硒元素调控富硒高褪黑素甜樱桃生产的探讨(综述)

孙协平，钟 美，梁 东，夏 萍，冉卫军，杨 沙，田 洁，黄胡铃，向宇慧，寇琳羚，罗友进

(1.长江师范学院现代农业与生物工程学院，重庆 408100；
2.四川农业大学园艺学院，四川成都 411130；
3.重庆市农业技术推广总站，重庆 401121；
4.重庆市农业科学院，重庆 401329)

目前，世界上生产种植的樱桃主要有甜樱桃[Cerasusavium(Linn.) Moench.]、中国樱桃[Cerasuspseudocerasus(Lindl.) G. Don]、酸樱桃(CerasusvulgarisMill.)、毛樱桃[Cerasustomentosa(Thunb.) Wall.]等。我国市场上主要销售的樱桃果实是前2种[1]，其中甜樱桃又称欧洲甜樱桃、大樱桃、车厘子，是蔷薇目蔷薇科樱属植物，原产于欧洲东南、亚洲西部以及非洲西北部地区。我国现有樱桃栽培面积约26.67万hm2，甜樱桃23.33万hm2[2]，是世界甜樱桃主要生产国之一。随着产业的发展，富硒(Se)高褪黑素甜樱桃的生产也将成为研究热点之一。那么，硒能否提高甜樱桃褪黑素的合成？本综述将系统分析甜樱桃、硒和褪黑素三者之间的关系，研究能否通过调控硒的施用技术来提高褪黑素含量，为富硒高褪黑素甜樱桃的生产提供依据。

甜樱桃因其早熟性和优良品质而深受消费者喜爱，这主要与其色泽、甜度、酸度、硬度等品质有关[3]，其果实中的总抗氧化活性、总酚类化合物、花青素和维生素C含量等品质也备受关注。甜樱桃果实总抗氧化能力为1.02 mmol/100 g，高于苹果(0.29 mmol/100 g)、香蕉(0.2 mmol/100 g)、梨(0.18 mmol/100 g)，略低于李子(1.06 mmol/100 g)、柑橘(1.14 mmol/100 g)等水果[4]。甜樱桃总酚类含量为44.3～87.9 mg 没食子酸/100 g[5]，维生素C含量为3.15～19.52 mg/100 g[6]。甜樱桃果质量一般为5.0～15.0 g，比中国樱桃和欧洲酸樱桃大。可溶性固形物含量与中国樱桃不相上下，比欧洲酸樱桃高[1，7-8]。某些品种甜樱桃的褪黑素含量高，对提升睡眠有极大的帮助[6，9]。

国内外已有许多果树运用于园林绿化中。甜樱桃树为多年生落叶乔木，可单株种植、丛植、列植或成片种植，适合种植在山地、平原、城市道路、别墅、花园、公园等地[10]，也可以种植在庭院中，而经过矮化后的甜樱桃可作为楼房家庭的阳台观赏植物。可从树形、花果型、花果香、叶色等方面欣赏[11]。单一品种花期虽在10 d左右，采用多品种交错种植可将花期延长20 d左右，达到美化乡村、促进观光旅游收入的效果。果的观赏价值主要体现在果色缤纷，从未成熟果的绿油油到成熟果的白、黄、橙、鲜红、紫、紫红、紫黑色以及2种颜色相间等，增加了视觉的美感。果实在形态上有心形、肾形、圆形、扁圆形、椭圆形、卵形等。甜樱桃种子清洗干净后，用塑料自封袋装好置于冰箱保鲜层，通过4～6个月的低温处理(0～7 ℃)，种子破壳萌发后进行盆栽播种，可观赏幼苗。

甜樱桃树的根、茎、叶、果实、核仁均可入药，随着甜樱桃种植面积的不断扩大，合理开发甜樱桃树资源，意义重大[12]。此外，甜樱桃树的叶子还可分离出沉香醇，占树叶中挥发性油总量的8.5%左右[13]，而沉香醇是一种非环状单萜，具有清甜的花香味，具有抗炎、抗氧化、镇定、抗菌及止痉挛等作用[14]。甜樱桃树心材为淡红色至棕色，纹理通直，可用作很好的表面加工材料[15]。

2.1 富硒水果的价值

20世纪70年代前，人们将硒定义为有毒害元素。随着人类认知水平的提高，世界卫生组织和国际营养组织把硒元素定义为人体和动物必需的微量元素。据中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会2017年发布的最新《中国居民膳食营养素参考摄入量》指出，成人每天硒平均需要量为 50 μg，最高摄入量为400 μg。我国39%～61%的人口硒摄入量低于26～34 μg/d[16]，摄入量严重不足。进入21世纪20年代，人们需求已经从“物质文化的需要”转变为“美好生活的需要”，饮食供应中的营养性和安全性必然会成为民生焦点。2022年我国已经步入老龄化社会，老龄化程度持续加深，预计2050年我国老年人口将增至总人口的1/3[17]。面临人体新陈代谢能力、机体各种功能逐渐减退等重要问题，人们可以通过食用既有营养又有保健功能的食品来实现“医食同源”，从而达到延年益寿、增强体质的目的。硒的营养价值和医疗保健价值也是研究热点之一。

食用富硒水果可作为一种重要手段，既能提高国民的硒摄入量，还能达到一定的保健作用。天然富硒农产品主要来自高硒地区，如湖北恩施、陕西紫阳等地。而我国是一个缺硒大国，在自然状态下水果的含硒量较低，鲜有达到富硒标准(10～50 μg/kg FW)[16，18]。通过土壤施用硒肥或者叶面喷施硒肥是获得富硒水果的主要途径之一[19]。富硒樱桃、苹果、梨、火龙果、葡萄、柑桔、荔枝、杨梅等应运而生。但富硒水果产品的市场价值尚未充分挖掘，仍然存在广阔的市场前景[20]。

2.2 硒对甜樱桃品质的影响

叶面喷施4种浓度的硒肥能够提高果实中的超氧化物岐化酶活性，降低丙二醛含量和脯氨酸的积累[21]。落花后，喷洒2次亚硒酸钠，间隔7 d分别喷硒浓度为10、20、40 mg/L亚硒酸钠的果实硒含量显著高于对照，并达到富硒食品标准[22]。在品质方面，叶面施用硒增加了单果质量和硬度，降低了可滴定酸和可溶性固形物含量，但均未达到显著水平；
同时提高了维生素C含量，10、20 mg/L的硒浓度处理达到显著水平[22]。硒对甜樱桃果实品质有一定的促进作用，这与硒在其他果树上施用的效果相似[23-24]。叶面喷洒不同浓度硒后，甜樱桃果实中的平均果质量、果实硬度、维生素C含量提高，可滴定酸含量降低，果实中硒含量随着硒浓度的增加而增加，且降低了重金属含量[21-22]。

与叶面喷施相比，根施硒肥能够显著提高硒的积累，并增加可食用部分的安全性[19，25]。此外，根施硒肥在提高果实产量和品质的同时，还能促进果树的生长、提高抗氧化水平[26-29]。目前，使用的硒肥形态主要包括硒酸盐、亚硒酸盐、硒粉、有机硒，其中硒酸盐对植物的损害度低于亚硒酸盐，并且植物对硒酸盐的富集转运能力高于亚硒酸盐[30-31]。商品化的硒肥种类繁多，对于多年生的果树应注重其肥料的利用率以及施用时间[26，32]。根施硒肥对甜樱桃品质的影响尚未见报道。早在1986年Angradi等研究表明，根系施用亚硒酸钠导致黑樱桃(PrunusserotinaEhrh.)的硒含量增加；
当土壤硒含量在10 mg/kg时，降低了幼树直径；
当叶片硒浓度为10 mg/kg(干质量)时，致死率为50%[33]。有研究指出，根施2 mg/L的硒酸钠、亚硒酸钠处理二年生的甜樱桃(布鲁克斯、红蜜)，甜樱桃叶片硒含量在硒酸钠处理下显著高于亚硒酸钠处理[34]。近期，笔者所在课题组也做了一系列根施硒处理对甜樱桃生长、生理以及果实品质方面的影响研究。根据前期研究结果，在2021年以重庆市丰都县高山区4年生休眠期甜樱桃为试验材料，以硒酸钠(硒酸盐)为硒源，并与田间生产的杂草堆肥相结合，利用环保无纺布袋组装成袋装肥，每株施用77 mg，分析两边(果树两侧)和一边(一侧)施用对萨米脱甜樱桃果实品质和硒含量的影响。2种施肥方式对甜樱桃单果质量、果核质量、果实横纵经、可溶性固形物、总酚含量影响不显著，但均能提高果实硒含量和维生素C含量，这与戚霄晨等的研究结果[22]相似，其中果实硒含量提高达到显著水平，而仅有一边施用维生素C含量与对照达到显著水平(表1)。试验中甜樱桃果实平均含水量为87.85%，通过折算，果实硒含量均大于0.01 mg/kg(鲜质量)，说明这2种施硒肥方式均能够获得富硒甜樱桃果实。综合考虑，采用一边施用方法较好，也较为省力。

表1 不同施肥方式对甜樱桃果实品质的影响

2.3 硒对甜樱桃褪黑素的影响

甜樱桃果实中含有褪黑素[N-乙酰基-5-甲氧基色胺(C13N2H16O2)]，该物质具有较强的保健功能，尤其在提高睡眠质量方面[6]，失眠患者口服剂量3 mg/d也能达到明显的治疗效果[35]。此外，褪黑素在镇痛、调节昼夜节律和繁殖周期、治疗骨质疏松和创伤性周围神经缺损、抑制癌细胞等方面都起到明显的作用[36-39]。李玲等对少硒地区甜樱桃叶片硒和褪黑素的含量进行分析，发现硒与褪黑素含量呈正相关，并初步筛选出硒和褪黑素含量相对较高的俄罗斯8号、红蜜、萨米脱、短枝一号品种，为发展富硒高褪黑素甜樱桃提供依据[40]。笔者所在课题组通过施用不同剂量的硒酸钠，发现低剂量硒酸钠对甜樱桃叶片褪黑素的含量影响不显著，而高剂量(96 mg/株)硒酸钠能促进褪黑素的积累[41]。硒对甜樱桃褪黑素的合成有一定的影响，并受硒的价态、品种、剂量等因素的影响[34，40-41]。在甜樱桃中根施褪黑素也能增加甜樱桃叶片硒含量[34]。

2.4 硒对甜樱桃生理的影响

不同形态硒对甜樱桃的生理特性也存在一定的影响。叶面喷施适量的亚硒酸钠可显著提高美早甜樱桃叶片中的超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛和脯氨酸的积累[21]。同时，根施硒酸钠2种施硒方式对叶片N、K、Ca以及Fe 含量影响不显著。但是两边施用处理下的叶片磷含量显著低于对照(表2)。

表2 不同施肥方式对甜樱桃叶片质量影响

3.1 植物体内褪黑素合成途径

褪黑素广泛存在于植物体内，在促进植物光合效率、提高果实品质、提高作物抗逆等方面起着重要作用，也可用于食品的保鲜和植物的生根剂、生长剂[42-44]。植物褪黑素合成途径比较复杂，与3-吲哚乙酸合成共用底物色氨酸[42，45-47](图1)。植物利用CO2通过莽草酸途径合成色氨酸，色氨酸在色氨酸脱羧酶 (TDC)、色胺-5-羟化酶(T5H)的作用下分别生成色胺、5-羟色胺。色胺依次经过 5-羟色胺乙酰转移酶(SNAT)、色胺-5-羟化酶(T5H)、咖啡酸-O-甲基转移酶(CAMT)作用，分别生成N-乙酰基色胺、N-乙酰5-羟色胺、褪黑素；
色胺也可以生成3-吲哚乙酸(尚未证实)来调控植物的生长。色氨酸在色氨酸羟化酶(TPH)作用下生成5-羟-色氨酸，5-羟-色氨酸在TDC酶作用下生成5-羟色胺，这条途径主要在动物体内进行。5-羟色胺再合成褪黑素有2种途径：一种是在SNAT/芳香烷基胺-N-乙酰基转移酶(AANAT)/CAMT、CAMT/N-乙酰5-羟色胺-O-甲基转移酶(ASMT)作用下产生N-乙酰5-羟色胺、褪黑素；
一种是在CAMT/ASMT、SNAT作用下产生5-甲氧酪胺/5-甲氧色胺、褪黑素。5-羟-色氨酸在ASMT作用下合成5-甲氧基色氨酸。动物和植物体内褪黑素合成途径有相似也有不同之处[48]。Zhao等研究表明，TDC是甜樱桃褪黑素合成限速酶，主要将色氨酸转化为色胺[49]。笔者所在课题组研究表明，李子5-羟色胺合成途径更像动物，即色氨酸→5-羟-色氨酸→5-羟色胺，TDC酶主要将5-羟-色氨酸脱羧为5-羟色胺[50]。由此推测，TDC酶是一种相对专一的酶，主要起到脱羧作用。在动物体内，羟基吲哚甲氧基转移酶(HIOMT)又名ASMT，是合成褪黑素中最关键的酶[51]，也是一种相对专一的酶，参与N-乙酰5-羟色胺合成褪黑素，也参与5-羟-色氨酸合成5-甲氧色氨酸，以及 5-羟-色胺合成5-羟基色胺；
在植物体内也参与了褪黑素合成以及5-甲氧色氨酸的合成(图1)。

3.2 甜樱桃褪黑素合成途径探索

褪黑素也普遍存在于水果中，甜樱桃中的褪黑素含量显著高于其他水果，并且高于哺乳动物中的褪黑素含量。研究发现不同地点、不同时间、不同采集方式下，不同甜樱桃品种中的褪黑素含量均有差异。褪黑素含量高的甜樱桃，其5-羟色胺含量有高有低，因此推断甜樱桃果实中褪黑素和5-羟色胺的含量不存在相关性[52]。也存在褪黑素含量高的同时5-羟色胺含量也高的品种，例如Pico Negro linon品种[53]。这可能是因为植物褪黑素的合成存在一条不通过5-羟色胺的途径，也或许是因为植物可以像动物体内5-羟-色氨酸在HIOMT作用下合成 5-甲氧色氨酸[54]，然后再在TDC、SNAT酶的作用下，生成褪黑素。而5-甲氧色氨酸能否通过TDC酶合成5-甲氧色胺，目前尚未见报道，需要进一步验证。甜樱桃不同器官褪黑素含量也存在一定的差异，其含量为幼果>成熟果实，幼叶>功能叶>老叶[55]，与葡萄中的含量规律相似[56]。一般逆境胁迫能够促进褪黑素的合成，如干旱、盐胁迫、冷害等非生物胁迫[56-57]。外源褪黑素处理方式中，甜樱桃果实在0 ℃处理45 d，发现外源褪黑素能够提高甜樱桃的褪黑素含量，并保持较好的营养物质含量，进一步研究表明，低温以及外源褪黑素处理均能促进果实TDC、T5H、SNAT、ASMT表达[58]。笔者所在课题组通过根系施用不同浓度的硒肥(硒酸钠)，发现不同剂量的硒也影响甜樱桃叶片TDC、T5H、SNAT、ASMT的表达(表3)。

表3 根施不同剂量的硒酸钠对4年生盆栽甜樱桃叶片TDC、T5H、SNAT、ASMT表达的影响

3.3 硒对甜樱桃褪黑素合成途径的影响

植物褪黑素是一个快速发展的研究领域，硒与褪黑素的关系依旧不够明确[59]。Li等研究指出不同形态硒处理番茄幼苗3 d，能够显著增加褪黑素合成前体如色胺、5-羟-色胺、褪黑素含量以及相关酶TDC、T5H、SNAT、ASMT的活性[60]。但Lee等研究指出，硒与褪黑素不存在相关性，褪黑素在水稻中的合成是不受硒诱导的[61]。也有研究表明，用硒酸钠短时间处理离体甜樱桃叶片，随着硒浓度的上升，褪黑素含量也会上升；
当硒浓度上升到一定值时，褪黑素含量会降到显著低于对照组[34]。然而，硒对植物存在双重作用：硒胁迫抑制植物生长和降低叶绿素含量时，褪黑素起到调节和保护的作用[62]；
当硒促进植物生长时，褪黑素变化的差异取决于植物种类、硒的形态和浓度以及其他因素。这让硒与褪黑素关系的研究变得更加复杂。根施亚硒酸钠与褪黑素能够增加甜樱桃叶片的硒含量，而亚硒酸钠和硒酸钠单独处理降低了叶片褪黑素含量，2种价态硒和褪黑素同时处理能够提高叶片褪黑素含量[40]。植物在外界环境下难免受到各种逆境胁迫，硒处理可能提高了其抗逆性，同时降低了叶片褪黑素的含量。Lee等研究指出，喷施外源褪黑素同样能够降低内源褪黑素的含量[61]。Zhao等研究也指出，甜樱桃褪黑素含量和丙二醛含量出现的峰值存在一定的重合，验证逆境胁迫可促进褪黑素合成[49]。顺境可能对褪黑素的合成影响不大，如果硒的价态以及浓度未达到硒胁迫水平，则对褪黑素的合成起到抑制作用。

4.1 生态效益明显

甜樱桃树姿优美、花型优雅，具有一定的观赏价值，可以结合乡村发展，建设环境友好型家园，可以达到不降低原有森林覆盖率、涵养水源、净化空气、防治水土流失等功效，维持生态平衡。

4.2 品种优势

我国山东地区最先于19世纪70年代引种栽培甜樱桃，先后从美国、德国、日本、俄罗斯、加拿大、乌克兰等国家引入50余个品种，其中美早、俄罗斯8号、萨米脱、拉宾斯、艳阳等品种成为优势种植区的主栽品种。迄今，我国选育出甜樱桃品种40余个，储备优系300余个[2]。国内品种红灯、蜜脆、福星、佳红、齐早等，主要种植在我国北方；
南方甜樱桃的种植面积也逐年增加，并选育出需冷量低、适应南方气候的江南红等品种。繁多的品种和储备优系为选育褪黑素高的品种提供了材料基础。

4.3 经济社会效益显著

由于甜樱桃具备巨大的市场潜力和较高的种植效益，我国甜樱桃种植面积不断扩大，在南方云、贵、川等冷凉高地也得到了蓬勃发展。发展富硒高褪黑素甜樱桃产品，既能够改善人体硒摄入水平，又能够增加甜樱桃的附加值，为果农创收。

甜樱桃经济价值高，而硒是人体必需微量元素，生产富硒甜樱桃是提高甜樱桃经济效益的有效途径之一，同时能够增加保健物质褪黑素的含量，实现一举两得的功效。然而，甜樱桃褪黑素合成途径尚有不明确之处，硒促进甜樱桃褪黑素合成的形态和剂量尚未见报道，富硒高褪黑素甜樱桃在生产上还处于空白阶段。甜樱桃对不同形态硒的吸收和转运能力存在差异，不同形态硒参与植物蛋白合成也存在差异。需要从硒形态、硒剂量、施用方法、施用时间等因素综合考虑，探索出硒剂量不超标、褪黑素含量高的技术。