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叶面喷施硒肥对低硒土壤中大豆不同 蛋白组成及其硒分布的影响 张艳玲1,潘根兴1 3 ,胡秋辉2,陈历程2 (1 1 南京农业大学资源与环境科学学院; 21 食品科技学院,江苏 南京210095) 摘要:研究了叶面喷施Na2SeO3和自制生物硒肥对低硒土壤中大豆籽粒蛋白组分及其硒含量分布的影响。结果表明:叶 面施用含硒180 mgL - 1(施硒量为 200 ghm- 2)的Na2SeO3和生物硒肥可使低硒土壤大豆硒含量达到1112 mgkg- 1, 而对产量没有显著影响。与对照相比,施硒后籽粒中蛋白质含量显著提高,而固体残渣降低。施硒不但提高了大豆水溶 性蛋白含量,而且水溶性蛋白结合态硒上升,固体残渣结合态硒下降,故大豆对外源补充的硒有较高的生物利用效率; 7 S蛋白是水溶性蛋白中比较活跃的组分,施硒后其本身含量及含硒量均大幅度提高,显示出容易受外界环境硒浓度变 化的特征。外源补硒不仅达到提高大豆硒水平的效果,而且可以提高大豆品质。施用生物硒肥的效果优于单施化学硒肥 亚硒酸钠。总之,施用硒肥提高籽粒硒水平不失为食物链硒供应的有效方法。 关键词:硒;大豆;蛋白质;低硒土壤;硒肥 中图分类号: Q945112 ; TS20114 文献标识码: A 文章编号: 10002030 (2003) 01003704 Effect of foliar application of selenium on composition and selenium content of seed proteins of soybean grown in a low2Se soil ZHANG Yan2ling1, PAN Gen2xing1 3 , HU Qiu2hui2, CHEN Li2cheng2 (1. College of Resources and Environment Sciences; 2. College of Food Science and Technology , Nanjing Agric Univ , Nanjing 210095 , China) Abstract: Effects of foliar application with Na2SeO3and Se bio2fertilizer on the composition and Se content in soybean grains were studied in a low2Se soil derived from sandy alluvium in central Jiangsu , China in 2000.Se fertilization was conducted once at flowering stage at a rate of 200 ghm- 2by foliar spraying of solution containing Se 180 mgL - 1. Soybean grain Se concentration was raised to 1112 mgkg- 1under foliar application both with Na2SeO3and Se bio2fertilizer , without any negative effect on grain yield. Seed protein increased while solid residue decreased under Se fertilization. Meanwhile , protein bound Se was upraised much more significantly than solid residue bound Se was , demonstrating a better bio2efficiency by soybean on applied Se.Grain protein 7S could be a sensitive indicator of Se supply in soybean as both its content in seed and Se concentration were most signifi2 cantly increased under Se fertilization.Thepresent experiment showed that exotic Se supply could not only high up the Se level in soybeans in low2Se soil but also improve its nutritional quality as well.Thus , Se fertilization to plants would be a practical way to enhance the food chain Se level in areas dominated by low2Se soils. Key words : selenium; soybean; seed protein; low2Se soil ; Se2fertilizer 在我国,环境低硒是引起多种流行病如大骨节病、克山病、动物白肌病的因素之一。实践证明,缺 硒地区人群适当补硒可取得良好的医疗效果。膳食中硒的形态不同将导致人和动物体硒的摄入、分布和 转化的差异1 ,2。一般认为,植物性产品中硒的生物利用率大于无机硒盐,不同富硒农产品的生物利用 收稿日期: 20020530 基金项目:科技部973项目(G199901180803) ;江苏省科委项目 (BE 99135) 作者简介:张艳玲(1973 ) ,博士研究生,研究方向为植物营养与生物健康。Email : zhangyl72 yahoo1com1cn; 3 通讯作者Corresponding author , Email : gxpan njau1edu1cn 南京农业大学学报 2003 , 26 (1) : 3740 Journal of Nanjing Agricultural University 率也存在差异3 ,4。 大豆中蛋白质占干重30 %40 % ,是人们普遍的植物蛋白来源。近年来,大豆蛋白正作为许多新 食品的重要组分,在食品加工中得到越来越广泛的应用。大豆硒含量相对较高,且硒主要富集在蛋白 中,大豆分离蛋白中硒的生物有效性为86 %96 %5,因而可以作为一种良好的植物性硒源。叶面喷 硒可有效提高大豆脂肪酸含量和特定氨基酸组成6。本试验选择江苏省如皋市的低硒土壤,对大豆进 行叶面喷硒,研究外源供硒对大豆籽粒蛋白质组分及其硒分布的影响,旨在为全面评价富硒功能食品, 有效改善低硒生态环境食物链硒水平提供理论依据。 1 材料与方法 111 材料 试验土壤采自江苏省如皋市的高砂土。该土壤为长江淤积土,土壤耕作层 (0 20 cm)全硒含量 01110 mgkg - 1 ,水溶性硒01005 mgkg - 1。土壤 pH (H2O) 7138 ,有机质1811 gkg - 1 ,全氮114 g kg - 1 ,速效磷4 mgkg - 1 ,速效钾49 mgkg - 1。供试品种为当地主栽大豆品种通矮 405 (如皋市常青乡 农业试验站提供)。化学硒肥为分析纯Na2SeO3,生物硒肥为分析纯Na2SeO3加入氨基酸、腐殖酸基质 发酵而成。 112 试验和研究方法 11211 试验设计 试验在江苏省如皋市常青乡农业实验站进行。共设叶面喷施Na2SeO3和生物硒肥两 个处理,硒含量均为180 mgL - 1 (实际施硒量为200 ghm - 2 ) , 以喷水为对照。各处理重复3次。小 区面积20 m2,完全随机排列。于初花期后第6天喷施,常规管理。成熟后收获籽粒,计算产量。 11212 样品处理 收获后的大豆籽粒经去离子水反复冲洗, 60 烘干,粉碎,过80目筛备用。 11213 结合态硒的提取方法 用索氏抽提法去除脂肪,其余组分参照Thanh等方法7。具体步骤为: 脱脂豆粉以110的样液比用缓冲液(含20 mmolL - 1 Tris , 011 % 巯基乙醇, 1 mmolL - 1 NaNO3, pH 81 5) 提取,离心,所得上清液为总水溶性蛋白溶液;调节上清液pH到615 ,离心,沉淀得到11 S 蛋白;余下的上清液再调节pH到415 ,离心,沉淀得到7 S蛋白;余下的上清液加 (NH 4)2SO4到45 % 饱和度,离心,沉淀得到乳清蛋白。将以上得到的各组分在L G J015型真空冷冻干燥机上连续干燥48 h ,称重,密封,供测定硒含量。由脱脂豆粉减各部分之和得到固体残余物量。石油醚脱掉的脂肪和固 体残余物中含硒量由差减法得到。脂肪中未测出硒。 11214 硒的分析测定 称取干燥的样品012115 g ,用硝酸和高氯酸(体积比为4 1) 砂浴消化,待测 液中的硒用AF610A原子荧光光谱仪测定。以国家标准物质GBW07603 ( GSV 2) 为标样,测定回 收率为 (104 5) %。 2 结果与分析 211 叶面喷硒对大豆产量和含硒量的影响 由表1可以看出,叶面喷施相同硒剂量的化学 硒肥和生物硒肥均可显著提高低硒土壤中大豆籽粒 含硒量,使其达到1112 mgkg - 1 ,而对产量没 有显著影响。同时,大豆对两种不同硒源的硒具有 相近的生物利用效率。 212 叶面喷硒对大豆不同组分的影响 从表2可以看出,叶面喷施Na2SeO3和生物硒 肥使籽粒总水溶性蛋白含量由对照的34155 %提高 到38107 %39126 % ,差异达极显著水平(P 0101) ,而固体残渣含量在施用化学硒肥时降低 表1 施硒对大豆产量和含硒量的影响 Table 1 Effect of selenium fertilization on soybean yield and Se concentration 处理 Treatments 产量/ kgplot - 1 Yield 含硒量/ mgkg - 1 Se content 对照 CK61580180a01060101B 化学硒肥Na2SeO3 61850139a12101117A 生物硒肥Se bio2fertilizer61850118a11143118A 注:同列比较,不同小写字母表示差异显著(P 0105) ;不 同大写字母表示差异极显著(P 01 01) 。 Note : Different small letters within the same column represent sig2 nificance at 5 %; Different capital letters within the same column repre2 sent significance at 1 %.The same as follows. 1 %左右,施用生物硒肥可降低4 %以上。不过,硒肥处理对籽粒的粗脂肪和液体残余物含量没有影响。 这说明叶面喷硒可显著改善大豆营养成分,并主要表现为水溶性蛋白质含量的增加和固体残渣的减少。 83 南 京 农 业 大 学 学 报 第26卷 而生物硒肥可能由于含有氨基酸等其他对植物生长有益的物质,对大豆籽粒品质的改善效果优于化学硒 肥。在分析的3种水溶性蛋白中,施硒对籽粒11 S蛋白和乳清蛋白含量没有显著效应,施硒后水溶性 蛋白含量的升高主要是7 S蛋白含量的升高所致。故施硒能促进大豆籽粒中7 S蛋白的形成和积累。 表2 不同硒肥处理下大豆各组分含量 Table 2 Percentage of soybean components under different Se treatments% 处理 Treatments 脂肪 Lipids 11 S蛋白 11 S protein 7 S蛋白 7 S protein 乳清蛋白 Whey protein 固体残渣 Solid debris 液体残余物 Soluble debris 对照 CK151540109a191210157a121570135b21780141a231752181a261172107a 化学硒肥Na2SeO3 151160165a181352190a161192153a31520139a221900121a231870149a 生物硒肥Se bio2fertilizer151240182a191611131a161310122a31340118a191130156b261361141a 213 叶面喷硒对大豆不同组分中绝对硒含量和相对硒含量的影响 由表3可以看出,除粗脂肪外,叶面喷硒可显著提高所测大豆籽粒各组分的含硒量,但以水溶性蛋 白中硒含量的提高幅度最大。11 S蛋白、7 S蛋白和乳清蛋白的含硒量分别是对照的215 , 250280和 180倍左右,而固体残渣硒的提高幅度较小,但也达对照的100倍左右。这进一步说明施硒对提高大豆 籽粒硒的效应主要表现在蛋白质结合态硒的增加上。这意味着大豆籽粒蛋白质对硒有很强的结合能力, 因而对生产和加工富硒食品是十分有利的。 表3 不同硒肥处理下大豆各组分硒含量及其占籽粒硒总量的百分比 Table 3 Se concentration and percentage in grain components under different Se treatmentsmgkg- 1 处理 Treatments 11 S蛋白 11 S protein 7 S蛋白 7 S protein 乳清蛋白 Whey protein 固体残渣 Solid debris 对照CK 01090100B (28 19118a) 01070101B (14 151130b) 01100102B (4 1790188a) 01090101B (28 141181a) 化学硒肥Na2SeO3 1916018A (29 18316a) 19122163A (26 127133a) 19135123A (5 1782107a) 81730171A (27 112100a) 生物硒肥Se bio2fertilizer 1911219A (33 16414a) 17143113A (24 184123a) 18154148A (5 1431154a) 91631128A (23 173174a) 注:括号内为各组分的硒含量占籽粒总硒的百分比。Data in parenthesis is Se percentage of the grain total Se. 施硒前大豆籽粒蛋白中的硒以乳清蛋白中较高, 11 S蛋白中次之,而7 S蛋白中最低。施硒后,各 蛋白组分中硒含量均提高到相近的水平,充足的外源硒供应使硒均匀地转移到各种蛋白质中。说明低硒 胁迫下乳清蛋白结合硒能力更强,发生蛋白质对硒的竞争,而富硒处理下这种竞争减弱。施硒下固体残 渣硒含量有所升高,生物硒肥处理下其占有硒的百分比下降,相应的11 S蛋白硒百分比提高。两种硒 源下, 7 S蛋白所占硒均有显著提高(由对照的15 %提高到19 %左右 ) , 这与前述施硒促进了该蛋白在 籽粒中形成与积累是一致的。这进一步支持了外源生物硒优先进入了大豆蛋白组分,这是大豆具有较高 的硒生物有效性并可作为富硒农产品生产的靶标作物的重要依据。 3 讨 论 我们以前在含硒0127 mgkg - 1的黄棕壤上于大豆结荚期喷施 200600 mgL - 1不同浓度的硒 ,试 验表明籽粒含硒量明显提高,并提高了大豆籽粒脂肪含量特别是亚油酸含量,但对蛋白质总量和氨基酸 组成没有影响6。不过,这可能是由于施硒时期偏晚和施用化学硒浓度较高,外源硒没有能够充分转 移到蛋白质中。我们对于茶叶的类似试验也收到了改善茶叶品质(氨基酸含量和组成、V2C含量等方 面)的结果7。本项研究在大豆初花期喷施硒含量为180 mgL - 1 (用量200 ghm - 2) 的硒肥,尤其是 生物硒肥,达到了使低硒土壤上大豆含硒量明显提高,并通过提高大豆水溶性蛋白含量而改善大豆品质 的良好效果。这与我们对茶叶的试验结果不同,对于茶叶来说,喷施化学硒肥与生物硒肥对茶叶硒的生 物利用和品质的效应没有差别8。本试验中,生物硒肥对于固体残渣的下降和11 S蛋白中硒分配的增 强作用明显高于化学硒肥。生物硒肥是否具有其他效应还不清楚。看来,这种生物硒肥叶面喷施技术可 93第1期 张艳玲等:叶面喷施硒肥对低硒土壤中大豆不同蛋白组成及其硒分布的影响 以用于大田作物尤其是低硒地区大豆的优质富硒农产品生产,从而达到改善低硒地区食物链硒水平的效 果。 谢申猛等9、孙景芳等10对中国不同地区和不同天然硒含量的大豆研究表明,硒在大豆中主要以 水溶性蛋白结合态硒的形态赋存。施硒对大豆中硒分布的影响主要表现在水溶性蛋白结合态硒含量的提 高和3个重要水溶性蛋白绝对硒含量顺序的改变。本研究进一步表明,低硒土壤上大豆籽粒蛋白组分因 硒胁迫而存在硒竞争,外源补硒情况下,硒能够均匀转移到不同蛋白组分中,尤其是增加了在7 S蛋白 中的分配,这与天然高硒区结果相似9 ,10。这一方面说明大豆对外源硒具有较高的生物利用率,另一 方面也说明了7 S蛋白作为一种大豆籽粒中活跃的蛋白组分,灵敏地响应于土壤 作物系统硒供应状 况。这与前人对正常和低硒地区大豆的研究结果11 ,12是吻合的。我们以前对自然和人工富硒茶叶的硒 化学浸出率和营养功能的研究也说明了茶叶、大豆对于不同硒源的生物吸收和利用是相似的13,并且 动物对富硒农产品硒的生物利用率高于化学硒14。因此,人为喷施硒对于人类的农产品食物硒摄取是 可靠的。同时,还说明叶面喷硒和环境自然高硒对硒在大豆籽粒中的分布有相似的影响。 参考文献: 1 Laws J E , Latshaw J D , Bigger M. 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