硒的作用与硒资源开发利用 . 硒在农业上的开发利用 金明珠 , 邢丹英 , 胡蔚红 , 黄飞跃 , 邓端富 硒在自然界稀少, 分散, 它在地壳的丰度为 0. 08 g/ g, 在地球内部为 13 g/ g, 在地 壳中呈一定的带状分布。从农业生产的角度, 可以在植物、 动物和微生物等方面进行研究开发。 关键词: 硒资源; 农业; 开发利用 中图分类号: O613. 52; S13 文献标志码: A 的硒含量一般高于火成岩。硒在不同沉积物中含 量不同, 页岩的硒均值为 0. 6 g/ g , 深海碳酸盐岩 为 0. 17 g / g, 砂岩最低。目前发现全球的高硒 ( > 5 g/ g) 、 足硒( > 0. 5 g/ g ) 土壤均是由页岩 成土母质发育而来的。全球的高硒地区也均分布 在不同地质史时期的黑色页岩上。石煤中有硒的 最大富集。这可能是硒在迁移过程中被粘土矿物 或有机碳所吸附, 以胶体形式迁移, 而最终沉积在 含碳质的地层中, 因此, 石煤是某些省内高硒地区 的主要物质基础[ 4] 。美国学者 M oxon、 Olson、 Se oright 等研究, 几乎所有美国北部 的高硒土壤都 是由二叠纪和白垩纪沉积岩发育而来的母质形成 的。中国第一高硒区湖北省恩施州有三个主要的 富硒时期, 即早寒武纪、 晚奥陶纪和二叠纪。前两 个时期所形成的石煤含硒量较低, 平均值 30 g/ g, 与陕西南部早古生代石煤含硒量相似, 而二叠 纪黑色岩系则至少高出前者 3 倍以上。在二叠纪 的黑色岩系中, 各个层位硒量极不均匀, 相差达 4 ~ 5 个数量级 [ 1] 。黎敦朋对陕西紫阳的研究亦有 相似结果 。 硒的分布还与人的活动有关, 由富硒的黑色 页岩石煤燃烧往往会导致硒的二次分布, 形成一 个以燃烧富硒石煤的地区为中心, 逐渐向外扩散 [ 5] 基于硒对人类健 康和工农业生 产的重要作 用, 人们对硒资源的开发利用作了大量研究, 并从 农业生产的角度进行了诸多有益的尝试。 1 硒资源的分布 硒在自然界中一般以分散状态存在, 通常极 难形成工业富集, 甚至硒的独立矿物也很少。由 于硒在自然 界中稀少、 分散, 因而被称为稀散元 素。硒在地壳中的元素丰度为 0. 08 g / g, 而地球 内部的丰度 值为 13 g/ g, 两者相 差较大[ 1] 。在 已探明的 7. 1 104 t 的储量中, 美洲的分布最多, 占世界储量的 52. 7% , 亚洲、 非洲各占 15 4% , 大 洋洲占 4. 4% 。以国家计算, 智利、 美国、 加拿大、 中国、 赞比亚、 扎伊尔、 秘鲁、 菲律宾、 澳大利亚和 巴布亚新几内亚等国占世界总储量的 76. 9% , 另 有 40 余个国家缺乏硒资源。中国硒资源的保有 工业储量居世界第四, 仅次于加拿大、 美国和比利 时。尽管我国硒资源丰富, 但分布极不均匀, 71. 2% 分布在中南和西北地区 [ 2] 。彭大明根据世界 硒矿的工业类型及地质特征, 把硒矿床分原生型、 沉积型和矿泉水型。其中, 原生型中的构造蚀变 岩型, 沉积型中的碳质砂岩、 碳质页岩, 矿泉水型 均有独立的硒矿床 [ 3] 。梁友彬等报道 沉积岩中 收稿日期: 2003 05 14 第一作者简介: 金明珠( 1957- ) , 女( 土家族) , 山东平度县人, 湖北农学院科技处高 级讲师, 副主任医师. 第5期 金明珠等: 硒的作用与硒资源开发利用 . 硒在农业上的开 发利用 393 的土壤分布趋势 [ 6] 。 基于上述原因, 硒的分布呈明显的地带性, 高 硒地区也存在低硒的土壤[ 7] , 贫硒地带尚有一定 的代表性, 世界上缺硒人口已达 15 亿。我国有一 条贯穿东北与西南的, 以棕褐土系为中心的低硒 地带, 这包括了十多个省份的部分地区, 并在此基 础上形成了低硒环境, 这些地带土壤硒含量低于 临界值 0. 127 mg/ kg, 其不同程度缺硒的县市占 全国县、 市总数的 72% [ 8, 9] 果与环境密 切相关, 同一个黑米品 种, 因产地不 同, 稻米富硒量可相差 2. 87 倍 。有关报道显 示, 国内外大多数补硒的方法是采取亚硒酸钠施 入。其作法为: 将 Na2 SeO3 配成不同的浓度, 或浸 种、 或喷施, 使硒被农作物吸收, 生产出一定含硒 量的农产品。其作物种类包括水稻、 玉米、 大豆、 茶叶、 烟叶、 蔬菜等农作物。芬兰从 1984 年起就 用添加亚硒酸钠的多元肥料来增加谷物等农产品 的含硒量; 我国黑龙江国营农场管理总局还应用 飞机来喷施含 Na2 SeO3 的肥料, 从而大大提高其 生产率 [ 1] 。孙树侠等报道, 黑龙江省普阳农场用 自制的! 强化植物富硒剂?喷施后能有效地提高小 麦等作物硒的含量 。果有旺等人施用石家庄 经济学院研制的富硒特种矿物肥, 使水稻的穴有 效穗增加 0. 9~ 1. 7 个, 结实率提高 4~ 10. 1 个百 分点, 千粒重增加 1. 4~ 4. 4 g, 产量增加 10. 2% ~ 17. 2% [ 21] 。张含生等按水稻的不同生育时期 施用东 北农业大 学研制的 富硒康, 每 667 m 2 施 16. 5 ~ 66 mL , 处 理 的 比 对 照 增 产 8. 97% ~ 18 28% , 含 硒 量 比 对 照 增 加 了 24. 59% ~ 348 77% , 抽穗期施用的水稻籽粒含硒量比拔节 期和 孕 穗 期 施 用 的 分 别 增 加 了 43. 75% 和 90 09% [ 22] 。用 Na2 SeO 3 喷施可有效提高大豆的 含硒量 [ 23] 。黄景新等在克山县用富硒康喷施马 铃薯东农 303 脱毒原种, 苗期、 花期喷施稀释 300 ~ 700 倍液的增产 31. 69% ~ 53. 21% , 提高含硒 量 25. 0% ~ 32. 5% ; 苗期喷施的效果优于花期, 但产量差异不显著[ 24] 。刘湘元等人用化学纯或 工业纯的 Na2 SeO 3 配制成 200~ 400 g/ g 的中性 溶液喷施荞麦, 荞麦籽粒的含硒量随着喷施浓度 的增大而升高, 升高达 38. 4~ 508. 6 倍; 在 400~ 500 g / g 时, 产量增加 3. 8% ~ 11. 7% , 高浓度喷 施无明显变化[ 25] 。 胡雪峰等在低硒土壤( 硒含量 0. 13 g/ g) 的 茶园中施用不同浓度的 Na 2 SeO3 , 施后 30 d 的土 壤含硒量增加了 225. 2% ~ 895. 12% , 90 d 后土 壤含硒量比施后 30 d 的降低 59. 2% ~ 72. 2% ; 茶 叶含硒量在施后 60 d 开始增加, 至 123 d 达到富 硒茶标准( > 0. 2 g / g) , 比对照提高 102. 63% ~ 188. 60% ; 在不超过 50 g/ mL 的范围内, 茶叶生 长正常, 大于 100 g/ mL 则受 到不同 程度 的伤 害[ 26] 。扬兰芳研究了土壤施硒与烤烟烟叶化学 品质的关系, 认为施 硒( 以 Na 2 SeO 3 为硒源) 5. 0 [ 20] [ 19] 。 2 2. 1 硒资源的农业开发利用 富硒农作物生产 ( 1) 富硒作物品种的筛选 叶新福等报道, 在 栽培作物中, 小萝卜、 芹菜、 甘蓝、 油菜、 洋葱、 豌豆 等积累硒的能力较强, 禾本科作物则较低[ 10] 。孙 树侠等研究, 植物对硒的吸收与积累, 是获得富硒 植物的关键。现已明确植物的富硒级次是: 十字 花科> 豆类> 谷类; 天然植物中硒的含量顺序是: 乔木> 灌木> 草本, 针叶> 阔叶, 裸子植物> 蕨类 植物> 双子叶植物> 单子叶植物 。内蒙古农 科院等单位选育出富硒能力比对照高 2 倍的蒙黑 一号大麦 [ 12] [ 11] , 吉林农科院培育的黑米品种龙金一 号的硒含量达 6. 5 g / g, 江苏农科院用云南的苏 资 2 号与螃蟹谷杂交选育成富硒水稻品种龙晴 4 号 [ 13] , 山西农科院选育出黑小麦品种河东乌麦, 含硒量比普通小麦高 112. 8% [ 14] , 江西农科院选 育出富硒的黑小麦新品种! 赣大麦 1 号?, 含硒量 比对照高 36. 51% ~ 105. 52% [ 15] , 肖文辉等运用 生物技术培育出晚籼 97- 8, 含硒量高达 35. 09 mg/ kg 。研究表明, 加强黑米、 红米等 特种富 硒品种的选育, 可提高硒的含量, 并利于其他营养 成分的提高, 黑米含硒量一般显著高于白米, 但也 有例 外现 象 [ 10] [ 16] 。刘 宪虎等 人研究 表明, 铁、 锌、 钙、 4 个元 素在糙 米中的 含量高 于相应 的精 硒 [ 17] 米 。陈大清等人还利用不同浓度的硒源诱变 植物拟南芥的富硒基因, 拟从分子水平上提高富 硒作物育种的效率( 未发表资料) 。在生产上, 引 种富硒能力较强的品种可以获得较好效果。新疆 米泉县引种富硒能力较强的黑香米龙河一号品种 获得成功, 稻 米含硒量是普通黑米的 2 倍, 达到 0. 13 mg/ kg 。 ( 2) 富硒作物生产 [ 18] 通过硒肥来提高农产品 中硒的含量是一个基本途径。作物品种的富硒效 394 湖 北 农 学 院 学 报 2003 年 mg/ kg 的烟叶化学品质最佳 [ 27] 。杨志孝等以高 压注射法对苹果树注入 Na2 SeO3 可以生产出含硒 量比对照高 18~ 41 倍的苹果 [ 28] 的吸水率增加, 面团的形成时间和稳定时间下降, 耐揉度变差; 富硒玉米特制粉在添加比率为 30% ~ 40% 时烤制的饼干品质最 佳; 添加比率为 5% ~ 10% 时, 制作面包的效果最适[ 35] 。 薛胜平利用丙酸菌和乳酸菌富硒发酵蔬菜研 制时发现, 用丙酸菌+ Na 2 SeO3 100 g / mL + 老盐 水( 含乳酸菌) 来浸泡用盐水处理过的蔬菜直接进 行发酵, 泡制 2 d 即可达到要求 2. 2 富硒畜产品生产 [ 36] 。杨若明等通过 对枣树喷施硒溶液指出外源性加硒法可明显提高 枣中硒的含量, 并且可以得到含硒量适宜的成熟 小枣[ 29] 。刘祥林等用 Na2 SeO3 配成 不同浓度溶 液喷施草莓, 使草莓含硒量比对照高 1. 5~ 41. 5 倍, 根施的效果优于叶面喷施, 叶面喷施的浓度以 200 g/ mL 以下为宜 。张旭等在大白菜的莲 座期、 结球 期各喷施 一次富硒 增产素 ( 250 mL/ 667 m ) , 可 将白菜的含硒 量提高 10 倍, 并增产 20% [ 31] 2 [ 30] 。 在许多情况下, 富硒畜产品生产中的硒是通 过土壤 ? 植物 ? 动物的途径进入产品的。然而, 也不乏直接用硒源拌入饲料应用的例子。王秋芳 等用硒盐生物活性物质和稳定剂配成复合饲料添 加剂, 按一定比例配入罗斯鸡饲料中, 生产出蛋黄 硒含量比对照高 59. 81% ~ 289. 83% 的鸡蛋, 增 产率达 4. 8% ~ 12. 1% [ 37] 。张希路等用含 1. 5% 的 Na 2 SeO 3 复合硒添加剂和含 21% 的乙锌酸复合 锌添加剂喂养 210 日龄的海兰产蛋鸡, 14 d 时鸡 蛋硒含量为 202. 93~ 370. 01 g / kg, 比对照高 9. 28~ 17. 75 倍; 同期鸡蛋的锌含量为 13. 8~ 18 4 g/ kg, 比对照高 17. 64% ~ 66. 24% , 其经济效益 也十分显著 [ 38] 。余善鸣等 用 Na 2 SeO3 配入康贝 尔蛋鸭的饲料中, 其鸭蛋的含硒量第 3 天为 0. 86 ~ 1. 20 m g/ kg , 第 12 天为 3. 59~ 5. 81 mg/ kg, 第 30 天为 2. 14~ 3. 58 mg/ kg, 同期对照为( 0. 752 0 % 0. 015 1) mg / kg [ 39] 。刘金龙等用富硒饲料喂 养蜗牛, 3 个月后蜗牛的 含硒量为 0. 45 mg / kg, 比用低硒饲料喂养的对照高 5. 6 倍; 每只增重量 比对 照高 27. 19% , 死 亡率 比 对照 低 8 个 百分 点[ 40] 。张乃生等用 0. 5 mg/ kg、 0 mg/ kg、 5 1. 1. mg/ kg 的 Na 2 SeO3 添加精料 后饲养泌乳期相近、 健康的荷斯坦奶牛, 在观察期的 80 d 里, 奶牛的 血清、 乳汁和毛的硒含量显著提高, 其升高幅度与 投硒量呈正相关, 试验牛的红细胞数、 血红蛋白量 等血常规指标、 血清 Ca、 Zn 等矿物元素含量, P、 以及 10 余项肝、 肾功能指标无显著改变, 奶牛 心、 的免疫机能增强 。根据恩施州政协 2001 年对 黑龙江的考察报告, 黑龙江松花江奶牛场用天然 矿物质预混饲料喂奶牛, 在 150 d 的试验周期内, 处理奶牛的发病率比对照低 0. 24% ; 有些牛奶中 硒的含量达 0. 3~ 0. 4 g / g, 比对照 0. 07 g/ g 提 高 4~ 5 倍, 产奶量亦有所增加。万速文等在生产 皮蛋的料液中加入 Na2 SeO3 , 使料液的含硒量分 [ 41] 。 由于植物 对 Na2 SeO3 利 用率存 在一定 的差 异, 一些单位和个人还研制出各种富硒的肥料, 如 富硒牌多功能液体肥、 富硒康、 富硒增产素等, 均 有一定的效果。 在利用地方资源上, 富硒地区主要是通过种 植农作物, 利用植物抽提土壤中的硒来进行富硒 作物生产。毛大钧用粉碎的高硒石煤施入土壤, 能较长久地提供硒源[ 32] 。本文第二作者利用湖 北恩施的富硒资源, 在荆州进行了 10 个作物的富 硒试验, 作 物产品 含硒量 最高的 达 5. 88 m g/ kg ( 待发表) 。由于土壤含硒现象呈地带性, 利用硒 肥补硒在生产中具有较高的实用价值。 在富硒植 物产品的加工上 也有不少 研究报 道。张 等人对富硒的青椒、 茄子、 黄瓜进行脱水 方式及工艺的研究后认为, 真空冷冻脱水的总含 硒量和有机硒量最高, 低真空的次之, 常压热风和 微波又次之; 脱水蔬菜预烫 pH 值的影响大于预 烫时间; 在预烫时间 2~ 6 min 和 pH 6~ 7 时对总 含硒量和有机硒的比例均有较佳的指标存在[ 33] 。 在加工条件对富硒绿叶蔬菜汁品质稳定性的研究 中, 张 等还发现漂烫( 85 # , 3 min, pH 7) 对青 菜汁总硒量的影响远大于杀菌( 126 # , 30 min, pH 7) , 其总硒量从 3. 09 g/ g 降至 1. 14 g / g, 损 失了 63. 1% , 比杀菌处理损失的 13. 43% 高 49. 67 个百分点, 这是因为漂烫过程中的总硒会部分 地从菜样中渗到漂烫液中; 杀菌过程的有机硒比 例从杀菌前的 48. 0% 降至杀菌后的 36. 3% , 降低 了 11. 7 个百分点, 比漂烫前后的有机硒比例下降 1. 8% 高 9. 9 个百分点, 因为杀菌的温度远高于漂 烫[ 34] 。周显青等研究富硒玉米特制粉的特性时 发现, 富硒玉米特制粉添加到小麦粉中, 混合面团 第5期 金明珠等: 硒的作用与硒资源开发利用 . 硒在农业上的开 发利用 395 别为 21. 6 g/ g 和 11. 3 g / g, 可以生产出含硒量 为 0. 4~ 1. 8 g / g 的富硒皮蛋, 其皮蛋含硒量与 浸泡液中硒的浓度和浸泡时间呈正相关 [ 42] 。 2. 3 富硒微生物生产 富硒微生物的生产几乎都是用 Na 2 SeO3 为硒 源进行补充的。孙悦迎用 Na2 SeO 3 配制成 100~ 1 200 g / g 的溶液生 产平菇, 发现 100~ 400 g/ g 浓度的平菇产量高, 综合富硒的效果好[ 43] 。谢必 锋等用 Na2 SeO3 作为硒源研制富硒灵芝菌, 其富 硒灵芝制品的有机硒含量达 279~ 5 600 g/ g, 硒 回收率 最高达 31. 3% [ 44] 制[ 46] 。陈乃光等用 Na2 SeO3 溶液培养金针菇, 在 50 g/ g 浓度时长势最 好, 100 g/ g 以上浓度时 长势变差, 250 g/ g 浓度时则无菌丝 生成; 用棉 籽壳栽培富硒金针 菇需添加 100 g / g 的 硒[ 47] 。 这在所有的微生物生产中都有类似的规律。 王新风分析了富硒食用菌的特点后认为: & 富硒食用菌改变了硒的存在形式, 利用食用菌较 强的富硒能力将无机 硒结合到大分 子活性物质 ( 如多糖、 蛋白质等) 上, 转化为有机硒多糖和硒蛋 白, 提高了硒的有效性, 也降低了其毒性; ? 富硒 食用菌的营养成分得到改善, 使食用菌的蛋白质、 碳水化合物的含量增高; ( 硒对菌丝和子实体的 生长有促进作用, 但有一定的适宜浓度, 合理施硒 可使香菇增产 1. 7% ~ 8. 7% , 木耳增产 10% [ 48] 。 由于硒的作用及对农业生产的重要性, 在保 证产品总量的前提下, 注重品质的改善和对人类 的营养作用, 防止新的营养危机, 一种! 营养素农 业?的慨念已引起人们的重视[ 49] , 给缺硒的地区 生产或提供更多的富硒产品, 也是其中一个十分 重要的内容。 。梁英 等研究, 培养基 中硒的浓度低于 80 mg/ kg, 可以促进黑木耳菌丝 生长, 菌丝浓白粗壮; 高于 80 mg/ kg 时, 会抑制 黑木耳菌丝生长, 菌丝前期纤弱、 发红, 产量下降; 浓度为 60 mg/ kg 时, 菌丝 长势 最 好, 产量 较理 想, 品质 亦有 较大 提高 。徐 晶等 研究 了 Na 2 SeO 3 浓度对钝顶螺旋藻的生长及富硒的影响, 当 浓度为 46 g/ m L 时, 可促进螺旋藻的生长; 浓度 为 184 g / mL 时, 达最高富硒量( 659. 9 ng/ mg) , 浓度 超 过 360 参考文献: [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] [ 9] [ 10] [ 11] [ 12] [ 13] [ 14] [ 15] [ 16] [ 17] [ 18] [ 19] [ 20] [ 21] [ 22] [ 23] [ 45] g/ mL 时, 螺 旋 藻 生 长 受 到 抑 苏晓云. 中国硒资源及其开发利用[ M ] . 北京: 中国气象出版社, 1998. 3~ 213. 刘家军, 冯彩霞, 郑明华. 硒矿资源研究现状[ J] . 世界科技研究与发展, 2001, ( 5) : 16~ 20. 彭大明. 中国硒矿资源慨述[ J] . 化工矿产地质, 1997, 19( 1) : 37~ 42. 梁友彬, 朱文凤, 王宗学. 我国黑色岩系中硒矿资源及其前景分析[ J] . 矿山与地质, 1994, 8( 4) : 266~ 272. 黎敦朋. 紫阳地区微量元素特征及富硒作物开发建议[ J] . 陕西地质, 1999, ( 1) : 67~ 73. 刘培棣. 硒资源及其综合开发利用[ M ] . 北京: 中国科学技术出版社, 1993. 278~ 289. 张友安. 恩施州富硒资源的分布及其开发利用[ J] . 资源开发与市场, 1994, ( 10) : 161~ 162. 彭 蒋 安, 王子健. 硒的环境生物化学[ M ] . 北京: 中国环境科学出版社, 1985. 3~ 75. 彬, 李志刚, 叶正钱, 等. 硒从土壤向食物链的迁移[ J] . 土壤通报, 2002, ( 2) : 149~ 152. 叶新 福, 蒋家焕. 微量元素硒与富硒特种稻[ J] . 福建稻麦科技, 2000, ( 2) : 34~ 37. 孙树 侠, 胡荫安, 邬本超, 等. 硒在农业上的开发前景[ J] . 农牧产品开发, 1994, ( 1) : 20~ 22. 王雅 芳. 富硒黑大麦的培育与应用[ J] . 中国种业, 2001, ( 6) : 21. 仲维 功, 陈志德, 扬 杰, 等. 中国的特种稻米[ J] . 南京农专学报, 1999, 15( 3) : 30~ 35. 王秋 叶, 张建成, 郭志远, 等. 河东乌麦选育及其特性研究[ J] . 麦类作物学报, 1997, ( 6) : 25~ 26. 李忠 娴, 谢建坤, 张思文, 等. 黑大麦新品种! 赣麦一号? 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硒的作用与硒资源开发利用__硒在农业上的开发利用