土壤-植物系统中硒的迁移转化及低硒地区食物链中硒的调节

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1、ｓｕｎｓｈｉｎｅ土壤-植物系统中硒的迁移转化及低硒地区食物链中硒的调节张艳玲，潘根兴*，李正文，陈金南京农业大学农业资源与生态环境研究所，江苏南京210095摘要：阐述了土壤中硒的存在形态及其与植物吸收的关系，论述了植物对硒的吸收和代谢机制、硒在植株体内的存在形态及其生物学效应，讨论了低硒地区食物链中硒水平调节的方法和效果，提出了土壤-植物-食物链系统中硒素研究的前沿问题。关键词：硒；土壤-植物；食物链中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1008-181X（2002）04-0388-04ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ硒是重要的生命元素，其

2、丰缺与人类和动物的正常机体代谢和健康密切相关。我国一些地方性流行病如克山病、大骨节病、动物白肌病和水肿病等均与环境低硒有关[1]，最新研究也证明硒能提高动物机体的免疫机能；硒的代谢产物（如甲基化产物）具有抗癌作用，可抑制癌的发生；含硒的抗氧化酶或蛋白可阻断活性氧和自由基的致病作用；硒还能预防和抑制镉、砷、汞、银等有毒元素对机体的伤害[2~3]。多年来，改善食物链中硒的水平一直是各界科学家共同关注的问题。食物链中的硒主要来源于植物并最终来源于土壤。土壤中硒的含量、形态和植物对硒的吸收转化等都直接影响着食物链中硒的水平，一直是硒与人类健康的研究热点。

3、1土壤中硒的存在形态及其有效性1.1土壤中硒的形态从世界各地土壤含硒状况中可以看出，Se4+为土壤中主要的硒形态，约占40%以上，而以Se6+形态存在的硒总量不超过10%。用不同连续分级法均发现有机结合态硒是土壤中硒的主要结合态[4~5]。对云南、四川和浙江14个剖面42个土层中硒的结合形态的分析结果表明，硒主要赋存在腐殖质和残余晶格中[6]，单质硒和有机质结合的硒则是湿地中硒的主要形态，分别约占土壤总硒的46%~33%，可溶态和吸附态硒含量较低，分别为土壤总硒的5%和13%[7]。土壤有机硒可分为与胡敏酸和富里酸结合态两部分。以平均计，胡敏酸结

4、合态硒约占有机硒的34%，富啡酸结合态硒占66%，缺硒土壤有机态硒中，胡敏酸结合态硒的比例一般都较高[8]。对美国加州和中国湿润半湿润地区几种土壤中的有机硒的研究却发现，有机态硒主要赋存于富啡酸中[7]。胡敏酸组分的硒以蛋白质或多肽中硒氨基酸的形式出现；而富里酸中，高分子量的有机硒化合物可能类似于胡敏酸组分中的硒，低分子量的有机硒则主要是硒氨基酸，也有谷胱甘肽存在。在土壤的提取液中，硒主要以Se6+和有机硒的形态存在，有机硒可占到水溶性硒的50%左右，而且硒的这种分布在土壤中是稳定的，并不随土壤状况的改变而改变，尤其是硒的价态并不轻易发生改变[9

5、]。凝胶色谱对土壤水提液和硫酸钠浸提液的分析发现硒主要包括在蛋白、多肽和氨基酸中[10]。1.2土壤中硒的生物有效性目前一般把水溶性硒作为土壤有效硒，但用不同浸提方法研究土壤硒和植株吸收硒的关系时发现，水溶性硒并不能很好地反映各类土壤的有效态硒。有机质含量高的土壤，水溶性硒与植物吸收的硒相关显著，而有机质含量低的土壤，则相关性很差。低硒土壤中，水溶性硒的浸出量很小，一般不足土壤全硒的2%，因而不能说明广大低硒土壤硒的生物有效性[6]。用不同有效硒浸提剂提取的土壤有效硒与植株吸收硒的相关性研究表明，NaHCO3和KH2PO4浸提剂提取的硒与作物吸收

6、的硒存在着良好的相关性，可以反映作物从土壤中吸收硒的情况[11]。用连续浸提分级技术对中国9种不同性质和硒水平的土壤的研究发现，速效硒（0.5MNaHCO3浸提）和缓效硒（0.1MNaOH-0.1MNa4P2O7浸提）可用于衡量土壤硒的有效性，二者之和占土壤总硒的百分比可用于评价土壤硒的状况和预测硒的丰缺程度[12]。2植物对硒的吸收转化及其生物有效性2.1植物对硒的吸收转化植物根系吸收不同形态硒的机制不同。无论是土壤盆栽还是水培试验中，植物对Se4+的吸收能力均远小于Se6+。研究认为造成这一差异的原因之一是由于土壤对亚硒酸盐的特殊吸附造成Se

7、4+ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ的有效性降低，也可能是Se4+被还原为植物难以利用的元素态硒或硒化物所致[13]。通过呼吸抑制剂的作用，发现植物对Se6+的吸收机理类似于S6+，为主动吸收，木质部导管中硒的浓度可为外部溶液的6~13倍。植物对Se4+的吸收则为被动吸收，当以Se4+作为硒源时，木质部导管中硒的浓度总是低于外部溶液[14]。但Arvy研究却发现，植物对Se4+的吸收并不是一个完全的被动过程，在加呼吸抑制剂时，20%Se4+的吸收受到抑制，因此至少有部分Se4+的吸收是与根部代谢相联系的[15]。Abrams研究了小麦对硒蛋氨酸的

8、吸收，结果发现其吸收过程也可被代谢抑制剂2,4-D及厌气环境所抑制[16]。经根系吸收后，Se4+先转化为Se6+及有机硒化合物，小部分