硒是人類和動物生長發(fā)育所必須的一種微量元素。水稻是世界上最重要的農(nóng)作物之一,近一半人口以大米為主食。我國常年水稻種植面積4.5億畝左右,總產(chǎn)1.9億噸左右,占全國糧食作物種植面積的30%和總產(chǎn)量的40%。全國有60%以上人口以大米為主食,年消費稻谷近1.8億噸。我國稻米中的硒含量很低,而且有很大的差異,這主要是由水稻的品種和種植環(huán)境決定的。

      大米對于以其為主食的人群來說,是一種很重要的膳食硒來源。因此,通過生物強(qiáng)化的方式改善大米主食人群硒營養(yǎng)狀況是可行的。硒元素的有益效果是由被體內(nèi)消化的硒及其形態(tài)決定的,而不僅僅是總硒的含量,總硒含量已經(jīng)不足以用來評價富硒產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和生物活性。盡管葉面噴施出產(chǎn)的富硒大米的生物活性已被研究,為了理解富硒大米在體內(nèi)體外所表現(xiàn)的活性機(jī)理,.需要進(jìn)一步明確富硒大米中硒的詳細(xì)存在形式及其生物有效性。 

    本研究中,收集全國主要水稻產(chǎn)區(qū)不同品種大米樣品,分析大米中硒含量水平,評價產(chǎn)區(qū)居民硒的膳食營養(yǎng)狀況。以水稻為載體,通過葉面施肥的方式,將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為人體易吸收的有機(jī)硒。應(yīng)用金屬組學(xué)的研究方法,明確硒在稻米中的主要存在形態(tài),理解硒在水稻籽粒中的分布、吸收和轉(zhuǎn)運規(guī)律。從分子水平上闡明硒在大米中生物大分子的分布及在蛋白中的存在形態(tài),并用體外消化模擬法評價富硒大米蛋白硒的生物有效性。鑒定富硒大米中的含硒蛋白組,可望初步理解硒蛋白組的功能,解釋富硒水稻體內(nèi)體外活性的可能機(jī)理。 

      主要研究結(jié)果如下： 1.全國主要水稻產(chǎn)區(qū)市售大米的硒含量,均勻為0.022 mg/kg,不同品種大米的硒水平變輻較大,估算以大米為主食人群人均日硒攝入量為8.3-22.0μg/d,未達(dá)到中國營養(yǎng)學(xué)會的推薦值50μg/d。因此,若長期食用低硒大米,硒的攝入水平顯著偏低,對人體健康造成潛伏威脅。 2.通過水稻葉面噴施硒肥,大米硒含量從對照組的0.032 mg/kg明顯增加到0.207～1.790 mg/kg。精米,米糠,稻殼中的硒含量隨噴施濃度增加而線性增加,硒主要集中分布在米糠中。在噴施適當(dāng)濃度硒肥后,大米蛋白質(zhì)含量明顯進(jìn)步,而硒肥對稻谷產(chǎn)量和其它營養(yǎng)成份淀粉,脂質(zhì)和灰分沒有明顯性影響。跟著噴硒肥濃度的增加,大米中Cu, Hg, Pb和Cd的含量明顯降低。說明硒元素與重金屬Cu, Hg, Pb和Cd之間存在拮抗作用。

      在適當(dāng)?shù)?strong>硒肥濃度下有利于稻米中的Mn和Fe元素吸收。富硒大米和普通大米的氨基酸組成基本相似。 3.硒在富硒大米中,幾乎不存在脂肪中,僅占總硒的0.03%,而少量以無機(jī)硒形式存在,占總硒的2.48%。硒主要以有機(jī)硒形式存在,接近總硒的54%結(jié)合于清蛋白,球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白,在四類蛋白中,堿溶性谷蛋白是主要結(jié)合蛋白,占總硒31.3%。利用正交實驗優(yōu)化堿法提取富硒大米中含硒蛋白,最佳前提為,料液比1:20、NaOH濃度為0.08 M、提取溫度30℃和提取時間3 h,提取2次,在pH 4.5前提下沉淀蛋白。制備的富硒大米含硒蛋白純度為82.9%,硒含量進(jìn)步至9.09mg/kg。在體外模擬胃腸消化后,SEC-HPLC-ICPMS分析富硒大米含硒蛋白的消化液,主要以小分子量含硒多肽或含硒氨基酸存在,SeMet占總硒的52.3%。 4.以超聲波輔助,利用α-淀粉酶和蛋白酶ⅪⅤ順序酶解,樣品前處理時間從20h縮短為5h,同時避免了自然硒的形態(tài)轉(zhuǎn)變,尤其是SeMet,有效地將普通大米和富硒大米的硒的提取率進(jìn)步至92.8%和88.7%。利用IP-RP、SAX色譜聯(lián)用ICPMS和nanoESI-MS鑒定出富硒大米中的主要形態(tài)為SeMet,占86.7%,還存在6.8%的無機(jī)硒SeⅣ,SeⅥ、少量SeCys2和痕量SeOMet.葉面噴施硒肥后,水稻籽粒中硒的形態(tài)發(fā)生較大變化的是SeMet,普通大米中SeMet的硒含量由26.7%增至富硒大米的86.6%。大米中無機(jī)硒的主要形態(tài)為SeⅣ,富硒大米酶解液中無機(jī)硒的含量比普通大米略高,未發(fā)生較大變化。

      因此,水稻通過葉片吸收硒,在蛋白質(zhì)的合成的樞紐時期,共用了硫代謝過程中一系列酶作用下,沿著硫的吸收和代謝途徑,將硒轉(zhuǎn)運至水稻籽粒中,以SeMet形式貯存在蛋白質(zhì)中。 5.水提、鹽提、堿提和醇提方法硒的回收率分別為9.6%,16.8%、48.2%和14.9%,純化后的蛋白結(jié)合硒的量由大到小依次為堿溶谷蛋白球蛋白醇溶蛋白清蛋白。利用SEC-HPLC-UV-ICPMS測定四類蛋白分子量,結(jié)果表明,清蛋白和醇溶蛋白并不是硒的主要存在蛋白。硒主要存在于7 kDa的堿溶谷蛋白和球蛋白。富硒大米堿溶含硒蛋白F1分子量為199.8 kDa,胰蛋白酶水解組分F1,利用第二維色譜capHPLC-ICPMS和nanoHPLC-Chip/ITMS,鑒定出3個含硒多肽的序列和分子量信息,并結(jié)合質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索的方法,獲得3個可能的蛋白,但蛋白中并沒有SeMet的信息。