纳米硒的制备及其在作物品质改善中的应用

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0961

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (10): 17-23.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0961

纳米硒的制备及其在作物品质改善中的应用

廖若宇¹(), 孙悦¹, 刘新保¹, 牛莹¹, 黄艳华², 张春娥¹()

¹ 宁夏回族自治区粮油产品质量检测中心，银川 750001
² 吴忠市农产品质量安全检测中心，宁夏吴忠 751100

收稿日期:2022-11-22 修回日期:2023-02-01 出版日期:2023-04-05 发布日期:2023-03-27
通讯作者: 张春娥，女，1987年出生，陕西定边人，高级工程师，硕士，研究方向为食品添加剂及真菌毒素检测。通信地址：750001 宁夏回族自治区银川市金凤区上海西路101号宁夏回族自治区粮油产品质量检测中心检验科，Tel：0951-6986850，E-mail：zhchune@163.com。
作者简介:
廖若宇，女，1990年出生，重庆人，工程师，硕士，研究方向为粮油产品农药残留、食品添加剂及原粮质量指标检测。通信地址：750001 宁夏回族自治区银川市金凤区上海西路101号宁夏回族自治区粮油产品质量检测中心检验科，Tel：0951-6986850，E-mail：xiaoqibaihe@163.com。
基金资助:
宁夏自然科学基金项目“纳米硒技术对水稻增产提质效果研究”(2021AAC03436); 宁夏优秀人才支持计划

Preparation of Nano-selenium and Its Application in Crop Quality Improvement

LIAO Ruoyu¹(), SUN Yue¹, LIU Xinbao¹, NIU Ying¹, HUANG Yanhua², ZHANG Chun’e¹()

¹ Ningxia Hui Autonomous Region Grain and Oil Product Quality Inspection Center, Yinchuan 750001
² Wuzhong Agricultural Products Quality and Safety Testing Center, Wuzhong, Ningxia 751100

Received:2022-11-22 Revised:2023-02-01 Online:2023-04-05 Published:2023-03-27

摘要/Abstract

摘要：

文章总结了现有纳米硒的制备技术，并对不同制备技术的优势和劣势进行对比。综述了纳米硒在作物生长、改善产品品质、提高作物抗病虫害能力、延长货架期方面的研究，纳米硒在缓解重金属胁迫对作物生理生化、植物初级和次级代谢产物合成乃至农产品质量方面的影响。纳米硒在提升作物含硒量的同时，使农业产业不断提质增效，表现为调节作物体内微量元素含量、增强植株健康度、防治病虫害及降低作物减产和果实品质降低风险、抑制重金属元素积累等。总结前人科研成果的同时，将易于动植物吸收的纳米硒对农业及其他领域方面的优势进行汇总，为日后推进发展健康绿色农业和功能性农产品提供技术思路，同时为建设现代化产业体系注入科技力量。

关键词: 纳米硒, 制备方式, 外源硒肥, 抑制重金属, 作物

Abstract:

This paper summarized the existing preparation technologies of nano-selenium, and compared the advantages and disadvantages of different preparation technologies. The research of nano-selenium’s role in improving crop growth, product quality and crop resistance to diseases and pests, and extending shelf life was reviewed. At the same time, the alleviation effects of nano-selenium on crop physiology and biochemistry, plant primary and secondary metabolite synthesis, and agricultural product quality under heavy metal stress were explored. While increasing the selenium content of crops, nano-selenium can continuously improve the quality and efficiency of agricultural industry, which is reflected in regulating the content of trace elements in crops, enhancing plant health, preventing and controlling pests and diseases, reducing the risk of crop yield reduction and fruit quality deterioration, and inhibiting the accumulation of heavy metals. Summarizing previous scientific research achievements is conducive to understanding the benefits of nano-selenium, which is easy to be absorbed by animals and plants, to agriculture and other fields, providing technical ideas for the development of healthy and green agriculture and functional agricultural products, and impelling the modern industrial system construction with scientific and technological strength.

Key words: nano-selenium, preparation method, exogenous selenium fertilizer, inhibition of heavy metals, crops

廖若宇, 孙悦, 刘新保, 牛莹, 黄艳华, 张春娥. 纳米硒的制备及其在作物品质改善中的应用[J]. 中国农学通报, 2023, 39(10): 17-23.

LIAO Ruoyu, SUN Yue, LIU Xinbao, NIU Ying, HUANG Yanhua, ZHANG Chun’e. Preparation of Nano-selenium and Its Application in Crop Quality Improvement[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(10): 17-23.

图/表 4

参考文献 62

[1]	李栋, 李佳奇, 连文超, 等. 农药胁迫和硒元素等干预对作物品质的影响[J]. 食品安全质量检测学报, 2019, 10(19):6422-6431.
[2]	赵世宇, 仝璐遥, 代文静, 等. 不同浓度纳米硒对草莓果实品质的影响[J]. 农业科技通讯, 2022(2):166-169.
[3]	田金宝. 红色单质硒(Se⁰)的制备及其抗鲤春病毒血症病毒(SVCV)的研究[D]. 武汉: 湖北大学, 2020.
[4]	苏文. 生物质还原亚硒酸原位纳米硒合成及其抑制溶藻弧菌机制研究[D]. 西安: 陕西科技大学, 2021.
[5]	王钰婷. 纳米硒合成菌株的筛选及产硒机理和应用研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2019.
[6]	黄轶驰, 田红旗. 纳米硒制备方法、抗氧化作用机制及临床应用研究进展[J]. 山东医药, 2021, 61(6):103-108.
[7]	EL-BATAL A I, MOSALLAM F M, GHROAB M M, et al. Factorial design-optimized and gamma irradiation-assisted fabrication of selenium nanoparticles by chitosan and Pleurotus ostreatus fermented fenugreek for a vigorous in vitro effect against carcinoma cells[J]. International journal of biological macromolecules, 2020, 156:1584-1599. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.11.210 URL
[8]	NASTULYAVICHUS A, KUDRYASHOV S, SMIRNOV N, et al. Antibacterial coatings of Se and Si nanoparticles[J]. Applied surface science, 2019, 469:220-225. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.11.011
[9]	廖学红, 李曙照. 微波合成纳米硒化镉[J]. 微纳电子技术, 2005, 42(11):529-531.
[10]	苏文, 杨辉, 董腾达, 等. 纳米硒制备方法研究进展[J]. 食品工业, 2021, 42(1):280-284.
[11]	黄家兴, 董晓莉, 陆家谦, 等. 一种纳米硒水溶胶及其制备方法与应用[P]. 中国专利, CN110876754B, 2022-04-15.
[12]	赵燕禹, 郭英凯, 齐国鹏, 等. 液相还原法制备纳米硒及其表征[J]. 河北工业大学学报, 2013, 42(4):35-38,43.
[13]	李志林, 滑鹏敏. 复配表面活性剂模板法制备纳米硒[J]. 应用化工, 2009, 38(2):212-215.
[14]	余翀. 纳米硒的制备及其对丁苯橡胶交联结构与性能的影响[D]. 广州: 华南理工大学, 2020.
[15]	MELLINAS C, JIMÉNEZ A, MARIA C G. Microwave-assisted green synthesis and antioxidant activity of selenium nanoparticles using Theobroma cacao L. Bean shell extract[J]. Molecules, 2019, 24(22):1-20. doi: 10.3390/molecules24010001 URL
[16]	CHUNG S, ZHOU R H, WEBSTER T J. Green synthesized BSA-Coated selenium nanoparticles inhibit bacterial growth while promoting mammalian cell growth[J]. International journal of nanomedicine, 2020, 15:115-124. doi: 10.2147/IJN.S193886 pmid: 32021168
[17]	李小芳, 冯小强, 章志典, 等. 羧甲基壳聚糖软模板法制备纳米硒[J]. 材料科学与工程学报, 2013, 31(6):886-890.
[18]	张亚玲, 徐苏, 孙兆博, 等. 纳米硒的生物合成方法研究进展[J]. 广东化工, 2021, 48(24):8-10.
[19]	郭振. 高效合成纳米硒菌株的筛选、条件优化及功能研究[D]. 淮安: 淮阴工学院, 2021.
[20]	杨颖, 厉舒祯, 范书伶, 等. 贪铜杆菌Cupriavidus sp. SHE细胞上清液合成纳米硒[J]. 生物工程学报, 2020, 36(6):1162-1169.
[21]	周驰. 纳米硒的生物合成及其抑菌活性的研究[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2018.
[22]	范书伶, 王平, 张珩琳, 等. 环境中硒的迁移、微生物转化及纳米硒应用研究进展[J]. 科学通报, 2020, 65(26):2853-2862.
[23]	PUCCINELLI M, MALORGIO F, ROSELLINI I, et al. Production of selenium-biofortified microgreens from selenium-enriched seeds of basil[J]. Journal of the science of food and agriculture, 2019, 99(12):5601-5605. doi: 10.1002/jsfa.9826 pmid: 31149731
[24]	CAO L, ZHU J, LI N. Selenium-agarose hybrid hydrogel as a recyclable natural substrate for selenium-enriched cultivation of mung bean sprouts[J]. International journal of biological macromolecules, 2022, 194:17-23. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.11.091 URL
[25]	胡万行, 石玉, 程玉琦, 等. 纳米硒对紫色马铃薯生长及其矿质元素含量和品质特性的影响[J]. 西北植物学报, 2020, 40(2):296-303.
[26]	李乐. 外源硒对番茄生物效应和硒累积的影响[D]. 银川: 宁夏大学, 2020.
[27]	LIANG Y K, SU Y, LI L, et al. Quick selenium accumulation in the selenium-rich rice and its physiological responses in changing selenium environments[J]. BMC plant biology, 2019, 19(1):559. doi: 10.1186/s12870-019-2163-6 pmid: 31847801
[28]	覃柳兰, 梁祖珍, 庄映红, 等. 微生物纳米硒在蔬菜栽培中的应用研究初报[J]. 南方园艺, 2021, 32(3):19-21.
[29]	白娅男, 李慧敏, 谢菀萱, 等. 叶面喷施纳米硒硅肥对甘蔗富硒效果的影响[J]. 甘蔗糖业, 2019(4):7-12.
[30]	ZAHEDI S M, HOSSEINI M S, MEYBODI N, et al. Mitigation of the effect of drought on growth and yield of pomegranates by foliar spraying of different sizes of selenium nanoparticles[J]. Journal of the science of food and agriculture, 2021, 101(12):5202-5213. doi: 10.1002/jsfa.v101.12 URL
[31]	RADY M M, DESOKY E M, AHMED S M, et al. Foliar nourishment with nano-selenium dioxide promotes physiology, biochemistry, antioxidant defenses, and salt tolerance in Phaseolus vulgaris[J]. Plants, 2021, 10:1189. doi: 10.3390/plants10061189 URL
[32]	IKRAM M, RAJA NI, JAVED B, et al. Foliar applications of bio-fabricated selenium nanoparticles to improve the growth of wheat plants under drought stress[J]. Green processing and synthesis, 2020, 9:706-714. doi: 10.1515/gps-2020-0067 URL
[33]	姬玉梅. 外源硒对小麦品质特性及籽粒硒含量的影响[J]. 粮食问题研究, 2020(4):49-54.
[34]	朱珍华. 一种防止病虫害的纳米硒植物叶面肥的制备方法[P]. 中国专利, CN114085113A,2022-02-25.
[35]	宋会明, 贺敬芝, 梁军, 等. 叶面喷施纳米硒肥对金丝小枣产量和品质的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2021(4):203-207.
[36]	HE P P, LV X Z, WANG G Y. Effects of Se and Zn supplementation on the antagonism against Pb and Cd in vegetables[J]. Environment international, 2004, 30(2):167-172. pmid: 14749105
[37]	SCHIAVON M, ACQUA S D, MIETTO A, et al. Selenium fertilization alters the chemical composition and antioxidant constituents of tomato (Solarium lycopersicon L.)[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2013, 61(44):10542-10554. doi: 10.1021/jf4031822 URL
[38]	ZHU Z, ZHANG Y B, LIU J, et al. Exploring the effects of selenium treatment on the nutritional quality of tomato fruit[J]. Food chemistry, 2018, 252:9-15. doi: S0308-8146(18)30071-2 pmid: 29478567
[39]	王玮, 杨万仁, 王锐. 纳米硒对水稻产量与品质的影响[J]. 安徽农学通报, 2022, 28(4):77-78.
[40]	吴焕焕, 张虹, 任志红, 等. 叶面喷硒对茶树叶片光合特性及产量的影响[J]. 山东农业科学, 2021, 53(6):64-68.
[41]	梁祎, 郝文琴, 石玉, 等. 不同光周期下叶面喷施纳米硒对生菜生长和品质的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2022, 30(1):82-91.
[42]	LI D, ZHOU C, ZHANG J, et al. Nano-selenium foliar applications enhance the nutrient quality of pepper by activating the capsaicinoid synthetic pathway[J]. Agricultural and food chemistry, 2020, 68:9888-9895. doi: 10.1021/acs.jafc.0c03044 URL
[43]	LI D, AN Q, WU Y, et al. Foliar application of selenium nanoparticles on celery stimulates several nutrient component levels by regulating the α-linolenic acid pathway[J]. ACS sustainable chemistry & engineering, 2020, 8:10502-10510.
[44]	REPETSKAYA A I, YURKOVA I N, OMELCHENKO A V, et al. Effects of selenium nanoparticles on increasing the salt tolerance of some annual flower crops[J]. Acta horticulturae, 2021, 1324:421-425.
[45]	AMIN M A, ISMAIL M A, BADAWY A A, et al. The potency of fungal-fabricated selenium nanoparticles to improve the growth performance of Helianthus annuus L. and control of cutworm Agrotis ipsilon[J]. Catalysts, 2021, 11(12):1551. doi: 10.3390/catal11121551 URL
[46]	EL-SAADONY M T, SAAD A M, NAJJAR A A, et al. The use of biological selenium nanoparticles to suppress Triticum aestivum L. crown and root rot diseases induced by Fusarium species and improve yield under drought and heat stress[J]. Saudi journal of biological sciences, 2021, 28(8):4461-4471. doi: 10.1016/j.sjbs.2021.04.043 URL
[47]	余婷婷, 袁莲莲, 李莹, 等. 纳米硒化荧光假单胞菌KBD-1菌株对烟草病毒病的抑制作用[J]. 中国烟草科学, 2021, 42(5):43-49.
[48]	夏云磊, 王飙. 纳米农药水性制剂在裕安区水稻病虫害防治上的应用研究[J]. 新农业, 2021(17):6-7.
[49]	WAR A R, SHARMA H C, PAULRAJ M G, et al. Herbivore induced plant volatiles: Their role in plant defense for pest management[J]. Plant signaling & behavior, 2011, 6(12):1973-1978.
[50]	MITRA P, DAS S, DEBNATH R, et al. Identification of Lathyrus sativus plant volatiles causing behavioral preference of Aphis craccivora[J]. Pest management science, 2021, 77:285-299. doi: 10.1002/ps.v77.1 URL
[51]	ZHOU Chunran, LI Dong, SHI Xinlei, et al. Nanoselenium enhanced wheat resistance to aphids by regulating biosynthesis of DIMBOA and volatile components[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2021, 69(47):14103-14114. doi: 10.1021/acs.jafc.1c05617 URL
[52]	WU J, LI R, LU Y, et al. Sustainable management of cadmium-contaminated soils as affected by exogenous application of nutrients: A review[J]. Journal of environmental management, 2021, 295:113081. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.113081 URL
[53]	GROVER Minakshi ALI SK Z, SANDHYA V, et al. Role of microorganisms in adaptation of agriculture crops to abiotic stresses[J]. World journal of microbiology & biotechnology, 2011, 27(5):1231-1240. doi: 10.1007/s11274-010-0572-7 URL
[54]	TIWARI S, LATA C. Heavy metal stress signaling and tolerance due to plant-associated microbes: An overview[J]. Frontiers in plant science, 2018, 9(4):452-463. doi: 10.3389/fpls.2018.00452 URL
[55]	LI D, ZHOU C R, WU Y L, et al. Nanoselenium integrates soil-pepper plant homeostasis by recruiting rhizosphere-beneficial microbiomes and allocating signaling molecule levels under Cd stress[J]. Journal of hazardous materials, 2022, 432:128763. doi: 10.1016/j.jhazmat.2022.128763 URL
[56]	王曙光, 亓文钰, 宋超. 缓解叶菜类蔬菜种植土壤镉胁迫的生物制剂及其应用[P]. 中国专利, CN111096202B,2021-09-17.
[57]	韦燕燕, 张增裕, 顾明华, 等. 一种纳米硒的制备及其在水稻籽粒降镉富硒的方法[P]. 中国专利, CN112921055A,2021-06-08.
[58]	QI W Y, LI Q, CHEN H, et al. Selenium nanoparticles ameliorate Brassica napus L. cadmium toxicity by inhibiting the respiratory burst and scavenging reactive oxygen species[J]. Journal of hazardous materials, 2021, 417:125900. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.125900 URL
[59]	于焕云, 崔江虎, 乔江涛, 等. 稻田镉砷污染阻控原理与技术应用[J]. 农业环境科学学报, 2018, 37(7):1418-1426.
[60]	BONGEKILE N, SORAYA M, EUGENIE K, et al. Review advances in green synthesis of selenium nanoparticles and their application in food packaging[J]. International journal of food science & technology, 2021, 56(6):2640-2650.
[61]	肖锡湘. 纳米硒复合包装材料的制备及其在果蔬保鲜中的应用[D]. 泉州: 华侨大学, 2020.
[62]	VERA P, CANELLAS E, NERÍN C. New antioxidant multilayer packaging with nanoselenium to enhance the shelf-life of market food products[J]. Nanomaterials, 2018, 8(10).

纳米硒制备方式	制备原理	制备手段	纳米硒粒径尺寸范围	方法优势	方法不足	文献
物理合成法	利用仪器或物理手段，在特定条件下将硒盐溶液制成纳米硒	激光烧蚀、微波辐射、水热处理、物理蒸发、电化学法等	5~200 nm	制备速度快，稳定性好，纯度高，不受其他化学物质污染	制备设备成本较高、合成环境危险、粒子粒度分布不易控制等	[3]
化学还原法	氧化剂（亚硒酸钠或二氧化硒）与强还原剂结合发生氧化还原反应制备纳米硒	溶胶-凝胶法、液相还原法、模板法等	10~100 nm	操作过程简单，并且能够实现在原子或分子水平上组装，同时其粒子尺寸、晶型以及形状可控	稳定性、生物相容性以及生物活性大幅降低	[10⇓⇓]~[13]
生物合成法	借助微生物或植物自身新陈代谢作用将环境中的硒酸盐还原为纳米硒	细菌、酵母、霉菌、蕈菌、子囊菌、藻类、虫草和原生生物、植物等	50~250 nm之间，且大部分在200 nm以下	纳米硒粒径小、结构均匀稳定、耐高温、安全并且环境友好，目前已经成为制备纳米硒的主流方式	微生物及植物转化纳米硒的机制尚未研究清楚	[3⇓]、[5]、 [18]

纳米硒制备方式	制备原理	制备手段	纳米硒粒径尺寸范围	方法优势	方法不足	文献
物理合成法	利用仪器或物理手段，在特定条件下将硒盐溶液制成纳米硒	激光烧蚀、微波辐射、水热处理、物理蒸发、电化学法等	5~200 nm	制备速度快，稳定性好，纯度高，不受其他化学物质污染	制备设备成本较高、合成环境危险、粒子粒度分布不易控制等	[3]
化学还原法	氧化剂（亚硒酸钠或二氧化硒）与强还原剂结合发生氧化还原反应制备纳米硒	溶胶-凝胶法、液相还原法、模板法等	10~100 nm	操作过程简单，并且能够实现在原子或分子水平上组装，同时其粒子尺寸、晶型以及形状可控	稳定性、生物相容性以及生物活性大幅降低	[10⇓⇓]~[13]
生物合成法	借助微生物或植物自身新陈代谢作用将环境中的硒酸盐还原为纳米硒	细菌、酵母、霉菌、蕈菌、子囊菌、藻类、虫草和原生生物、植物等	50~250 nm之间，且大部分在200 nm以下	纳米硒粒径小、结构均匀稳定、耐高温、安全并且环境友好，目前已经成为制备纳米硒的主流方式	微生物及植物转化纳米硒的机制尚未研究清楚	[3⇓]、[5]、 [18]

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[1]	张天成, 何昊, 李丹丹, 吴泽, 潘非凡, 张泰, 杨书运. 基于GIS的作物生产力专题图系统设计与实现[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 153-157.
[2]	王鹏, 王军广, 陈旸, 许国强, 张固成, 曾广骅, 张东强. 海南岛东部主要农作物和土壤中重金属的相关性及富集特征研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(5): 75-80.
[3]	文君慧, 姚贝贝, 蔡健英, 朱祺, 钟国华. 吡唑萘菌胺及混剂防治4种瓜类白粉病的田间应用技术[J]. 中国农学通报, 2023, 39(4): 112-118.
[4]	孙歌, 接伟光, 胡崴, 张颖智, 乔巍, 魏丽娜, 姜怡彤, 白莉. 菌根真菌及菌根辅助细菌对农作物发育的影响研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 88-92.
[5]	周小红. 基于多元回归分析的农作物产量估测模型研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 152-156.
[6]	殷婷婷, 李志慧, 苏佳贺, 吴世迪, 徐红岩, 贺帅, 刘培, 李相前. 生物法制备纳米硒的研究进展和应用前景[J]. 中国农学通报, 2022, 38(8): 33-41.
[7]	王志强, 杨建锋, 石天池. 宁夏石嘴山地区主要粮食作物铜含量特征及影响因素分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(32): 45-54.
[8]	马悦梅, 王荣党. 基于比较优势理论的云南省主要粮食作物优势指数化测度[J]. 中国农学通报, 2022, 38(30): 141-150.
[9]	张慧敏, 鲍广灵, 周晓天, 高琳琳, 胡宏祥, 马友华. 严格管控类耕地特定农作物重金属安全性评估[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 52-58.
[10]	周艳丽, 刘娜, 於丽华, 卢秉福, 张文彬, 刘晓雪. 土壤机械压实及其对作物生长的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(28): 83-88.
[11]	聂晓瑀, 于春静, 卢倩, 崔继哲. 微生物在农作物秸秆好氧堆肥过程中的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(26): 76-81.
[12]	权莹, 张晓娟, 赵辉, 孙晓敏, 马秀奇. CRISPER/Cas9系统在植物基因组定点修饰及作物遗传育种中的应用研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(26): 9-14.
[13]	段永红, 余亚莹, 唐潇, 邓晶. 地方农作物种质资源库建设的建议与思考[J]. 中国农学通报, 2022, 38(22): 139-144.
[14]	王文军, 王道中. 砂姜黑土区小麦玉米轮作制下有机肥适宜替代比例研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(15): 78-84.
[15]	黎景锐, 王谢, 罗怀良, 张建华. 四川省农作物种植结构与气候变化耦合协调性研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(12): 69-73.