周武先，张雅娟，张美德

(1.湖北省农业科学院 中药材研究所，湖北 恩施 445000；2.恩施土家族苗族自治州农业农村局，湖北 恩施 445000)

硒(Se)是人体必需的营养元素，对维护身体健康具有重要作用，日常摄入适量的硒可以抵御克山病、心脑血管疾病和关节炎症等多种疾病，还具有抗衰老、增强机体免疫力以及预防癌症的功效[1-2]。目前，虽然硒未被认定为植物必需营养元素，但越来越多的研究表明，适量的硒有利于促进植物生长发育[3-5]，增强其抗氧化能力，缓解逆境胁迫[6-7]，且具有拮抗重金属的效果[8-9]。全球范围内，有40余个国家和地区缺硒，我国缺硒的省份也多达20余个，相当一部分民众因硒“隐性饥饿”而存在较大的健康风险。因此，硒资源的充分开发与合理利用具有重要意义[10-11]。

湖北省恩施土家族苗族自治州(以下简称恩施州)地处云贵高原与东部低山丘陵的过渡区域，地形复杂，沟谷纵横，海拔落差大，小气候特征明显，造就了各种独特的生境，是南北区系生物交汇渗透中心地带[12]，境内中药资源丰富，分布有药用植物202科、881属、2 258种[13]，被誉为“华中天然药库”。此外，地质勘探表明，恩施州境内有目前全球唯一探明的独立硒矿床，硒含量230～6 300 mg/kg[14]，形成了以新塘乡渔塘坝为中心，包含恩施、建始、宣恩、巴东四县市毗邻地区的“中国第一高硒区”，围绕高硒区形成了250个行政村范围的富硒生物圈。虽然恩施州拥有丰富的土壤硒资源和植物硒资源，但硒方面的研究主要集中于硒的生物安全性评价[15]、硒产业研讨[16]和硒超积累植物中硒的形态、转运和转化研究[17-18]，且侧重于常规农作物硒含量的调查[19]。肖本见[14]总结了恩施州富硒药用植物资源相关研究，发现恩施州对富硒药用植物资源的开发和利用主要集中在富硒保健食品的开发、富硒饲料的生产和富硒药用植物栽培等方面，未进行较为系统的富硒药用植物资源普查。开展富硒药用植物资源普查工作，摸清富硒药用植物资源的种类、名称、分布、数量和药用部位等，对恩施州富硒药用植物资源的开发和利用具有积极意义[14]。

张宇等[20]对恩施州10种常见药用植物的硒含量进行了初步比较，发现不同药用植物的硒含量存在显著差异，但不同药用植物的富硒特性和富硒能力有待进一步调查。鉴于此，通过扩大恩施州区域的调查范围，并对相应区域内药用植物和土壤的硒水平进行检测，明确恩施州富硒药用植物资源概况及其硒富集能力，并对不同药用植物的富硒能力进行比较和排序，为恩施州富硒药用植物的高效开发和利用提供参考。此外，选取3种药用植物(保健品类或药食同源类)开展富硒栽培试验，以期为药用植物人工富硒栽培提供技术支撑和科学依据。

1 材料和方法

1.1 药用植物和土壤硒含量调查

参考《世界硒都恩施硒资源研究概述》[21]并在前期研究[20]的基础上，于2016—2018年选择恩施市新塘乡渔塘坝、沙地乡花被村、沐抚镇高台村以及宣恩、巴东、建始三县等共12个采样点，并根据李海蓉等[22]的研究对恩施州土壤硒水平进行等级划分，可将恩施土壤硒水平划分为4个等级，分别为：一级(极富硒)，Se>3.0 mg/kg；二级(富硒)，0.4

1.2 富硒栽培试验

绞股蓝[Gynostemmapentaphyllum(Thunb.) Makino]富硒栽培试验：2017年在恩施市新塘乡下塘坝村开展，土壤硒含量为0.19 mg/kg。使用亚硒酸钠水溶液，设置硒含量为0、4、8、16、24、32 mg/m2等6种处理，每个处理3次重复，于6—8月生长旺盛期选择晴天叶面喷施3次，每次间隔30 d。9月初采收绞股蓝茎叶烘干后进行硒含量检测。

白术(AtractylodesmacrocephalaKoidz.)富硒栽培试验：2018年在咸丰县小村乡李子溪村开展，土壤硒含量为0.18 mg/kg。使用亚硒酸钠水溶液，设置硒含量为0、2.5、5、10、20 mg/m2等5种处理，每个处理3次重复，于5—7月生长旺盛期选择晴天叶面喷施3次，每次间隔30 d。10月下旬采收白术根茎烘干后进行硒含量检测。

川党参(CodonopsistangshenOliv.)富硒栽培试验：2018年在恩施市板桥镇新田村开展，土壤硒含量为0.15 mg/kg。使用亚硒酸钠水溶液，设置硒含量为0、2.5、5、10、20、40 mg/m2等6种处理，每个处理3次重复，于5—7月生长旺盛期选择晴天叶面喷施3次，每次间隔30 d。9月初采收党参根烘干后进行硒含量检测。

1.3 硒含量检测

植物样品和土壤样品烘干后送至湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所进行硒含量检测，其中，植物硒含量采用原子荧光光谱法测定(GB 5009.93—2010)，土壤总硒含量采用原子荧光光谱法测定(NY/T 1104—2006)。

1.4 数据处理

参考张红振等[23]的方法，根据公式(1)计算药用植物对硒的富集系数(Selenium accumulation coefficient，SAC)。

(1)

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计和方差分析(One-way ANOVA)，采用新复极差法(Duncan’s)进行多重比较(P=0.05)。使用Origin 8.1软件进行相关性分析和制图。

2 结果与分析

2.1 各采集样点土壤硒含量和药用植物硒含量情况

从12个采样点的187份土壤样品硒水平(表1)来看，新塘乡渔塘坝的57份土壤硒水平均处于一级水平；新塘乡下坝村、沙地乡花被村、沐抚镇高台村、沐抚镇大山顶女儿湖、白杨坪乡九根树村、红土乡石窑村、椿木营乡杉陀村、业州镇罗家坝村和野三关镇大甘坪村9个采样点的109份土壤硒水平处于二级水平；野三关镇张家村的8份土壤硒水平处于三级水平；芭蕉乡南河村的13份土壤硒水平处于四级水平。综上可得，恩施州四县市拥有极富硒区1个、富硒区9个、适硒区1个、缺硒区1个。

表1 恩施州不同采样点187份土壤样品硒水平等级分布情况Tab.1 Classification of 187 sampling sites based on soil Se level in Enshi Autonomous Prefecture

在不同采样点调查测定的243份药用植物中，涉及67科168种植物。通过对各个采样点药用植物硒含量进行汇总分析(表2)，发现在243份药用植物样品中，硒含量超过10 mg/kg的样品有8份，硒含量1～10 mg/kg的样品有58份，硒含量0.2～1 mg/kg的样品有95份，硒含量低于0.2 mg/kg的样品有82份。

表2 不同采样点药用植物硒含量的分布情况Tab.2 Classification of medicinal plants from different regions based on plant Se level

2.2 不同药用植物的硒富集特性

从表3可以看出，硒含量超过10 mg/kg的有马桑、美丽胡枝子和华蟹甲等8种药用植物，除了鸢尾来自二级硒样地外，其余7种植物均来自一级硒样地，表明土壤硒含量的高低对植物硒含量有较大的影响。8种药用植物的SAC均大于2，茎叶类药材中，马桑的硒富集能力最强，为4.96，其次为美丽胡枝子和华蟹甲，SAC分别为3.83和3.07；根茎类药材鸢尾的SAC为8.42；全草类药材以堇叶碎米荠的富硒能力最强，SAC达76.60，其次为百脉根和蒲公英，SAC分别为5.63和2.57。从表3还可以看出，马桑、美丽胡枝子和华蟹甲等7种植物虽生长在硒背景相同的地区(恩施市新塘乡渔塘坝，ES-YTB)，但SAC存在显著差异，说明药用植物的富硒能力与植物种类有关。

从表4可知，硒含量为0.20～10 mg/kg的药用植物有32种。果实类药材中，以中华猕猴桃富硒能力最强，SAC达到1.03，其次为火棘和八月瓜，SAC分别为0.43和0.08；茎叶类药材富硒能力排名前三的分别为苍耳、地肤和绞股蓝，SAC分别为3.54、2.31和0.42；根茎类药材以川续断富硒能力最强，SAC为2.08，其次为天麻，SAC为0.32；全草类药材中以萱草富硒能力最强，SAC达到5.02，其次为山牛蒡和爵床，SAC分别为2.63和2.09。

表3 硒含量大于10 mg/kg的药用植物Tab.3 Medicinal plants with Se content>10 mg/kg

表4 硒含量为0.2～10 mg/kg的药用植物Tab.4 Medicinal plants with Se content of 0.2—10 mg/kg

续表4 硒含量为0.2～10 mg/kg的药用植物Tab.4(Continued) Medicinal plants with Se content of 0.2—10 mg/kg

2.3 不同硒含量土壤对药用植物硒富集特性的影响

从表5可见，同种药用植物生长在硒含量不同的土壤中，其硒富集特性存在差异。恩施市沐抚镇大山顶女儿湖(ES-NEH)的野棉花硒富集能力最强，SAC为4.07，其次为巴东野山关镇大甘坪村(BD-DGP)和恩施沙地乡花被村(ES-HB)的野棉花，SAC分别为3.59和1.73；恩施市沐抚镇高台村(ES-GT)的龙牙草富集能力最强，SAC为0.88，巴东野三关镇张家村(BD-ZJ)的龙牙草硒富集能力最弱，SAC为0.40；建始业州镇罗家坝村(JS-LJB)的牛膝硒富集能力最强，SAC为1.47，巴东野三关镇大甘坪村(BD-DGP)的牛膝硒富集能力最弱，SAC为0.16，JS-LJB牛膝硒富集能力是BD-DGP牛膝的9.2倍；宣恩县椿木营乡杉陀村(XE-ST)的青蒿硒富集能力最强，建始业州镇罗家坝村(JS-LJB)的青蒿硒富集能力最弱，两者SAC分别为2.00和0.22，相差8.1倍。

表5 药用植物在不同硒含量土壤上的富硒能力Tab.5 Selenium accumulation coefficient of medicinal plants in soils with different selenium levels

续表5 药用植物在不同硒含量土壤上的富硒能力Tab.5(Continued) Selenium accumulation coefficient of medicinal plants in soils with different selenium levels

2.4 药用植物硒含量与土壤硒含量的相关性

图1表明，茎叶果类药用植物、根茎类药用植物、全草类药用植物以及全部药用植物样品(剔除堇叶碎米荠等超聚硒植物)的硒含量与相应土壤硒含量均呈极显著正相关关系(P<0.01)，相关系数(r)分别为0.658 1、0.769 9、0.534 3和0.512 5。为进一步验证上述结论，以野棉花、龙牙草、牛膝和青蒿为例，对4种药用植物硒含量和土壤硒含量进行相关性分析(图2)。结果表明，野棉花和龙牙草的硒含量与土壤硒含量呈极显著正相关关系(P<0.01)，r分别为0.998 7和0.992 2；牛膝和青蒿的硒含量与土壤硒含量均呈显著正相关关系(P<0.05)，r分别为0.930 9和0.954 9。综上说明，药用植物硒含量与土壤硒含量存在显著正相关关系。

图1 入药部位不同的药用植物硒含量与土壤硒含量的相关性Fig.1 Pearson correlation between Se content of different medicinal part plants and soil Se content

图2 4种药用植物硒含量与土壤硒含量的相关性分析Fig.2 Pearson correlation between Se content of four medicinal plants and soil Se content

2.5 外源施硒对药用植物硒含量的影响

如图3所示，随着外源施硒浓度的提升，白术、川党参和绞股蓝硒含量上升，且呈极显著正相关关系(P<0.001，r分别为0.999 0、0.986 3和0.992 9)。3种药用植物(含药食同源植物)硒含量在不同浓度外源硒处理下均存在显著差异(P<0.05)。白术、川党参和绞股蓝硒含量分别在外源喷施硒肥20、40、32 mg/m2时达到最高，分别为4.59、0.95、9.32 mg/kg。可见，白术、川党参和绞股蓝均可通过外源喷施硒肥达到富硒(Se≥0.2 mg/kg，DBS42/002—2014)农产品标准。

不同小写字母表示处理间差异显著Different lowercase letters indicate significant difference at 0. 05 level between different treatments图3 叶面喷施不同浓度硒肥后药用植物硒含量Fig.3 Se content of medicinal plants under different levels of foliar Se application

3 结论与讨论

3.1 恩施州富硒药用植物和土壤资源概况

众多研究表明，恩施州拥有丰富的硒资源，植物和土壤硒含量是其他低硒地区的几十甚至几千倍[14,19]。目前,关于恩施州富硒植物资源调查的研究主要集中于常规农作物，例如白菜、玉米和土豆等[19]，而专门针对药用植物资源富硒情况展开调查的研究较少。本研究首次测定了恩施州马桑、美丽胡枝子和华蟹甲等药用植物的硒含量并对其富硒能力进行测定。结果显示，检测的168种药用植物中硒含量超过10 mg/kg的有8种，23.8%的药用植物都达到了富硒农产品标准，这表明恩施州的富硒药用植物资源非常丰富[14]，可作为富硒药品和保健品的天然原材料，具有很大的开发和利用价值。本研究还发现，堇叶碎米荠具有超强的富硒能力(硒含量为311.00 mg/kg，SAC=76.60)，可作为修复硒污染土壤的候选材料，这与YUAN等[17]和CUI等[18]的研究结果一致。有研究报道称，恩施州存在一种聚硒能力超强的植物，即堇叶碎米荠，其硒含量可达7 816 mg/kg[19]。米秀博等[24]发现，恩施地区自然生长的醉鱼草总硒含量可达531.4 mg/kg。本研究中，堇叶碎米荠和醉鱼草的硒含量并没有以往研究报道的那么高，这可能与以往研究采样地点为渔塘坝矿区，而本研究中2种药用植物采样地点为非矿区有关。恩施州土壤硒含量均值达到0.6 mg/kg，远超过全国的平均水平[19]，但不同地质背景和土壤类型下，土壤硒水平也存在较明显的差异[25]。调查的12个采样点中有1个采样点(恩施市新塘乡渔塘坝)土壤达到极富硒标准，9个采样点(新塘乡下坝村、沙地乡花被村和沐抚高台村等)土壤达到富硒标准，充分说明恩施州具有丰厚的土壤硒资源，且不同采样点土壤硒水平存在差异，这与以往的研究结果一致[14,19-20]。

3.2 药用植物硒含量的差异分析及其与土壤硒水平的关系

一般情况下，植物硒含量的大小主要受两方面的影响：土壤中可利用硒的多少、植物对硒的吸收能力[26]。以往研究表明，同一地区不同种类作物的富硒能力存在差异，不同地区同种作物的富硒能力也不尽相同[27]。以往关于恩施州富硒资源调查的研究往往单一测定土壤硒含量或植物硒含量，无法对植物的富硒能力进行判定，不利于富硒植物资源的高效开发和利用。本研究对恩施州药用植物和土壤硒含量进行同步检测，有效量化药用植物的硒富集能力。结果表明，同一采样点不同植物的富集能力存在明显差异。以恩施市新塘乡渔塘坝为例，渔塘坝硒含量大于10 mg/kg的药用植物有7种(堇叶碎米荠、马桑、美丽胡枝子、华蟹甲、醉鱼草、百脉根和蒲公英)，但堇叶碎米荠的富硒能力是其他几种药用植物富硒能力的13.6～29.8倍，且其他药用植物之间的富硒能力也存在明显差异，这与于振[27]的研究结果相似，说明不同种类的药用植物对土壤中硒的吸收能力存在较大差异[26]。研究结果还表明，同一种植物，如野棉花、龙牙草、牛膝或青蒿，在硒含量不同的土壤中生长，其SAC也存在显著差异，说明药用植物对硒的吸收能力不仅与植物种类有关，与其生存的土壤环境也存在密切联系[26-27]。作物对硒的吸收富集除了与植物种类、土壤pH值和土地利用类型有关，主要取决于土壤中硒含量的高低[28-29]。本研究中，无论是果实类、茎叶类、根茎类还是全草入药类的药用植物，其硒含量与土壤硒含量均呈极显著正相关关系。随机选取的野棉花、龙牙草、牛膝和青蒿4种药用植物，其硒含量与土壤硒水平也呈显著正相关，这与闫加力等[28]、万佐玺等[30]的研究结果类似，说明土壤硒水平是影响药用植物硒吸收富集的重要因素。

3.3 药用植物人工富硒栽培的可行性

按照国家卫生健康委员会规定，绞股蓝和白术可用作保健品原材料，党参按照传统既是食品又是中药材。研究表明，外源喷施硒肥是增加植物硒含量的重要手段[31-34]。张美德等[35]对绞股蓝喷施1.9～15.0 mg/m2硒肥(喷施3次)，使绞股蓝达到富硒农产品标准。ZHOU等[36]对白术喷施5～10 mg/m2硒肥(喷施4次)，发现适量硒肥可显著促进白术生长，增加其产量并获得富硒白术。周武先等[37]对川党参喷施10～20 mg/m2硒肥(喷施2次)，发现适量硒肥可提高川党参产量和硒含量，并显著增加党参多糖和炔苷含量。本研究结果显示，外源喷施硒肥可有效增加绞股蓝、白术和川党参的硒含量，使其达到富硒农产品标准，这与以往的研究结果一致[35-37]；且3种药食同源植物的硒含量与外源施硒浓度呈显著正相关关系，说明可以通过调节外源施硒浓度达到生产安全富硒中药材的目的。综上可知，在富硒土壤上种植药用植物或通过外源喷施硒肥均可提高药用植物硒含量，是生产安全富硒中药材(含药食同源植物)的有效方法。