外源硒浓度梯度调控下紫米营养组分富集机制的代谢组学解析

针对富硒农产品开发中硒浓度阈值不明确的问题，研究人员通过叶面喷施梯度浓度硒(0-40 mg L?1)，结合非靶向/靶向代谢组学技术，发现10 mg L?1硒处理可协同提升紫米中硒含量、氨基酸及抗氧化物质，为安全富硒水稻栽培提供科学依据。

　　

在全球约50%人口以稻米为主食的背景下，中国土壤普遍存在硒(Se)缺乏或生物有效性低的问题。虽然富硒大米(40-300 μg kg^?1)可补充人体必需微量元素，但过量硒(>300 μg kg^?1)会导致植物毒性并危害健康。更棘手的是，硒在植物中呈现"低促高抑"的双重效应——低浓度增强抗氧化酶活性，高浓度则诱发氧化应激。如何精准调控外源硒浓度以平衡营养强化与毒性风险，成为富硒农产品开发的关键科学问题。

扬州大学的研究团队选择特色稻种"扬紫糯2号"为材料，在籽粒灌浆初期叶面喷施0、10、20、40 mg L^?1亚硒酸钠(Na₂SeO₃)，整合生理生化检测与非靶向/靶向代谢组学技术，系统解析了硒浓度梯度对紫米营养品质的影响机制。相关成果发表在《Journal of Cereal Science》上。

研究主要采用三大技术路径：① 硒含量测定参照GB/T 22499-2008标准；② 通过ABTS、DPPH、FRAP三种方法评估总抗氧化能力；③ 基于LC-MS的代谢组学分析差异代谢物。

差异硒含量与抗氧化特性
数据显示，所有硒处理组(Se10-Se40)的籽粒硒含量均显著高于对照(Se0)，且符合富硒大米标准(图1a)。但抗氧化能力呈现"钟型曲线"：Se10和Se20组的ABTS自由基清除率、DPPH抑制率和FRAP铁还原能力最高，而Se40组则显著下降，表明40 mg L^?1硒可能诱发氧化损伤。

硒生物强化与抗氧化能力
代谢通路分析揭示，10 mg L^?1硒处理通过激活抗坏血酸(ASA)代谢和谷胱甘肽(GSH)循环，显著提升过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性。但高浓度硒(40 mg L^?1)导致活性氧(ROS)积累，破坏细胞膜完整性。

结论与意义
该研究首次确定10 mg L^?1为外源硒施用的最佳阈值：既能通过促进氨基酸合成途径增加紫米中硒(提升276%)和维生素C(提升42%)含量，又可避免高浓度硒对淀粉合成酶的抑制作用。这一发现为富硒水稻的安全生产提供了精准的农艺参数，同时揭示了硒浓度依赖性的代谢调控网络，对开发功能型农产品具有重要指导价值。