硒蛋白——植物硒的生理功能

张帆，张璐，管玉兵，李泽鸿

（吉林农业大学生命科学学院，吉林长春 1130118）

摘要 硒是植物生长所需的一种有益元素。具有刺激植物生长发育和提高作物产量与品质、增强植物生物抗氧化作用、促进植物新陈代谢和植物对环境胁迫的抗性，并具有拮抗重金属的作用；此外，硒在植物体内还可与其它营养元素发生相互作用。本文从上述几方面综述了硒在植物中的生理功能及研究进展。

硒是瑞典化学家 Berzelius 于 1817 年在生产硫酸的尾矿中发现的，一直被认为是一种有毒元素。直到 1957 年 Schwarz 和 Fo1tz 首次证明硒是动物的必需营养元素；1973 年 Rotruck等发现和证实硒是动物和人体谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分以后，硒在农业生产、人畜健康和环境保护中的重要性已越来越受到关注[1]。

1 植物对硒的吸收、转化和富集

1.1 原土硒与植物硒含量[2]

土壤总硒含量及水溶性硒含量与植物硒含量有显著的相关性。在某些区域，土壤总硒含量和玉米、小麦、水稻硒含量的相关系数为 0.814，0.733 和 0.724，而土壤水溶性硒含量和水稻、玉米、和黄豆硒含量的相关系数达 0.996，0.995 和 0.995。应用它们的高度相关性，通过调控土壤硒含量，可以达到调节和提高作物硒含量，从而达到改善人和动物的硒营养缺乏现状，满足人和动物的硒营养水平要求的目的。

1.2 硒在植物体内的形态

环境中的无机硒经植物生物转化生成具有生物活性的有机硒，储存在植物体内。有机硒主要以可溶性蛋白形式存在。据植物体内硒分布的研究表明，植物蛋白质中硒含量最高，如大米中水溶性硒蛋白占大米硒含量的 70％，大豆中水溶性硒蛋白占 75％等。

2 硒在植物体内的生理生化作用

2.1 硒是高等植物生长必需的营养元素[3]

黄开勋等采用 75Se 示踪技术从大麦苗中检测到含硒转运核糖核酸的存在,并发现水培养基中硒对含硒转运核糖核酸中硒明显的影响，但当培养基中硒增到一定的程度时,即出现饱和现象。吴永尧等[5]将水稻用土培与水培相结合的方法补硒栽培，通过系列生理生化指标分析，证明硒是水稻生长发育必需的微量元素。

2. 2 促进生物抗氧化作用

硒在动物和人体内最主要的生物学功能是作为谷胱甘肽过氧化物酶系(GSH-Px)的组成成分，参与体内氧化还原反应，清除脂质过氧化物等自由基，减少对生物膜等造成的机体过氧化损伤。在高等植物体代谢和环境胁迫的过程中也产生大量的游离自由基，这些自由基可被超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(Cat)等相应酶系统所清除，亦可被 GSH-Px 所清除。

现已在不同种类植物的不同组织中均检测到 GSH-Px，并证明施硒可增强植物组织内 GSH-Px活性，从而肯定了硒在植物体内也具有抗氧化作用。在大豆重茬和连茬小区试验中，硒的施用显著提高了大豆叶片和植株体内 GSH-Px 的活性，使大豆叶片中 MDA(丙二醛)的含量明显降低[6]。在水稻上的研究也表明，膜质过氧化产物 MDA 的含量、O2-的产生速率和自由基的生成量，均随硒浓度的增加而降低，说明硒在植物体内消除过量自由基，防止过氧化方面发挥重要作用。

2.3 参与植物的新陈代谢[4]

2.3.1 促进蛋白质的代谢

用 75Se4+ 的溶液处理小麦和 3 种牧草， 10d 后发现 60％～80％的硒与蛋白质功能有关，20％～30％的硒与各种含硒氨基酸有关；对不同硒水平地区大豆组分的研究证明，大豆中42.6％～62.6％的硒结合于水溶性蛋白上，大豆蛋白是主要富集硒的组分。由此可见，硒参与了植物中蛋白质的合成代谢。

2.3.2 调控呼吸和光合作用的代谢

有研究发现，线粒体呼吸速率和叶绿体电子传递速率都与硒的存在与否及其含量的多少有显著相关性，在一定范围内(0.10mg.L-1 以下)，硒增强了线粒体呼吸速率和叶绿体电子传递速率，而在较高浓度(≥1mg.L-1 )时则导致其速率降低，说明在植物体内硒可能参与了能量代谢过程。

2.3.3 促进叶绿素合成代谢

茶树经喷施硒肥后，叶绿素含量从 0.21％提高到 0.31％，这表明硒肥有助于茶树的光合作用和生长代谢；在油菜上施硒，发现油菜苗期叶片中叶绿素质量分数随施硒浓度显著正相关；用亚硒酸钠处理小麦，也发现硒有助于叶片内叶绿素的积累和其前体 5-氨基乙酰丙酸(ALA)的形成；用高浓度硒处理毛豆，发现硒可以通过带有-SH 的 5-氨基乙酰丙酸脱水酶(ALAD)和胆色素原脱氨酶(PBGD)两种酶的相互作用，调控植株叶绿素的合成。由此可见，硒可促进和调控植物叶绿素的合成代谢。

2.4 拮抗重金属[4]

硒能拮抗重金属的毒性己早有报道，主要是通过与重金属结合成难溶复合物使其不能被吸收而排出体外，抵御环境污染对植物造成的危害。目前在农业上能与硒产生拮抗作用的金属离子有：汞、镉、砷、钯、铬等。

2.4.1 硒与汞

在硒与汞交互作用对马齿苋叶片再生的影响中，发现硒对汞的毒害效应有拮抗作用，从而缓解汞对马齿苋叶片生根所产生的抑制作用。硒还能显著降低萝卜根部对汞的吸收和转运，从而缓解汞对萝卜的毒性。

2.4.2 硒与镉

研究硒镉交互对生菜和小麦体内硒和镉含量的影响时，发现硒降低了生菜和小麦对镉的吸收。沙培试验也发现，随着预先处理菜豆的亚硒酸盐或硒酸盐浓度的增加，菜豆对镉的吸收明显下降，亚硒酸盐对镉的拮抗作用比硒酸盐更有效；施硒还能降低大白菜对镉的吸收与累积。

2.4.3 硒与砷

在研究水稻体内硒、砷之间的相互作用时发现，当培养液中硒在 0～1×10-6mol·L-1 浓度范围时，硒有拮抗水稻砷毒害的作用，且有效量关系(即当硒的含量大于 1×10-6mol·L-1，特别是硒含量大于 5×10-6mol·L-1 时，硒反而会加重砷对水稻的毒害作用)；硒对砷毒性的拮抗作用可能与其抗氧化作用及其能减轻砷对植物体内抗氧化酶的抑制作用有关。

2.4.4 硒与其它重金属

在水稻上施用低浓度的硒，同对照相比可明显降低稻米中钯、铬等重金属的含量；在大白菜和生菜上施硒能显著降低两种蔬菜对钯的吸收和累积。这说明硒也能拮抗钯、铬等重金属元素对植物的毒害。

2.5 硒与其它营养元素间的平衡[4]

2.5.1 硒与硫

硒与硫是同族元素，SO42-与SeO42-有相似的化学性质，在植物根吸收营养物质的过程中，硫是影响植物吸收硒的一个重要因素。在低硫营养液中，施硒促进大麦和水稻幼苗吸收SO42-。硫饥饿会促进番茄根对硒的吸收和运输，增加硒在叶片中的分布以及根、茎和果实中有机硒的含量。由此可见，硒和硫之间存在着既相互协同又相互拮抗的关系，二者随土壤或营养液中硒与硫的含量和浓度以及硒肥的种类而变化。

2.5.2 硒与氮

一般认为，蛋白质、氨基酸和水溶性氮素可促进植物对硒的吸收，而加入腐殖酸则降低植物中硒的含量。用小麦、豆角和芥菜研究发现，施硒减少了植株中氮含量。低硒可以促进烟草氮代谢，而高硒则抑制其氮代谢。

2.5.3 硒与磷

在研究磷、硒交互作用对水稻硒吸收累积的影响中发现，土壤一稻株系统中，磷、硒之间存在着既相互促进又相互拮抗的关系，在低磷情况下，磷抑制了植株对硒的吸收；而在高磷条件下，磷促进植株对硒的吸收。

2.5.4 硒与其它元素

盆栽试验发现，锌、锰、铜的施用对大蒜吸收硒几乎没有影响，而硒会明显地抑制大蒜对锌、锰、铜的吸收。对水培生菜施硒的研究表明， 0.4mg·L-1 硒抑制钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、锌的吸收。

2.6 抵御逆境增强植物抗性[3]

植物受辐射、干旱、低温、病虫害等逆境伤害的主要表现之一是植物体内产生大量的自由基。水稻、小麦等多种作物易受干旱、低温、病害侵染等多种逆境伤害已有许多研究工作，发现逆境伤害的共同机制之一是伴随自由基生成量的增加，而硒被誉为自由基垃圾的“清道夫”，是过量自由基的直接清除剂，通过生物抗氧化作用提高植物免疫机制，增强植物对病虫害和各种逆境的抵抗力。吴永尧等[7]在水稻补硒培养中，进行紫外辐射损伤试验证明，硒具有良好的保护损伤的作用。

参考文献

[1] 徐文. 硒的生物有效性及植物对硒的吸收[J].安徽农学通报.2009,15(23): 46～48.

[2] 赵中秋,郑海雷,张春光,马建华.土壤硒及其与植物硒营养的关系[J].生态学杂志.2003,22(1):22～25.

[3] 张驰,吴永尧,彭振坤. 植物硒的研究进展[J].湖北民族学院学报(自然科学版).2002,20(3):58～62.

[4] 刘大会 , 周文兵 , 朱端卫 , 刘伟 . 硒在植物中生理功能的研究进展 [J]. 山地农业生物学报.2005,24(3):253～259.

[5] 吴永尧,罗泽民,彭振坤. 不同供硒水平对水稻生长的影响及其硒积累研究[J].湖南农业大学学报,1998.24(3):116～119.

[6] 罗盛国，李彦，刘元英,等．硒对连作障碍下大豆膜脂过氧化损伤的影响[J].大豆科学, 1999,18(3)：224～229．

[7] 吴永尧. 硒在水稻中的生理生化作用探讨[J].中国农业科学,2000,33(1): 100～103