硫调控土壤硒有效性影响大豆硒形态的作用过程

Selenium (Se) biofortification is of great significance for human health, but Se deficiency or toxicity in plants is closely related to sulfur (S). Although our previous study showed that S has no ion antagonism on selenite, sulfur fertilizer can regulate the availability of Se in soil and thus reduce the uptake of selenite by plants. However, the regulation mechanism of S on the bioavailability of Se in soil remains unclear. It's noteworthy that the bioavailability of Se in human body is closely associated with Se speciation in the plant. Compared with the inorganic Se, protein Se is more beneficial to health. Soybean, a protein-rich crop that widely planted in China. Therefore, it is of great practical value to ascertain the effect of S on the speciation of Se in soybean protein. The objectives of the present study are to: 1) analyze the relationship among S, biological and chemical characteristics of soil and changes of soil Se species, and reveal the main factors and procedure of S in regulating the bioavailability of Se; 2) analyze the relationship among S, selenium speciation in different process protein and function protein of soybean grain and the changes of sulfate assimilation enzymes, and clarify the effect of S on the Se speciation of soybean. This work will provide a theoretical basis for further understanding of the processes of Se cycling, more rational application of S fertilizer and the production, evaluation, and processing of Se-rich soybean.

强化植物硒营养对改善人体健康具有重要意义，而植物硒缺乏或毒性常与硫紧密相关。我们前期研究表明硫与亚硒酸盐虽不产生拮抗作用，但发现硫肥可调控土壤硒有效性从而降低植物对亚硒酸盐的吸收，然而其调控机理尚不明确。值得注意的是人体对硒的吸收利用与植物体内硒形态密切相关，相比无机硒，蛋白硒对健康更为有利。大豆在我国种植广泛且蛋白含量高，因此探明硫对大豆蛋白硒形态的影响具有重要应用价值。本项目以此为目的：1）分析硫与土壤生物化学性质及土壤硒形态变化的内在关系，揭示硫调控土壤硒生物有效性的主控因子及作用过程；2）分析硫与大豆籽粒不同加工和功能蛋白硒形态及硫同化代谢酶变化的关系，阐明硫对大豆硒形态的影响，从而为深入理解硒循环过程，合理施用硫肥及富硒大豆的生产、评价和加工提供理论依据。

硒是人体必需微量营养元素，而我国居民硒摄入量普遍不足。大量研究已经证实施用硫肥会降低土壤中硒的有效性，但对导致这一现象的土壤生物化学过程中的主控因子和内在关系尚不清楚。人体对硒的吸收利用率与作物体内硒形态紧密相关，相比无机硒，蛋白硒对人体健康更为有利。大豆在我国广泛种植，蛋白含量丰富，而硒主要是通过替代蛋白质中的硫而形成硒代氨基酸，但目前关于硫对大豆籽粒硒富集及籽粒蛋白硒形态的影响过程未见明确报道。本项目以此为目的展开研究，取得了以下结果：1）结合连续浸提法、单步浸提法和DGT技术探究了评价富硒土壤硒生物有效性的最适方法。DGT技术测定的土壤有效硒与植物的相关性最高，最适用于作为土壤有效硒的表征指标，DGT-Se主要来源于SOL-Se和EXC-Se；2）硫肥施用可以降低土壤pH，并不同程度的降低土壤Eh和提高有机质含量。pH与SOL-Se和EXC-Se呈显著正相关，OM和OM-Se呈显著正相关。Eh降低导致被释放到土壤溶液中的硒被进一步还原为Se0和Se2-，从而降低了土壤硒有效性；3）施硫使黄棕壤和灰潮土上水溶态硒的占比分别降低了12.6和14.4个百分点，并使黄棕壤和灰潮土上大豆籽粒硒含量分别降低38.6%和55.6%。大豆SPI和11S的硒含量比SPC和7S高29.1%-38.6%，大豆不同蛋白中硒均以SeMet形式为主（>80%），硫肥和土壤类型对其无显著影响。硒对大豆不同蛋白的亚基、二级结构、微观形态和功能特性均无显著影响；4）富硒豆制品中，豆芽硒的回收利用率最高，在85%以上，豆腐次之，在43%-53%之间，豆浆较低在29%-45%之间。我们的研究结果对合理施用硫肥及富硒大豆的生产、评价和加工具有重要意义。