浅灰色西服配鞋子图片:硒的生物转化研究进展

硒的生物转化研究进展来源：《中国兽医杂志》点击数：6 硒是人和动物所必需的微量元素，具有多种重要的生物学功能。硒的有机态和无机态相比，具有吸收率高、生物活性强、环境污染小等特点。因此硒的有机化研究是目前硒研究的一个热点。通过生物进行硒的转化为获取有机硒提供一条简便经济的途径，有利于实际生产中大量应用。许多学者对此进行了研究。本文就此方面作一简要概述。 
1  有机硒和无机硒:微量元素的环境行为，生态效应，生理作用，特由此表可以看出，生物体内存在的低分子量有机硒化合物种类繁多。除此之外，生物体内还有高分子量有机硒化合物，如各种酶类以及不具有酶功能的含硒蛋白，硒酸脂多糖等。另外尚有一些人工合成的有机硒化合物，如晒化二乙酸，硒代丙酸等。有机硒与无机硒相比具有以下特点：一些有机硒的生物利用率明显高于亚硒酸钠（高于160％），这主要决定于硒的有机形态；从提高人体血硒水平来看，有机硒比无机硒更有效；一些有机硒的毒性比无机硒小；有机硒，特别是植物中存在的有机硒主要是硒蛋氨酸，需要时可合成人体所需要的硒酶；植物中的有机硒的种类很多，可望从中筛选出更有效的药物或添加剂。硒的摄入不足给人和动物造成多种伤害影响别是它对人和动物机体的健康影响都与其存在的形态密切相关。硒元素也是如此。它对生物界的营养性和毒性，在环境中的迁移和变化规律不仅取决于硒的总量，同时也取决于它的形态。自然界中硒的存在价态形式有如下几种，－2，0，＋4，＋6。0价态是单质硒，难以被生物吸收利用，生物学作用极低。无机硒中的硒的价态是＋4，＋6，常见的这类物因如Na2SeO3，Na2SeO4。有机硒中硒的价态通常是－2价存在，或者是与其他物质以络合态存在，常见的存在于生物体内重要的低分子量有机硒化合物见表1。生物体的正常功能，损害机体免疫力，引起诸如克山病、大骨节病、地方性甲状腺肿等多种疾病。在动物引起牛和羊的白肌病，家禽的胰腺坏死和渗出性素质。硒在地壳中的丰度为0．000005％，且分布极不均衡，仅就我国来说低硒面积占全部国土面积的70％左右。
硒进入机体主要是通过生物地球化学食物链（Biogechemical food chain）――土壤和水植物动物和人，其中食物是最重要的环节，硒摄入不足或亚临床缺乏严重地威胁人民的健康。就世界范围来说每年因硒缺乏给畜牧业生产带来的损失十分巨大。美国自1967年以来在缺硒地区生产的饲料中给猪鸡补硒，避免了几十亿美元的经济损失，显著提高了畜牧生产的经济效益。因此世界各国对硒缺乏十分重视，开展了一系列的研究工作。通过食物或饲料补
化合 结构式 存在 
硒代半胱氨酸 H－Se-CH2-CH-CH(NH2)-COOH 微生物  植物 动物 
硒代胱氨酸 COOH-CH(NH2)-CH2-Se-Se-(CH2)2-CH(NH2)-COOH 植物 
硒代高胱氨酸 COOH-CH(NH2)-(CH2)2-Se-Se-(CH2)2-CH(NH2)-COOH 植物 
硒－甲基硒代半胱氨酸CH2-Se-CH2-CH(NH2)-COOH 植物 
硒代胱硫醚 COOH-CH(NH2)-CH2-Se-(CH2)2-CH(NH2)-COOH 植物 
硒代蛋氨酸 CH2-Se-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH微生物  植物  动物 
硒－甲基硒代蛋氨酸 (CH2)2-Se-CH2-CH(NH2)-COOH植物 
二－甲基硒化物 CH3-Se-CH3 微生物  植物  动物 
二－甲基二硒化物 CH3-Se-Se-CH3  微生物  植物  动物 
三甲基硒 (CH3)3Se  微生物  植物 
硒代牛磺酸物 H2N－CH2－CH2－SeO3H 动物 
硒代辅酶A──动物 
含Se-tRNA ──微生物  植物  动物 
硒，尤其是随着人们对有机硒的研究深入和环境意识的提高，通过食物补充具有较高生物活性和对环境潜在污染较小的有机硒是目前硒研究的一个热点。
2 硒的生物有机化:目前，硒的有机化有两种手段：人工合成和生物转化。人工合成的产品很多，有硒化亚油酸，硒化脂多糖，肌醇硒酸脂等。这些产品由于生产工艺复杂，价格昂贵，难以在实际生产应用。硒的生物有机化主要是通过动物、植物、微生物转化无机硒生产有机硒，如富硒鸡蛋，富硒大蒜，富硒酵母，富硒牛奶和富硒茶，通过分析研究，其中的硒主要是以硒代半跳氨酸、硒代脉氨酸、硒代蛋氨酸、硒一甲基硒代半跳氨酸等形式存在。由于人们目前尚不能化学合成生物有机硒，通过生物进行硒的有机化具有工艺简单，操作简便，转化率高，所提供的有机硒形式多种多样，不仅可以为人类提供富含有机硒的食品，而且又可以为畜牧业生产提供富含有机硒的添加剂，是一个极具有广阔前景的方法，因而，许多学者对这一领域进行了探索。
2．1  植物转化
2．1．1  转化的方法  植物转化有机硒有3种方法，施硒肥，叶面喷硒和含硒溶液培养富硒的植物芽类。植物性饲料，牧草是畜禽的主要营养基础，提高植物含硒量是预防硒缺乏的重要措施之一。给植物施硒肥，既可以增加植物的硒含量，又可使畜禽摄取自然的有机硒。这种方法以美国、芬兰和新西兰最为常用。Korkman等采用给土壤施硒肥的方法，可以使土壤硒含量提高5倍，使大麦硒含量提高3～5倍。芬兰早在80年代就开始用含亚硒酸钠肥料给土壤施硒肥，所施硒肥量因土壤而异，用于生产谷物的土壤所用硒肥浓度为16  mg／kg，用于生产干草的土壤用硒肥浓度为 6mg／kg，通过这种方法可以使人从膳食摄入的硒由平均每天的 30μg提高到 90～100μg，满足了人硒的需要量。喷洒硒溶液于植物的茎叶表面也是提高植物硒含量的有效途径之一，从而可以提高饲料中的有机硒含量。Gupta试验表明，每公顷土地喷硒 5～10g，可使大麦中的硒水平达到0．1mg／kg左右。丹麦等国家主要采用这种方法来提高植物中的硒含量。我国一些学者也采用这种方法来提高低硒地区作物硒含量，罗盛国采用此方法对黑龙江低硒土壤生长的作物进行叶面喷硒，可使小麦、玉米和大豆的籽粒硒含量从0.05mg／kg提高到0．2 mg／kg以上。茶叶是我国的传统饮料，有许多学者用此方法提高茶叶中的硒含量，方兴汉采用硒浓度50～100mg／kgNa2SeO3液叶面喷洒培养富硒茶叶，既提高了茶叶中的硒含量，也提高了茶叶的品质。杜其珍对采用此方法培养的富硒茶叶进行硒的形态学分析，测得有机硒含量占总硒的85％以上，硒的存在形式以蛋白硒为主。应用无机硒对蔬菜处理进行硒的生物转化，也有学者进行了探讨。德国专利曾经报道应用此方法处理大蒜，可使其含硒量高达 3859．6mg／kg。张敏等采用几个不同浓度的Na2SeO3对黄瓜、青椒、番茄、大葱、生菜进行喷硒处理，发现葱和生菜转化有机硒比例较高，有机硒的比例占总硒的73％以上，可作为1种极好的有机硒源供人直接摄取。施和平用Na2SeO3溶液培养畜茄，研究著茄对硒的转化，发现著茄中的有机硒占91．8％以上，无机态硒只占一小部分，尤以果实中有机硒的含量最高。植物芽生长代谢迅速，营养转化较快，利用此特点来转化无机硒可使生产周期大为缩短，有学者对此进行了研究。冯启利等采用前期含硒溶液浸泡，后期喷淋发芽的方法培养富硒麦芽，使麦芽的硒含量提高到49mg／kg左右。肖平报告所培养的富硒麦芽含硒量 55mg／kg干粉，毒理学检验证实其毒性远低于Na2SeO3，且具有硒的生物效应。请亚军对上述富硒麦芽的研究证实其有阻断致癌物AFTB1（黄曲霉毒素B1）对外周白细胞DNA的非程序合成的诱发作用，富硒麦芽毒性低且具有硒                              的生物学效应，建议在低硒或肝癌高发区作为防病防癌的食品添加剂推广。魏安池用300mg／kg Na2SeO3培养富硒豆芽，豆芽含硒量 60．3mg／kg，分析认定其中所含大部分为有机硒。由于以上产品植物芽类不仅富含有机硒，而且富含维生素E、维生素C及其他营养素，营养十分丰富，是一种理想的硒营养补充剂，可直接用于食品或饲料生产中。但以上研究没有对这些芽类中的硒的具体形态进行分析，只是根据通常情况下植物中硒的存在形态认为主要是硒代蛋氨酸。
2．1．2  在植物中存在的形态  硒是硒积聚植物生长所必需的营养元素，面对于非积聚植物不是必需营养元素。它在植物中的代谢方式沿着硫的代谢途径进行。在非积聚硒的植物中硒主要存在于蛋白质、核酸和多糖中，其中以蛋白质中占绝大部分，硒代氨基酸是蛋白质中硒存在的主要形式，如硒代甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸等，植物中的脂肪部分几乎不含硒或含量极微。核酸中的硒是以Se－tRNA（含硒转运核糖核酸）的形式存在。植物多糖中也含有硒，虽然对含硒多糖的生物学作用进行了探讨，但对其中硒的具体形态仍需进一步研究。此外，植物中也含有一些小分子有机硒和少量无机硒，这部分硒在植物中含量极少，其主要功能是在植物体内运输硒。
2．2  动物转化  硒的动物转化由于取材所限，不象植物转化那样方便，但经动物转化的产品可以直接供人们食用，不必象植物产品那样经再次处理加工。就目前的资料，通过动物进行硒的转化为人提供有机硒源主要采用家禽和奶牛，特别是通过产蛋母鸡来达到这一目的研究较多。普通的鸡蛋含硒量为8～12μg／枚，通过在饲料中加硒可使鸡蛋的含硒量大幅度提高。路维影等在饲料中添加一定量的Na2SeO3，可使鸡蛋中的硒含量达到 30～50μg／枚，一枚鸡蛋就可以满足人一天的硒基本需要量。王加明等研究了饲料中的含硒量和鸡蛋中的硒含量的关系，发现在一定范围内两者存在正相关。在加入Na2SeO3的第10天，硒在蛋中的沉积达到高峰，当停止加硒后，蛋中的硒含量迅速下降。硒的不同形态可以影响到硒在蛋黄和蛋白中的沉积。J．D．Lasthsaw和Hassan对此进行了研究，发现当以Na2SeO3为硒源时，硒主要沉积在蛋黄中，而以硒代蛋氨酸（或植物硒）的形式加入时，硒主要沉积在蛋白中，同时也使产蛋鸡各组织器官中的硒含量提高。Davis研究不同的硒的形态对硒在蛋中的沉积后发现Na2SeO3和硒代跳氨酸主要是在肝脏中代谢，卵黄蛋白是在肝脏中合成的，因此，Na2SeO3和硒代跳氨酸中的硒沉积在卵黄，卵白蛋白是在输卵管合成的，硒代蛋氨酸在体内不分解，在此掺入卵白蛋白，据此，可以用这种方法来间接判定硒的可能形态。郁国采用中草药和硒酵母来饲喂产蛋鸡，可使蛋中的硒提高到120～150 μg／枚，比单独饲喂酵母效果好，且优于中草药与Na2SeO3配伍。这可能是中草药有促进家禽对硒酵母利用率的作用，从而促进了硒在蛋中沉积。台湾报道应用Na2SeO3生产的富硒皮蛋含硒量高达 1000 μg／枚，可能是采用了特别的方法。否则，如此高的硒含量可信性令人怀疑。
除了通过家禽进行硒的转化外，尚有通过其他动物进行硒转化的报道。牛奶是一种世界性的饮料，通过提高牛奶中的硒含量来补充硒也是一个理想的途径。通常情况下牛奶的含硒量在0．05 mg／kg，强化后的牛奶含硒量可提高2～3倍。P．Aspila用经喷硒培养的silage草饲喂奶牛生产富硒牛奶，并与使用Na2SeO3进行了对比，发现silage草比Na2SeO3效果好，说明有机硒极易透过乳腺细胞进入乳汁。龚伟，田欣通过在奶牛饲料中添加Na2SeO3生产富硒牛奶，既提高了牛奶中的硒含量，又提高了奶牛的机体免疫力。富硒牛奶中的硒绝大部分是和蛋白质结合在一起的，生物利用率极高。                    科另辟溪径，实验用蜜蜂来转化生产富含有机硒的蜂蜜，终产品含硒 12．3mg／kg，其中有机硒占 86．6％，提高蜂蜜的营养保健和药用价值。
2．3  微生物转化  常用于转化硒的微生物是酵母，美国在此方面研究得较早，目前已作为硒的补充剂上市。徐辉碧是国内最早报道培养成功富硒酵母的学者，他采用啤酒酵母在亚硒酸钠培养基中培养，产品含硒量300mg／kg，其中的硒以类似天然食物中的有机硒的形式结合于蛋白质中，经临床实验证明具有很高的抗癌活性。刘曼西对上述富硒酵母进行了详尽的研究，证明有机硒含量达95％左右，大分子共价硒占77％，主要结合于酸性蛋白，少量同tRNA相结合，含硒蛋白中，以硒代胱氨酸为主，而硒代蛋氨酸极少，还有其他形式的少量有机硒存在。Keely等分析富硒酵母（ SelPex50：Alltch，Nichoiasville，KY），硒含量为1000mg／kg，其中含有大量以硒代蛋氨酸为主的含硒氨基酸。于志辉培养成功的富硒酵母含硒达1000 mg／kg，其中有机硒含量占85％以上。由于富硒酵母富含各种维生素，且生产条件容易控制，可以作为一种理想的有机硒补充剂。
利用食用菌转化无机硒的试验也有报道。Chansler报道培养成功富硒美味牛肝菌，经代谢研究证明其中的硒具有很高的生物学活性。Majija．Vainio用短期代谢实验比较了富硒蘑菇和富硒小麦中硒的生物学活性，发现两者无差异，可能这两者中的硒的存在形式相同，类似的报道还见于Mutanen等。国内孙群培养成功的富硒平菇，每克干重含硒 6 6．7 mg／kg，对其中硒的生物活性研究表明，优于天然富硒平菇。是否人工培育的富硒平菇与天然富硒平茹中硒的化学形式不同，亦或是天然富硒平菇中由于重金属的含量较高粘抗了其中硒的作用，尚待进一步研究。
3  结语
目前，分子生物学技术的飞速发展推动着有关生命学科的快速发展，硒的研究也不例外，一些新的含硒蛋白与含硒酶的发现和含硒氨基酸密码子（UAG）的破译以及含硒氨基酸进入蛋白质机制的阐明，人们对硒的研究已深入到分子生物学水平，对硒的生物学作用的重要性认识进一步深入。在当前普遍硒摄入不足的情况下，如何合理、安全地满足了人和动物硒的需要，保护人和动物的健康是当前人和动物营养所要迫切解决的问题。硒的生物转化无疑具有广阔的前景。然而，由于生物体固有的复杂性，人们对动植物及微生物中的硒的存在形式尚未完全明了，富硒植物在提供丰富的硒的形式的同时，其中部分形态的毒性和化学稳定性相差很大，这是开发富硒资源中值得注意的问题。