浙江大学李春阳团队综述硒循环过程以及硒对作物的重要作用

硒（Se）是人体生命活动中必需的微量元素之一，对提高人体抵抗力、保持身体健康具有重要的作用。例如多种硒蛋白参与人体的酶系统功能，如谷胱甘肽过氧化物酶、硫氧还蛋白还原酶具有重要的抗癌作用。蔬菜、粮食是人体获取硒的最主要方式，而作物对硒的吸收依赖于土壤中的硒含量。我国硒分布严重不均，多数地区硒贫乏，因此如何提升土壤中的有效硒含量，提升农作物的吸收硒的能力，是提升农作物产量和品质的重要途径。

2022年12月，Horticulture Research上线了（Advance Access）浙江大学农业与生物技术学院李春阳教授团队题为Selenium species transforming along soil-plant continuum and their beneficial roles for horticultural crops的综述论文。通过分析国内外最新发表的研究结果，系统论述了硒的循环过程、植物—微生物关系对硒有效性的影响以及硒对作物产量和抗逆性的影响。

硒主要以SeO42-、SeO32-、Se⁰和Se2-四种价态分布在土壤中。硒酸盐（SeO42-）和亚硒酸盐（SeO32-）是作物吸收利用的主要形式。土壤中的有机质、金属离子（如铁和锰）等通过吸附作用能够固定水溶性的硒盐，随着土壤pH降低，硒酸盐以及亚硒酸盐被还原成低价态的Se⁰和Se2-，降低植物可利用的硒含量（Fig. 1）。微生物驱动了土壤硒循环过程，土壤硒的有效性主要取决于硒的还原、甲基化和氧化过程。通过异化还原途径（dissimilatory reduction pathway）或同化还原途径（assimilatory reduction pathway），许多细菌能够将硒酸盐或亚硒酸盐还原为Se⁰和Se2-。许多真菌Pyrenochaeta sp., Plectosphaerella cucumerina, Paraconiothyrium sporulosum, Acremonium strictum, Stagonospora sp.和 Alternaria alternata同样展现出较强的硒还原能力。甲基化作用是另一种降低土壤中硒酸盐和亚硒酸盐途径，能够将SeO42-和SeO32-转变为气态化合物，如二甲基硒醚（Fig. 1）。不同于还原和甲基化作用对有效硒含量的降低，细菌驱动下的硒氧化过程能够增加土壤有效硒的含量（Fig. 1），但是相比还原过程，硒的氧化速率非常慢，而且针对硒氧化过程的研究相对较少。研究发现土壤中的真菌如丛枝菌根真菌也表现出一定提升硒有效性的能力。此外，在植物—土壤连续体中，植物可利用根系分泌物等影响土壤微生物群落结构和功能，招募或者富集特异性的微生物群落，增强土壤中养分有效性或者增强根吸收养分的能力。许多植物根际土壤中的有效硒含量明显高于非根际土壤（Fig. 1）。

Fig.1 A framework of the selenium (Se) cycle

植物根系可以通过硫酸盐转运通道如Sultr1;1, Sultr1;2和Sultr1;3等吸收硒酸盐，并转运到地上部分完成硒代谢。根系中的磷酸盐转运体可以吸收亚硒酸盐，且多数吸收的亚硒酸盐在根系细胞中转变为有机硒（Fig. 2）。通过提升植物叶片的光合能力，硒能够提升部分作用的产量，提升作物抗致病菌的能力，降低对土壤中重金属离子的吸收。硒的另一个重要作用是提升作物品质，如降低葡萄的酸度，增加其糖含量，提升茶叶中的氨基酸含量等。此外，硒能够提升植物根系招募有益菌，提升其抗环境胁迫能力。

Fig. 2 The uptake, transport, and metabolism of Se, and beneficial effects of Se on crop growth, defense, and quality.

浙江大学农业与生物技术学院李春阳教授为通讯作者，杭州师范大学生命与环境科学学院郭庆学副教授为第一作者，项目得到浙江大学人才计划项目（0022112）的支持。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhac270

转自：“园艺研究”微信公众号

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