臍橙硒營養強化現狀及前景展望*

朱盼盼, 馬彥平, 婁 偉, 馬欣萍

(1.農業農村部長江中下游耕地保育重點實驗室/華中農業大學微量元素研究中心 湖北武漢 430070;2.上?；ぱ芯吭河邢薰?上海 200062; 3.贛州市柑桔科學研究所 江西贛州 341000;4.上?；ぴ簷z測有限公司 上海 200062)

硒元素于1817年被發現后,人們開始了對硒元素的探究[1]。硒作為某些硒蛋白和硒化核糖核酸的結構成分,在免疫應答、抗氧化防御和甲狀腺激素代謝等多種生理過程中發揮著重要的作用,硒還與艾滋病等病毒性疾病的發病率有關[2-3]。硒可作為重金屬解毒劑,與人體內的砷、鉛、鎘、汞等重金屬結合成復合物排出體外,具有解毒效果[4]。此外,硒還具有調節人體免疫力、延緩人體衰老、抑制腫瘤和心血管疾病的發生等多種生物學作用,有“生命保護劑”的美稱[5]。

人體補硒是世界性醫學難題,人體內不能合成硒,主要是通過飲食獲得。研究發現,硒對人體的作用效果、毒性等與攝入的硒的化學形態密切相關,有機硒的毒性不僅比無機硒小,而且具有更高的生物利用率,更易被人體吸收[6]。人體主要是通過服用亞硒酸鈉等無機硒補硒,但難以控制攝入量且存在潛在的毒性,具有明顯的局限性;通過食物鏈將無機硒轉變為有機硒補硒,是最經濟、安全、有效的補硒途徑[7]。世界衛生組織(WHO)公布的資料表明,全球有40多個國家屬于低硒或缺硒地區。我國缺硒省份高達22個,有72%的土地面積處于嚴重缺硒和低硒地帶,農產品硒含量極低[8]。作為國際公認的“缺硒大國”之一,我國人均每日硒攝入量僅為36 μg,低于WHO推薦的50 μg[9-10]。我國天然富硒產品的產區和產量均十分有限,僅從天然富硒食物中攝取硒不足以滿足人體對硒的正常需求,因此,加強富硒農產品特別是富硒果蔬產品的開發,具有重要意義。

硒對人體的有益生理功能必須控制在安全濃度范圍內,人體攝入硒過量(>400 μg/d)或不足(<50 μg/d),都會引起不適和疾病[11],因此在生產和食用過程中對作物可食部分硒含量的要求十分重要。臍橙作為柑橘品種的一種,因營養豐富而成為大眾化的消費水果。隨著近年來臍橙市場供給量的增加,一些地區為了獲得競爭優勢,開始著手研究富硒臍橙的種植方法,通過增加果實中硒含量來提高臍橙的銷量。根據地方標準《柑橘富硒營養強化技術規范》(DB36/T 1531—2021)中的定義,富硒柑橘是指在生長過程中自然富集硒或通過硒生物營養強化技術,而非收獲后添加硒,所獲得的富硒柑橘的可食部分總硒質量分數(以鮮質量計)為0.01～0.05 mg/kg,且有機態硒占總硒的比例≥80%[12]。富硒臍橙的獲取一是在富含硒的土壤上種植,二是通過生物強化。本文通過對當前富硒臍橙研究現狀進行梳理,為富硒臍橙種植方法的改進提供參考。

1 富硒臍橙的影響因素

1.1 富硒土壤

背景硒質量分數大于0.4 mg/kg的天然土壤被稱為富硒土壤,臍橙果實中硒的富集受土壤硒背景含量的強烈影響[13-14]。土壤中硒含量受地質背景、土壤成因、土地利用方式、土壤質地、土壤礦物成分和土壤理化性狀等因素的影響,其中地質背景是影響表層土壤中硒含量的主控因素[15]。我國主要的富硒地區有湖北恩施、陜西安康、貴州開陽、浙江龍游、山東棗莊、四川萬源、江西豐城和安徽石臺等[16]。

在土壤中,硒的生物利用度受不同土壤因素的影響,如土壤酸堿度、氧化還原條件、有機質含量、生物和微生物條件、硒形態以及競爭性陰離子(如硫和磷)等[17]。在偏堿性的土壤中,硒主要以硒酸鹽形態存在,六價硒的生物有效性較高;而在偏酸性土壤中,硒主要以亞硒酸鹽形態存在,四價硒易被土壤固定,生物有效性相對較低[18]。硒的流動性和生物利用度隨著氧化還原電位的增加而提高[17]。土壤有機質在調節硒的流動性和生物利用度方面也起著關鍵作用。土壤中的有機質含有酚類、醇類和醌類等官能團,對硒具有很強的結合親和力,特別是在酸性土壤中,高有機質土壤中高硒含量占主導地位[19]。土壤中的硒按形態可分為元素態硒(Se0)、硒化物(Se2+)、有機硒、亞硒酸鹽(Se4+)、硒酸鹽(Se6+)和揮發態硒[20]。硒在土壤中的形態不同,其利用度也不同,植物可吸收的硒形態主要為硒酸鹽和亞硒酸鹽。硒酸鹽與硫酸鹽具有相似的化學性質,有研究表明,植物對硒酸鹽的吸收是通過硫酸鹽轉運蛋白完成的,轉運與同化也遵循硫酸鹽途徑[21-22],故硫酸鹽的濃度影響植物對硒酸鹽的吸收。而植物對亞硒酸鹽的吸收和轉運可能由磷酸鹽轉運蛋白調控,因此亞硒酸鹽的吸收受磷酸鹽的影響[23]。

1.2 生物強化

目前的富硒方法主要是通過硒生物營養強化技術,在作物生長期間通過基施或噴施富硒肥料而使作物富硒。生物強化策略會受到如外源硒的形態、施用方式、施用時期、劑量等因素的影響。

1.2.1 外源硒的形態

外源硒的補充類型主要有有機硒肥、無機硒肥和新型富硒肥(如納米硒肥),不同形態硒的有效性有很大差異。以往在農業生產上常用的硒肥多為無機形態硒,包括亞硒酸鈉和硒酸鈉,存在毒性強、利用率低等問題。近年來,有機態硒肥憑借其低毒、環保等方面的優勢在生產應用中逐漸受到重視。關于臍橙施用有機硒的研究較少,但對其他作物的研究表明,在水培條件下小麥和油菜對有機硒的吸收速率明顯高于對無機硒的吸收速率[24]。硒酸鹽和亞硒酸鹽作為硒的兩種無機形式,一般認為易溶于水的硒酸鹽植物有效性最高;與硒酸鹽相比,亞硒酸鹽的有效性較低,因為其更容易被土壤顆粒吸附和固定[25]。但也有研究表明,雖然施用硒酸鹽提高作物全硒含量的效果優于亞硒酸鹽的,但硒酸鹽的有機硒轉化率小于亞硒酸鹽的[26]。在對柑橘的研究中發現,施用硒酸鈉、亞硒酸鈉和酵母硒對提高果實中硒含量的效果以亞硒酸鈉處理的效果最佳[27]。同樣,對臍橙果樹施用亞硒酸鈉也可顯著提高果實中的硒含量[28]。納米硒是指通過化學法或微生物法將硒酸鹽或亞硒酸鹽還原為納米形態的硒單質[29]。有關納米硒在動物營養中的作用研究較多,在植物營養中的研究較少。納米硒肥的硒單質為納米級,容易通過葉面吸收轉運到達植物各部分被吸收利用,具有安全性高、無毒、穩定等優點。納米硒肥的施用量低于無機硒肥的,可減少硒過量施用對土壤的影響[30]。目前納米硒的生產成本較高,應用度較低。

1.2.2 外源硒的施用方式

外源施硒是一種提高缺硒地區作物硒營養狀況的有效途徑。在臍橙種植過程中,外源硒的施用方式主要有土施和噴施兩種,其中葉面噴施較受歡迎。由于硒的施用量較少,土施不太方便,施用不當還容易造成土壤污染,且施入土壤的硒肥當季利用率低,成本相對較高,因此在實際應用中具有局限性[31]。葉面噴施硒肥的措施能將硒直接由葉片轉移到植物體內,可有效提高果實對硒和礦質養分的利用率[32],且操作簡便、經濟有效,在硒生物強化方面占絕對優勢,因此得到廣泛應用[33]。但有研究表明,噴施硒肥濃度過高時,樹體會出現落葉、落果現象,產生樹體受損的安全問題[34],因此需考慮采用適宜的噴施濃度。

1.2.3 外源硒的施用時期

施用時期也是影響植物富硒總量及有機硒含量的重要條件。不同作物的葉片結構存在差異且生長周期不同,因此外源硒的噴施時間存在差異[35],不同的植物有不同的最佳時間。研究表明,生產富硒冬棗、富硒葡萄時外源硒的較佳噴施時期是在果實膨大期[36-37],獼猴桃葉面施硒的最佳時期則為幼果期[38],梨樹在盛花期噴施硒肥最經濟有效[39],柑橘以果實幼果期葉面噴硒的綜合效果最佳[35]。關于臍橙硒強化最佳時期的研究較少,外源硒適宜的噴施時期是幼果期、果實膨大期和著色期。

1.2.4 外源硒的施用量

作物富硒效果與施硒量有關,施用量較少富硒效果不明顯,施用量較多可能造成作物含硒量過高,對樹體產生毒害作用,并污染土壤。研究表明,臍橙果肉鮮樣總硒含量隨著外源硒噴施濃度的增大而增加,且有機硒含量隨噴施濃度的增大迅速升高,但當濃度過高時對臍橙樹體有一定的損害[34]。

2 富硒臍橙種植的研究進展

隨著富硒臍橙逐漸進入人們的視野,關于富硒臍橙種植方法的研究也逐漸豐富,目前關于富硒臍橙種植方法的研究成果多為發明專利。

國內生產富硒水果的方式主要是通過葉面噴施硒酸鹽或亞硒酸鹽溶液,但此方法無機硒殘留量大,而無機硒對有機體有明顯的毒害作用,安全性較低,且無機硒的生物利用性低。發明專利“富有機硒臍橙及其生產方法”[40]提出了一種富硒臍橙種植的方法,在臍橙開花期或掛果期,將納米硒植物營養劑以25～300 g/株用量施入土壤,可避免噴施富硒肥易被雨水沖洗及燒傷葉面的風險。此外,無公害、綠色和有機農產品均規定禁止使用未推薦的化學合成制劑噴施,因此土施更有利于在高品質和高附加值的農產品生產中使用。發明專利“一種富硒臍橙的種植方法”[41]提出了包括整地、選苗、種植、施肥、管理等步驟的富硒臍橙種植方法,既能提高臍橙的坐果率、節約肥料、提高產量,又能增加果實中的硒含量,提高營養價值,適用于大規模系統化種植,有利于種植戶增產增收。

目前提出的富硒臍橙種植方法中,富硒肥的施用方式多為土施加噴施。發明專利“一種富硒臍橙的生產方法”[42]提出在臍橙樹的綻葉期、初花期土施硒肥;在臍橙樹的盛花期、初果期噴施含硒葉面肥,直至盛果期的前5日停止噴施。這種富硒臍橙種植方法在臍橙樹的不同時期基于不同部位的營養吸收能力,分別采用了土施硒肥和葉面噴施硒肥兩種作用目標不同的硒肥,實現精確施入硒元素,可有效提高臍橙樹的吸收效果,大幅提高果實內有機硒的含量,并提升臍橙果實的生長質量。吳麗娟[43]提出的富硒臍橙種植方法是在臍橙種植前將有機富硒肥料一次性均勻撒入果園中作根部肥,然后種植臍橙果樹苗;同時在臍橙果實膨大著色期,將有機富硒肥料兌水后灌注入果樹根部并噴施在果樹的枝葉正反面。王金翠[44]提出的富硒臍橙種植方法是在臍橙開花期或掛果期土施硒營養劑,5～14 d內將硒營養劑與水配制的溶液灌注于臍橙果樹的根莖部,并噴施臍橙果樹的枝葉正反面,在果實膨大著色期噴施2～3次。文獻[43]、[44]的不同在于,后者提出的富硒臍橙種植方法為施營養劑1～4 d內,在果樹的根際部位澆灌質量分數為0.40%～0.65%的硝酸鈉溶液,目的是使硒營養劑中的硒形態向利于木本果樹根系吸收的化學形態轉化,并改善木本果樹根際微環境,避免土壤中已有的植物有效態硒轉化為其他形態的硒,同時促進了果樹根系對硒的吸收[44]。同樣,發明專利“一種富硒臍橙的種植方法”[45]提出的富硒臍橙種植方法有相似的成果。

通過上述關于富硒臍橙的種植方法可以看出,收獲富硒臍橙的主要途徑就是在臍橙生長的不同階段施加不同的富硒肥料來提高臍橙的硒含量,其中施肥方法是影響臍橙硒含量的主要因素,在實際種植過程中還應充分考慮臍橙樹生長的具體情況。

3 展望

通過富硒肥料進行農藝生物強化是提高作物硒含量的有效方法,不僅可以提高作物的硒含量和產量,還可以改善作物品質。目前國內已研究出多種富硒農產品,臍橙是廣受歡迎的水果之一,而有關富硒臍橙的研究較少。關于外源硒的安全、高效利用,硒在臍橙中的形態和轉化,以及富硒臍橙品質改善的機制都有待深入研究,這對于保證農產品安全具有積極意義,在改善人們硒缺乏癥、提高人們膳食營養水平等方面具有廣闊的前景。