硒在人体中起什么作用（人体中硒的作用）

前言

硒具有增加植物抗逆性、降低重金属胁迫和减少植物吸收重金属的能力。 Se之所以能缓解重金属的胁迫，主要是由于 Se在植物体内转化而来的相关产物的生理生化作用的综合效应。

硒是由谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）催化产生的一种必须的物质，可通过谷胱甘肽（GSH）催化产生的有害物质转化为无害物质，从而清除重金属诱导的自由基。

硒能活化植物鳌合肽（PC）合成酶，提高 PC合成的前体，让植物产生更多的PC，形成更多的重金属-PC配合物。Se还能和重金属形成的大分子的复合物，减轻其毒性。硒可以与多种重金属发生拮抗作用，从而降低植物对重金属的吸收。

随着我国工业的快速发展，人口的不断增加，农业的现代化和城市化的快速发展，导致了我国土壤的严重污染，尤其是重金属的污染，已经成为一个全球性的环境问题。

2014年4月17日，由环境保护部和国土资源部联合公布的全国水土保持现状调查公告显示，在全国范围内，土壤点位的重金属超标比例为16.1%，耕地点位的重金属超标准比例为19.4%，其中 Cd、 Hg、 As、 Cu、 Pb、 Cr、 Zn、 Ni等8种元素点位的超标准比例为分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。

重金属元素在土壤中的长期滞留与积累，对生态环境与人类健康构成严重威胁。重金属在环境、农产品等的污染具有持久性、强烈的生物毒性等特点，可经土壤作物体系进行转移、富集，并在食物链富集，对农产品质量安全造成威胁。

因此，如何有效地控制农作物对土壤重金属的吸收，以达到减少农作物重金属污染、保证粮食安全的目的，是当前亟待解决的重要问题。

硒是人体所需的微量元素，有抗氧化、抗癌、增强免疫等作用。尽管硒不是植物生长必需的元素，但对植物的生长发育有一定的影响，还可以参与调节植物的光合和呼吸作用，抵御植物体内自由基伤害，增强其抗逆能力，还可以与重金属起到拮抗作用。

近年来，大量的研究发现， Se可以与多种重金属发生拮抗作用，从而降低植物对重金属的吸收。因此，研究 Se在植物对重金属的吸收过程中的作用机制，对减少重金属进入食物链、增加作物体内 Se的积累，具有十分重要的意义。

Se 的抗氧化作用

在重金属离子的作用下，植物产生了丰富的 ROS，导致了生物膜的过度氧化，进而使生物膜的结构和功能的破坏，并最终导致了生物膜的完整性下降。近年来，国内外学者已证实硒具有一定的抗氧化功能，可减轻重金属对植物的胁迫。

比如， Se可以缓解 Cd对植物幼苗生长的抑制作用，使保护性酶的活性得到改善，叶片中 Cd含量降低，缓解植物的氧化胁迫，降低脂质过氧化反应。Feng等人认为Se对重金属的拮抗作用主要表现在调节生物体内的活性氧和抗氧化剂、重建细胞膜和叶绿体组织、阻碍重金属的吸收和转运、改变重金属的存在形态等几个方面。

一些学者利用小白菜进行研究，发现合适浓度的外源 Se （Ⅳ）和 Se （Ⅵ）都能增强其抗氧化作用，还能促进叶绿素的合成和生长。在莴苣菜中，也发现这两种形态的 Se具有抗氧化和促进生长的作用。

另外，我们还发现，硒可以增加绿豆幼苗体内抗氧化酶（SOD, CAT, POD，谷胱甘肽还原酶），增加金属硫蛋白，硫醇，谷胱甘肽巯基转移酶的含量，从而减轻了绿豆被重金属的胁迫。

同时，我们还发现，膜质过氧化产物MDA（丙二醛）的含量、O2-的产生速率和自由基的生成量会随着Se浓度的增加而降低。在受 Cd毒害的水稻幼苗中，经过激烈的过氧化作用， POD的活性明显提高， SOD和 CAT活性下降，而 Se则抑制了水稻幼苗激烈的过氧化作用，降低了 POD活性，增加了 SOD和 CAT活性。由此可以看出，添加 Se在抑制植物体内的过氧化作用中，起着十分重要的作用。

在对小麦生长的土壤喷施 Na₂SeO₄后，我们发现在小麦叶片中，谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）显著增加，Se是GSH-Px的必需成分，Se-半胱氨酸是该酶活性中心的必需因子，GSH-Px可以利用谷胱甘肽（GSH）将有害的过氧化物还原成无害的羟基化合物，从而清除氧化性强的自由基，保护细胞膜的结构及功能的完整性，对分子损伤部位进行修复。

Jamall 等在动物体的的内发现了 Se的抗氧化作用，这是因为SeO32+使得Cd2+的有效位置从GSH-Px转移到 Se非特异性结合蛋白所提供的不敏感结合位置，从而使组织有足够活性的GSH-Px而发挥抗氧化作用。

也有人认为，硒可通过激活GSH-Px合成相关的特定基因，增加酶的含量，增加酶的活力，使其具有抗逆能力；同时，硒还会影响到生物体中另一种重要的 ROS防御酶——过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）的活性，我们发现，低浓度的硒可以活化这两种酶，提高植物的抗氧化能力。

硒通过消除重金属胁迫的有害氧化物、保持细胞内氧化还原状态、保护细胞膜的结构与功能的完整性，增强植物对重金属胁迫的抵抗力，是硒减轻重金属胁迫的重要机理之一。

Se 对叶绿体的修复

在重金属对植物的毒害作用中，植物体内叶绿素含量的下降是一种常见的现象，许多研究都显示， Se可以提高绿素含量和修复受损的叶绿体，可以在一定程度上减轻重金属的伤害。

陈平等人的研究表明， Se可以减轻 Cd 对水稻植株的伤害，同时还可以增加水稻植株的叶绿素含量，增加植株的干物质累积量。施用硒后，茶树叶片的叶绿素含量比对照提高了48%；低浓度硒（≤8 mg·kg-1）能显著提高叶绿素 a、 b及类胡萝卜素的含量。

苗期施硒水平与油菜叶片叶绿素含量很显然的呈正相关关系；Na2SeO3还可提高叶绿素的含量，并促使叶绿素前体5-氨基乙酰丙酸（ALA）生成。

硒在叶绿体中的作用机制，主要是由于硒可以通过调节胆红素脱氨酶（PBGD）和带有-SH的5-氨基乙酰丙酸酯（ALAD）之间的交互作用，进而影响叶绿素的生物合成。

谷巍等人提出，重金属会引起叶绿体双分子层结构的破坏，导致细胞内底物堆积性的瓦解；而硒可以提高植物对P、K、Ca、Mg、Zn等元素的吸收，并可以促进原叶绿素酸还原酶的合成，并对叶绿体双分子层进行修复.

因此，重金属可以通过与叶绿体内的- SH 或Fe2+和Mg2+结合，导致叶绿体的结构与功能受损，导致叶绿素发生降解。与单一Cd胁迫相比，添加外源Se可以提高菠菜的叶绿素含量，并可能通过硒激活细胞膜上的酶而修复其代谢转运等功能。

叶绿体结构与功能的完整性对于植物具有非常重要的作用，硒能够提高叶绿素的含量，并通过对叶绿体的保护来抵御重金属的伤害，这也是硒减轻重金属胁迫的一个重要机理。

Se-重金属复合物的形成

Se通过与重金属形成Se-重金属复合体，降低植物对重金属的吸收，减轻其生物化学毒性。研究发现，Cd2+能够与蛋白质及酶的巯基结合，进而对蛋白质及酶的活性产生影响。

但是，Se属于一种比 S更软的碱，根据软硬酸碱规则，在理论上， Se可以优与Cd2+结合，形成Se-Cd复合物，使Cd2+成为一种稳定无毒的Se-Cd大分子配合物。

Flora等经研究同样推测， Se对 Cd毒性的拮抗作用是由于 Se和 Cd的相互作用形成了可逆的Se-Cd复合物，从而使生物体内游离态 Cd的浓度下降，进而极大地降低了 Cd的毒性。然而， Nishiyama等人却发现，Se-Cd复合物会被解离，并且解离后的Cd又会产生毒性作用。

迄今为止，人们已经证实了Se和Cd在动物中的拮抗效应，并认为Se和Cd的拮抗机制是：

4GSH+H2SeO3=GSSeSG+GSSG+3H2O

GSSeSG+GS-=GSSe-+GSSG

2GSSe-+Cd2+=GSSe-Cd-SeSG

廖琳等人也提出Se可以和重金属结合，从而减轻其对环境的污染。本课题组前期通过对大葱对Se与Hg的相关性进行了研究，发现提高土壤Se含量能够明显减少作物地上部无机汞的积累，同时，在水稻研究中也发现，提高土壤Se能够抑制作物地上部分对无机汞和甲基汞的吸收、运输和富集，从而减轻Hg的毒性。

一些学者认为， Se缓解 Hg毒害的机理是由于在土壤中的植物根际部位在有机酸的作用， Se与 Hg形成了难溶于水的 HgSe (pKsp=-645)，从而降低了 Hg的溶解性，从而减少了植物对 Hg的吸收，并且在大葱根系表面检测到 HgSe，在 Se影响大蒜 Hg吸收的试验中，从大蒜根系和鳞茎部位也检测到了 HgSe的存在。

Se 与植物螯合肽

植物螯合肽是植物缓解重金属胁迫的重要物质，PC是Grill等一地刺在Cd胁迫蛇根木的植物细胞中分离得到的物质，是一种由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸三种氨基酸组成的鳌合多肽，含有大量的巯基，对于重金属具有较大的亲和力，可与多种重金属离子进行相互作用，让重金属离子失去了活性，从而降低其对植物的毒害作用。

谷胱甘肽（GSH）是合成PC的前体，而且在合成PC的细胞中发现了PC合成酶这类酶在重金属离子的激发下，可以催化PC的形成。

通常情况下，当重金属离子穿透细胞壁和细胞膜进入细胞质后，激活 PC合成酶，在胞质内以GSH为底物酶，促进 PC合成，最终 PC与重金属离子形成-PC螯合物在 ATP的作用下穿越液泡膜运输到液泡中进行存储，比如，进入细胞中的大部分 Cd和 Hg都与 PC结合成复合物，再进入液泡中进行隔离，从而减少其毒性。

前期研究表明，在土壤中加入Se可加速 PC的生成，进而减轻重金属的胁迫效应。一些学者发现PC合成酶能被SeO42-、SeO32-等多种阴离子激活，而且在添加Se后，能够增加PC合成前体GSH的形成，Cintia等研究发现在Cd2+、SeO32-、Ni2+存在的介质中，半胱氨酸合成酶基因过量表达的转基因烟草的半胱氨酸和GSH含量有所增加，而且该烟草对重金属的耐性很显然的高于野生型烟草。

综上所述， Se能够激活 PC合酶，并提高 PC的合成前体 GSH，使得植物能够有条件地产生更多的 PC，与更多的重金属离子相结合，形成更多的重金属- PC螯合物，从而降低重金属离子的活性，从而起到缓解植物重金属的胁迫和累积的作用。因此， Se能够通过影响植物螯合肽的生成，来改变重金属对植物的胁迫作用。

Se 对重金属吸收的影响

Se 是人体必须的微量元素，有抗氧化、抗肿瘤、增强免疫等作用。自1960年发现Na2SeO3可防止CdCl2

所致大鼠睾丸损伤以来，硒与重金属间的关系已有许多研究。最近研究表明，在植物体内，硒对重金属有明显的拮抗性，可以降低植物对重金属的摄取。

在大田条件下，我们发现硒能让水蜜桃中Pb、Cd、Hg含量的含量分别减少83.5%、65.5%、23.9%，而其它植物如油菜、水稻等的研究也同样发现硒能减少重金属的吸收。

此外，在大蒜栽培过程中，硒还可抑制大蒜根系、鳞茎和叶片对Hg的吸收，而最近的大量研究表明硒还可抑制多种植物对Cd的吸收。

有关Se 对As 吸附机理的研究，部分学者提出As主要以阴离子形态赋存，Se也以阴离子形态赋存，二者结构相近，因此有可能产生类似的吸附机理，并存在竞争。Malik等人的研究发现，硒可以降低绿豆对As 的吸收。

但有关 Se对重金属离子的拮抗作用的分子机理研究较少，特别是 Se能够调控MT-1和MT-2的表达，从而减轻 Cd的毒性效应。Srivastava等人基于硒砷拮抗作用的研究推测，硒有可能是诱导植物体内抗氧化系统表达，缓解重金属的毒性。

大量研究表明，添加 Se能缓解 Cd对植物吸收其他必需元素的影响，例如Fe、Zn、Mn等，这些增加的元素可以通过减少IRT1基因的表达，从而降低植物对 Cd的吸收和转运。

另外，硒含量的升高还可降低重金属在地上部的运输，如我们前期的研究表明，硒含量的升高可降低Hg和MeHg从土中向稻米中的运移量，于淑慧等在营养液中加入硒后，也可降低镉从根到地上部的运输。

已有研究表明，Se对Cd的效应可能通过影响叶片对部分元素的吸收而减轻镉对水稻的毒害。对于硒对镉的吸收机制，到目前为止，人们仅了解到硒通常以SeO42-、SeO32-或有机状态被植物吸收利用，而镉在自然界中通常以阳离子的形态存在，这与以阴离子形式存在的Se在理论上至少不存在吸收竞争关系.

因此，硒是对镉的吸收还是转运，以及究竟是哪一种因素起到了主导作用，目前尚不清楚。

然而，植物也有可能通过吸收 Se后产生的产物来发挥作用。例如，被植物吸收利用的 Se大部分以有机 Se存在，以 Se蛋白为主要成分，除了蛋白 Se之外，植物中的部分有机 Se还可以以蛋氨酸、 RNA、多糖果胶、多酚结合态存在，这些物质中的某些产物可能会影响植物对重金属的跨细胞壁跨膜吸收，从而呈现出 Se对重金属吸收的抑制效果。

因此，硒对植物重金属吸收的作用机制尚不清楚。

结语

Se能够缓解重金属的胁迫，是因为在植物体内由Se转化而来的相关产物的生理生化作用产生的综合效果。硒通过影响营养物质的吸收，进而对植物的重金属吸收产生间接的影响；硒是一种重要的抗氧化因子；硒通过调控 PC合成酶和 GSH，进而调控螯合肽的合成，参与了硒缓解植物对重金属的胁迫与累积。

以往的研究结果显示， Se是通过替换含硫氨基酸中的硫，从而进入到氨基酸或蛋白质中，并且 Se与 S有着类似的生理生化特性，因此，在今后的工作中，我们可以对被替换后的 Se代氨基酸与未经替换前的氨基酸是否有类似的生理功能和功能进行深入的研究。

如Se代半胱氨酸和半胱氨酸是否具有相同的生理功能和作用；-SH具有结合重金属的功能，被Se取代后是否同样能结合重金属。因此，有必要通过对 Se代蛋白或 Se代氨基酸的生理生化作用的研究，来进一步确定 Se对植物重金属胁迫的作用机理。