微生物纳米硒在农业种养中的初步应用

摘 要：为研究微生物纳米硒在富硒农业领域的应用潜力，将其分别应用在苹果种植和蛋鸡养殖中。结果发现，微生物纳米硒能够提高果树根区土壤中氮、磷、钾元素的有效性，可显著提高果实中可溶性固形物、总糖、总酸的含量，且果实中硒含量可达17～36 μg/kg。同时发现蛋鸡日粮中添加微生物纳米硒能够显著增加鸡蛋的平均单重和硒含量，最大平均单重为61.8±0.3 g，鸡蛋中的硒含量为330±40 μg/kg。研究结果为微生物纳米硒在农业种养中的应用提供了基础数据。

关键词：纳米硒微生物种植养殖应用

中图分类号：S144" 文献标识码：A" 文章编号：0488-5368（2024）08-0100-04

Preliminary Application of Selenium Nanoparticles from Microbial in Agricultural Planting and Breeding

MA Yinghui， TONG Zefang， LU Meihuan， LI Lijun

（Shaanxi Institute of Microbiology， Xi'an， Shaanxi 710043， China）

Abstract： To investigate the potential application of selenium nanoparticles （SeNPs） from microorganisms in Se-enriched agriculture， SeNPs were used in fruit trees and laying hens， respectively.The results showed that microbial SeNPs could improve the availability of nitrogen， phosphorus， and potassium in the root zone soil of fruit trees and significantly increase the contents of soluble solids， total sugars， and total acids in fruit. The content of selenium in fruit was 17～36 μg/kg. In addition， the average weight and selenium content of eggs were significantly increased by adding SeNPs to the diet of laying hens.The maximum average weight was 61.8 ± 0.3 g， and the selenium content in eggs was 330 ± 40 μg/kg. This experiment provides basic data for the application of microbial selenium nanoparticles in agriculture.

Key words： Nano-selenium Microorganisms Planting Breeding Application

前言

硒是生态系统中非常重要的营养元素，有着“生命元素”之称，早在1957年 Schwarz研究确定硒是人和动物必需的营养元素[1]。1973年，Rotruek等人发现，硒是高等动物生物代谢不可缺少的谷胱甘肽过氧化物酶的活性组分[2]。同年，硒被世界卫生组织认定是人体必需的微量元素，缺硒会引起人类的克山病、大骨节病、癌症、糖尿病、心脑血管病、不育症等疾病[3～5]。硒在地球上分布不均匀，中国72%地区处于缺硒、低硒带，土壤缺硒造成了整个食物链的缺硒，而现有的土壤补硒剂多为化学硒，具有剧毒性，并不适合大范围的应用。纳米硒是一类直径在50～200 nm之间的硒微球，毒性显著低于亚硒酸钠，而通过微生物产生的生物纳米硒具有比化学纳米硒更高的生物活性和稳定性，是近年来研究的热点[6～9]。

硒不仅对人体及动物体具有重要作用，对植物的生理特性同样具有显著影响。本文利用微生物发酵法制备了微生物纳米硒，初步探讨了微生物纳米硒在农业种植和养殖中的应用。

1 材料与方法

1.1 菌种

贝莱斯芽孢杆菌。

1.2 主要试剂与仪器

酵母粉、蔗糖、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、氯化钠、亚硒酸钠、麦芽糊精，发酵罐（500 L）、ICP检测器、紫外分光光度计

1.3 培养基

种子培养基：LB液体培养基液体发酵培养基：蔗糖20 g/L、酵母粉10 g/L、磷酸氢二钾3 g/L、磷酸二氢钾1 g/L、氯化钠5 g/L，亚硒酸钠4.386 g/L（流加）。亚硒酸钠取1.535 kg配成5 L溶液，单独灭菌。

1.4 方法

1.4.1 微生物纳米硒制备方法[10]"""" 将贝莱斯芽孢杆菌接种于种子培养基，37 ℃、150 r/min培养24 h，按10%接种量接于500 L液体发酵罐中，37 ℃、150 r/min进行培养，控制通气量为0.6 vvm，培养8～10 h，开始流加亚硒酸钠，控制流速60 ml/min，流加完成继续培养至24 h，发酵完成。发酵液加入20%麦芽糊精，控制进口温度130 ℃、出口温度80～90 ℃进行喷雾干燥，接受粉末即为微生物纳米硒颗粒。利用ICP测得硒含量为7.138 g/kg。

1.4.2 苹果种植试验方案 供试地点位于陕西省淳化县，试验面积共6×667 m+2，分为6个地块，苹果品种为加拿大阿森泰克富士，试验布局如表1。处理组微生物纳米硒粉剂添加量为1.5 kg，进入水肥一体化滴灌系统进行施用，分别在入冬和开春共施用两次，其它常规肥料保持不变对照组添加无硒麦芽糊精1.5 kg，其余与处理组相同。果树发芽后，在每个地块进行蛇形取根区土混合，测定土壤理化指标，苹果成熟后计算每667 m+2产量及苹果各项指标。

1.4.3 蛋鸡养殖实验方案 试验地点位于陕西省西安市灞桥区某养殖场，选取40只同日龄肉鸡，平均分为CK、T1、T2、T3四组，供试浓度按照表2进行。预饲期为7 d，试验期为5周（35 d）。预饲期内各组样品统一喂基础日粮（不含硒），试验期根据各组硒的添加浓度在基础日粮中添加。分别在试验期的第7、14、 21、28和 35天同一时间对每组进行取样，每组样品每次取样鸡蛋个数≥3个。

1.5 检测方法

1.5.1 土壤理化指标的检测方法[11] 有机质按照NY/T 1121.6-2006，全氮按照NY/T 1121.24-2012 ，总磷按照GB/T 9837-1988，全钾按照NY/T 87-1988，速效氮按照DB64/T 1734-2020，

有效磷按照NY/T 1121.7-2014，速效钾按照NY/T 889-2004， pH按照NY/T 1377-2007。

1.5.2 苹果指标检测方法 维生素C按照GB 5009.86，可溶性固形物按照NY/T 2637-2014，总酸按照GB 12456-2021，总糖按照NY/T 2742-2015，硒含量按照GB 5009.93-2017。

1.5.3 鸡蛋中硒含量测定方法[12] 按照GB5009.93-2017第三法微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法。

2 结果与分析

2.1 微生物纳米硒对苹果种植的影响

土壤是供给植物生长发育所需养分的主要来源，对植物生长、抗逆都具有重要的作用[13，14]。大量的研究表明[15～18]，适量的硒元素有助于农作物生长，提高农作物的营养品质，还可以有效调节养分的吸收、运输以及积累，同时还可以增强植物的抗逆性和光合作用效率。图1显示了微生物纳米硒对土壤基本理化指标的影响，可以看出微生物纳米硒的加入能够提高土壤有机质的含量（%p%lt;0.05），对土壤肥力的总体水平具有积极的作用，但对土壤酸碱性影响不大。值得关注的是微生物纳米硒极显著的提高了土壤有效氮、有效磷和速效钾的含量（%p%lt;0.01），这说明硒元素的加入可能更多的是参与了元素的活化及氮磷钾相关的代谢活动。

运用t检验（parametric test）对试验区苹果产量和指标进行分析，可以得出，施用微生物纳米硒的苹果可溶性固形物含量、总糖及硒含量都显著高于对照组，总酸显著低于对照组，每667 m+2苹果产量和每100 g维生素C含量变化不显著。说明微生物纳米硒的加入改善了苹果的品质，促进了果实内可溶性固形物的形成和糖分的积累，与报道相一致[19]。另外，实验果实中硒含量为17～36 μg/kg，符合陕西富硒农产品地方标准DB61/T556-2018关于水果富硒或含硒的标准。

2.2 微生物纳米硒对鸡蛋品质的影响

大量的研究表明[12，20，21]，硒元素对产蛋家禽的生产能力和抗氧化能力具有重要的提升作用，而硒在动物机体内大多是以硒蛋白的形式发挥生理功能，富硒鸡蛋无疑是获取硒蛋白的有效途径。从图2可以看出，随着鸡生长的日龄增加，所产的平均蛋重均有所增加。而通过纳米硒的添加，同一时期的平均蛋重较对照具有明显的增加，T2组（0.3 mg/kg）蛋重增长最明显，最高平均蛋重为61.8±0.3 g，T3组（0.5 mg/kg）蛋重开始下降，特别是在21 d之后，平均蛋重小于T2组，说明低浓度的硒能够增加鸡的平均蛋重，浓度过高会影响鸡的产蛋性能，但也有报道纳米硒的加入对蛋重无显著的影响[20]。

从图3鸡蛋中的硒含量可以看出，日粮中添加0.1～0.5 mg/kg的微生物纳米硒能够显著增加鸡蛋中的硒含量，而随着纳米硒添加浓度的增加，7日龄鸡蛋中硒含量差异并不显著，但是随着体内硒含量的积累，14日龄以后鸡蛋中的硒含量开始出现差异，并与添加浓度呈正比，显示了显著的浓度梯度差异。但是，在同一浓度下，时间梯度差异并不显著，这可能是因为纳米硒在鸡蛋中的沉积水平是有限的，大量的纳米硒的摄入并不能无限提高鸡蛋中硒的水平。

3 讨论

硒是人体和动物生命活动中所必需的微量元素，能参与机体众多的生理代谢过程，人体硒的摄入主要依靠日常饮食，所以，富硒农产品成为大众补硒的最佳载体[22]。由于我国72%的土壤缺硒，各种形式的补硒剂或富硒肥成为近期研究的热点，成为产出富硒农产品的重要手段。微生物纳米硒具有无机硒和有机硒无法比拟的优势，它毒性低、易吸收、制备简单，已逐步应用于农业种植领域，并取得了良好的效果。廖道林

等[19]发现微生物纳米硒可以提高柑橘果树叶片的光合作用，加快柑橘果实糖分的积累。Liu等[23]发现纳米硒可显著提高果实的抗氧化能力，使可溶性糖、挥发性化合物和营养物质含量增加，与本文的研究结果相一致。本研究为富硒水果的种植提供了最基础的数据，为开发富硒农产品提供了有效的途径。

鸡蛋作为人体补充蛋白的重要来源，鸡蛋富硒也是人体补硒的重要途径。随着研究的深入，发现硒对于鸡自身的产蛋性能、抗病性能以及鸡蛋的品质都具有积极的影响。在不同硒源的应用研究中发现，纳米硒的效果在不同品种动物养殖上都具有优势。本文给蛋鸡饲喂微生物纳米硒，同样发现了一定浓度的微生物纳米硒能够增加蛋重和鸡蛋中硒元素的积累，为富硒鸡蛋的开发提供基本依据，促进我国富硒养殖产业的升级。

参考文献：

[1] 钟庆祥， 张豫， 陶贞，等. 土壤—植物系统硒的迁移转化机制研究进展[J]. 地球科学进展，2023， 38（1）： 44 -56.

[2] 程迈妮， 王智勇. 硒、有机硒与人类疾病与健康关系研究综述[J] . 食品安全导刊， 2021 （11） ：44-47.

[3] GENCHI G， LAURUA G， CATALANO A， %et al. %Biological Activity of Selenium and Its Impact on Human Health[J].International Journal of Molecular Sciences，2023（24）：2 633.

[4] KRISTIAN HW， MARGARET PR， STEEN JB， %et al.% Selenium in thyroid disorders-essential knowledge for clinicians[J].Nature Reviews Endocrinology，2020，16（3）：165-176.

[5] 朱义芳， 黄玉霞， 梁翼，等.微量元素硒在骨关节炎中的研究进展[J].中国骨与关节杂志，2022，11（5）：390-394.

[6] 吴兰， 仝泽方， 贾汉忠， 等.微生物合成纳米硒-环境持久性自由基的评估[J].西北农业学报，2023，32（6）：929-934.

[7] 张亚玲， 徐苏， 孙兆博，等. 纳米硒的生物合成方法研究进展[J].广东化工，2021，48（24）：8-10.

[8] ZHANG XX， ZHOU MM， ZHOU R， %et al.% Se（IV） reduction and extracellular biosynthesis of Nano-Se（0） by Shewanella oneidensis MR-1 and Shewanella putrefaciens[J].Process Biochemistry，2023：481-491.

[9] 薛冰， 谢超新，程水源， 等.微生物转化法制备纳米硒及有机硒的研究进展[J].食品科技，2022，47（10）：31-37.

[10] 李利军， 马英辉， 卢美欢. 纳米硒合成细菌Lxz-41的鉴定、培养条件优化及其在富硒猕猴桃栽培中的应用[J].食品工业科技，2019，40（21）：110-117.

[11] 茅燕勇，赵亮，朱滢，等.果园土壤理化指标检测及相关性分析[J].南方农业，2018，12（32）：176-179.

[12] 吉莹利. 不同硒源及水平对蛋鸡生产性能、抗氧化指标和微量元素沉积的影响[D].长沙：湖南农业大学，2023.

[13] NEEMISHA， KUMAR A， SHARMA P， %et al. %Harnessing rhizobacteria to fulfil inter-linked nutrient dependency on soil and alleviate stresses in plants.[J].Journal of Applied Microbiology， 2022， 133（5）：1-13.

[14] Gu HH， Zhan SS， Wang SZ， %et al. %Silicon-mediated amelioration of zinc toxicity in rice （ Oryza sativa L.） seedlings[J].Plant amp; Soil，2012， 350（1-2）：193-204.

[15] 廖若宇， 孙悦， 刘新保，等. 纳米硒的制备及其在作物品质改善中的应用[J].中国农学通报，2023，39（10）：17-23.

[16] 贾宏昉， 宋家永， 王海红， 等. 硒对作物生理、生长发育及产量、品质的影响研究进展[J].河南农业大学学报，2006（4）：449-454.

[17] 周勋波， 吴海燕， 洪延生， 等. 作物施硒研究进展[J].中国农业科技导报， 2002（6）：45-50.

[18] LI QR，XIAN LM，YUAN LX，%et al.%[JP3]The use of selenium for controlling plant fungal diseases and insect pests[J].Frontiers in plant science，2023（14）：1 102 594.

[19] 廖道林， 苏继元， 田雨欣. 生物纳米硒对柑橘树体及其果实品质的影响研究初报[J].南方园艺，2021，32（4）：19-23.

[20] 杨清丽， 曲湘勇， 陈继发， 等. 纳米硒对蛋鸡生长性能、蛋品质及血清抗氧化指标的影响[J].中国家禽，2016，38（7）：27-32.

[21] 吕莉，李留安，张瑞博，等.日粮中添加纳米硒对华北柴鸡蛋品质的影响[J].黑龙江畜牧兽医，2018（20）：66-70.

[22] 张亚利. 富硒农业产业化发展研究[D].株洲：湖南工业大学，2022.

[23] LIU R， DENG Y， ZHENG ML， %et al. %Nano selenium repairs the fruit growth and flavor quality of tomato under the stress of penthiopyrad[J].Plant physiology and biochemistry， 2022：126-136.

基金项目：陕西省科学院“一所一品”品牌专项（2022k-02）陕西省科学院毛乌素生态试验站建设暨生物肥料产业化（2020k-09）。

第一作者简介：马英辉（1984-），男，博士，副研究员，研究方向为环境微生物学。