（森林保护学专业论文）黄粉虫幼虫富硒研究.pdf

摘要 硒是人体所必需的微量元素之一，缺硒可引起大骨节病、克山病等许多疾病。硒 无机态化合物比有机态化合物的毒性更大，并且硒蛋白等有机态的硒更容易被人体吸 收。【司此，把无机硒转化为有机硒，将成为人们利用硒的主要途径。昆虫生长周期短、 繁殖量大、易产生抗性等特点为富硒提供了一种新的可能性途径，同时在这方面的研 究也利于资源昆虫颓产品的进步开发和利用。本试验主要以黄粉虫幼虫为载体进行 对人体有益的微量元素锌与硒富集作初步探索，开辟对人体有益的微量元素富集新途 径，促进黄粉虫多功能产品的深加工。 从硒的添加方式、对黄粉虫幼虫是否迸行硒的抗性培养、饲料中硒与锌不同浓度 的组合等几个方面探索黄粉虫幼虫富硒的规律，考查硒与锌对黄粉虫幼虫生长及锌与 硒在幼虫体内的富集量相互影响等。在试验中黄粉虫幼虫的饲料主要是麦麸，所添加 的硒和锌元素分别来源于亚硒酸钠和硫酸锌，试验结果表明：( 1 ) 在不严重影响黄粉虫 幼虫生长的情况下，可提高虫体内硒含量2 0 3 0 倍。( 2 ) 黄粉虫幼虫富硒范围较窄， 饲料中含硒量在3 l o m g k g 范围内才能显著有效富集，过低富集量不明显，过高则 会引起幼虫大量死亡。( 3 ) 饲料中含有适当的锌可促进黄粉虫幼虫的增重，饲料中锌含 量过高会降低幼虫对硒的吸收，而硒并没有表现出对黄粉虫幼虫增重有明显的有利影 响，摄入适量的硒有可能降低幼虫的死亡率和提高饲料利用率。( 4 ) 利用亚硒酸钠水溶 液代替饲料中硒的供给可解决短时间内幼虫对高浓度硒的拒食问题，但不利于硒的富 集，并且富集到一定时间会降低虫体内的硒含量，也不能减缓或抑制硒对黄粉虫幼虫 生长不利因素。( 5 ) 在对黄粉虫幼虫体内硒的分布研究中发现，富集1 0 天( 再饥饿三 天) 的硒主要集中在幼虫消化道及消化道内含物中，在表皮内硒含量最少。( 6 ) 利用含 硒量为9 m g k g 的麦麸饲料喂养黄粉虫幼虫2 4 天内，除前几天外没有发现幼虫体内硒 含量下降现象。 关键词：黄粉虫硒锌生物富集 前言 目前国内国际市场功能食品成为开发研究的热点，也是2 1 世纪食品发展的趋势。 身体健康有赖于营养的均衡，这些营养素广泛地分布于众多的食物之中，讲究饮食搭 配才能摄入全面的营养。高蛋白、高脂肪和高糖的饮食习惯造成了心脑血管病、糖尿 病和亚健康状态等现代文明病，这已经被人们所注意，然而过去被忽略的低维生素、 低矿物质、低膳食纤维也能导致许多疾病发生，它们直到现在才开始引起人们的重视， 经研究发现通过调整日常膳食结构基本可以解决除低矿物质外的其它五大营养因素 的平衡。矿物质元素是人体生长发育必需的六大营养要素之一，通常将曰需量占人体 重量力+ 分之一以上的元素称常量元素如钙、镁、钾等：万分之一以下的称微量元素， 如锌、铁、铜、碘、硒、锰、钴、锶、钼等。其中，缺锌容易导致生长缓慢、味觉迟 钝、食欲不振；缺乏维生素a 则容易引起皮肤生长斑点，感到疲倦，以牙齿珐琅质软 化等。医学研究均显示部分营养素能普遍地提高人体的抗病能力，如维生素a 、c 、 e 和硒等，对多种慢性疾病都有显著的功效，因此额外增补含有这些营养素的食品就 特别适合患有慢性疾病的人调理身体之用。3 。另外，在我国由缺硒引起豹克山病并没 有彻底解决，近年来，四川省克山病病情有所回升，特别是凉山州个别重病区县的克 山病发病率呈逐年上升趋势。1 。随着食物加工越来越精工细作，原来集中在粮果皮与 胚中的矿物质( 尤其是微量元素) ，在粮食加工中被抛弃了，造成食物功能性营养越 来越缺乏。以微量元素锰为例，小麦含2 4 。3 7 m g k g ，小麦的胚含1 2 1m g k g ，标准 粉含2 8m g k g ，而所谓的高级精面粉的锰含量几乎等于零“1 。再如糙米营养全面， 但口感差，加工成精米后，维生素、微量元素、膳食纤维损失殆尽。但是，食不厌精， 是人类历来的追求，让人们统统恢复粗茶淡饭，是不可能的，只有在食品中有目的的 添加一些微量元素来弥补这些不足。目前市场上出现的功能食品有高锌、高钙和高硒 等奶制品及口服液，还有许多富集微量元素的动植物产品等，其添加形式多种多样， 有效成分含量也不尽相同。 食用昆虫蛋白质含量高、脂肪低、胆固醇低、结构合理肉质纤维少、易吸收及微 量元素丰富等优于肉类蛋白的最大的动物蛋白资源“3 。黄粉虫具有繁殖速度快，人工 饲养容易、食物转换率高、食性杂、喜群居、开发食品市场准入相对较易等优点。它 体内不像植物中那样含有植酸、纤维等抗营养因子( 包括蛋白抑制剂、植物凝集素等) ， 所以利用昆虫富集微量元素优于植物富集。在掌握的现有资料中发现，黄粉虫体内微 量元素变化较大，不同环境的黄粉虫幼虫体内锌元素含量也有显著差异( 1 7 1 2 2 m g k g ) “1 ，在肖银波的富锌试验中人为的提高饲料含锌量，使得黄粉虫体内含 锌量提高了4 倍，由此可见黄粉虫微量元素富集很有潜力，长期适当高浓度的培养还 会增强其耐性。所以利用黄粉虫的生物吸收转化作用，将无机硒转化为容易被人体吸 收的有机硒，进而研究出对人体有益的富含锌、硒及其它元素的多功能黄粉虫产品。 1 文献综述 1 1 硒利用的研究进展 1 1 1 简介 硒的原子系数为3 4 ，相对原子质量7 8 9 6 ，属于元素周期表的第v i a 族，位于硫与 碲之间。硒的熔点是2 1 7 。c ，沸点6 8 4 9 c ，密度4 1 8 9 c m 3 ，有6 种同素异形体。属于 两性元素，理化性质与硫元素相近，也是重要的工业原料，在工业领域被广泛利用， 诸如在有机反应中做催化剂、在玻璃生产中做脱色物、还用于太阳能电池和半导体产 品中等。它能随着光强度的不同而改变其导电性能，这种“光电”特性使它十分适合 于在电眼、太阳电池、电视、摄影机和光度计等方面的应用。同时，硒还是人和其它 动物维持生命活动所必需的微量元素之一，但在地球上分布不均，储量相对较少。对 硒的生物学作用的全面认识较为滞后，自1 8 1 7 年8 e r z e l i u s 发现硒以后长达一个多世 纪的时间里，仅限于对它的毒性认识，一直被看成和砷、汞一样对人和动物有剧毒的 物质。自1 9 5 7 年s c h w a r z 等首次发现硒的营养作用，1 9 5 9 年o l d f i v e l d 等证明缺硒引起 动物白肌病以来，硒对动物的营养作用很快成为研究的热点。1 9 7 3 年r o f r u e k 等发现 硒是谷胱甘肽过氧化物酶( g s h - p x ) 的必需组分，1 9 7 8 年f r o s t r o m 等证明g s h p x 的活性 中心是以硒代半胱氨酸( s e c y s ) 的形式存在于肽键中，i m o l g s h - p x 含4 m o l 硒，g s h p x 的含s e c y s 部分是由u g a 基因编码”。自7 0 年代，硒与生物健康的关系才逐渐引起了 人们普遍的关注，8 0 年代初杨光圻等报道了我国硒与克山病的关系的研究成果“，加 深了人们对硒的营养生物学功能的认识。现在不仅初步弄清了硒的分布，硒在自然界 的存在形式，对于硒的营养、毒性和解毒作用等生物学功能人们也有了更深刻的认识。 1 1 2 硒在自然界的分布及存在形式 112 1 硒在自然界的分布 硒在地壳的分布虽很广泛含量却很少，在构成地壳的一百余种元素中只排在第7 0 位，在地壳中的分布也不均衡，主要分布在土壤和岩石中，在自然条件下水中的硒含 量一般只有2 3 l ，空气中则小于0 0 4 n g n 。不同地区土壤中的含量差异非常大， 在我国就存在低硒地区和高硒地区，其中低硒区主要分布在从东北到西南的一条狭窄 地带上，包括黑龙江、吉林、辽宁、河北、山西、陕西、内蒙古、四川、云南等省区， 调查中发现部分地区土壤含硒量仅有11 2 1 - g k g 。湖北的恩施地区和陕西的紫阳地区则 是我国已知的高硒地区，如恩施当地土壤的平均含量可高达7 8 6 5 p g k g ，当地煤炭中 含量则高达3 0 0 m g k g 。在世界上低硒地区主要在丹麦、芬兰、新西兰和西伯利亚中部 地区，美国和加拿大的大平原、爱尔兰部分地区、哥伦比亚、委内瑞拉等则是富硒或 高硒地区。 在生物群落中，含硒量主要取决于食物链中上级生物含硒量，而最底层生物则取 决于土壤或水中的含硒量，当然物种之间也有较大的差异，这主要是它所在环境对它 进化的影响。如对我国不同地区粮食作物的含硒量调查中发现，不同环境下作物含硒 量差别相当大，部分数据见表卜1 。 表卜i 不同地区玉米、大米和豆类平均含硒量 t a b 1 1t h ea v e r a g es e l e n i u mc o n t e n to fc o r n ，r i c ea n dl e g u m ei nd i f f e r e n t i r e 8 s 地区类型 含硒量t h es e l e n i u mc o n t e n t ( g k g ) d i f f e r e n ta r e a s 玉米c o r n大米r i c e豆类l e g u m e 资料来源：李素梅( 2 0 0 4 ) 112 2 硒在自然界的存在形式 硒存在一2 ，0 ，+ 2 ，十4 ，+ 6 多种化学价，可以构成较多的无机化合物和有机化合 物。无机硒在土壤和矿物质中多以亚硒酸盐、硒酸盐或单质的形式存在。单质硒相当 稳定，通常不易被生物所利用。自然界中+ 6 价的硒主要是硒酸盐，它在碱性条件下和 氧化条件下都很稳定，且易溶于水，比较容易被植物所吸收利用，并在体内蓄积，可 引起其它生物食用后中毒。而+ 4 价硒则主要以亚硒酸盐的形式存在，可被二氧化硫和 维生素c 还原成0 价硒，在碱性溶液中或有氧的条件下被缓慢氧化成硒酸盐。亚硒酸 盐容易和土壤中的铁、钙、镁和铝等氧化物结合，形成不溶于水的物质，因此被植物 吸收利用的程度要小于硒酸盐。从植物体中已经分离鉴定出l o 种小分子硒有机化台 物“2 “，它们是硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒代高胱氨酸、硒代胱硫醚、s e 一甲基硒 代蛋氨酸、s e 一甲基硒代半胱氨酸、s e 丙烯基硒代半胱氨酸、y 一谷氨酰一s e 一甲基硒 代半胱氨酸、二甲基硒和二甲基二硒。b u r k 等( 1 9 9 3 ) 指出，在哺乳动物体内大约有 i 0 0 多种硒蛋白，研究较多的硒蛋白见表l _ 2 。地壳中的硒主要通过火山运动、冶炼 活动、风化过程和雨水淋溶进入土壤和水中，经植物、微生物和水生生物吸收转化， 通过食物和饮水进入动物体内。因此，自然环境中的硒既有无机状态也有有机状态。 土壤中以无机态硒为主，有s e ”( 硒酸盐) 、s e ”( 亚硒酸盐) 、s e ( 单质) 、s e 2 一( 无机和有 机硒化物) 几种存在形式；生物体内以有机态硒为主，以多种含硒小分子有机物或结 合成含硒生物大分子形式存在n “。 表卜2 哺乳动物主要的硒蛋白及相关蛋白质 t a b 1 2p r i m a r ys e l e n o p r o t e i na n dr e l a t i v ep r o t e i no fm a m m a l 资料来源：倪银星( 2 0 0 2 ) 4 1 1 3 硒与人体健康 1 ，1 3 1 人体内硒的来源 人体的硒主要是通过膳食获得，膳食中则主要源于谷物、肉类和鱼类，- d , 部分 源于奶制品和蛋类，而蔬菜和水果通常舍硒量很低。富含硒的食物有海产品( 鱼、虾) 、 动物肝脏、肉类、谷物、蘑菇、芦笋、大蒜等。其中日常膳食中硒来源于哪几种食物， 也取决于不同人群生活习惯。如儿童体内的硒绝大部分来源于母乳和奶制品，其中母 乳比牛乳中的硒含量高2 倍。关于硒在生物链中的传递是较为复杂的，在土壤、植物、 动物、微生物和人之间可用图卜l 表示其传递关系。一个成年人，体内正常含硒量为 4 1 0 m g ，主要分布在肝、胰、肾等部位，若要满足体内的正常代谢，每天需要摄入 一定量的硒，美国食品和营养委员提出成人每天摄入硒安全和适宜范围推荐量为5 0 2 0 0 ug ，杨光圻等认为我国成人每天适宜的膳食硒摄入量应为5 0 2 5 0 i lg “”，中国营 养学会的推荐摄入量则更为细致( 见表卜3 ) 。 图卜l 硒的循环流程图 f i g1 1 t h ec y c l i cc h a r to fs e l e n i u m 人 表卜3 中国居民每日膳食硒参考摄入量 t a b 1 3t h er e c o m m e n d e dd i e t a r yi n t a k eo fs e l e n i u mp e rp e r s o np e rd a yi nc h i n a 年譬岁) 、体荸 e v rr n ia iu l 年警岁) 、体辱 e r rr n ih iu l a g e ( y e a r ) b o d y ( k g ) a g e ( y e a r )b o d y ( k g ) 0 0 561 55 51 1 4 23 64 53 0 0 0 5 192 08 01 4 5 34 05 03 6 0 1 31 31 72 01 2 0 1 86 04 15 04 0 0 4 61 92 02 51 8 0 孕妇 5 04 0 0 7 l o2 72 63 52 4 0乳母6 54 0 0 注：( 1 ) e v r 一平均需要量，r n i 一推荐膳食许可量或推荐摄入量，a l 一适宜摄入量，u l _ 可耐受最 高摄入量或上限值。( 2 ) 数据来源“1 。 1 132 硒的生理生化功能 硒是生命体不可缺少的微量元素，有防癌治癌的双重作用，现在已有的大量研究 发现多种疾病甚至衰老和长寿都与硒营养状况有密切关系。因为人体中的硒主要是通 过饮食摄入的，若长期食用缺乏硒的食物，就会因硒营养不足而使机体抵抗力降低， 消化系统功能受损，神经紊乱，影响视力、肾功能、生殖功能和性功能，诱发维生素、 蛋白质及能量缺乏性营养不良、贫血、冠心病、大骨节病、克山病、糖尿病和癌症等 4 0 多种疾病与缺硒密切相关“”1 。s h a m b e r g e r ( 1 9 6 9 ) 发现癌症死亡率和当地植物及人 体的硒含量呈负相关，s c h r a u z e r ( 1 9 7 7 ) 对2 7 个国家的比较也发现白血病、直肠癌、 乳腺癌、卵巢癌和肺癌的总死亡率和年龄校正死亡率与这些国家的平均硒摄入量呈负 相关o 。硒具有与胰岛素相似的作用，可调节体内糖分，有利于改善糖尿病的症状。“。 硒营养生物学功能最重要的作用是硒蛋白一p 、谷胱甘肽磷脂氢过氧化物酶( p h g s 卜p x ) 和胞外谷胱甘肽过氧化物酶( e g s h p x ) 的必要组分，在机体内发挥抗氧化作用，抑制 腊质过氧化、消除过多自由基，从而保护生物体的膜结构与功能。硒还具有调节维生 素a 、c 、e 和k 的吸收与消耗，参与c o a 和c o q 的合成，刺激免疫球蛋白及抗体的产 生等多种作用。硒代半胱氨酸被认为是蛋白质的第2 1 个氨基酸，u g a 正在演变成编码 该氨基酸的密码子，但还为未进化完善。p o w i sg 证实不同形式的硒可强烈抑制某 种细胞周期蛋白激酶的活性，阻止其细胞周期性繁殖。因此，硒营养不足会影响机体 正常的生理代谢，以致诱发多种疾患。 硒对重金属的解毒作用是因为重金属能与一s h 结合破坏巯基酶的活性因此产生剧 毒，而硒能与这些重金属结合成复合物使其游离重金属的浓度降低，在机体内的蛋白 质中也有硒与重金属的复合物存在，从而起到解毒作用，这是早已被普遍接受的观点。 如硒对汞解毒表现为亚硒酸盐需要在还原型谷胱甘肽存在下还原成硒酸根离子，然后 在h g ”与蛋白的巯基间形成硒桥，生成稳定的汞一硒复合物。“。硒也能影响人和动物的 免疫功能，包括非特异性免疫、体液免疫和细胞免疫。就细胞免疫而言，硒缺乏能导 致细胞免疫抑制，使机体抗感染能力下降，中性白细胞功能降低及末稍淋巴细胞数量 减少”。b l o d g e t t 等( 1 9 8 4 ) 发现日粮含硒量在0 3 1 5 m g k g 时杂交断奶仔猪对增 重没有明显影响”，但是硒蛋白和硒多糖不仅能显著增强小鼠g s h p x 活性，而且还 能显著提高s o d 活性，二者相比，硒蛋白表现出更好的生物学效应，而亚硒酸钠只能 明显提高小鼠g s h p x 活性，不能增强s o d 活性，这可能因为s o d 酶是非硒酶，所以 增加机体硒水平不可能直接提高该酶的活力”“。另外一些有机硒化合物也具有模拟 g s h p x 的活性，表现出显著的抗氧化活性o “。 1 1 33 硒缺乏 人体缺硒主要是长时间食用含硒量很低的食物引起的，开始表现为血浆硒和 g s h p x 活力下降，重则会产生对人体健康不利的影响。虽然没有直接证据证明象克山 病、大骨节病、自内障、心血管疾病等和硒缺乏有直接关系，但是许多间接的或宏观 统计发现它们之间确实存在某种关系。如克山病主要分布在我国从东北到西南狭窄的 地带上，发病地区居民的发硒、全血硒及尿硒平均量含量极度偏低( 见表卜4 ) ，通过 人工有意识的补硒( 亚硒酸钠) 可以降低急型和亚急型的发病率。通过对甘肃省居住 在大骨节病流行地区的儿童进行了6 年补硒试验，结果大骨节病的发病率由补硒前的 4 2 下降到补硒后的4 。大鼠在缺乏硒时会引起肝细胞坏死，尤其伴随维生素e 缺乏 时。长期或严重缺乏硒时，会引起眼睛晶体中的p s h - p x 活性下降，使其不能及时清 除内部代谢产生的过氧化物和氧自由基，致使晶体受到氧化损伤而引发白内障。硒一 旦被人体吸收就不易损失，如果高或正常硒含量的人到低硒地区生活，一般短时间( 甚 至几年) 也不会发现血液中有明显的硒含量降低现象。 表1 4 我国高硒、低硒和适中地区居民发硒、全血硒及尿硒平均量含量 t a b 1 4t h ea v e r a g es e l e n i u mc o n t e n to fh a i r 。b l o o da n du r i n eo fp e o p l ew h o li r eint h eh i g h 。l o wo rm o d e r a t es e l e n i u ma r e a s 地厩 a r e a s 发硒( 魄g ) 全血硒( 增向1 ) h a i rs e l e n i u m 磊。l is e l 。e n i u m 尿硒( p - g m 1 ) u r i n es e l e n i u m c o n t e n t 0 3 6 o 1 70 ，0 9 5 o 0 9 1 0 0 2 6 1 0 0 1 2 t h el o ws e l e n i u ma r e a so f0 0 7 4 0 0 5 00 0 2 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1e ! 型! ! ! ! i ! ! ! ! ! 注：数据来源。 躯一m 妪”d 1一曲觎；厨一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一 i ，j 0 4 硒中毒 事实上，硒自被发现之后长期被作为剧毒物对待，对多数动物一次性口服致死的 最小剂量为l 5 m g k g ( 体重) ，对人致死的剂量认为是4 - - 5 m g k g 体重。虽然过量摄 入硒时会导致急性中毒或慢性中毒，但是很少有直接硒中毒的报道，这与硒在自然界 的含量有关，既是富硒地区往往也达不到致毒量。人的慢性中毒表现为胃肠功能障碍、 腹水、贫血、经常性耳鸣、指尖知觉丧失、脱指甲、脱发甚至脱眉毛；急性中毒症状 现为神经过敏、呼吸困难、嗜睡、呕吐、有蒜味呼出、肌肉组织痉挛等“。动物急性 硒中毒时表现脉搏加快、目光呆滞、运动失调、呼吸困难、呕吐等，严重时数小时至 数天内死亡：慢性中毒则表现为生长不良、呆滞、贫血、脱蹄、掉毛，以及猪脊髓灰 白质炎、雏鸡畸形等。一般认为，硒毒性的关键是由于硒能掺入到两个硫原子中间形 成“s s e s 一”硒桥，破坏了含一s h 酶的结构。”，或者硒取代了一s h 酶上的硫，却没 有一s h 那样形成氢键的能力，从而使重要的一s h 酶活性降低或丧失而造成毒害。徐辉 碧等则提出硒毒性的自由基机理o ”，g s i - i 将硒化合物还原成低氧化态形式，低氧化态 硒在被0 ：、h 2 0 。或其它过氧化物氧化成较高氧化态形式的同时产生活性氧自由基( 0 1 等) ，过量的g s h 又会将生成较高氧化态形式的硒化合物还原成低氧化态形式，如此 循环往复，不断催化产生活性氧自由基而导致毒性的产生。 1 1 4 硒的利用 人或动物主要是通过食物获取自身所必需的硒，在一些贫硒地区须经过人们有意 识的进食一些含硒高的食物或含硒制剂( 如含有亚硒酸钠的硒片) ，来弥补自然食物 中硒的不足。最早补硒所采取的方式是直接口服或静脉注射硒化合物，后逐渐发展为 在饲料中添加硒化合物和使用硒肥提高土壤及作物的含硒量。芬兰是第一个全国范围 内进行补硒的国家，1 9 8 4 年我国也大范围的使用富硒肥料，补硒后人和动物的硒摄入 量提高了1 倍。 6 0 年代初，我国第一高硒区湖北恩施被发现。”，这是世界上最大的硒矿床地区， 有独特的生态环境，有生长优质富硒原料的小气候，是种植天然有机硒作物得天独厚 的地区，如甜味绞股蓝营养保健片的硒含量可达2 m g k g 。“。在对微生物富硒研究中发 现，平菇、酵母和灵芝都有较理想的富硒能力。”1 。对硒的耐受量因物种和硒化合物 种类的不同有明显差异，如口服硒( 以亚硒酸锄形式提供) 的最低死致剂量猪为 1 7 r n g k g 体重，牛为l o m g k g 体重。长期采食含硒量在1 & o g k g 的饲料就会出现慢 性中毒，一般认为饲料中硒含量在l m g k g 以下是安全的”。m a h a n 等( t 9 8 4 ) 研究发 现，以玉米一豆饼为基础日粮，以亚硒酸钠形式给断奶猪补充无机硒当日粮中硒的水 平超过5 o m g k g 时，断奶猪的采食量下降和增重缓慢脚3 。 在生物体内亚硒酸盐的硒吸收率在8 0 以上，而硒酸盐和硒化蛋氨酸中的硒吸收 率则超过9 0 。因此，决定硒的生物利用度的限速步骤并不在吸收，而在于在组织内 向代谢活性形式的转化( 如结合成谷胱甘肽过氧化物酶或5 一脱碘酶) 1 。通过大量的 耗竭一补充试验，可估算出食物中硒的生物利用率，计算出的生物利用率受所选择的 反应标准、饮食硒含量和其它可能的未知因子的影响。在被耗竭的小鼠谷胱甘肽过氧 化物酶活性恢复过程中发现o ，对于坚果和牛l 肾中的硒吸收也很容易，可达9 2 或更 高，对于小麦中硒的生物利用度也很高，可达8 0 或更高，对金枪鱼则仅为2 0 6 0 ， 而对蘑菇类的硒利用度通常很低。因此认为生物体对硒利用率的高低主要取决于硒的 形态。虽然硒酸钠吸收率比亚硒酸钠高，但是硒酸钠容易在生物体内富集，并且不易 被转化其它化学价的化合物，从而导致硒富集中毒，引起肝功能损伤。而亚硒酸钠的 转化率虽不是最高，但很容易被转化为有机化合物，利于生物生长发育，既使合理的 连续3 5 年使用也不会引起肝功能障碍。 1 2 黄粉虫的利用现状 黄粉虫( t e n e b r y om o i i t o rl i n n a e u s ) 又名大黄粉虫、黄粉甲、面包虫，属昆 虫纲鞘翅目拟步行虫科粉虫族，分布于我国各地，原是粮食、药材仓库及各种农副产 品仓库的重要害虫，由于其幼虫及蛹含有丰富的蛋白质和多种氨基酸“，可作为人类 食品及保健品。又因黄粉虫抗病力强、耐粗养、生长发育快、易繁殖等优点，并且体 内富含几丁质和不饱和脂肪酸，在人类食品、医药等方面的利用日趋广泛，已成为当 今世界上仅次于养蚕、养蜂业发展最快的养虫业之一“。 1 2 1 黄粉虫作为食品的开发 食用昆虫种类繁多，不同种类的昆虫含有特殊的营养成分，从而具有独特的保健 功能，因此食用昆虫非常适合于开发功能性食品“。黄粉虫的脂肪酸组成和其它的大 多数食用昆虫样，不同于一般动物脂肪多以饱和脂肪酸的形式存在，而是含有丰富 的不饱和脂肪酸，人体必需腊肪酸含量较高，饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸之比为3 ： l 。“。用其提取的蛋白质营养液，蛋白质含量相当于牛奶的4 8 倍，其它有益元素及 维生素含量均高于牛奶3 1 0 倍“。对水解黄粉虫蛋白质适宜的酶进行了研究，发现 9 胰蛋白酶水解黄粉虫蛋白质是最佳选择，并找出了适宜的反应条件和工艺流程“5 、“。 其开发的产品有全脂粉、汉虾粉、油炸蛹( 幼虫) 、脱脂粉面包、黄粉虫清蛋糕、保 健口服液、虫酒、利用黄粉虫生产酱油等“7 5 “。 对黄粉虫的开发利用在我国还处于初创时期，随着现代科技的进步涌现出许多新 的产品，通过多学科的密切配合、应用高新技术、选择先进设备、设计合理工艺可开 发出营养丰富、美味可口、成本低廉、食用方便的风昧食品、强化食品、保健食品及 功能饮料等多系列产品。 1t 2 2 黄粉虫在其它方面的应用 从黄粉虫体提取纯化的s o d ( 超氧化物歧化酶) 作为抗衰老、防皱等化妆品效果均 优于现有市场产品。研制开发昆虫几丁质，提取抗癌药，将昆虫胶脂水解制成几丁质 冲剂及口服液为最新抗癌药。日本最近研制的抗癌药“救多善”，就是从昆虫几丁质 中提取的，疗效高达6 5 ，其成本仅为日本同类药物的十分之一或更低“。昆虫免疫 系统不同于高等脊椎动物免疫系统，后者的免疫球蛋白与抗原有特异结合能力，而昆 虫抗菌物质的抗菌作用具有广谱性。昆虫抗菌物质是昆虫免疫系统受到外源异物刺 激后，为清除这种异源刺激所产生的类具有抑菌或杀菌效应的肽或多肽类物质。昆 虫抗菌物质已用于饲料防腐和外伤消毒。另外，对昆虫免疫基因及抗菡物质的研究具 有重要的理论和实践意义。 2 材料与方法 2 1 材料 以四川农业大学林学园艺学院森保试验室繁育的黄粉虫种群为材料，以市场上购 买的麦麸和青菜叶为饲料进行饲喂。麦麸用烘箱8 0 。c 烘干，菜叶则选用新鲜的。 元素s e 和z n 分别来源于n a 。s e 吼5 h 。0 ( 分析纯) 和z n s o 。7 h ：0 ( 分析纯) 。 饲养器皿为塑料小盆( 直径为1 7 c m ) 和培养皿。 2 2 试验设计 整个试验可分为四个阶段六个部分( 见图2 - 2 - 1 ) ，涉及5 个因素多个水平，如 虫龄、硒的用量、锌的用量、试虫是否进行过抗性培养、富集时元素的添加方式等。 第 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 ) 藿 图2 - 2 一l 富硒试验设计路线 f i g 2 - 2 1 t h ef l o wc h a r to ft h ee x p e r i m e n t a ld e s i c no fb i o e n r i c h i n gs e l e n i u m lrlylr1ik厂 2 - 2 1 试验因素与水平的选择 2 2 11 试虫选取 据观测，黄粉虫幼虫到7 5 日龄左右才能长到5 9 1 0 0 头左右，而从7 5 日龄长到 老熟幼虫接近化蛹，仅2 0 3 0 天就能长至约1 2 9 1 0 0 头。因此，我们选择了具有代表 性的6 5 日龄和7 5 日龄前后幼虫，考虑到6 5 日龄幼虫已经达到或即将进入曝食期， 其增长迅速，无论是硒的添加量还是添加方式都是我们研究的重点。 2 2 1 2 幼虫的抗性培养 从3 0 同龄开始在饲料中添加入极微量的硒，然后每隔1 0 天提高一个浓度梯度， 饲料中添加的硒含量分别为5 1 0 m g k g 、l x 1 0 m g k g 、5 x1 0 2 m g k g 。 2 2 1 3 硒的添加量 根据前一阶段所得结果看大龄幼虫硒的最高添加浓度应在1 1 0m g k g 之间时才 可能达到不明显影响幼虫的正常生长。所以我们选择的添加浓度分别为：a o = o ，a i = i x ( i m g k g ) ，a 2 = 3 x ，a 3 = 9 x ，a 4 = 1 8 x t a 5 = 3 6 x 。 2 2 1 4 锌的添加量 根据肖银波( 2 0 0 2 ) 富锌试验，选择了最高富集量、最高富集率和一个中间值，即 b 1 = 6 0 0 0 m g k g 、b 3 = 4 5 0 m g k g 、b 2 = 3 0 0 0 m g k g 三个添加浓度作为考察对象。 2 2 2 饲养方法 以下没有特别注明的饲养条件均为室内条件下饲养，白天温度约2 3 3 f f c 、饲料 含水量1 0 2 0 、筛粪频率5 7 天次，以直径为1 7 c m 塑料盆作或直径l o c m 培养皿 为饲养容器，饲料以麦麸为主，配以少量新鲜菜叶补充水分、其它微量元素、多种氨 基酸和维生素。 2 2 2 1 第一阶段 2 2 2 1 1 毒理初探 主要通过饲喂含硒麦麸和口服含硒水溶液找出富硒范围，以及致死中量和其它中 毒行为方面的观察。 2 2 2 1 ，2 硒对低龄幼虫蜕皮的影响 选取2 0 日龄的低龄幼虫作为试验对象，分为五个处理、三次重复，饲料含硒量 分别为：c k = 0 ，q i = i x ( o 0 4 m g k g ) ，q 2 = 2 x ，q 4 2 4 x ，q 8 2 8 x a 2 ，2 2 1 3 试验用幼虫饲养 取初孵幼虫，以直径为l ? c m 塑料盆作为饲养容器。到约3 0 日龄时开始分为两组， 1 2 一组正常继续饲养，另一组在饲料中加入极微量的硒，然后每隔l o 天提高一个浓度 梯度，饲料中添加的硒含量分别为5 1 0 1m g k g 、1 i 0 m g k g 、5 1 0 m g k g 。 2 2 2 2 第二阶段 利用约6 5 日龄幼虫，进行黄粉虫幼虫富硒试验。 第一组共1 8 个处理，饲料中硒的添加浓度分别为：a o = o ，a i = i x ( 1 m g k g ) ，a 2 = 3 x ， a 3 = 9x ，a 4 = 1 8x ，a s = 3 6 x ，锌的用量浓度：c k = o 、b l = 6 0 0 0 m g k g 、b 2 = 3 0 0 0 m g k g 、 b 3 = 4 5 0 m g k g ，试验设计见表2 2 1 。 第二组经过抗性处理的试虫组共6 个处理( 每个处理三次重复) 2 3 天富集时间， 前十一天饲料中硒的添加浓度分别为：c k = o ，l x = l m g k g ，3 x ，6 x ，9 x ，1 2 x ，后十 二天饲料中硒的添加浓度分别为：c k = o ，l o x ，3 0 x ，6 0 x ，9 0 x ，1 2 0 x 。 第三组直接用硒水溶液饲喂黄粉虫幼虫富硒试验共6 个处理( 每个处理三次重复) 1 5 天富集时间，添加硒水溶液的浓度分别为：c k = o ，1 x = o 1 m g k g ，4 0 x ，1 6 0 x ，6 4 0 x ， 2 5 6 0 x ，每天利用注射器向脱脂棉球添加l m l 亚硒酸钠水溶液，让大约l o 克黄粉虫幼 虫吸食。 表2 - 2 - 1 硒与锌富集的试验设计 t a b 2 - 2 1t h ee x p e r i m e n t a ld e s i g no ft h es e l e n i u ma n dz i n cb i o e n r i c h m e n t 注：每个处理三次重复。 2 2 2 3 第三个阶段 利用7 5 曰龄幼虫富集硒与锌，这个试验受试虫的影响仅做四个处理，硒的用量 浓度分别是：c k = o ，a i = 9 x ( 9 m g k g ) ，a 2 = i s x ，a 3 = 3 6 x 。 2 2 2 4 第四个阶段 在前部分试验的基础上，选出添加硒较为理想的浓度9 m g k g 及方式( 饲料中添 加亚硒酸钠) ，利用它做短期富集和硒在虫体内的分布( 饲喂1 0 天后) ，了解硒在黄 粉虫体内的富集速度及规律，试验设计见表2 2 2 。 表2 2 2 短期硒富集的试验设计 t a b 2 - 2 2t h ee x p e r i m e n t a l d e s i g no ft h es e l e n i u mb i o e n r i c h m e n t o ft h es e l e n i u m r e s i s t a n tm e a l w o r ml a r v a s 虫龄大小取样时间( 小时) i n s t a r s a m p l i n gt i m e ( h o u r ) 2 2 3 数据记录 2 2 3 1 试验初始状态 表2 - 2 3 试验初始数据记录表 t a b 2 - 2 3t h et a b l eo ft h ep r i m a r ye x p e r i m e n t a ld a t a 、处理号 对照组处理i处理i i处理i i i处理i v 检查i 沁 123i23i23l23i23 虫数量( 头) 小组虫重量( g ) i 0 0 头重( g ) 备注 2 2 3 2 每次检查项 表2 - 2 4 试验数据记录表 t a b 2 - 2 4t h et a b l eo ft h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t 、处理号 对照组处理i处理i处理i处理i v 检查项 123l23123123l23 死亡数( 头) 化蛹数( 头) 幼虫增重( g ) 虫体表现状态 s e 含量 lz n 含量 备注“2 注：1 记录的饲料用量( g ) 。 2 虫体表现状态，如生长缓慢，拒食，不活泼，中毒，其它等。 1 4 2 3 黄粉虫体内硒和锌的测定方法 2 3 1 样品处理 23 1 1 仪器和试剂 低温电热板，抽风工作台；硝酸，高氯酸，盐酸( 优级纯) ，试验中所用试剂除 特别说明外均为分析纯。 2 3 1 2 样品处理方法 每次取被测样品后，饥饿3 天，迅速用沸水烫死，在8 0 。c 条件下烘干后，密封保 存备用。样品消化方法：称取烘干后的黄粉虫样品0 5 0 0 0 9 ，置于5 0 m l 烧杯中加入 l o m l 混酸( 硝酸：高氯酸= 3 ：1 ) 在低温电热板上加热，期间要适当加入硝酸直至溶 液呈亮绿色透明液体，继续加热到近干，约i m l ( 注意防止烧干碳化) ，转入5 0 m l 容 量瓶内定容。对于测硒含量的样品还要在定容前进行价态还原，将+ 6 硒还原为+ 4 硒 才能准确测得其含量，方法是消化后加入3 m l 的h c l 4 0 m l 于烧杯中，在9 0 。c 水浴中 加热1 5 分钟。 2 3 2 火焰原子吸收分光光度法测定黄粉虫体内锌含量“”1 2 3 - 2 1 仪器及工作条件 t a s i i 石磨炉原予吸收，锌阴极空心灯( 均为北京普析公司产品) 。 工作条件：波长2 1 3 。6 n m ；光谱带宽0 4 n m ；负高压4 0 5 v ，灯电流8 m a ；火焰类 型c , h ：，燃气流星1 5 0 0 m l m i n 。 2 _ 3 22 主要试剂 用水均为二次蒸馏水；高纯锌丝，硝酸，高氯酸。 2 3 2 3 锌标准储备液制备 取高纯度锌丝o 1 0 0 0 9 于烧杯中，加1 ：1 稀硝酸l o m l ，加热溶解，于l o o m l 容 量瓶中定容，得到1 0 0 0 m g l 锌标准储备液制备。 2 32 4 锌标准液的制备 锌标准液的制备( 1 0 0 m g l ) ，精确吸取5 o o m l 锌标准液，于5 0 m 容量瓶中定容。 然后稀释为o 2 、0 4 、0 8 、1 2 、1 6 、2 o m g l 锌标准系列溶液。 2 3 3 流动氢化物原子吸收分光光度法测定黄粉虫体内硒含量“”“1 2 3 3 1 仪器及工作条件 t a s i i 石磨炉原子吸收，硒阴极空心灯，氢化物发生器等( 均为北京普析通用仪 器有限责任公司产品) 。 工作条件：波长1 9 6 1 n m ：光谱带宽i o n m ；负高压4 8 0 v ，灯电流8 m a ：火焰类 型c ：h ：，燃气流量1 2 0 0 m l m i n 。 233 2 主要试剂 用水均为二次蒸馏水：高纯硒粉，硝酸，高氯酸，盐酸( 优级纯) ，氢氧化钠( 1 1 级纯) ，硼氢化钾( 9 9 2 成都科龙化工试剂厂) 。 2 3 3 3 硒标准液的制备 ( 1 ) 硒标准储备液( 1 0 0 0 m g l ) 制备，取高纯度硒粉0 1 0 0 0 9 于烧杯中，加硝酸l o m l ， 加热溶解，于l o o m l 容量瓶中定容。 ( 2 ) 硒标准液的制备( 1 0 m g l ) ，精确吸取1 o m l 硒标准液，用3 m l 的h c l 9 0 m l 稀释 于三角瓶中，在9 0 。c 水浴加热1 5 分钟进行价态还原，后定容于1 0 0 m 容量瓶中。 然后用3 m l 的h c l 逐渐稀释为4 0 、8 0 、1 2 0 、1 6 0 、2 0 0 l g l 的硒标准系列溶液。 2 4 数据处理方法 2 41 记录指标的计算 计算死亡率、i 0 0 头重、1 0 0 头日增重等，公式如下： 死亡率= 死亡虫数总虫数x1 0 0 ； 校正死亡率= ( 处理死亡率一对照死亡率) ( 卜对照死亡率) x1 0 0 ； 1 0 0 头重= 第n 次记录虫重( 第n - 1 次虫数一第n 次死亡数一第n 次化蛹数) i 0 0 ； 平均1 0 0 头同增重= 第n 次1 0 0 头重( 第n 和n 一1 次记录间隔天数) 。 242 饲料利用率比较 通过对每组处理的饲料开始添加量和最后的剩余量粗略估算它的利用情况。计算 方法： 饲料利用系数= ( 最后称虫重+ 各次取样重一死虫重一初始虫重) n 料用量 2 ，4 3 数据分析方法 利用e x c l 进行数据整理；利用s p s s 分析数据，建立回归方程，进行显著差异性 分析。 1 6 3 结果及分析 3 1 硒元素对黄粉虫幼虫的毒性初探 31 1 致死中量l 试验主要是通过皮下注射和口服亚硒酸钠水溶液2 4 后检查结果。 表3 一卜1 皮下注射亚硒酸钠2 4 小时后的结果 t a b 3 - 卜lt h er e s u l to ft h es o d i u ms e e n i u ms u b c u t a n e o u s i n j e c t i o n i n t ot h em e a l w o r m1 a r v a2 4h o u r sa f t e r 虫体含硒量( m g k g )死亡率( ) s e l e n i u mc o n t e n to fl a r v ad e a t hr a t e 00 1 6 2 80 ，2 47 8 20 3 3 3 1 0 1 8 40 ，8 1 35 8 50 9 3 3 回归方程为：y = o 0 3 7 7 + 0 0 6 8 9 x ( r = o 9 9 2 ) 经计算黄粉虫幼虫皮下注射的l d s 。为6 7 1 4 m g k g 体重。没有获得一次性口服的 l d 。值，因为当次口服硒达到1 6 0m g k g 体重，虽然有强烈的中毒表现( 呕吐、挣 扎) ，很快恢复正常，两天内也不见幼虫死亡，四天后全部死亡，更大一次性口服剂 量很难实现。在一次性口服8 m g k g 体重时有幼虫死亡现象，次性致死口服剂量估 计在7 m g k g 体重左右。 3 1 2 中毒后的观察 黄粉虫幼虫中毒表现为生长发育不良、行动迟缓、拒食、严重的可在短时间内死 亡等。多数会在排泄孔排出黑色稻稠物质或黑色线状颗粒( 见附图1 ) ，严重的会把虫 体黏附在饲养器皿上。死亡时身体形成黑色分段，先是胸部变色，后逐渐向后延伸直 至全体呈黑色、变软，最终虫体干瘪，急性中毒颜色则是从后向前变化( 见附图2 ) 。 在特别干燥的环境下中毒死亡的虫体颜色会偏向褐色，形成黑褐色与黄褐色的环状花 纹。虽然黄粉虫在正常饲养中也有类似的死亡特征，但是有一定的差异，被认为是可 能感染细菌死亡的黄粉虫体表呈棕黑色、虫体特别柔软，缺水时引起死亡的虫体千缩 弯曲颜色偏向乳白色。认为硒中毒死亡和平时饲养中发现的死亡有某种内在联系，尤 其是硒浓度不是特别高时。 3 1 3 硒适合的富集浓度范围 硒作为生物体有益微量元素的应用浓度范围相对较窄岫1 ，在对硒适合的添加浓度 范围探索中发现，在麦麸内含量达到4 0 m g k g 时黄粉虫拒食现象显著，在温度为2 0 左右饲喂时几乎完全拒食，含硒量为i m g k g 时和对照无显著差异。如把亚硒酸钠 溶于水中它的撞食浓度可提高i - - 2 个数量级，当然死亡率也会显著提高。这种现象 出现的可能原因有两个，一是黄粉虫在长期的干燥生活环境中生长，形成了对水有特 别的趋性，遇见水有主动吸取储藏的习性，这使得它对含硒的水溶液拒食性减弱，另 一个原因可能是均匀搅拌于麦麸中的亚硒酸钠溶液发生了化学变化，水分蒸发后有大 量的二氧化硒出现，而二氧化硒对黄粉虫幼虫可能有强烈的刺激作用“3 1 。经过前期探 索性试验得出黄粉虫有效硒富集的饲料含量应该控制在0 ，5 5 0 m g k g 之间。 31 4 硒对低龄黄粉虫幼虫蜕皮的影响 通过向饲料添加少量的硒来考察硒元素对低龄黄粉虫幼虫蜕皮的影响，试验结果 直口下： 表3 一卜l 含硒饲料对3 0 盈龄黄粉虫幼虫蜕皮影响的方差分析 t a b 。3 1 一lt h ea n a l y s i so fv a r i a n c eo ft h er e s u l tt h a ts e l e n i u m a f f e c t e dt h ee c d y s iso f3 0 d a