硒元素調(diào)控富硒高褪黑素甜櫻桃生產(chǎn)的探討(綜述)

孫協(xié)平，鐘 美，梁 東，夏 萍，冉衛(wèi)軍，楊 沙，田 潔，黃胡鈴，向宇慧，寇琳羚，羅友進

(1.長江師范學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學院，重慶 408100；2.四川農(nóng)業(yè)大學園藝學院，四川成都 411130；3.重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，重慶 401121；4.重慶市農(nóng)業(yè)科學院，重慶 401329)

目前，世界上生產(chǎn)種植的櫻桃主要有甜櫻桃[Cerasusavium(Linn.) Moench.]、中國櫻桃[Cerasuspseudocerasus(Lindl.) G. Don]、酸櫻桃(CerasusvulgarisMill.)、毛櫻桃[Cerasustomentosa(Thunb.) Wall.]等。我國市場上主要銷售的櫻桃果實是前2種[1]，其中甜櫻桃又稱歐洲甜櫻桃、大櫻桃、車厘子，是薔薇目薔薇科櫻屬植物，原產(chǎn)于歐洲東南、亞洲西部以及非洲西北部地區(qū)。我國現(xiàn)有櫻桃栽培面積約26.67萬hm2，甜櫻桃23.33萬hm2[2]，是世界甜櫻桃主要生產(chǎn)國之一。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，富硒(Se)高褪黑素甜櫻桃的生產(chǎn)也將成為研究熱點之一。那么，硒能否提高甜櫻桃褪黑素的合成？本綜述將系統(tǒng)分析甜櫻桃、硒和褪黑素三者之間的關(guān)系，研究能否通過調(diào)控硒的施用技術(shù)來提高褪黑素含量，為富硒高褪黑素甜櫻桃的生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 甜櫻桃的主要價值

甜櫻桃因其早熟性和優(yōu)良品質(zhì)而深受消費者喜愛，這主要與其色澤、甜度、酸度、硬度等品質(zhì)有關(guān)[3]，其果實中的總抗氧化活性、總酚類化合物、花青素和維生素C含量等品質(zhì)也備受關(guān)注。甜櫻桃果實總抗氧化能力為1.02 mmol/100 g，高于蘋果(0.29 mmol/100 g)、香蕉(0.2 mmol/100 g)、梨(0.18 mmol/100 g)，略低于李子(1.06 mmol/100 g)、柑橘(1.14 mmol/100 g)等水果[4]。甜櫻桃總酚類含量為44.3～87.9 mg 沒食子酸/100 g[5]，維生素C含量為3.15～19.52 mg/100 g[6]。甜櫻桃果質(zhì)量一般為5.0～15.0 g，比中國櫻桃和歐洲酸櫻桃大?？扇苄怨绦挝锖颗c中國櫻桃不相上下，比歐洲酸櫻桃高[1，7-8]。某些品種甜櫻桃的褪黑素含量高，對提升睡眠有極大的幫助[6，9]。

國內(nèi)外已有許多果樹運用于園林綠化中。甜櫻桃樹為多年生落葉喬木，可單株種植、叢植、列植或成片種植，適合種植在山地、平原、城市道路、別墅、花園、公園等地[10]，也可以種植在庭院中，而經(jīng)過矮化后的甜櫻桃可作為樓房家庭的陽臺觀賞植物?？蓮臉湫巍⒒ü?、花果香、葉色等方面欣賞[11]。單一品種花期雖在10 d左右，采用多品種交錯種植可將花期延長20 d左右，達到美化鄉(xiāng)村、促進觀光旅游收入的效果。果的觀賞價值主要體現(xiàn)在果色繽紛，從未成熟果的綠油油到成熟果的白、黃、橙、鮮紅、紫、紫紅、紫黑色以及2種顏色相間等，增加了視覺的美感。果實在形態(tài)上有心形、腎形、圓形、扁圓形、橢圓形、卵形等。甜櫻桃種子清洗干凈后，用塑料自封袋裝好置于冰箱保鮮層，通過4～6個月的低溫處理(0～7 ℃)，種子破殼萌發(fā)后進行盆栽播種，可觀賞幼苗。

甜櫻桃樹的根、莖、葉、果實、核仁均可入藥，隨著甜櫻桃種植面積的不斷擴大，合理開發(fā)甜櫻桃樹資源，意義重大[12]。此外，甜櫻桃樹的葉子還可分離出沉香醇，占樹葉中揮發(fā)性油總量的8.5%左右[13]，而沉香醇是一種非環(huán)狀單萜，具有清甜的花香味，具有抗炎、抗氧化、鎮(zhèn)定、抗菌及止痙攣等作用[14]。甜櫻桃樹心材為淡紅色至棕色，紋理通直，可用作很好的表面加工材料[15]。

2 硒在甜櫻桃上的應用

2.1 富硒水果的價值

20世紀70年代前，人們將硒定義為有毒害元素。隨著人類認知水平的提高，世界衛(wèi)生組織和國際營養(yǎng)組織把硒元素定義為人體和動物必需的微量元素。據(jù)中華人民共和國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會2017年發(fā)布的最新《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》指出，成人每天硒平均需要量為 50 μg，最高攝入量為400 μg。我國39%～61%的人口硒攝入量低于26～34 μg/d[16]，攝入量嚴重不足。進入21世紀20年代，人們需求已經(jīng)從“物質(zhì)文化的需要”轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊篮蒙畹男枰?，飲食供應中的營養(yǎng)性和安全性必然會成為民生焦點。2022年我國已經(jīng)步入老齡化社會，老齡化程度持續(xù)加深，預計2050年我國老年人口將增至總?cè)丝诘?/3[17]。面臨人體新陳代謝能力、機體各種功能逐漸減退等重要問題，人們可以通過食用既有營養(yǎng)又有保健功能的食品來實現(xiàn)“醫(yī)食同源”，從而達到延年益壽、增強體質(zhì)的目的。硒的營養(yǎng)價值和醫(yī)療保健價值也是研究熱點之一。

食用富硒水果可作為一種重要手段，既能提高國民的硒攝入量，還能達到一定的保健作用。天然富硒農(nóng)產(chǎn)品主要來自高硒地區(qū)，如湖北恩施、陜西紫陽等地。而我國是一個缺硒大國，在自然狀態(tài)下水果的含硒量較低，鮮有達到富硒標準(10～50 μg/kg FW)[16，18]。通過土壤施用硒肥或者葉面噴施硒肥是獲得富硒水果的主要途徑之一[19]。富硒櫻桃、蘋果、梨、火龍果、葡萄、柑桔、荔枝、楊梅等應運而生。但富硒水果產(chǎn)品的市場價值尚未充分挖掘，仍然存在廣闊的市場前景[20]。

2.2 硒對甜櫻桃品質(zhì)的影響

葉面噴施4種濃度的硒肥能夠提高果實中的超氧化物岐化酶活性，降低丙二醛含量和脯氨酸的積累[21]。落花后，噴灑2次亞硒酸鈉，間隔7 d分別噴硒濃度為10、20、40 mg/L亞硒酸鈉的果實硒含量顯著高于對照，并達到富硒食品標準[22]。在品質(zhì)方面，葉面施用硒增加了單果質(zhì)量和硬度，降低了可滴定酸和可溶性固形物含量，但均未達到顯著水平；同時提高了維生素C含量，10、20 mg/L的硒濃度處理達到顯著水平[22]。硒對甜櫻桃果實品質(zhì)有一定的促進作用，這與硒在其他果樹上施用的效果相似[23-24]。葉面噴灑不同濃度硒后，甜櫻桃果實中的平均果質(zhì)量、果實硬度、維生素C含量提高，可滴定酸含量降低，果實中硒含量隨著硒濃度的增加而增加，且降低了重金屬含量[21-22]。

與葉面噴施相比，根施硒肥能夠顯著提高硒的積累，并增加可食用部分的安全性[19，25]。此外，根施硒肥在提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)的同時，還能促進果樹的生長、提高抗氧化水平[26-29]。目前，使用的硒肥形態(tài)主要包括硒酸鹽、亞硒酸鹽、硒粉、有機硒，其中硒酸鹽對植物的損害度低于亞硒酸鹽，并且植物對硒酸鹽的富集轉(zhuǎn)運能力高于亞硒酸鹽[30-31]。商品化的硒肥種類繁多，對于多年生的果樹應注重其肥料的利用率以及施用時間[26，32]。根施硒肥對甜櫻桃品質(zhì)的影響尚未見報道。早在1986年Angradi等研究表明，根系施用亞硒酸鈉導致黑櫻桃(PrunusserotinaEhrh.)的硒含量增加；當土壤硒含量在10 mg/kg時，降低了幼樹直徑；當葉片硒濃度為10 mg/kg(干質(zhì)量)時，致死率為50%[33]。有研究指出，根施2 mg/L的硒酸鈉、亞硒酸鈉處理二年生的甜櫻桃(布魯克斯、紅蜜)，甜櫻桃葉片硒含量在硒酸鈉處理下顯著高于亞硒酸鈉處理[34]。近期，筆者所在課題組也做了一系列根施硒處理對甜櫻桃生長、生理以及果實品質(zhì)方面的影響研究。根據(jù)前期研究結(jié)果，在2021年以重慶市豐都縣高山區(qū)4年生休眠期甜櫻桃為試驗材料，以硒酸鈉(硒酸鹽)為硒源，并與田間生產(chǎn)的雜草堆肥相結(jié)合，利用環(huán)保無紡布袋組裝成袋裝肥，每株施用77 mg，分析兩邊(果樹兩側(cè))和一邊(一側(cè))施用對薩米脫甜櫻桃果實品質(zhì)和硒含量的影響。2種施肥方式對甜櫻桃單果質(zhì)量、果核質(zhì)量、果實橫縱經(jīng)、可溶性固形物、總酚含量影響不顯著，但均能提高果實硒含量和維生素C含量，這與戚霄晨等的研究結(jié)果[22]相似，其中果實硒含量提高達到顯著水平，而僅有一邊施用維生素C含量與對照達到顯著水平(表1)。試驗中甜櫻桃果實平均含水量為87.85%，通過折算，果實硒含量均大于0.01 mg/kg(鮮質(zhì)量)，說明這2種施硒肥方式均能夠獲得富硒甜櫻桃果實。綜合考慮，采用一邊施用方法較好，也較為省力。

表1 不同施肥方式對甜櫻桃果實品質(zhì)的影響

2.3 硒對甜櫻桃褪黑素的影響

甜櫻桃果實中含有褪黑素[N-乙?；?5-甲氧基色胺(C13N2H16O2)]，該物質(zhì)具有較強的保健功能，尤其在提高睡眠質(zhì)量方面[6]，失眠患者口服劑量3 mg/d也能達到明顯的治療效果[35]。此外，褪黑素在鎮(zhèn)痛、調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律和繁殖周期、治療骨質(zhì)疏松和創(chuàng)傷性周圍神經(jīng)缺損、抑制癌細胞等方面都起到明顯的作用[36-39]。李玲等對少硒地區(qū)甜櫻桃葉片硒和褪黑素的含量進行分析，發(fā)現(xiàn)硒與褪黑素含量呈正相關(guān)，并初步篩選出硒和褪黑素含量相對較高的俄羅斯8號、紅蜜、薩米脫、短枝一號品種，為發(fā)展富硒高褪黑素甜櫻桃提供依據(jù)[40]。筆者所在課題組通過施用不同劑量的硒酸鈉，發(fā)現(xiàn)低劑量硒酸鈉對甜櫻桃葉片褪黑素的含量影響不顯著，而高劑量(96 mg/株)硒酸鈉能促進褪黑素的積累[41]。硒對甜櫻桃褪黑素的合成有一定的影響，并受硒的價態(tài)、品種、劑量等因素的影響[34，40-41]。在甜櫻桃中根施褪黑素也能增加甜櫻桃葉片硒含量[34]。

2.4 硒對甜櫻桃生理的影響

不同形態(tài)硒對甜櫻桃的生理特性也存在一定的影響。葉面噴施適量的亞硒酸鈉可顯著提高美早甜櫻桃葉片中的超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛和脯氨酸的積累[21]。同時，根施硒酸鈉2種施硒方式對葉片N、K、Ca以及Fe 含量影響不顯著。但是兩邊施用處理下的葉片磷含量顯著低于對照(表2)。

表2 不同施肥方式對甜櫻桃葉片質(zhì)量影響

3 硒對植物體褪黑素合成途徑的影響

3.1 植物體內(nèi)褪黑素合成途徑

褪黑素廣泛存在于植物體內(nèi)，在促進植物光合效率、提高果實品質(zhì)、提高作物抗逆等方面起著重要作用，也可用于食品的保鮮和植物的生根劑、生長劑[42-44]。植物褪黑素合成途徑比較復雜，與3-吲哚乙酸合成共用底物色氨酸[42，45-47](圖1)。植物利用CO2通過莽草酸途徑合成色氨酸，色氨酸在色氨酸脫羧酶 (TDC)、色胺-5-羥化酶(T5H)的作用下分別生成色胺、5-羥色胺。色胺依次經(jīng)過 5-羥色胺乙酰轉(zhuǎn)移酶(SNAT)、色胺-5-羥化酶(T5H)、咖啡酸-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(CAMT)作用，分別生成N-乙?；?、N-乙酰5-羥色胺、褪黑素；色胺也可以生成3-吲哚乙酸(尚未證實)來調(diào)控植物的生長。色氨酸在色氨酸羥化酶(TPH)作用下生成5-羥-色氨酸，5-羥-色氨酸在TDC酶作用下生成5-羥色胺，這條途徑主要在動物體內(nèi)進行。5-羥色胺再合成褪黑素有2種途徑：一種是在SNAT/芳香烷基胺-N-乙?；D(zhuǎn)移酶(AANAT)/CAMT、CAMT/N-乙酰5-羥色胺-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(ASMT)作用下產(chǎn)生N-乙酰5-羥色胺、褪黑素；一種是在CAMT/ASMT、SNAT作用下產(chǎn)生5-甲氧酪胺/5-甲氧色胺、褪黑素。5-羥-色氨酸在ASMT作用下合成5-甲氧基色氨酸。動物和植物體內(nèi)褪黑素合成途徑有相似也有不同之處[48]。Zhao等研究表明，TDC是甜櫻桃褪黑素合成限速酶，主要將色氨酸轉(zhuǎn)化為色胺[49]。筆者所在課題組研究表明，李子5-羥色胺合成途徑更像動物，即色氨酸→5-羥-色氨酸→5-羥色胺，TDC酶主要將5-羥-色氨酸脫羧為5-羥色胺[50]。由此推測，TDC酶是一種相對專一的酶，主要起到脫羧作用。在動物體內(nèi)，羥基吲哚甲氧基轉(zhuǎn)移酶(HIOMT)又名ASMT，是合成褪黑素中最關(guān)鍵的酶[51]，也是一種相對專一的酶，參與N-乙酰5-羥色胺合成褪黑素，也參與5-羥-色氨酸合成5-甲氧色氨酸，以及 5-羥-色胺合成5-羥基色胺；在植物體內(nèi)也參與了褪黑素合成以及5-甲氧色氨酸的合成(圖1)。

3.2 甜櫻桃褪黑素合成途徑探索

褪黑素也普遍存在于水果中，甜櫻桃中的褪黑素含量顯著高于其他水果，并且高于哺乳動物中的褪黑素含量。研究發(fā)現(xiàn)不同地點、不同時間、不同采集方式下，不同甜櫻桃品種中的褪黑素含量均有差異。褪黑素含量高的甜櫻桃，其5-羥色胺含量有高有低，因此推斷甜櫻桃果實中褪黑素和5-羥色胺的含量不存在相關(guān)性[52]。也存在褪黑素含量高的同時5-羥色胺含量也高的品種，例如Pico Negro linon品種[53]。這可能是因為植物褪黑素的合成存在一條不通過5-羥色胺的途徑，也或許是因為植物可以像動物體內(nèi)5-羥-色氨酸在HIOMT作用下合成 5-甲氧色氨酸[54]，然后再在TDC、SNAT酶的作用下，生成褪黑素。而5-甲氧色氨酸能否通過TDC酶合成5-甲氧色胺，目前尚未見報道，需要進一步驗證。甜櫻桃不同器官褪黑素含量也存在一定的差異，其含量為幼果>成熟果實，幼葉>功能葉>老葉[55]，與葡萄中的含量規(guī)律相似[56]。一般逆境脅迫能夠促進褪黑素的合成，如干旱、鹽脅迫、冷害等非生物脅迫[56-57]。外源褪黑素處理方式中，甜櫻桃果實在0 ℃處理45 d，發(fā)現(xiàn)外源褪黑素能夠提高甜櫻桃的褪黑素含量，并保持較好的營養(yǎng)物質(zhì)含量，進一步研究表明，低溫以及外源褪黑素處理均能促進果實TDC、T5H、SNAT、ASMT表達[58]。筆者所在課題組通過根系施用不同濃度的硒肥(硒酸鈉)，發(fā)現(xiàn)不同劑量的硒也影響甜櫻桃葉片TDC、T5H、SNAT、ASMT的表達(表3)。

表3 根施不同劑量的硒酸鈉對4年生盆栽甜櫻桃葉片TDC、T5H、SNAT、ASMT表達的影響

3.3 硒對甜櫻桃褪黑素合成途徑的影響

植物褪黑素是一個快速發(fā)展的研究領(lǐng)域，硒與褪黑素的關(guān)系依舊不夠明確[59]。Li等研究指出不同形態(tài)硒處理番茄幼苗3 d，能夠顯著增加褪黑素合成前體如色胺、5-羥-色胺、褪黑素含量以及相關(guān)酶TDC、T5H、SNAT、ASMT的活性[60]。但Lee等研究指出，硒與褪黑素不存在相關(guān)性，褪黑素在水稻中的合成是不受硒誘導的[61]。也有研究表明，用硒酸鈉短時間處理離體甜櫻桃葉片，隨著硒濃度的上升，褪黑素含量也會上升；當硒濃度上升到一定值時，褪黑素含量會降到顯著低于對照組[34]。然而，硒對植物存在雙重作用：硒脅迫抑制植物生長和降低葉綠素含量時，褪黑素起到調(diào)節(jié)和保護的作用[62]；當硒促進植物生長時，褪黑素變化的差異取決于植物種類、硒的形態(tài)和濃度以及其他因素。這讓硒與褪黑素關(guān)系的研究變得更加復雜。根施亞硒酸鈉與褪黑素能夠增加甜櫻桃葉片的硒含量，而亞硒酸鈉和硒酸鈉單獨處理降低了葉片褪黑素含量，2種價態(tài)硒和褪黑素同時處理能夠提高葉片褪黑素含量[40]。植物在外界環(huán)境下難免受到各種逆境脅迫，硒處理可能提高了其抗逆性，同時降低了葉片褪黑素的含量。Lee等研究指出，噴施外源褪黑素同樣能夠降低內(nèi)源褪黑素的含量[61]。Zhao等研究也指出，甜櫻桃褪黑素含量和丙二醛含量出現(xiàn)的峰值存在一定的重合，驗證逆境脅迫可促進褪黑素合成[49]。順境可能對褪黑素的合成影響不大，如果硒的價態(tài)以及濃度未達到硒脅迫水平，則對褪黑素的合成起到抑制作用。

4 富硒高褪黑素甜櫻桃發(fā)展展望

4.1 生態(tài)效益明顯

甜櫻桃樹姿優(yōu)美、花型優(yōu)雅，具有一定的觀賞價值，可以結(jié)合鄉(xiāng)村發(fā)展，建設環(huán)境友好型家園，可以達到不降低原有森林覆蓋率、涵養(yǎng)水源、凈化空氣、防治水土流失等功效，維持生態(tài)平衡。

4.2 品種優(yōu)勢

我國山東地區(qū)最先于19世紀70年代引種栽培甜櫻桃，先后從美國、德國、日本、俄羅斯、加拿大、烏克蘭等國家引入50余個品種，其中美早、俄羅斯8號、薩米脫、拉賓斯、艷陽等品種成為優(yōu)勢種植區(qū)的主栽品種。迄今，我國選育出甜櫻桃品種40余個，儲備優(yōu)系300余個[2]。國內(nèi)品種紅燈、蜜脆、福星、佳紅、齊早等，主要種植在我國北方；南方甜櫻桃的種植面積也逐年增加，并選育出需冷量低、適應南方氣候的江南紅等品種。繁多的品種和儲備優(yōu)系為選育褪黑素高的品種提供了材料基礎(chǔ)。

4.3 經(jīng)濟社會效益顯著

由于甜櫻桃具備巨大的市場潛力和較高的種植效益，我國甜櫻桃種植面積不斷擴大，在南方云、貴、川等冷涼高地也得到了蓬勃發(fā)展。發(fā)展富硒高褪黑素甜櫻桃產(chǎn)品，既能夠改善人體硒攝入水平，又能夠增加甜櫻桃的附加值，為果農(nóng)創(chuàng)收。

甜櫻桃經(jīng)濟價值高，而硒是人體必需微量元素，生產(chǎn)富硒甜櫻桃是提高甜櫻桃經(jīng)濟效益的有效途徑之一，同時能夠增加保健物質(zhì)褪黑素的含量，實現(xiàn)一舉兩得的功效。然而，甜櫻桃褪黑素合成途徑尚有不明確之處，硒促進甜櫻桃褪黑素合成的形態(tài)和劑量尚未見報道，富硒高褪黑素甜櫻桃在生產(chǎn)上還處于空白階段。甜櫻桃對不同形態(tài)硒的吸收和轉(zhuǎn)運能力存在差異，不同形態(tài)硒參與植物蛋白合成也存在差異。需要從硒形態(tài)、硒劑量、施用方法、施用時間等因素綜合考慮，探索出硒劑量不超標、褪黑素含量高的技術(shù)。