DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1379877
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38756968
تاريخ النشر: 2024-05-02
المؤلف: Tomáš Mrština وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانية تعزيز محتوى السيلينيوم (Se) في فول الصويا (Glycine max) من خلال تطبيق ورقي لملح السيلينات الصوديوم (Na₂SeO₄) على مدى ثلاث سنوات في جمهورية التشيك. كانت الدراسة تهدف إلى زيادة محتوى السيلينيوم في بذور فول الصويا مع الحفاظ على محصول وجودة المحصول. أظهرت النتائج أن فول الصويا يمكنه تراكم مستويات كبيرة من السيلينيوم، تصل إلى 16.2 ملغ/كغ في البذور دون التأثير سلبًا على المحصول. تم تحديد علاقة خطية بين جرعة السيلينيوم المطبقة ومحتوى السيلينيوم في البذور، مع استعادة مثيرة للإعجاب بنسبة 73% من السيلينيوم في الكتلة الحيوية المحصودة.
ظهر السيلينوميثيونين كالشكل العضوي السائد للسيلينيوم، حيث يشكل ما يصل إلى 95% من إجمالي السيلينيوم في البذور، بينما تم تحديد أنواع ثانوية أخرى مثل السيلينوسيستين، والسيلينيت، والسيلينات. وُجد أن توقيت تطبيق السيلينيوم يؤثر بشكل كبير على التحول الحيوي لـ SeO₄²⁻ وتراكمه في البذور. تشير النتائج إلى أن فول الصويا المعزز بالسيلينيوم يمكن أن يلعب دورًا حاسمًا في تخفيف نقص السيلينيوم في علف الماشية والأنظمة الغذائية البشرية، مع إمكانية استخدام القش كعلف للماشية أو دمجه في التربة لزيادة محتواها من السيلينيوم. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على الآثار الاقتصادية والبيئية لدمج فول الصويا الغني بالسيلينيوم في أنظمة الغذاء.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية السيلينيوم (Se) كميكروغذاء أساسي لصحة الإنسان والحيوان، مع الإشارة إلى دوره غير الأساسي في التمثيل الغذائي للنباتات. السيلينيوم ضروري للتقليل الإنزيمي للأنواع التفاعلية من الأكسجين من خلال السيلينوبروتينات، التي تشارك في تخليق إنزيمات مضادة للأكسدة مثل الجلوتاثيون بيروكسيداز (GPx). ترتبط نقص تناول السيلينيوم، خاصة لدى البشر، بزيادة مخاطر الأمراض القلبية الوعائية، وبعض أنواع السرطان، والاضطرابات العصبية، مما يبرز أهمية تناول السيلينيوم الكافي في النظام الغذائي، مع توصية بتناول يومي قدره 55 ميكروغرام/يوم.
تؤكد الورقة على إمكانية تعزيز السيلينيوم كاستراتيجية لزيادة مستويات السيلينيوم في المحاصيل، وبالتالي تحسين التغذية البشرية. تناقش طرقًا مختلفة لزيادة امتصاص السيلينيوم في النباتات، وخاصة من خلال التطبيقات الورقية لأملاح السيلينيوم، التي أظهرت كفاءة أعلى مقارنة بتعديلات التربة. تهدف الدراسة إلى التحقيق في العلاقة بين جرعات السيلينات المطبقة ورقيًا ومحتوى السيلينيوم في بذور فول الصويا، وتقييم التحول الحيوي للسيلينيوم عند معدلات تطبيق عالية، وتحديد أنواع السيلينيوم المتراكمة في البذور. هذا التركيز على فول الصويا ذو صلة خاصة نظرًا لمحتواه العالي من البروتين وإمكانية دمج السيلينيوم في السيلينوبروتينات، على الرغم من الدراسات المحدودة الموجودة حول تعزيز السيلينيوم فيه.
طرق البحث
أُجريت الدراسة على مدى ثلاث سنوات (2020-2022) في دودلبي ناد أورليتشي، جمهورية التشيك، مع التركيز على تأثيرات تطبيق السيلينيوم (Se) على نمو فول الصويا. كان الموقع التجريبي، الذي يتميز بتربة فايزوزم مع ظروف رطوبة ملائمة، يحتوي على محتوى سيلينيوم أساسي قدره 0.03 ± 0.005 ملغ/كغ. تم إجراء التسميد الأساسي باستخدام NPK 15-15-15 بمعدل 100 كغ/هكتار، وتم زراعة صنف فول الصويا ‘Saatbau Bettina’ في أواخر أبريل. شمل التصميم التجريبي أربعة قطع معالجة (25 م² لكل منها)، مع قطعة تحكم واحدة تتلقى الماء فقط وثلاث قطع تم معالجتها بملح السيلينات الصوديوم بمعدلات 15، 40، أو 100 غرام سيلينيوم/هكتار، تم تطبيقها في مرحلة BBCH 60 الفينولوجية. في السنة النهائية، تم إجراء تطبيق إضافي في BBCH 20.
تمت مراقبة ظروف الطقس، حيث تم إجراء التطبيقات في ظل ظروف مثالية لتقليل مخاطر حروق الشمس وهطول الأمطار. تم تطبيق محلول السيلينيوم باستخدام رشاش يدوي محمول على الظهر، بحجم إجمالي قدره 5 لترات لكل قطعة. تم تنفيذ دورة المحاصيل سنويًا، مع القمح الشتوي كمحصول سابق. حدث الحصاد في منتصف سبتمبر، حيث تم وزن النباتات الطازجة، وتجفيفها عند 35 درجة مئوية، ثم فصلها إلى بذور وقش لمزيد من التحليل. كانت هذه المنهجية تهدف إلى تقييم تأثير مستويات السيلينيوم المتنوعة على محصول وجودة فول الصويا.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، موضحًا نتائج التجارب التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ليست نتيجة للصدفة العشوائية. علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على اتجاهات محددة لوحظت في المجموعات التجريبية، بما في ذلك زيادة ملحوظة في النتائج المقاسة كدالة للمتغير المستقل.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسينات في مقاييس الأداء، كما يتضح من التحليل المقارن ضد مجموعات التحكم. تدعم النتائج التمثيلات الرسومية، التي توضح العلاقات والتباينات في البيانات عبر ظروف مختلفة. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية التدخل وتوفر أساسًا لمزيد من البحث في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات التطبيق الورقي للسيلينات على محصول فول الصويا (Glycine max L.) وتراكم السيلينيوم (Se) على مدى ثلاث سنوات. أشارت النتائج إلى أنه بينما تم تسجيل أعلى محاصيل للبذور في عام 2021، لم يُحسن تطبيق السيلينيوم بشكل كبير من محصول البذور عبر المعالجات (p > 0.05). تم ملاحظة أعلى محتوى من السيلينيوم في البذور عند أعلى معدل تطبيق قدره 100 غرام/هكتار، حيث وصلت القيم إلى 16.22 ملغ/كغ في عام 2022. كما وجدت الدراسة أن استعادة السيلينيوم كانت الأعلى عند معدلات تطبيق أقل، مع متوسط استعادة قدره 78% لـ 15 غرام/هكتار، مما انخفض إلى 65% لـ 100 غرام/هكتار. يشير هذا إلى أن جرعات السيلينيوم الأقل قد تكون أكثر كفاءة لأغراض تعزيز السيلينيوم.
كشفت تحليل أنواع السيلينيوم أن السيلينوميثيونين (SeMet) كان الشكل السائد في بذور فول الصويا، مع زيادة تركيزه بشكل خطي مع معدلات تطبيق السيلينيوم الأعلى. سلطت الدراسة الضوء على أن فول الصويا يحول بشكل فعال السيلينيوم غير العضوي إلى أشكال عضوية، محققًا كفاءة تحويل تقارب 95% حتى عند معدلات تطبيق عالية. تتماشى النتائج مع الأدبيات السابقة، مما يشير إلى أنه بينما يمكن أن يعزز تطبيق السيلينيوم محتوى السيلينيوم في المحاصيل، قد يختلف تأثيره على المحصول، مما يبرز الحاجة إلى اعتبار دقيق لمعدلات التطبيق لتحقيق نتائج تعزيز السيلينيوم المثلى. بشكل عام، يظهر فول الصويا إمكانات كمحصول معزز بالسيلينيوم لمعالجة نقص السيلينيوم الغذائي دون التأثير على المحصول.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1379877
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38756968
Publication Date: 2024-05-02
Author(s): Tomáš Mrština et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research investigates the potential of soybean (Glycine max) for selenium (Se) biofortification through foliar application of sodium selenate (Na₂SeO₄) over three years in the Czech Republic. The study aimed to enhance Se content in soybean seeds while maintaining crop yield and quality. Results indicated that soybean can accumulate significant levels of Se, reaching up to 16.2 mg/kg in seeds without adversely affecting yield. A linear relationship was established between the applied Se dose and the Se content in seeds, with an impressive 73% recovery of Se in the harvested biomass.
Selenomethionine emerged as the predominant organic form of Se, constituting up to 95% of the total Se in seeds, while other minor species such as selenocystine, selenite, and selenate were also identified. The timing of Se application was found to significantly influence the biotransformation of SeO₄²⁻ and its accumulation in seeds. The findings suggest that biofortified soybeans could play a crucial role in alleviating Se deficiency in livestock and human diets, with the potential for the straw to be utilized as livestock feed or incorporated into soil to enhance its Se content. Future research should focus on the economic and ecological implications of integrating Se-enriched soybeans into food systems.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of selenium (Se) as an essential micronutrient for human and animal health, while noting its non-essential role in plant metabolism. Selenium is crucial for the enzymatic reduction of reactive oxygen species through selenoproteins, which are involved in the synthesis of antioxidant enzymes like glutathione peroxidase (GPx). Deficiencies in selenium intake, particularly in humans, are associated with increased risks of cardiovascular diseases, certain cancers, and neurological disorders, underscoring the importance of adequate dietary selenium, with a recommended daily intake of 55 μg/day.
The paper emphasizes the potential of biofortification as a strategy to enhance selenium levels in crops, thereby improving human nutrition. It discusses various methods for increasing selenium uptake in plants, particularly through foliar applications of selenium salts, which have shown higher efficiency compared to soil amendments. The research aims to investigate the relationship between foliar-applied selenate doses and selenium content in soybean seeds, evaluate the biotransformation of selenium at high application rates, and identify the selenium species accumulated in the seeds. This focus on soybean is particularly relevant due to its high protein content and potential for incorporation of selenium into selenoproteins, despite the limited existing studies on its biofortification.
Methods
The study was conducted over three years (2020-2022) in Doudleby nad Orlicí, Czech Republic, focusing on the effects of selenium (Se) application on soybean growth. The experimental site, characterized by Phaeozem soil with favorable moisture conditions, had a baseline Se content of 0.03 ± 0.005 mg/kg. Basic fertilization was performed using NPK 15-15-15 at a rate of 100 kg/ha, and the soybean variety ‘Saatbau Bettina’ was sown in late April. The experimental design included four treatment plots (25 m² each), with one control plot receiving only water and three plots treated with sodium selenate at rates of 15, 40, or 100 g Se/ha, applied at the BBCH 60 phenological stage. In the final year, an additional application was made at BBCH 20.
Weather conditions were monitored, with applications conducted under optimal conditions to minimize risks of sunburn and precipitation. The Se solution was applied using a manual backpack sprayer, with a total volume of 5 L per plot. Crop rotation was implemented annually, with winter wheat as the preceding crop. Harvesting occurred in mid-September, where fresh plants were weighed, dried at 35°C, and subsequently separated into seeds and straw for further analysis. This methodology aimed to assess the impact of varying Se levels on soybean yield and quality.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, detailing the outcomes of the experiments conducted. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are not due to random chance. Furthermore, the study highlights specific trends observed in the experimental groups, including a notable increase in the measured outcomes as a function of the independent variable.
Additionally, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to improvements in performance metrics, as evidenced by the comparative analysis against control groups. The findings are supported by graphical representations, which illustrate the relationships and variations in data across different conditions. Overall, the results underscore the effectiveness of the intervention and provide a foundation for further research in this area.
Discussion
In this study, the effects of foliar application of selenate on soybean (Glycine max L.) yield and selenium (Se) accumulation were investigated over three years. The results indicated that while the highest seed yields were recorded in 2021, the application of Se did not significantly enhance seed yield across the treatments (p > 0.05). The highest seed Se content was observed at the maximum application rate of 100 g/ha, with values reaching up to 16.22 mg/kg in 2022. The study also found that Se recovery was highest at lower application rates, with an average recovery of 78% for 15 g/ha, decreasing to 65% for 100 g/ha. This suggests that lower Se doses may be more efficient for biofortification purposes.
Selenium speciation analysis revealed that selenomethionine (SeMet) was the predominant form in the soybean seeds, with its concentration increasing linearly with higher Se application rates. The study highlighted that soybean effectively converts inorganic Se into organic forms, achieving nearly 95% conversion efficiency even at high application rates. The findings align with previous literature, indicating that while Se application can enhance Se content in crops, its impact on yield may vary, emphasizing the need for careful consideration of application rates for optimal biofortification outcomes. Overall, soybean demonstrates potential as a biofortified crop to address dietary Se deficiencies without compromising yield.