莖。蔡陽光等[14]的試驗結果指出，魔芋在不同硒濃度下的各項生理生化指標，認為能夠促進嵐皋花魔芋生長發育的土壤施硒量為6.25～25 mg/kg，這與本研究的施硒濃度范圍≤16 mg/kg較為一致，且雜交魔芋‘安魔128’較安康當地花魔芋對外源硒濃度更為敏感。楊芳等[15]利用超聲波輔助消解-氫化物發生-原子熒光光譜法測定安康魔芋精粉中全硒，結果表明，一級精粉、魔芋微粉、純化精粉葡甘聚糖的含量分別為46.97%、54.98%和75.98%；純化魔芋精粉多糖中硒含量的平均值為0.2386±0.0136mg/kg，蠟燭山品牌一級精粉硒含量為5.068mg/kg；表明魔芋中多糖富集硒能力很強，為后期分析其生物學功能以及魔芋硒多糖的開發提供一定的實驗依據。聯合國、WHO等要求日常膳食中每日最低硒需求量40 μg，營養補充以50～250 μg為宜[16-18]。因此，全民補硒，勢在必行。富硒魔芋作為一種新興的健康佳品，其保健功能十分適合當代年輕人的健康需求，因此富硒魔芋有很高的經濟價值和廣闊的市場前景。