海藻多糖–纳米硒的结构及其促进水稻硒累积的机理_王潮鑫.pdf

海藻多糖海藻多糖纳米硒的结构及其促进水稻硒累积的机理纳米硒的结构及其促进水稻硒累积的机理王潮鑫1，杨春妹1，张木2，沈宏1*（1华南农业大学资源环境学院，广东广州510642；2广东省农业科学院农业资源与环境研究所，广东广州510642）摘要:【目的目的】以海藻提取物和亚硒酸钠为原料，采用抗坏血酸还原法制备了海藻多糖纳米硒(APS-SeNPs)，以期为富硒大米生产提供高效的富硒肥料。【方法方法】采用单因素试验和响应面法优化 APS-SeNPs 的制备工艺；借助傅里叶红外光谱、透射电镜和表面张力仪对 APS-SeNPs 进行表征。通过开展大田试验，探究 0、5、25mg/LAPS-SeNPs 叶面喷施对粳稻洛稻 998和籼稻川香优 2 号硒累积的影响。【结果结果】1)APS-SeNPs 的最佳制备工艺:硒添加量 2800mg/L，亚硒酸钠与抗坏血酸的摩尔比 19100，反应温度 32，时间 20min。APS-SeNPs 粒径为 38.94nm，Zeta 电位为52.17mV。红外分析结果表明，海藻多糖与纳米硒形成了新的 SeO 化学键。APS-SeNPs 的表面张力为 46.23mN/m，显著低于 Na2SeO3。APS-SeNPs 在水稻叶片上的持液量为6.28mg/cm2，而 Na2SeO3只有 3.94mg/cm2。2)田间试验结果表明，随着 APS-SeNPs 喷施浓度增加，水稻叶片、稻壳和糙米的硒含量增加，各部位硒含量顺序为叶片稻壳糙米。与 Na2SeO3处理相比，APS-SeNPs 处理的糙米硒含量提高了 2.2%34.5%；两种硒源处理的糙米有机硒占糙米总硒比例为 70.9%85.3%，糙米有机硒比例均随叶面喷施硒浓度增加而下降，但值得一提的是，APS-SeNPs 处理的稻米有机硒比例比 Na2SeO3处理高2.17.6 个百分点。【结论结论】海藻糖与纳米硒的结合显著降低了 Na2SeO3溶液的表面张力，喷施后在叶片上的持液量更多，因而提高了水稻硒的吸收，相应地提高了硒在籽粒中的累积量以及籽粒中的有机硒比例。在水稻灌浆期喷施浓度 5mg/LAPS-SeNPs 的效果最好，喷施后的稻米硒含量达到国家富硒标准(0.040.3mg/kg)，是富硒水稻生产的可行措施。关键词:水稻；海藻多糖；纳米硒；响应面；喷施时期；喷施浓度Structure of alginate polysaccharide selenium-nanoparticles andthe mechanism of promoting selenium accumulation in riceWANGChao-xin1,YANGChun-mei1,ZHANGMu2,SHENHong1*(1 College of Resources and Environment,South China Agricultural University,Guangzhou,Guangdong 510642,China;2 Institute of Agricultural Resources and Environment,Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou,Guangdong 510640,China)Abstract:【Objectives】Thestructureofalginatepolysaccharideselenium-nanoparticles(APS-SeNPS)wascharacterizedforexplainingitsefficiencyinpromotingSeabsorptioninrice.TheoptimumfoliarsprayingtimeandcontentofAPS-SeNPSwerestudiedforitsefficientapplication.【Methods】ThepreparationprocessofAPS-SeNPswasoptimizedbyasingle-factorexperimentandresponse-surfacemethodology.Fouriertransforminfraredspectroscopy(FTIR),transmissionelectronmicroscopy(TEM)andsurfacetensiometerwereusedtocharacterizetheAPS-SeNPs.Afieldfoliarsprayingexperimentwasconductedonrice,withAPS-SeNPsconcentrationof0,5or25mg/L,respectively.SeaccumulationinjaponicariceLuodao998andindicariceChuanxiangyou2wereinvestigated.【Results】1)TheoptimizedpreparationconditionsofAPS-SeNPscontainingSe2800mg/Lwereasfollows:molarratioofNa2SeO3toascorbicacid(SeVc)was19100,植物营养与肥料学报2023,29(1):158171doi:10.11674/zwyf.2022092JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20220223接受日期：20221129基金项目：广东省基础与应用基础研究基金项目（2021A1515012113）；广州市科技计划项目（202206010064）；广东省普通高校重点领域研究项目（2020ZDZX1002）；国家重点研发计划项目（2016YFD0200405-5）。联系方式：王潮鑫E-mail:；*通信作者沈宏E-mail:reactiontemperature32andreactiontime20min.TheproducedparticlesizeofAPS-SeNPswas38.94nm,andtheZetapotentialwas52.17mV.TheSeOchemicalbondwasidentifiedinAPS-SeNPsbyFTIR.ThesurfacetensionofAPS-SeNPsis46.23mN/m,whichissignificantlylowerthanthatofNa2SeO3.TheliquidholdingcapacityofAPS-SeNPsonriceleaveswas6.28mg/cm2,whichwasmuchhigherthanthatofNa2SeO3(3.94mg/cm2).2)FieldexperimentsrevealedthatSecontentsineachorgansofthetworicecultivarsincreasedwiththeincreaseofsprayingSeconcentration.TheSecontentinboththericecultivarswasinorderofleafricehuskbrownrice.TheSecontentofbrownriceinAPS-SeNPstreatmentwas2.2%34.5%higherthanthatinNa2SeO3treatments.TheorganicSeproportioninbrownricetreatedwithtwoSesourceswas70.9%to85.3%,andtheorganicSeproportioninbrownricewasdecreasedwiththeincreaseofSesprayconcentrations,buttheorganicSeproportioninbrownricetreatedwithAPS-SeNPswas2.17.6percentagepointshigherthanthattreatedwithNa2SeO3.【Conclusions】IntheAPS-SeNPsstructure,SeObondwasformed,whichdecreasedthesurfacetensionandleadtohigherliquidholdingcapacityofAPS-SeNPsonleaves,whichwasgoodfortheabsorptionofSe.Therefore,theaccumulationofSeingrainandtheproportionoforganicSeingrainwereincreased.Spraying5mg/LAPS-SeNPsatgrainfillingstageofriceincreasesthebrownriceSecontenttotheenrichmentstandard(0.040.3mg/kg).Key words:rice;alginate;selenium-nanoparticles;response-surface;sprayingperiod;sprayingconcentration硒(selenium，Se)是人体必需的微量元素，缺硒会诱发克山病、大骨节病、甲状腺功能减退和免疫系统减弱等症状13。而人体自身无法合成硒，只能通过食品药品等途径摄入硒元素。水稻是我国南方最主要的粮食作物，通过外源施硒提高大米硒含量是满足缺硒地区人群对硒日常需求的有效办法。可用于提高稻米硒含量的硒源包括硒酸盐、亚硒酸盐、硒氨基酸和纳米硒(selenium-nanoparticles，SeNPs)。目前，在农业种植生产中广泛使用硒酸盐和亚硒酸盐，但其安全范围较窄，存在硒毒害风险4。纳米硒指的是尺寸在 0100nm 的红色零价单质硒。Zhang 等5采用化学方法合成纳米硒颗粒，并发现纳米硒颗粒具有较高的生物活性以及较宽的安全施用范围。但前人对纳米硒的研究多集中在医学上的抑菌、抗氧化、抗癌等效果，在农业上应用很少68。近几年，纳米硒对农作物的影响受到越来越多的关注，纳米硒能提高辣椒中辣椒素的含量，促进次生代谢产物和抗氧化剂的积累9；也能提高金丝小枣的硒含量、产量和品质10。Zahedi 等11还发现叶面喷施纳米硒能减轻盐胁迫对草莓生长和产量的影响。纳米硒与硅、硫等元素配合施用还可以缓解重金属对水稻的胁迫1213。但是通过物理化学方法合成的纳米硒需要加入稳定剂以保持其稳定性和活性，且不同的稳定剂对纳米硒的性质和应用效果有较大影响。前人利用壳聚糖、茶多糖、葡聚糖、黄芪多糖和海藻多糖等制备了天然多糖稳定纳米硒2,1416。多数研究使用的是商品纳米硒肥1718，其稳定剂成分未明，是否加入稳定剂也同样未知，因此难以深入研究纳米硒在农业生产中的应用。成分确定的多糖纳米硒则多数被应用于药品、食品添加剂、饲料添加剂等领域，且海藻多糖在农业中已被广泛应用1921，但将海藻多糖结合纳米硒用作肥料还未见报道，海藻多糖与纳米硒结合是否能产生更好的农作物富硒效果值得深入研究。针对上述问题，本研究先通过单因素试验和响应面法优化制备出海藻多糖纳米硒(alginatepolysaccharideselenium-nanoparticles，APS-SeNPs)，并对 APS-SeNPs 进行形貌表征及表面性能分析，进而研究在大田条件下喷施 APS-SeNPs 对水稻(OryzasativaL.)硒累积的效果，以期为富硒水稻生产提供解决方案。1 材料与方法1.1 试验材料海藻提取液由本实验室制备得到22，海带购于广州申晶雅农业科技有限公司。抗坏血酸(Vc)购于国药集团化学试剂有限公司。亚硒酸钠(Na2SeO3)和硒酸钠(Na2SeO4)购于北京化工集团有限公司。水稻种子(粳稻洛稻 998和籼稻川香优 2 号)由广东省农业科学院水稻研究所提供。1