《Agriculture》：Selenium Biofortification of Popcorn Maize Microgreens by Nutri-Priming and Foliar Application
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摘要
硒（Se）生物强化可能提高微型菜的营养价值，但其效果取决于化学形态和施用方式。本研究评估了以硒酸盐或亚硒酸盐形式通过种子营养引发、叶面喷施或两者组合施用硒对爆裂玉米微型菜生长、生物量、矿质元素组成及估算硒摄入量的影响。研究人员对根系和地上部组织分别进行
摘要
硒（Se）生物强化可能提高微型菜的营养价值，但其效果取决于化学形态和施用方式。本研究评估了以硒酸盐或亚硒酸盐形式通过种子营养引发、叶面喷施或两者组合施用硒对爆裂玉米微型菜生长、生物量、矿质元素组成及估算硒摄入量的影响。研究人员对根系和地上部组织分别进行分析，以评估将两种植物部位作为营养丰富生物量的潜在利用价值。种子用40 μmol Se L?1处理，微型菜在播种后9天收获。硒处理显著影响植物生长、鲜生物量以及磷（P）、锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）和硒的浓度。亚硒酸盐种子营养引发产生了最佳的生长响应，总株高最高达48.5 cm，单株总鲜重最高达1.31 g。硒累积量最高的是硒酸盐种子营养引发与叶面喷施组合处理，根系中达到890.90 μg kg?1干重（d. m.），叶片中达到1389.80 μg kg?1干重。该处理还产生了最高的估算每日摄入量（EDI），叶片为1.95 μg day?1，根系为1.25 μg day?1。相比之下，水引发后叶面喷施硒酸盐处理的EDI值最低，叶片中为0.05 μg day?1，根系中为0.09 μg day?1。总体而言，亚硒酸盐种子营养引发更适于促进生长和提高生物量，而硒酸盐组合施用是实现硒富集的最有效策略。结果还表明，根系和地上部组织均可能具有潜在价值，但根系生物量的利用需要进一步评估硒的生物有效性、安全性及食品适用性。
论文解读：硒生物强化爆裂玉米微型菜的策略比较研究
**一、研究背景与科学问题**
微型菜通常在子叶期至第一片真叶出现期间收获，因其含有较高浓度的维生素、类胡萝卜素、酚类化合物和矿质营养而受到重视。其栽培周期短、对矿质元素吸收效率高且常以鲜食形式消费，使其特别适合开发营养强化功能食品。近年来，微型菜作为硒生物强化的适宜作物引起了广泛关注。硒虽然不是高等植物的必需元素，但适量施用可影响植物代谢、逆境响应和营养品质。多项研究表明，硒施用能显著提高微型菜中硒浓度，同时影响其矿质元素组成、抗氧化能力和植物化学成分。健康成人硒的推荐膳食摄入量（RDA）为55 μg day
?1，孕期增至60 μg day
?1，哺乳期增至70 μg day
?1。
目前存在的关键问题包括：微型菜通常仅收获地上部，根系生物量往往被丢弃，但根系可能含有营养价值的矿物质，属于未充分利用的潜在新型食品原料；硒的化学形态（硒酸盐与亚硒酸盐）在吸收途径、转运效率和生理效应方面存在显著差异，形态选择是决定硒生物强化成败的关键因素之一；微型菜生长周期仅7–21天，叶面处理需要在避免叶片损伤的同时保证充足养分吸收，因此剂量必须精确优化。然而，关于爆裂玉米（Zea mays L. var. everta）微型菜的信息仍然有限，特别是硒化学形态与施用方式组合对其生长和营养品质的联合影响尚未得到充分研究。
**二、研究目标与实验设计**
基于上述背景，该研究旨在探讨在微型菜短期栽培过程中能否通过硒营养施加方式被植物有效吸收，并比较单一及组合硒处理对微型菜生长、生物量产量、硒累积和矿质营养组成的影响，以确定生产营养富集爆裂玉米微型菜的最适生物强化策略。该论文发表于《Agriculture》期刊。
**三、主要关键方法**
研究人员采用种子营养引发与叶面喷施相结合的方法进行硒生物强化处理。种子从克罗地亚奥西耶克当地市场购买，用1%次氯酸钠溶液表面灭菌5分钟后，分别以蒸馏水（水引发）、40 μmol Se L
?1硒酸钠溶液或40 μmol Se L
?1亚硒酸钠溶液浸泡24小时。播种后第6天进行一次叶面喷施，第9天收获。实验设置7个处理：T0（对照-水引发）、T1（水引发+叶面硒酸盐）、T2（水引发+叶面亚硒酸盐）、T3（硒酸盐种子引发）、T4（硒酸盐种子引发+叶面喷施）、T5（亚硒酸盐种子引发）、T6（亚硒酸盐种子引发+叶面喷施）。收获后分离根系和叶片，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定磷、锰、铁、铜、锌和硒的浓度，并计算硒的估算每日摄入量（EDI）。实验在克罗地亚奥西耶克农业生物技术学院可控环境条件下进行。
**四、研究结果**
**4.1 硒处理对生长和鲜生物量的影响**
单因素方差分析表明，硒处理显著影响所有评估的生长和鲜生物量性状，其中对根长、总株长、茎鲜重、总鲜重和根茎比的影响最为显著。亚硒酸盐种子营养引发（T5）产生最佳生长响应，总株长最高达48.5 cm，总鲜重最高达1.31 g/株；而硒酸盐种子引发（T3）表现出最弱的生长响应，总株长仅34.5 cm。值得注意的是，硒酸盐种子引发与叶面喷施组合处理（T4）虽然硒累积最高，但总鲜重最低（0.75 g/株），且根茎比最高（2.3），表明生物量更多分配至根系。该结果表明促进植物生长的处理与提高硒富集的处理并非同一处理。
**4.2 硒处理对矿质元素组成的影响**
硒处理显著影响根系和叶片中所有分析元素的浓度，但响应幅度取决于元素种类和植物器官。在根系中，磷含量在多种处理下维持在3632–3893 mg kg
?1干重范围内，但T2和T6处理显著降低至3182和3292 mg kg
?1干重。对照处理（T0）的锰、铁、铜、锌含量均为最高，表明硒处理总体上降低了根系中这些微量元素的积累。硒含量则在施用后强烈增加：T4处理根系硒含量最高达890.90 μg kg
?1干重，T3处理次之（776.13 μg kg
?1干重），而亚硒酸盐处理（T5和T6）的根系硒含量相对较低，分别为216.68和358.36 μg kg
?1干重。
在叶片中，磷含量以T3处理最高（9378 mg kg
?1干重），T1处理最低（7290 mg kg
?1干重）。锰含量在T0和T4处理中最高，分别为26.89和26.67 mg kg
?1干重。铁和铜含量均以T4处理较高，分别为78.55和6.02 mg kg
?1干重。锌含量在T4、T0和T3处理中最高，分别达76.62、75.39和73.82 mg kg
?1干重，三者在统计上无显著差异。叶片硒累积以T4处理最高，达1389.80 μg kg
?1干重，T6次之（1127.96 μg kg
?1干重），T3也达到722.46 μg kg
?1干重。
**4.3 相关性分析**
皮尔逊相关分析热图显示，根系和叶片中矿质元素浓度之间的大多数关系为正向。根系锌浓度与叶片铜、叶片铁和根系铜呈强相关，根系铜与叶片铁呈强正相关，叶片锌与锰呈强正相关。叶片中硒与磷、锰和锌呈正相关，根系硒与叶片硒也呈正相关。相反，根系硒与多种矿质元素浓度呈弱负相关，其中与根系铁的负相关最为明显。形态性状方面，总株长与根长和茎长呈强正相关，总鲜重与根鲜重和茎鲜重呈正相关。较高的硒累积倾向与较低的生长发育和生物量性状值相关，这在根系和叶片硒与总鲜重、茎鲜重及部分长度参数的关系中尤为明显。
**4.4 硒的每日摄入量**
估算每日摄入量（EDI）在处理间和植物器官间差异显著。在叶片中，EDI最低值出现在水引发处理中：T1为0.05 μg day
?1，T2为0.07 μg day
?1。T3、T4和T6处理则显著提高，最高值在T4处理中达1.95 μg day
?1，T6次之（1.58 μg day
?1），T3为1.01 μg day
?1。在根系中，EDI范围为T1的0.09 μg day
?1至T4的1.25 μg day
?1。总体而言，T4处理在根系和叶片中均产生最高EDI，T1处理始终最低。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，硒酸盐种子引发与叶面喷施组合（T4）在根系和叶片中均产生最高的硒累积和EDI，但该处理并未伴随最高的生物量积累。相反，亚硒酸盐种子引发（T5）产生了最大的生长促进效应。这种分离现象说明，促进生长的处理并不等同于矿物富集效果最佳的处理。亚硒酸盐主要通过磷酸盐转运蛋白和水通道蛋白吸收，并迅速参与根系代谢；而硒酸盐通过硫酸盐转运蛋白进入，更易经木质部运输，这有助于解释为何硒酸盐处理产生更高的组织硒累积而亚硒酸盐引发更有利于促进早期生长。相关性分析显示，硒累积与生物量性状呈负相关趋势，而高硒处理同时可能降低根系中某些必需微量元素的浓度，提示生物强化策略需要综合评价对营养品质的整体影响。
关于根系利用，虽然根系和叶片均积累了硒，但微型菜生产中根系通常被丢弃。研究结果显示根系可保留大量的硒和其他矿物质，其潜在利用有助于提高生物量利用的完整性，但在作为食品或食品配料之前，需要进一步评估微生物安全性、污染物、抗营养化合物、感官品质、硒形态及生物有效性。基于本研究结果，当主要目标是促进生长和生物量时，亚硒酸盐种子营养引发更为适宜；而当优先追求最大硒富集时，硒酸盐种子营养引发与叶面喷施组合为更优选择。
研究结论如下：该研究表明，硒生物强化可在爆裂玉米微型菜的短暂生长期内成功实施。然而，植物响应取决于硒形态和施用方式。亚硒酸盐种子营养引发在植物生长和生物量方面效果最佳，该处理产生最长的植株和最高的总鲜重。相比之下，硒酸盐种子营养引发与叶面喷施组合是最有效的硒富集处理，在根系和叶片中均产生最高的硒浓度。在短暂的栽培期内，单次叶面喷施足以提高硒吸收量，但单独叶面处理的效果不如组合处理。结果提示，最佳方法取决于生产目标：当需要更好的生长和生物量时，亚硒酸盐种子营养引发更为适宜；当以强烈硒富集为主要目标时，硒酸盐组合施用更为合适。硒处理还通过影响磷、锰、铁、铜和锌的浓度改变了可食部位（即地上部）的营养组成。尽管某些处理增加了硒累积，但部分必需营养素的减少表明，生物强化策略不仅应根据硒富集程度评估，还应依据其对微型菜营养品质的整体效应进行评价。根系和叶片均能积累硒，但根系通常不作为微型菜的一部分食用，其作为食品或食品配料的潜在用途应进一步研究，特别是在硒生物有效性、食品安全和消费者接受度方面。
