MODA创刊号文章│不能多也不能少——综述硒在现代农业中的精准应用

硒(Se)是一种人体必需的微量元素，可以增强人体免疫功能，并具有抗氧化、抑制肿瘤生长等作用。鉴于硒在维持生理功能中发挥的重要作用，科学、合理地补充有机硒，有利于人体健康，日常食用富硒农产品是人体补充硒营养的最佳途径。除了人体外，硒在其他动植物的生长过程中也起着重要作用。

北京时间2023年3月28日，来自中国科学院亚热带农业生态研究所印遇龙院士以及中国农业大学黄家强副教授的研究团队在Modern Agriculture期刊上发表了观点性综述文章，提出了硒在动植物生长发育过程中的重要性以及硒在现代农业中的应用。

硒是人类和动物必需的微量营养素之一，在身体中起着重要作用。人类和动物补充硒主要是靠食物和饲料，而食物和饲料的硒含量最终取决于土壤的硒含量和植物从土壤中获取硒的能力（图1）。

图1. 硒被动植物摄取后，经微生物分解并重新回到土壤中

硒的功能 

硒为什么如此重要呢？

首先我们要了解，硒（Se）是人和动物必需的微量元素之一，无法直接由生物体合成，必须通过食物获取。

在机体内，硒通过形成25种含硒蛋白来发挥功能，其有助于调节动物体内氧化还原平衡，并能提高动物体免疫力。硒已被证明在调节各种人体生理功能，及疾病预防等方面发挥了重要作用。例如，缺乏硒元素会导致甲状腺功能减退、肌无力和免疫力降低等问题。而过量补充硒元素会导致硒中毒，并引起一系列如失明、腹痛、 流涎等症状。

因而，适度补充硒，对于其参与正常生理功能，保障机体健康具有重要作用。

 硒的循环 

通过生物转化的方法，可以生产一系列富硒农产品，并最终被人类摄取。而动植物及人体产生的硒代谢物可被环境中的微生物吸收，并通过转运、还原、氧化、同化、甲基化等一系列过程，最终进入土壤。上述一系列过程称为硒的循环。

无机硒首先被植物从土壤中吸收，在植物体内，无机硒被转化为硒代蛋氨酸（SeMet）和其他形式的含硒化学物质。当植物被动物摄取后，其富含的无机硒在动物体的肠壁被吸收，并在还原型辅酶II、辅酶A、腺苷-5’-三磷酸和镁的作用下转化为硒化氢（H2Se），作为合成硒代半胱氨酸（SeCys）的原料，并最终形成含硒的蛋白质或代谢产物；有机硒则在动物体的小肠内转化为硒取代的氨基酸，并通过粘膜上皮主动转运到血液中。通过血液循环，这些氨基酸被运送到肝脏与硒蛋白结合，或直接运送到组织与组织蛋白结合。最终，动植物产生的硒代谢物被微生物吸收，并在微生物的作用下回到土壤中，进入下一个循环（图2）。

图2. 硒的生态循环

 硒的应用 

硒对于农作物的作用主要体现在促进植物的生长发育上

适量施用含硒肥料可以增强植物的光合作用，从而提高其产量。此外，硒代半胱氨酸（SeCys）可以提高植物的抗应激和抗氧化能力。然而，高浓度的硒却起着相反的作用。类似地，低浓度的硒对于植物体生长有促进作用，而高浓度的硒则会抑制植物生长。

在饲料中添加适量硒可以促进动物生长和繁殖，提高动物的免疫力，保持动物的健康状态

在饲料中适当添加硒可以促进禽类的生长发育，如给蛋鸡喂食含硒饲料可以提高其血中GPX、SOD、IgG和IL-2水平，从而提高抗氧化水平和免疫功能。此外，硒可以减少妊娠期母猪的氧化应激反应引起的DNA损伤。作为5'脱碘酶重要的辅因子，硒通过促进三碘腺嘌呤（T3）的生成来调控动物的生长过程。硒还可以增强动物血清GPX的活性，提高机体的抗氧化能力，防止肌红蛋白或氧肌红蛋白的氧化。

硒对水产动物的作用极其重要。

已有研究表明，在尼罗罗非鱼、鲤鱼、里海蟑螂和草鱼的饮食中添加硒纳米颗粒（SeNPs）可以降低血清AST、ALT和ALP（反映鱼肝脏损伤和健康状况的重要指标）水平，表明SeNPs对鱼类的肝脏和其他器官具有保护作用。鱼饲料中添加硒还可以提高鱼类甲状腺激素的活性，促进鱼类生长发育。此外，与动植物类似，硒也能增强鱼类的抗氧化及抗应激能力。

硒作为抗氧化剂能够提高水果和其他作物的耐储藏性。

在果树生长过程中施用硒可以提高果实的耐贮藏性，这是由于其对一系列内在品质的积极影响，包括果肉硬度和可溶性固体含量。此外，前面已经提到，硒可以增加植物的抗氧化活性，减缓乙烯合成速率，保持果实硬度，从而增强其耐贮性。

硒过量的危害 

不当施用硒会对作物、土壤生物和环境造成危害。如导致作物、牲畜和水生生物中毒，甚至死亡。此外，硒的不当施用会导致土壤养分失衡，并可能对其他物种甚至整个生态系统产生影响。

未来展望

为了更有效地控制硒的使用，科研人员正在努力开发一系列先进的有机硒评估技术，如通过开发硒快速检测试剂盒来有效监测膳食中硒的摄入量，并通过血液硒含量测定等手段来反映体内的硒水平和代谢情况。新型检测手段的发展将有助于我们更好地理解硒对农业、环境和人类健康的影响。

在未来，应进一步满足硒的产业化需求。它涉及富硒农产品、富硒食品的生产和商业化，硒产业示范基地的建立，以及硒品牌战略的制定。通过生产、示范和品牌推广的有效结合，将大大提高硒的产业效益并提高其在农业和相关产业中的利用率。

中国科学院亚热带农业生态研究所印遇龙院士为本文通讯作者，中国农业大学营养与健康系黄家强副教授为第一作者，中国农业大学硕士研究生王朝晖、华中农业大学孙铝辉教授和中国科学院亚热带农业生态研究所王乐莅副研究员为共同作者。该工作得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划的资助。

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