一种提高堇叶碎米荠硒代胱氨酸占比的营养液和方法
阅读说明：本技术 一种提高堇叶碎米荠硒代胱氨酸占比的营养液和方法 (Nutrient solution and method for increasing content of cardamine violifolia selenocysteine ) 是由 李洁 杨伟 龚珏 丛欣 祝振洲 程水源 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高堇叶碎米荠硒代胱氨酸占比的营养液和方法,所述营养液由活化硒矿粉、堇叶碎米荠根和氨基酸螯合硒为原料通过共处理制备。该营养液不仅能够提高堇叶碎米荠的总硒含量,还能显著增加高生理活性有机硒形态(即硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸)比例。(The invention discloses a nutrient solution and a method for improving the content of cardamine violifolia selenocysteine. The nutrient solution can not only improve the total selenium content of cardamine violifolia, but also obviously increase the proportion of high physiological activity organic selenium form (namely selenocysteine/selenocysteine).)
技术领域
本发明属于植物富硒技术领域，具体涉及一种能够提高堇叶碎米荠中高生理活性有机硒形态(即硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸)占比的营养液和方法。
背景技术
硒作为一种必需的微量元素，对人体健康具有至关重要的作用。人体内硒作为活性中心关键元素的硒蛋白(硒酶)具有优异的抗氧化活性，其中包括谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)，硫氧还蛋白还原酶(TRxR)和碘甲状腺素脱碘酶(DIO)等。研究表明硒元素是人体维持正常免疫系统所必须的，能有效抵抗病毒感染及AIDS的发生，提高精子活力、降低流产风险，在预防心血管疾病及肿瘤辅助等方面具有明确的作用。同时，研究表明硒的生理效应与安全性不仅与剂量大小有关，也与其生物化学形式及生物利用度有很大的关系。
自然界中的硒的形态主要包括无机硒和有机硒，无机硒已被明确认知毒性大、易蓄积且吸收转化率低。有机硒安全性高，在体内吸收转化率高，更容易被机体利用。人体对硒的吸收利用过程中，有机硒大于无机硒，植物是人类食物链的最主要来源，植物可以有效的将土壤中的无机硒或微生物转化复合的硒转化为有机硒，其中也包括纳米硒形态。因此，在富硒功能农业领域，通过农作物硒生物营养强化,增加农作物中硒含量，尤其是有机硒的含量和比例，是有效合理提升人体摄硒量的理想途径。
进一步的研究显示，硒元素在植物中主要是与蛋白质结合，通常以硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒甲基硒代半胱氨酸等生物形式存在，不同类型富硒植物转化有机硒的效率和形态都不同，比如十字花科、百合科、豆科、禾本科等均富硒能力较强，但有机硒转化能力各不相同。通过对有机硒形态检测研究，豆类、谷物等主要以硒代蛋氨酸为主，大蒜、洋葱等主要以甲基硒代半胱氨酸为主，十字花科类超聚硒植物更多富集的是硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸等。此外富硒植物中还可能含有包括富硒多糖、核酸、黄酮等。
硒元素在动物体内多以硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸等形式存在，其中主要以硒蛋白(硒酶)形式产生抗氧化等生理活性且活性中心是硒代半胱氨酸，形成调节性硒储存库，以硒代蛋氨酸存在于非调节性硒存储库中，在谷物、豆类、酵母和肉禽蛋中富集的有机硒形态以硒代蛋氨酸为主。目前所发现的多个具有生理活性的硒蛋白中能够在人体或动物体内发挥生理功能的仅限于含有硒代半胱氨酸的蛋白质，如谷胱甘肽过氧化物酶。因此硒代半胱氨酸被称为人体的第21种氨基酸，可以在人和动物体内特异性地参与硒蛋白合成，并成为谷胱甘肽过氧化物酶氧化还原反应的活性中心。
经检测研究表明，十字花科类聚硒植物的有机硒形态包括硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸，以及4、6价态无机硒，其中十字花科碎米荠属作物堇叶碎米荠、芸薹属作物西兰花、花椰菜、甘蓝等具有较强的聚硒能力。以超聚硒植物堇叶碎米荠为例，在硒矿床高硒环境孕育的堇叶碎米荠具有优异的聚硒能力，能从土壤中高效吸收并富集硒元素，总硒含量平均可达1000～2500mg/Kg(干重)，经人工培育可达4000mg/Kg(干重)以上，有机硒转化效率可达90％以上，富硒蛋白含量可达25％以上(干重)，且主要以硒代氨基酸形态储存在含蛋白质中。
发明内容
有鉴于此，本发明通过复合硒源共处理，得到了一种不仅能够提高堇叶碎米荠总硒含量，还能显著增加其高生理活性有机硒形态(即硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸)比例的营养液。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一方面提供了一种提高堇叶碎米荠硒代胱氨酸占比的营养液，以活化硒矿粉、堇叶碎米荠根和氨基酸螯合硒为原料，进行混合发酵后取上清液即得。
进一步地，在上述技术方案中，所述活化硒矿粉、堇叶碎米荠根、氨基酸螯合硒的质量比为1：1～5：1～5；更进一步的，所述活化硒矿粉中总硒含量为220～230mg/kg，所述堇叶碎米荠根的总硒含量为500～2000mg/kg，所述氨基酸螯合硒中总硒含量为5000mg/L。
进一步地，在上述技术方案中，所述发酵过程为：将原料与水混匀后，在35～45℃下，搅拌反应48～72h。
进一步地，在上述技术方案中，所述营养液中添加有0.01～0.02wt％复合微量元素、0.01～0.02wt％磷酸二氢钙和0.01～0.02wt％硫酸镁。
本发明第二方面提供了一种提高堇叶碎米荠中硒代胱氨酸占比的方法，具体为：将上述制备的营养液稀释，并于堇叶碎米荠各生长期喷施；优选的，喷施过程如下：
育种阶段，每7～10天喷施一次总硒浓度为10～20mg/L营养液，至苗长出2～3片叶；
长出3～5片叶时，每7～10天喷施一次总硒浓度为50～80mg/L营养液，至可以移栽；
移栽后，在旺盛生长初期、中期、花期进行全株喷淋施用总硒浓度为100～200mg/L营养液，直至采收。
本发明的有益效果为：
1)通过模拟天然富硒生态圈的特殊富硒微生态环境，将超聚硒植物堇叶碎米荠根系的富硒微生态引入富硒营养液制备体系，利用根系微生态和高聚硒特性，调节植物富硒能力及有机硒转化能力。
2)通过堇叶碎米荠根系与矿物硒源、氨基酸螯合硒等不同形态硒复配后，经共发酵等培养方式，进一步增强生物质和有机硒预转化，同时进一步活化矿物硒源，进一步促进了有机硒吸收及定向转化，也降低了硒源的制备成本；共发酵还可以增强活性发酵代谢产物生成及活性富硒强化因子生产，显著提高了育苗时期的壮苗率、成活率，降低病害发生率，提升产量。
3)该强化营养液制备环境更接近大田种植的根系吸收环境，施用后不仅可以有效提升大田种植的富硒堇叶碎米荠的硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸组分的富集(平均提升20％～25％左右)，更有利于在大田环境中进行规模化标准化种植，并可以保护土壤微生态平衡。
附图说明
图1为硒形态混合标准溶液色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
(1)营养液的制备
将新鲜堇叶碎米荠根粉碎后与活化硒矿粉加水混合均匀，再加入氨基酸螯合硒，在40℃、120转/min转速下，发酵反应时间65h，静置取上清液；活化硒矿粉：堇叶碎米荠根：氨基酸螯合硒的质量比为1:1:1。活化硒矿粉是指硒矿粉通过高温等方式活化后的产物，活化硒矿粉与氨基酸螯合硒为市场购买。
测定上清液中总硒含量后，再加入0.01wt％复合微量元素、0.01wt％硫酸二氢钙和0.01wt％硫酸镁。复合微量元素为市场购买，其主要成分为：铁≥4％，锌≥5％，铜≥0.5％，锰≥2％，硼≥2％，钴≥0.1％，钼≥0.1％，总有效含量13.7％。
(2)堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化
在大田大棚中种植堇叶碎米荠，将上述营养液稀释至所需浓度后喷施，喷施过程为：
育种阶段，每7～10天喷施一次总硒浓度为10～20mg/L营养液，至苗长出2～3片叶；
长出3～5片叶时，每7～10天喷施一次总硒浓度为50～80mg/L营养液，至可以移栽；
移栽后，在旺盛生长初期、中期或花期进行全株喷淋施用总硒浓度为100～200mg/L营养液，直至采收。
对采收后的堇叶碎米荠的地上部分进行检测，结果如表1所示：
表1
注：施肥次数为移栽后的施肥总次数。
实施例2
(1)营养液的制备
与实施例1步骤(1)不同的是，活化矿质硒：堇叶碎米荠根：氨基酸螯合硒的质量比为1:2:1，其他同实施例1步骤(1)一致。
(2)堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化
同实施例1步骤(2)一致。
对采收后的堇叶碎米荠进行检测，结果如表2所示：
表2
实施例3
(1)营养液的制备
与实施例1步骤(1)不同的是，活化矿质硒：堇叶碎米荠根：氨基酸螯合硒的质量比为1:2:2，发酵条件为：45℃、100转/min、发酵48h，复合微量元素浓度为0.02wt％、硫酸二氢钙浓度为0.02wt％。其他同实施例1步骤(1)一致。
(2)堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化
同实施例1步骤(2)一致。
对采收后的堇叶碎米荠进行检测，结果如表3所示：
表3
实施例4
(1)营养液的制备
与实施例1步骤(1)不同的是，活化矿质硒：堇叶碎米荠根：氨基酸螯合硒的质量比为1:5:5，其他同实施例1步骤(1)一致。
(2)堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化
同实施例1步骤(2)一致。
对采收后的堇叶碎米荠进行检测，结果如表4所示：
表4
实施例5
(1)营养液的制备
同实施例1步骤(1)一致。
(2)堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化
采用无土大棚中种植堇叶碎米荠，无土栽培用基质选择草炭、蛭石、珍珠岩按质量比1∶1∶1混合，营养液选择无土栽培通用的霍格兰营养液配方；其他同实施例1步骤(2)一致。
对采收后的堇叶碎米荠进行检测，结果如表5所示：
表5
对比例1
分别单独使用活化矿质硒、堇叶碎米荠根(处理方法为：粉碎后与水混匀，于40℃、120转/min转速下，发酵反应时间65h，静置取上清液)、氨基酸螯合硒为硒源，按照实施例1步骤(2)的种植方法对堇叶碎米荠生长过程进行硒强化，移栽后的施肥次数均为4次；以无机硒源(即使用种植过富硒品种的土壤，在种植过程中使用亚硒酸钠做硒肥)为对照。
对采收后的堇叶碎米荠进行检测，结果如表6所示：
表6
对比例2
营养液的制备
将新鲜堇叶碎米荠根干燥粉碎后与活化硒矿粉加水混合均匀，再加入氨基酸螯合硒，搅拌过滤，静置取上清液；活化矿质硒：堇叶碎米荠根：氨基酸螯合硒的质量比为1:1:1。
测定上清液中总硒含量后，向上清液中加入适量的水进行稀释，然后再加入0.01wt％复合微量元素、0.01wt％硫酸二氢钙和0.01wt％硫酸镁。
堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化
同实施例1步骤(2)一致。
对比例3
营养液的制备：
将新鲜碎米荠的茎叶粉碎后与活化硒矿粉加水混合均匀，再加入氨基酸螯合硒，搅拌过滤，静置取上清液；活化矿质硒：堇叶碎米荠根：氨基酸螯合硒的质量比为1:1:1。
测定上清液中总硒含量后，向上清液中加入适量的水进行稀释，然后再加入0.01wt％复合微量元素、0.01wt％硫酸二氢钙和0.01wt％硫酸镁。
堇叶碎米荠种植过程中的富硒强化：
同实施例1步骤(2)一致。
从上述实施例和对比例可知，通过模拟天然生态环境，将植物可以利用的不同来源不同形态的硒源进行复配，优化不同硒源配比，然后进行共发酵，能够显著的提高堇叶碎米荠的总硒、有机硒及定向提高功能成分硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸的含量。同时通过共发酵技术，增强活性发酵代谢产物生成及活性富硒强化因子生产，提高不同硒源的生物利用度，从而提高植物的移栽成活率，并显著降低幼苗发病率。
与不发酵的对比实例2相比，发酵能够提高作物的产量和总硒、有机硒的吸收效率，并提高功能成分硒代半胱氨酸/硒代胱氨酸的含量。因此通过将活化矿质硒、堇叶碎米荠根、氨基酸螯合硒进行优化组合，通过共发酵技术，强化施肥2-4次，最适合生产具有高生理活性的堇叶碎米荠。
需要说明的是，在上述实施例和对照例中种植堇叶碎米荠时，按照每个小区面积8.4m2设置，田间管理措施按统一栽培要求进行，各小区间保持一致。移栽后30天，调查成活率情况；于移栽后的生长期调查各实验小区内病虫害发生情况。
有机硒占比和硒代胱氨酸的表征：称取干制0.1g样品，置于20mL样品水解瓶中，加入15mL Tris-HCl缓冲液(30mmol/L，pH 8.5)，室温超声水浴提取10min后，加入样品质量比均为5％的碱性蛋白酶、胰蛋白酶和蛋白酶E，在45℃，250rpm/分钟，恒温水浴震荡酶解1小时；酶解后转移至50mL离心管中，4000rpm离心30分钟；吸取上清液，稀释到合适倍数，过0.22μm滤膜后采用T/CHC_1001植物源高有机硒食品原料附录A无机硒含量的测定方法中HPLC-AFS检测条件，并采用硒代胱氨酸标准品进行标准曲线绘制(如图1所示，标准溶液：SeCys2、MeSeCys、Se(IV)、Se(VI)浓度为100ng/ml，SeMet浓度为200ng/ml)，计算样品浓度得出占比。另外，硒代半胱氨酸易被氧化成硒代胱氨酸，故检测过程中测的硒代胱氨酸含量实际为硒代半胱氨酸与硒代胱氨酸的总量，本发明中所涉及的硒代胱氨酸占比均为硒代半胱氨酸与硒代胱氨酸总和的占比。
本发明通过以上实施例来说明本发明的技术方案，但并不局限于上述实施例；所属技术领域的技术人员应该明白，对本发明的任何改进，对本发明各产品原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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