富硒玉米的研究现状及前景展望

曾艳华 程伟东* 覃兰秋 周锦国 谭贤杰 江禹奉 谢和霞 谢小东

（广西壮族自治区农业科学院玉米研究所，南宁 530007）

20世纪50年代，自从证实了硒是生物体生命活动必须的一种微量元素，人们就开始了对它的生物学研究，至今已有60a历史。随着近年来环境污染程度的加剧以及人类对健康的关注度不断提升，对食品的要求也日益提高，不仅要吃好，还要吃健康。硒与人类健康，以及富硒食品的开发逐渐成为热门话题。硒是人和动物生长发育必须的一种微量元素，参与机体许多重要的生理生化活动。研究证实，硒是甲状腺激素代谢、抗氧化防御系统和免疫系统等重要代谢途径的基本成分，对增强免疫力、增进健康和预防衰老等方面具有重要意义；硒对重金属有拮抗作用，是抵抗有毒物质的保护剂，能与毒性强的重金属如汞、镉、铅等结合形成金属硒蛋白复合物而解毒，将重金属排出体外，从而保护肝细胞，被誉为“生命的奇效元素”、“二十一世纪的第21种氨基酸”［1-2］。

研究报告显示，机体缺硒将导致一系列疾病的发生，如克山病、大骨节病等［3］，但硒同时具有毒性。机体摄入过量的硒，则会产生中毒症状，严重者可致死亡［4］。人体对硒的需要量尚无统一的标准，1976年国际硒学会推荐的标准是每日60μg，中国营养学会1988年的推荐标准是每日50μg。然而，20世纪90年代初对我国进行的总膳食结构调查显示，我国居民日常饮食中硒摄入量平均值为43.3μg/d，生活在严重缺硒地区的居民硒摄入量低于20μg/d，普遍低于标准摄入量。据报导，世界上有40多个国家、中国有72%的县市存在不同程度缺硒［5-6］，缺硒现象普遍存在。而矿质元素硒在体内无法自己合成，必须经由食物链获取［7］。借助食品添加剂、保健品或药物来快速补充人体缺乏的硒，虽不失为一种途径，但存在毒副作用风险，费用高、投资大、覆盖面小，不能从根本上解决矿质元素营养不良的问题［8］。玉米是世界上最重要的粮食作物之一，近些年来也逐渐成为畜牧养殖业主要的饲料来源，其含硒量高低与人体硒营养状况密切相关，开展富硒玉米的研究对于提高缺硒地区、缺硒居民群体的健康水平具有重要的现实意义。

文章从硒与人体健康、硒与玉米生长发育及富硒玉米生产、育种等方面对富硒玉米的研究现状进行综述，以期为富硒玉米的进一步研究及富硒玉米产业的可持续发展提供理论参考。

1 富硒玉米的研究意义

1.1 硒与人体健康

首先，硒参与人体重要生理生化活动而对人体产生直接影响。硒是谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分，在体内特异地催化还原谷胱甘肽与过氧化物的氧化还原反应，从而保护生物膜免受损害，维持细胞的正常功能［9］，其抗过氧化物酶的抗氧化能力要比维生素E高出500倍，两者相互作用可以起到抗癌作用；硒对保护心血管有重要作用，是清除体内“自由基”的勇士［10］。其次，硒还有促进生长、保护视觉器官、提高机体免疫能力等作用［11］。

硒对人体有益有害取决于它在食物中的含量。研究表明，人和动物缺硒和硒中毒之间的范围很窄，如果食物中的硒小于0.05mg/kg，就会造成人体缺硒，大于35mg/kg又会产生中毒，最安全的范围是0.1-0.36mg/kg之间［12］。在估算硒的适宜摄入量时需参考硒的最低需要量（即生命必需的临界量）和硒的生理需要量水平（即维持人体正常生理代谢所需的必要量）［9］，我国在硒的最低需要量的研究上，采取以克山病区与非克山病区的对比，确定硒的最低需要量为22μg/d，硒的生理需要量为50μg/d。中国营养学会及FAO/WHO/IAEA联合专家委员会1989年正式确定人体对硒的适宜摄入量为50-250μg/d，安全剂量为400μg/d，中毒剂量为800μg/d［5］。

硒对机体的有益有害性还取决于它的存在形态。硒以无机硒（Se（IV）/Se（VI））和有机硒多种形态存在。无机硒毒性大，有机硒主要以硒代蛋氨酸（SeMet）等形式广泛存在于蛋白质中，对人体有益，生物利用率高［13］，是人类摄取硒元素的主要来源。自然界中硒主要以无机态存在，需要通过植物转化成有机硒以后，参与人和动物的食物链才能成为守护我们健康的有益元素。

1.2 硒与玉米生长发育的关系

矿质元素硒虽然已被科学界确定为动物和人体所必需的微量元素，并未证实是植物的必须营养元素，但硒对重金属有拮抗作用，这对于植物的生长和品质是有益的；对于人和动物来说也是不可或缺的，植物把无机硒转化为人体所需的有机硒，把硒从土壤转入食物链［14］。硒在小麦、玉米、大豆、油菜等作物体内有抗氧化作用，这一性能是通过谷胧甘肤过氧化物酶的作用来实现的［15］。研究表明，不论是土壤施硒还是叶面喷施，普通玉米和鲜食玉米均表现出对不同硒肥浓度的响应，含硒量大小会影响玉米对硒的吸收，分配及代谢，进而影响玉米的生物量。硒含量低于10mg/kg能促进玉米生长，植株生物量及籽粒产量也显著增加；高于25mg/kg的硒含量则会抑制玉米的生长，生物量和籽粒品质均下降。并且，在安全浓度的范围内，玉米籽粒的硒含量与土壤硒含量呈显著正相关［16-19］。

1.3 玉米的富硒效应

不同种类的植物对硒的富集能力差异很大［20］。目前富硒作物主要分类方法有两种：一种将富硒植物分为聚硒植物和非聚硒植物。聚硒植物可作为硒指示植物，如黄芪属植物，硒含量为1-10g/kg。大部分农作物属非聚硒植物，含硒量不超过30mg/kg［21-22］。另一种将富硒植物分为累积植物（指示植物）、中度含硒植物与低度含硒植物［23］。农作物属于低度含硒植物，其中十字花科植物油菜对硒的积聚能力最强，其次为豆科植物，谷类最低。谷类中又以小麦对硒的积聚最强，玉米、甘薯、蚕豆和豌豆的含硒量均低于0.05mg/kg。

玉米属于低度含硒植物，通过增加土壤有效态硒、喷施叶面硒肥等方式可以有效提高玉米籽粒硒元素含量。按照陕西省地方标准（DB61/T556-2012），富硒玉米的硒含量范围在0.15-0.3mg/kg之间；如果在玉米生长时期喷施亚硒酸钠等富硒肥，玉米籽粒中硒含量可达57.53mg/kg。普通玉米的富硒效果要强于糯玉米［16］。富硒玉米中的有机态硒占90%以上，有机态硒中以蛋白质硒为主要存在形式，占总硒的61.51%［24］。此外，富硒玉米油的硒含量为普通玉米油的22倍，并且高于一般液体类富硒产品，其中不饱和脂肪酸特别是亚油酸含量较高，具有较强的保健功能［25］。

2 富硒玉米的研究现状

2.1 富硒玉米的品种选育

目前，通过生物技术或遗传等手段选育出富硒玉米品种的报道不多见，多数是通过施用富硒肥来生产富硒玉米。山西省农业科学院玉米研究所选育出的玉米品种晋糯8号，是以两个自选系作为亲本杂交选育的一个鲜食富硒糯玉米品种，其玉米籽粒硒含量可达0.473mg/kg，富硒效果显著［26-27］。

2.2 富硒玉米的生产现状

关于富硒玉米的生产现状，中国农业大学资环学院李圣男等曾发表一篇比较详尽的综述［28］。我国自20世纪80年代开始富硒农产品相关研究，取得了一定的进展，为富硒农产品的生产提供了理论依据。目前中国富硒玉米的生产研究主要集中在湖南、湖北、黑龙江、辽宁、重庆、山西、安徽等9个省区；研究品种包括普通玉米、糯玉米和甜玉米。生产的主要方式是施用硒肥，包括有机硒肥（氨基酸硒肥和腐殖酸硒肥）和无机硒肥（亚硒酸盐、硒酸盐、硒矿粉），其中亚硒酸钠是目前主要的硒肥品种。自富硒农产品开发以来，还研制出一些新的硒肥品种。目前市场上硒肥品种有10多种，如湖南“硒霸”牌有机富硒叶面肥、天津“富硒植物营养调节剂”、内蒙“富硒增产素”等。据报道，富硒肥在玉米不同时期施用，能成倍提高玉米中硒的含量，如天津市农业技术推广站研制的富硒植物营养调节剂，可以使小麦和水稻的含硒量大幅提高，并稳定在200-300μg/kg范围内［5］。有研究表明，甜玉米灌浆前期对其叶面喷施富硒植物营养素，能增加甜玉米生物学产量，改善产品外观质量，提高产品品质，使玉米硒含量达到0.17mg/kg，达到富硒、增产的目的［29］。

硒肥的施用方式有基施、浸种、拌种和叶面喷施。由于富硒农产品有严格的含硒量标准，采用土壤施硒需要对土壤进行监测，施硒量大、投资高；而浸种和拌种由于浓度不好掌控、富硒效果不显著等原因不被看好，并且土壤施硒和拌种都有可能对环境造成污染。因此，在富硒农产品开发中多采用叶面施硒的方法，富硒效果比较明显，不失为低硒区补硒的一条操作简单、经济有效、安全无污染的途径。叶面喷施硒肥以在抽雄期喷施亚硒酸钠、采用硒肥分次喷施效果最好，喷施浓度以40-70mg/kg最佳。黑龙江省低硒地区曾对玉米、小麦、大豆进行叶喷试验，结果籽粒中含硒量的提高幅度与喷硒量呈正相关，叶面喷硒30g/hm2，可使玉米、小麦和大豆籽粒的硒含量满足低硒地区居民补硒的需求［30］。

2.3 富硒玉米的生理生化及遗传研究

N.Rani等（2005）通过在土壤中施用不同浓度梯度（1-25μg/g）的亚硒酸盐，研究土壤中不同硒含量对芥菜、玉米、小麦、水稻四种作物的影响，结果表明，土壤中硒含量浓度超过5μg/g时，芥菜和玉米的干物质产量会显著降低；硒在玉米中的临界水平是76.9ug/g，超过这个水平会使玉米显著减产［31］。Mélanie Longchamp等（2013）研究了在0.12μM和0.63μM两种高低不同的硒浓度下亚硒酸盐和硒酸盐对玉米的影响，发现在两种浓度下，亚硒酸盐营养液中硒在玉米的累积量都高于硒酸盐的营养液，并且前者硒更多的累积于玉米的根，而后者中硒主要累积于玉米的幼苗；两者相互作用只现于高浓度（0.63μM）中，硒酸盐会抑制玉米根对亚硒酸盐的吸收。其研究结果表明营养液中硒的存在形态和浓度对于玉米对硒的吸收，以及硒在玉米中的分配及代谢都有强烈的影响［17］。国内有关研究对富硒地区玉米油的硒及脂肪含量进行了测定，对富硒玉米籽粒中硒的分布规律和赋存形态进行了分析，结果表明富硒地区玉米油硒含量为普通地区玉米油的22倍。通过对油脂提取、皂化分离所得的相关产物的硒含量进行比较，玉米粕的含硒量最高，玉米粉次之，玉米油、脂肪酸、不皂化物的含硒量相近，均远低于玉米粕和玉米粉的含硒量；硒在玉米籽粒中主要以有机结合态的形式存在，有机态硒含量约占总硒的90%，其中又以碱溶蛋白质硒含量最高，占到总硒的50.62%，为富硒玉米的深度开发提供了理论参考［24-25］。

3 目前富硒玉米生产中存在的问题

3.1 富硒玉米的生产方式存在问题

目前富硒玉米的生产主要以喷施硒肥为主，方法虽然简单，高效，但也存在不少问题。首先，生产成本太高；其次，目前主要的硒肥亚硒酸钠是一种有毒的化合物，使用不合理很容易对作物造成毒害作用，为食品安全产生隐患，长期施用也必然会导致土壤环境的污染和恶化；第三，硒肥的施用量不易掌控，如果使用不当，生产的有可能是超富硒玉米。有统计分析表明，按照陕西省地方标准（DB61/T556-2012）所规定的玉米中全硒含量0.15-0.30mg/kg的要求，统计的富硒玉米研究样本中仅有11.5%的产品符合富硒标准，硒含量超标的样本高达44.2%［27］。硒含量超标，不但于健康无益，对人和动物还会造成毒害。因此，当前除了研制安全的多功能复合硒肥，进一步研究硒的有效施用方式，提高玉米体内硒含量、改善玉米品质和提高玉米产量的经济有效的途径外，应用生物技术及遗传学手段，选育富硒玉米品种，让其自然富硒，把土壤中的无机硒转化成人体所需的有机硒，才是最健康和安全的途径。

3.2 富硒玉米生产尚无标准技术规程

富硒农产品含硒量有严格的标准，要让富硒农产品开发走向产业化，必须严格按照富硒农产品生产技术规范进行生产，在产品收获后和加工过程中都要进行检测，保证富硒产品的健康、安全。因此，研究出台相关的法规、标准，对保证富硒玉米开发健康有序地进行非常必要。

4 广西发展富硒玉米的前景展望

4.1 广西具有得天独厚的天然富硒土壤环境和资源

广西富硒土壤面积达2.12×104km2，是目前我国多目标区域地球化学调查工作圈定出的最大面积连片富硒土壤。自治区东部、南部、西部和北部均有富硒土壤分布，在北部湾地区、防城港十万大山以南，钦州市除钦南区外所有地区，南宁市区正东方向100km，正南50km的夹角地带之外，江南区—青秀区以北地区，武鸣县的全部行政区域内土壤几乎均属于富硒土壤，均可发展富硒产业。河池市周边50km范围及北部区域，桂林市湘桂铁路以北包括永福全境，贺州和梧州全境等区域，土壤硒含量均在0.5mg/kg以上，属于富硒土壤。广西中国长寿之乡巴马瑶族自治县、昭平县、岑溪市、蒙山县、永福县、东兴市、容县、扶绥县、上林县、金秀瑶族自治县等，均属富硒地带［32］。同时在广西富硒地区还发现了一些天然的富硒农产品，报导在广西30多个县（市、区）采集了300多个作物样品（玉米、大米、淮山、木耳、花生、红薯、荔枝、茶叶、茉莉花等）分析，发现有大米、墨米、荔枝、茶叶、木耳等70多个样品达到天然富硒水平，占抽调样品的24%［33］。

4.2 富硒农产品市场前景广阔

目前富硒食品被视为保健食品而倍受青睐。我国东北地区已开发出富硒大米，售价7-8元/kg；南方地区有富硒茶问世，价格成倍增长；沧州地区开发了富硒金丝小枣；邯郸地区广平县一农民开发了富硒大枣；承德地区开发了富硒大米和富硒玉米面。广西永福有两家米业公司生产富硒大米，价格为11-16元/kg，比普通优质稻米贵3-7元/kg；巴马富硒茶油价格110-120元/kg，比普通茶油贵40-50元；乐业县出产的富硒猕猴桃，每个售价10-12元，比普通猕猴桃每个贵2-5元。富硒农产品的开发具有广阔的发展前景，2013年开始，广西全面启动了富硒农产品开发工作，两年来已经建立46个富硒农产品示范基地，打造了富硒五谷、富硒香米、天然富硒茶等30多个品牌，建立富硒产品示范面积累计2800hm2，带动1.3万农户参与，富硒农产品产值达2.89亿元［34］。与此同时，为了规范富硒农产品市场，也让生产者和消费者都有明确的参照标准，广西于2014年9月正式施行《富硒农产品硒含量分类要求》地方标准，规定粮食类硒含量范围为0.15-0.5mg/kg，茶叶及茶制品类硒含量范围为0.25-4mg/kg，含硒量达不到该标准的，不得标识“富硒农产品”；2015年5月，广西正式启动富硒农产品认证工作，为富硒农产品在广西的规范化开发、产业化生产、加工及销售提供了重要标准和参考依据。

4.3 富硒玉米的开发前景

玉米是我国三大粮食作物之一，总产量仅次于水稻。近年来，由于玉米深加工、养殖业、饲料业的快速发展，国内对玉米的需求也越来越大，并且富硒玉米的销售价格较普通玉米高20%以上。目前开发的富硒玉米主要是鲜食玉米，今后应充分利用广西本土资源优势，开展普通富硒玉米品种资源筛选、鉴定以及富硒玉米品种选育、富硒玉米增产技术等研究，确定适合的富硒玉米品种、种植技术及加工工艺，形成富硒玉米优质、高产的生产加工标准和技术规程；充分利用现代食品、饲料加工技术，将富硒玉米作为富硒新产品的原料进行深加工，生产富硒玉米粕、玉米油、提取富硒玉米淀粉等，以利于玉米富硒研究不断深入和拓展产业链条，增加附加值，使得玉米富硒产业可持续发展。

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