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      富硒玉米的研究現(xiàn)狀及前景展望

      2015-03-21 01:32:48曾艷華程偉東覃蘭秋周錦國譚賢杰江禹奉謝和霞謝小東
      廣西農(nóng)學(xué)報 2015年5期
      關(guān)鍵詞:中硒農(nóng)產(chǎn)品玉米

      曾艷華 程偉東* 覃蘭秋 周錦國 譚賢杰 江禹奉 謝和霞 謝小東

      (廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所,南寧 530007)

      20世紀(jì)50年代,自從證實(shí)了硒是生物體生命活動必須的一種微量元素,人們就開始了對它的生物學(xué)研究,至今已有60a歷史。隨著近年來環(huán)境污染程度的加劇以及人類對健康的關(guān)注度不斷提升,對食品的要求也日益提高,不僅要吃好,還要吃健康。硒與人類健康,以及富硒食品的開發(fā)逐漸成為熱門話題。硒是人和動物生長發(fā)育必須的一種微量元素,參與機(jī)體許多重要的生理生化活動。研究證實(shí),硒是甲狀腺激素代謝、抗氧化防御系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等重要代謝途徑的基本成分,對增強(qiáng)免疫力、增進(jìn)健康和預(yù)防衰老等方面具有重要意義;硒對重金屬有拮抗作用,是抵抗有毒物質(zhì)的保護(hù)劑,能與毒性強(qiáng)的重金屬如汞、鎘、鉛等結(jié)合形成金屬硒蛋白復(fù)合物而解毒,將重金屬排出體外,從而保護(hù)肝細(xì)胞,被譽(yù)為“生命的奇效元素”、“二十一世紀(jì)的第21種氨基酸”[1-2]。

      研究報告顯示,機(jī)體缺硒將導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生,如克山病、大骨節(jié)病等[3],但硒同時具有毒性。機(jī)體攝入過量的硒,則會產(chǎn)生中毒癥狀,嚴(yán)重者可致死亡[4]。人體對硒的需要量尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),1976年國際硒學(xué)會推薦的標(biāo)準(zhǔn)是每日60μg,中國營養(yǎng)學(xué)會1988年的推薦標(biāo)準(zhǔn)是每日50μg。然而,20世紀(jì)90年代初對我國進(jìn)行的總膳食結(jié)構(gòu)調(diào)查顯示,我國居民日常飲食中硒攝入量平均值為43.3μg/d,生活在嚴(yán)重缺硒地區(qū)的居民硒攝入量低于20μg/d,普遍低于標(biāo)準(zhǔn)攝入量。據(jù)報導(dǎo),世界上有40多個國家、中國有72%的縣市存在不同程度缺硒[5-6],缺硒現(xiàn)象普遍存在。而礦質(zhì)元素硒在體內(nèi)無法自己合成,必須經(jīng)由食物鏈獲?。?]。借助食品添加劑、保健品或藥物來快速補(bǔ)充人體缺乏的硒,雖不失為一種途徑,但存在毒副作用風(fēng)險,費(fèi)用高、投資大、覆蓋面小,不能從根本上解決礦質(zhì)元素營養(yǎng)不良的問題[8]。玉米是世界上最重要的糧食作物之一,近些年來也逐漸成為畜牧養(yǎng)殖業(yè)主要的飼料來源,其含硒量高低與人體硒營養(yǎng)狀況密切相關(guān),開展富硒玉米的研究對于提高缺硒地區(qū)、缺硒居民群體的健康水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

      文章從硒與人體健康、硒與玉米生長發(fā)育及富硒玉米生產(chǎn)、育種等方面對富硒玉米的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,以期為富硒玉米的進(jìn)一步研究及富硒玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

      1 富硒玉米的研究意義

      1.1 硒與人體健康

      首先,硒參與人體重要生理生化活動而對人體產(chǎn)生直接影響。硒是谷胱甘肽過氧化物酶的重要組成成分,在體內(nèi)特異地催化還原谷胱甘肽與過氧化物的氧化還原反應(yīng),從而保護(hù)生物膜免受損害,維持細(xì)胞的正常功能[9],其抗過氧化物酶的抗氧化能力要比維生素E高出500倍,兩者相互作用可以起到抗癌作用;硒對保護(hù)心血管有重要作用,是清除體內(nèi)“自由基”的勇士[10]。其次,硒還有促進(jìn)生長、保護(hù)視覺器官、提高機(jī)體免疫能力等作用[11]。

      硒對人體有益有害取決于它在食物中的含量。研究表明,人和動物缺硒和硒中毒之間的范圍很窄,如果食物中的硒小于0.05mg/kg,就會造成人體缺硒,大于35mg/kg又會產(chǎn)生中毒,最安全的范圍是0.1-0.36mg/kg之間[12]。在估算硒的適宜攝入量時需參考硒的最低需要量(即生命必需的臨界量)和硒的生理需要量水平(即維持人體正常生理代謝所需的必要量)[9],我國在硒的最低需要量的研究上,采取以克山病區(qū)與非克山病區(qū)的對比,確定硒的最低需要量為22μg/d,硒的生理需要量為50μg/d。中國營養(yǎng)學(xué)會及FAO/WHO/IAEA聯(lián)合專家委員會1989年正式確定人體對硒的適宜攝入量為50-250μg/d,安全劑量為400μg/d,中毒劑量為800μg/d[5]。

      硒對機(jī)體的有益有害性還取決于它的存在形態(tài)。硒以無機(jī)硒(Se(IV)/Se(VI))和有機(jī)硒多種形態(tài)存在。無機(jī)硒毒性大,有機(jī)硒主要以硒代蛋氨酸(SeMet)等形式廣泛存在于蛋白質(zhì)中,對人體有益,生物利用率高[13],是人類攝取硒元素的主要來源。自然界中硒主要以無機(jī)態(tài)存在,需要通過植物轉(zhuǎn)化成有機(jī)硒以后,參與人和動物的食物鏈才能成為守護(hù)我們健康的有益元素。

      1.2 硒與玉米生長發(fā)育的關(guān)系

      礦質(zhì)元素硒雖然已被科學(xué)界確定為動物和人體所必需的微量元素,并未證實(shí)是植物的必須營養(yǎng)元素,但硒對重金屬有拮抗作用,這對于植物的生長和品質(zhì)是有益的;對于人和動物來說也是不可或缺的,植物把無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為人體所需的有機(jī)硒,把硒從土壤轉(zhuǎn)入食物鏈[14]。硒在小麥、玉米、大豆、油菜等作物體內(nèi)有抗氧化作用,這一性能是通過谷朧甘膚過氧化物酶的作用來實(shí)現(xiàn)的[15]。研究表明,不論是土壤施硒還是葉面噴施,普通玉米和鮮食玉米均表現(xiàn)出對不同硒肥濃度的響應(yīng),含硒量大小會影響玉米對硒的吸收,分配及代謝,進(jìn)而影響玉米的生物量。硒含量低于10mg/kg能促進(jìn)玉米生長,植株生物量及籽粒產(chǎn)量也顯著增加;高于25mg/kg的硒含量則會抑制玉米的生長,生物量和籽粒品質(zhì)均下降。并且,在安全濃度的范圍內(nèi),玉米籽粒的硒含量與土壤硒含量呈顯著正相關(guān)[16-19]。

      1.3 玉米的富硒效應(yīng)

      不同種類的植物對硒的富集能力差異很大[20]。目前富硒作物主要分類方法有兩種:一種將富硒植物分為聚硒植物和非聚硒植物。聚硒植物可作為硒指示植物,如黃芪屬植物,硒含量為1-10g/kg。大部分農(nóng)作物屬非聚硒植物,含硒量不超過30mg/kg[21-22]。另一種將富硒植物分為累積植物(指示植物)、中度含硒植物與低度含硒植物[23]。農(nóng)作物屬于低度含硒植物,其中十字花科植物油菜對硒的積聚能力最強(qiáng),其次為豆科植物,谷類最低。谷類中又以小麥對硒的積聚最強(qiáng),玉米、甘薯、蠶豆和豌豆的含硒量均低于0.05mg/kg。

      玉米屬于低度含硒植物,通過增加土壤有效態(tài)硒、噴施葉面硒肥等方式可以有效提高玉米籽粒硒元素含量。按照陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)(DB61/T556-2012),富硒玉米的硒含量范圍在0.15-0.3mg/kg之間;如果在玉米生長時期噴施亞硒酸鈉等富硒肥,玉米籽粒中硒含量可達(dá)57.53mg/kg。普通玉米的富硒效果要強(qiáng)于糯玉米[16]。富硒玉米中的有機(jī)態(tài)硒占90%以上,有機(jī)態(tài)硒中以蛋白質(zhì)硒為主要存在形式,占總硒的61.51%[24]。此外,富硒玉米油的硒含量為普通玉米油的22倍,并且高于一般液體類富硒產(chǎn)品,其中不飽和脂肪酸特別是亞油酸含量較高,具有較強(qiáng)的保健功能[25]。

      2 富硒玉米的研究現(xiàn)狀

      2.1 富硒玉米的品種選育

      目前,通過生物技術(shù)或遺傳等手段選育出富硒玉米品種的報道不多見,多數(shù)是通過施用富硒肥來生產(chǎn)富硒玉米。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所選育出的玉米品種晉糯8號,是以兩個自選系作為親本雜交選育的一個鮮食富硒糯玉米品種,其玉米籽粒硒含量可達(dá)0.473mg/kg,富硒效果顯著[26-27]。

      2.2 富硒玉米的生產(chǎn)現(xiàn)狀

      關(guān)于富硒玉米的生產(chǎn)現(xiàn)狀,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院李圣男等曾發(fā)表一篇比較詳盡的綜述[28]。我國自20世紀(jì)80年代開始富硒農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)研究,取得了一定的進(jìn)展,為富硒農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。目前中國富硒玉米的生產(chǎn)研究主要集中在湖南、湖北、黑龍江、遼寧、重慶、山西、安徽等9個省區(qū);研究品種包括普通玉米、糯玉米和甜玉米。生產(chǎn)的主要方式是施用硒肥,包括有機(jī)硒肥(氨基酸硒肥和腐殖酸硒肥)和無機(jī)硒肥(亞硒酸鹽、硒酸鹽、硒礦粉),其中亞硒酸鈉是目前主要的硒肥品種。自富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)以來,還研制出一些新的硒肥品種。目前市場上硒肥品種有10多種,如湖南“硒霸”牌有機(jī)富硒葉面肥、天津“富硒植物營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑”、內(nèi)蒙“富硒增產(chǎn)素”等。據(jù)報道,富硒肥在玉米不同時期施用,能成倍提高玉米中硒的含量,如天津市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站研制的富硒植物營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑,可以使小麥和水稻的含硒量大幅提高,并穩(wěn)定在200-300μg/kg范圍內(nèi)[5]。有研究表明,甜玉米灌漿前期對其葉面噴施富硒植物營養(yǎng)素,能增加甜玉米生物學(xué)產(chǎn)量,改善產(chǎn)品外觀質(zhì)量,提高產(chǎn)品品質(zhì),使玉米硒含量達(dá)到0.17mg/kg,達(dá)到富硒、增產(chǎn)的目的[29]。

      硒肥的施用方式有基施、浸種、拌種和葉面噴施。由于富硒農(nóng)產(chǎn)品有嚴(yán)格的含硒量標(biāo)準(zhǔn),采用土壤施硒需要對土壤進(jìn)行監(jiān)測,施硒量大、投資高;而浸種和拌種由于濃度不好掌控、富硒效果不顯著等原因不被看好,并且土壤施硒和拌種都有可能對環(huán)境造成污染。因此,在富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)中多采用葉面施硒的方法,富硒效果比較明顯,不失為低硒區(qū)補(bǔ)硒的一條操作簡單、經(jīng)濟(jì)有效、安全無污染的途徑。葉面噴施硒肥以在抽雄期噴施亞硒酸鈉、采用硒肥分次噴施效果最好,噴施濃度以40-70mg/kg最佳。黑龍江省低硒地區(qū)曾對玉米、小麥、大豆進(jìn)行葉噴試驗(yàn),結(jié)果籽粒中含硒量的提高幅度與噴硒量呈正相關(guān),葉面噴硒30g/hm2,可使玉米、小麥和大豆籽粒的硒含量滿足低硒地區(qū)居民補(bǔ)硒的需求[30]。

      2.3 富硒玉米的生理生化及遺傳研究

      N.Rani等(2005)通過在土壤中施用不同濃度梯度(1-25μg/g)的亞硒酸鹽,研究土壤中不同硒含量對芥菜、玉米、小麥、水稻四種作物的影響,結(jié)果表明,土壤中硒含量濃度超過5μg/g時,芥菜和玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量會顯著降低;硒在玉米中的臨界水平是76.9ug/g,超過這個水平會使玉米顯著減產(chǎn)[31]。Mélanie Longchamp等(2013)研究了在0.12μM和0.63μM兩種高低不同的硒濃度下亞硒酸鹽和硒酸鹽對玉米的影響,發(fā)現(xiàn)在兩種濃度下,亞硒酸鹽營養(yǎng)液中硒在玉米的累積量都高于硒酸鹽的營養(yǎng)液,并且前者硒更多的累積于玉米的根,而后者中硒主要累積于玉米的幼苗;兩者相互作用只現(xiàn)于高濃度(0.63μM)中,硒酸鹽會抑制玉米根對亞硒酸鹽的吸收。其研究結(jié)果表明營養(yǎng)液中硒的存在形態(tài)和濃度對于玉米對硒的吸收,以及硒在玉米中的分配及代謝都有強(qiáng)烈的影響[17]。國內(nèi)有關(guān)研究對富硒地區(qū)玉米油的硒及脂肪含量進(jìn)行了測定,對富硒玉米籽粒中硒的分布規(guī)律和賦存形態(tài)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明富硒地區(qū)玉米油硒含量為普通地區(qū)玉米油的22倍。通過對油脂提取、皂化分離所得的相關(guān)產(chǎn)物的硒含量進(jìn)行比較,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,均遠(yuǎn)低于玉米粕和玉米粉的含硒量;硒在玉米籽粒中主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)的形式存在,有機(jī)態(tài)硒含量約占總硒的90%,其中又以堿溶蛋白質(zhì)硒含量最高,占到總硒的50.62%,為富硒玉米的深度開發(fā)提供了理論參考[24-25]。

      3 目前富硒玉米生產(chǎn)中存在的問題

      3.1 富硒玉米的生產(chǎn)方式存在問題

      目前富硒玉米的生產(chǎn)主要以噴施硒肥為主,方法雖然簡單,高效,但也存在不少問題。首先,生產(chǎn)成本太高;其次,目前主要的硒肥亞硒酸鈉是一種有毒的化合物,使用不合理很容易對作物造成毒害作用,為食品安全產(chǎn)生隱患,長期施用也必然會導(dǎo)致土壤環(huán)境的污染和惡化;第三,硒肥的施用量不易掌控,如果使用不當(dāng),生產(chǎn)的有可能是超富硒玉米。有統(tǒng)計分析表明,按照陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)(DB61/T556-2012)所規(guī)定的玉米中全硒含量0.15-0.30mg/kg的要求,統(tǒng)計的富硒玉米研究樣本中僅有11.5%的產(chǎn)品符合富硒標(biāo)準(zhǔn),硒含量超標(biāo)的樣本高達(dá)44.2%[27]。硒含量超標(biāo),不但于健康無益,對人和動物還會造成毒害。因此,當(dāng)前除了研制安全的多功能復(fù)合硒肥,進(jìn)一步研究硒的有效施用方式,提高玉米體內(nèi)硒含量、改善玉米品質(zhì)和提高玉米產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)有效的途徑外,應(yīng)用生物技術(shù)及遺傳學(xué)手段,選育富硒玉米品種,讓其自然富硒,把土壤中的無機(jī)硒轉(zhuǎn)化成人體所需的有機(jī)硒,才是最健康和安全的途徑。

      3.2 富硒玉米生產(chǎn)尚無標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)程

      富硒農(nóng)產(chǎn)品含硒量有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),要讓富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)走向產(chǎn)業(yè)化,必須嚴(yán)格按照富硒農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn),在產(chǎn)品收獲后和加工過程中都要進(jìn)行檢測,保證富硒產(chǎn)品的健康、安全。因此,研究出臺相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn),對保證富硒玉米開發(fā)健康有序地進(jìn)行非常必要。

      4 廣西發(fā)展富硒玉米的前景展望

      4.1 廣西具有得天獨(dú)厚的天然富硒土壤環(huán)境和資源

      廣西富硒土壤面積達(dá)2.12×104km2,是目前我國多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作圈定出的最大面積連片富硒土壤。自治區(qū)東部、南部、西部和北部均有富硒土壤分布,在北部灣地區(qū)、防城港十萬大山以南,欽州市除欽南區(qū)外所有地區(qū),南寧市區(qū)正東方向100km,正南50km的夾角地帶之外,江南區(qū)—青秀區(qū)以北地區(qū),武鳴縣的全部行政區(qū)域內(nèi)土壤幾乎均屬于富硒土壤,均可發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè)。河池市周邊50km范圍及北部區(qū)域,桂林市湘桂鐵路以北包括永福全境,賀州和梧州全境等區(qū)域,土壤硒含量均在0.5mg/kg以上,屬于富硒土壤。廣西中國長壽之鄉(xiāng)巴馬瑤族自治縣、昭平縣、岑溪市、蒙山縣、永??h、東興市、容縣、扶綏縣、上林縣、金秀瑤族自治縣等,均屬富硒地帶[32]。同時在廣西富硒地區(qū)還發(fā)現(xiàn)了一些天然的富硒農(nóng)產(chǎn)品,報導(dǎo)在廣西30多個縣(市、區(qū))采集了300多個作物樣品(玉米、大米、淮山、木耳、花生、紅薯、荔枝、茶葉、茉莉花等)分析,發(fā)現(xiàn)有大米、墨米、荔枝、茶葉、木耳等70多個樣品達(dá)到天然富硒水平,占抽調(diào)樣品的24%[33]。

      4.2 富硒農(nóng)產(chǎn)品市場前景廣闊

      目前富硒食品被視為保健食品而倍受青睞。我國東北地區(qū)已開發(fā)出富硒大米,售價7-8元/kg;南方地區(qū)有富硒茶問世,價格成倍增長;滄州地區(qū)開發(fā)了富硒金絲小棗;邯鄲地區(qū)廣平縣一農(nóng)民開發(fā)了富硒大棗;承德地區(qū)開發(fā)了富硒大米和富硒玉米面。廣西永福有兩家米業(yè)公司生產(chǎn)富硒大米,價格為11-16元/kg,比普通優(yōu)質(zhì)稻米貴3-7元/kg;巴馬富硒茶油價格110-120元/kg,比普通茶油貴40-50元;樂業(yè)縣出產(chǎn)的富硒獼猴桃,每個售價10-12元,比普通獼猴桃每個貴2-5元。富硒農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)具有廣闊的發(fā)展前景,2013年開始,廣西全面啟動了富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)工作,兩年來已經(jīng)建立46個富硒農(nóng)產(chǎn)品示范基地,打造了富硒五谷、富硒香米、天然富硒茶等30多個品牌,建立富硒產(chǎn)品示范面積累計2800hm2,帶動1.3萬農(nóng)戶參與,富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值達(dá)2.89億元[34]。與此同時,為了規(guī)范富硒農(nóng)產(chǎn)品市場,也讓生產(chǎn)者和消費(fèi)者都有明確的參照標(biāo)準(zhǔn),廣西于2014年9月正式施行《富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量分類要求》地方標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定糧食類硒含量范圍為0.15-0.5mg/kg,茶葉及茶制品類硒含量范圍為0.25-4mg/kg,含硒量達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)的,不得標(biāo)識“富硒農(nóng)產(chǎn)品”;2015年5月,廣西正式啟動富硒農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證工作,為富硒農(nóng)產(chǎn)品在廣西的規(guī)范化開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、加工及銷售提供了重要標(biāo)準(zhǔn)和參考依據(jù)。

      4.3 富硒玉米的開發(fā)前景

      玉米是我國三大糧食作物之一,總產(chǎn)量僅次于水稻。近年來,由于玉米深加工、養(yǎng)殖業(yè)、飼料業(yè)的快速發(fā)展,國內(nèi)對玉米的需求也越來越大,并且富硒玉米的銷售價格較普通玉米高20%以上。目前開發(fā)的富硒玉米主要是鮮食玉米,今后應(yīng)充分利用廣西本土資源優(yōu)勢,開展普通富硒玉米品種資源篩選、鑒定以及富硒玉米品種選育、富硒玉米增產(chǎn)技術(shù)等研究,確定適合的富硒玉米品種、種植技術(shù)及加工工藝,形成富硒玉米優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程;充分利用現(xiàn)代食品、飼料加工技術(shù),將富硒玉米作為富硒新產(chǎn)品的原料進(jìn)行深加工,生產(chǎn)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斷深入和拓展產(chǎn)業(yè)鏈條,增加附加值,使得玉米富硒產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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