贵州白及土壤与植株间硒的相关性

周鑫伟，张家春，孙 超，2*，杨加文，王 永，熊鹏飞

(1.贵州省植物园，贵州 贵阳 550004；2.中国科学院贵州省天然产物化学重点实验室，贵州 贵阳 550002)

【研究意义】人体必需微量元素是核酸、酶、维生素的必要组成成分，参与人体的整个代谢过程，对人体的健康至关重要[1]。微量元素硒是重要的人体必需微量元素之一，有研究表明，硒在人体中的缺乏程度仅次于铁、锌及碘[2-4]。但硒在人体中具有重要的营养作用，其具有抗氧化、预防癌变、提高免疫力等多方面功能，在预防肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病、上呼吸道感染等方面亦具有独特作用；同时，该元素还可以作为重金属铅、汞、砷及亚硝酸盐等的解毒剂[5-7]。硒在自然界中的存在形态主要分为无机硒和有机硒2种，其中无机硒是指亚硒酸钠和硒酸钠，有机硒主要指含硒氨基酸和含硒蛋白质；无机硒生物利用率低且毒性大，而有机硒生物利用度高且无毒，具有一定的生物活性，和人体代谢密切相关[8]。然而人体自身不能合成微量元素硒，目前人类主要通过食物链摄取人体必需的硒。为满足人体对硒的需求量，开发富硒农产品具有较好的前景和重要的经济意义。【前人研究进展】在回归大自然的背景下，中医因其绿色和副作用小而受到人们青睐。药用植物作物是中医的基础物质，其中有效化学成分十分复杂，主要包括生物碱、苷类、多糖、氨基酸、蛋白质和油脂等[9]。多糖作为药用植物的主要活性成分之一，可通过与硒的结合形成同时具备硒和多糖两者活性的有机硒化合物——硒多糖[10]。研究表明，硒多糖在抗氧化、抗肿瘤、提高机体免疫力、降血糖血脂、抗重金属、抗菌等方面具有广泛的应用，但其化学结构具有复杂性、来源具有多样性，因此药用植物硒多糖已成为研究热点和难点[11-13]。白及[Bletillastriata(Thunb.)Reichb.f.]是兰科白及属植物，主要分布在贵州、广西、安徽、四川、云南、陕西和甘肃等地[14]。其味苦，微寒，有止血收敛、消肿生肌的功效[15]。白及多糖是白及的主要药用成分，丰富的白及多糖让白及具有极大的潜力应用于硒多糖的研究和开发。白及硒多糖的研究与开发，与白及块茎中硒的含量及白及对硒的吸收富集有关。因此，探究白及土壤及植株全硒含量特征对居民健康以及农业发展具有重要意义。【本研究切入点】目前，鲜见有关白及土壤与植株间硒的相关关系的报道。【拟解决的关键问题】因此，对不同生长环境、种植年限白及土壤中全硒的含量进行检测，三年生白及不同采摘时期、不同部位硒元素含量进行系统研究，以期为白及富硒资源的合理开发及保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

施秉县位于贵州省黔东南苗族侗族自治州西北部，处于东经107°52′37"～108°28′47"，北纬26°46′46"～27°20′16"。其地势由西、西北向东、东南部逐渐降低，地势起伏大，地貌类型多，岩溶地貌发育。施秉县属亚热带湿润季风气候区，气候具有季风性、高原性特点。夏无酷暑，冬无严寒，温和湿润，太阳辐射弱，日照时数少，年总辐射3538 MJ/m2，日照时数1197 h。平均海拔526 m，年平均气温14～16 ℃，年总积温5500 ℃，无霜期225～94 d，年降水量1060～1200 mm，常年主导风为东北风。土壤以黑色石灰土占多，黄壤次之，兼有黄棕壤、紫色土和潮土。

1.2 材料

白及植株：采自施秉县。

仪器：电感耦合等离子体-质谱仪(OptimaTM2100DV，美国Perkin Elmer公司)，原子荧光光谱仪(SA-20型)。

试剂：所用硝酸、氢氟酸、盐酸、高氯酸均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。试验所用标准储备液购买于国家标准物质研究中心，然后逐级稀释配成相应浓度的标准溶液上机。试验用水为去离子水。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 研究试验样品涉及土壤样品和植株样品，其中土壤样品按不同生长环境和不同种植年限进行取样，生长环境分为野生环境和人工种植2种类型；植株样品来源人工种植环境，按种植年限采集种植1、2、3年的白及块茎样品；以种植3年的白及植株，按须根、块茎和叶3个部位，分布采集7-10月不同部位的植株样品。

1.3.2 样品采集与制备 于2018年7-10月，按种植年限采集施秉县大田种植的1～3年生白及生长土壤及对应白及块茎。

白及植株硒元素动态研究以施秉县大田种植的3年生白及植株为研究对象，并分为白及块茎、根和叶子3个部位处理，在7、8、9和10月采集，共采集白及植株样品12个(每个样品为5株白及植株的混合样)。将白及植株样品用自来水清洗，并带回实验室用去离子水洗去泥土，按白及块茎、根和叶子3个部位分类，白及根、叶150 ℃杀青。将洗净的白及块茎用沸水煮至无白心后取出自然风干，风干后用粉碎机粉碎，过60目筛充分混合均匀备用。

不同生长环境以人工种植和野生生长环境的土壤为研究对象，人工种植土壤为施秉县种植土壤，野生生长土壤为正安县和独山县野生白及生长土壤。以梅花形多点采样法采集，垂直采集地表至20 cm深处的土层，保证上下采集均匀， 去除草根、砾石等非土壤杂物，混匀并用四分法取约2 kg。采回的土壤样品及时自然风干，严禁暴晒，并注意防止酸、碱等气体及灰尘污染。在风干过程中，适时翻动，并将大土块捏碎以加速干燥，同时剔除土壤以外的杂物。压碎、过孔径为2 mm 的尼龙筛。未过筛的土粒必须重新碾压过筛，直至全部样品通过2 mm 孔径筛为止。取过筛后土壤样品100 g，装入干净牛皮纸袋送实验室做进一步处理和化学分析。

1.3.3 土壤与植株硒的测定 植物中硒元素采用电感耦合等离子体-质谱仪进行测定。准确称取试样2.5g，采用HNO3-HClO4加热消解，以ICP-MS测定，所有样品均做相应的试剂空白，每10个样品加1个空白样，采用平行样和国家标样进行准确度控制[16]。土壤中硒元素采用原子荧光光谱仪(SA-20型)进行检测。氢氟酸-硝酸分解样品，高氯酸冒烟，盐酸溶解并入铁盐，硼氢化钾还原，原子荧光光谱法测定硒元素的含量，方法检出限为0.004 mg/kg[17]。

1.3.4 硒富集系数 元素富集系数=样品中某元素的含量/土壤中某元素的含量。

2 结果与分析

2.1 白及不同种植年限生长土壤的硒含量

从表1可知，2年生白及种植土壤硒元素含量变异系数最高，为72.72 %，不同种植年限土壤硒元素含量变异系数随种植年限的变化规律为2年生>1年生>3年生，不同种植年限白及生长土壤硒元素含量的变异系数均属于中等变异，硒元素平均含量存在显著差异，种植3年的土壤硒元素含量达8.78 mg/kg，显著高于种植1和2年，种植1和2年的土壤硒含量差异不显著。

表1 白及不同种植年限生长土壤的硒含量Table 1 Se content in soil cultivated B. striata with different planting years

2.2 白及不同生长环境土壤的硒含量

经测定，野生白及硒含量为13.25 mg/kg，人工栽培的白及硒含量为4.86 mg/kg，野生白及生长的土壤硒元素含量远远高于人工栽培的白及土壤硒含量，前者硒元素含量约为后者的3倍。

2.3 白及不同种植年限植株的硒含量

2.3.1 块茎 从表2看出，不同种植年限白及块茎的硒含量为1年生>3年生>2年生，1年生和3年生间差异不显著，但显著高于2年。从变异系数来看，1年生白及块茎硒含量的变异系数最小，2年生的最大。

表2 白及不同种植年块茎的硒含量Table 2 Se content in B. striata tubers with different planting years

2.3.2 不同部位的硒含量 从表3可知，不同部位硒含量依次为叶>须根>块茎，叶中硒含量显著高于块茎和须根。从图1可看出，白及叶中硒的平均含量在10月最高，随采收时间的推后叶中硒含量呈先降后升，表现为10月>7月>8月>9月；须根中硒含量随采收时间的推后表现为先减小后升高，以7月的硒含量最大，总体为7月>10月>9月>8月；白及的药用部位为白及块茎，块茎中硒的含量随采收时间的变化不明显。

图1 白及不同部位不同采集时间的硒含量变化Fig.1 Se content variation in different parts of B. striata at different harvesting time

表3 白及不同部位的硒含量Table 3 Se content in different parts of B. striata

2.4 土壤与白及植株硒含量的相关性

从表4可知，白及叶中的硒含量与土壤中的硒含量呈显著正相关关系，白及须根中的硒含量与土壤中的硒含量呈显著负相关关系，其余相关性不明显。

表4 白及土壤植株各部位硒含量的相关系数Table 4 Correlation coefficient of Se content in soil and each part of B. striata

3 结论与讨论

土壤作为中药材种植的基本场所，也是影响微量元素硒在土壤-植物-动物和人的生态系统中丰缺的最基本因素。1989年调查发现，我国有72 %的地方为缺硒地区，而2017年为51 %，但我国依然是缺硒国家。何亚林[18]对贵州地区土壤中的硒进行了较为广泛的采样和分析发现，贵州表层土壤中全硒含量为0.064～1.326 mg/kg，平均0.369 mg/kg。研究中，贵州白及生长土壤表层全硒含量为0.658～15.760 mg/kg，平均5.974 mg/kg。与我国土壤表层全硒含量的平均值(0.290 mg/kg)相比，贵州白及生长土壤表层全硒含量约是全国平均值的20倍；与贵州省土壤表层全硒含量背景值相比，贵州白及生长土壤表层全硒含量约是贵州省平均值的16倍。根据土壤硒含量标准，土壤含硒量在0.400 mg/kg以下，就属于贫硒土壤；而土壤含量在0.400～3.00 mg/kg时为富硒土壤；大于3.00 mg/kg时硒元素含量极高，为硒过量土壤。研究表明，贵州白及生长表层土壤(人工栽培及野生土壤两者的平均值)为富硒土壤。

药用植物中微量元素含量水平与生长土壤中该元素水平密切相关，绝大部分农作物产品硒最终仍然通过土壤获得。土壤硒含量水平与土壤环境有关，研究发现，影响土壤硒含量的主要因素是成土母质，但土壤pH、有机碳及铁和铝的含量对土壤全硒含量的富集与分布也有一定影响[19]。白及是多年生草本植物，随着对白及认识的加深，野生白及已经不能满足市场对白及用量日益增加的需要，为了满足白及市场不断增加的需求，加大了对白及的人工栽培种植。研究对不同种植年限及生长环境下白及生长土壤全硒含量进行分析，种植3年的白及生长土壤硒元素含量(8.78 mg/kg)显著高于种植1年和2年的，但种植1年与种植2年的差异不显著。3年生白及种植的土壤，属于土壤硒过量；而野生白及生长的土壤硒元素含量远远高于人工栽培的白及土壤硒含量，属于土壤硒过量。有研究指出，土壤硒含量过低可引起人和动物的多种疾患乃至癌症，而含量过高又会引起中毒。为保障人体健康，应对白及生长土壤硒含量的安全性及有效性评价。

在一定范围内，植物含硒量随土壤总硒含量的增加而增加[20]。生长在高硒土壤上的植物含硒量显著高于缺硒或低硒土壤上的植物[21]。不同种植年限下白及块茎的硒含量变化规律与土壤中的变化规律不同，为1年生>3年生>2年生，1年生和3年生白及块茎的硒含量差异不显著，但显著高于2年生白及块茎。研究中土壤和白及块茎中的全硒含量随种植年限的变化规律不同，这可能与土壤中硒的有效性有关。植物硒被认为是人体摄入硒的主要来源，土壤硒水平低下或者其有效性低均可导致植物硒含量偏低。土壤中硒的形态各异，其中能被植物吸收的是土壤的有效硒，包括硒酸盐、部分亚硒酸盐和有机硒化合物[15]。土壤有效硒而非土壤全硒，是决定食物链系统中硒水平的关键因素，土壤中硒的生物有效性受多种因素的影响，主要包括土壤中硒的形态、土壤质地、土壤有机质、土壤pH、植物种类等。

白及硒含量由高到低为叶>根>块茎，叶中的硒含量显著高于块茎和须根。从不同部位硒含量来看，白及叶作为非药用部位具有极大的开发潜力。白及系多年生草本植物，目前人工种植中以种植3年的白及为收获最佳年限，从白及采收时间来看，白及块茎中硒含量受采收时间影响不大，而白及须根与叶中硒含量随采收时间不同含量波动性大。白及块茎中硒元素的含量随着种植时间增加而先减少再增加，但白及对硒元素的富集系数逐渐减小，发生这种情况的原因有可能是当地土壤中硒元素含量远远高于植物生长所需。