Wzbogacanie w selen roślin uprawnych

Selen jest pierwiastkiem o dużym znaczeniu dla prawidłowego funkcjonowania ludzi i zwierząt. Pierwiastek ten wbudowywany jest przez organizmy w selenobiałka o zróżnicowanych funkcjach metabolicznych. Odpowiednia dawka selenu w codziennej diecie jest istotna dla opóźniania procesów starzenia oraz w profilaktyce przeciwnowotworowej. W wielu krajach, w tym także w Polsce, ilość selenu dostarczana codziennie z pożywieniem jest dalece niewystarczająca, co niesie ze sobą negatywne konsekwencje zdrowotne. Niedobory selenu wynikają z niskiego stężenia tego pierwiastka w glebach. Problem ten ma złożony charakter, gdyż zarówno zbyt mała, jak i zbyt duża dawka przyjmowanego selenu jest szkodliwa dla organizmu człowieka. Poszukiwane są zatem sposoby optymalnego wzbogacania w selen roślin uprawnych. Najodpowiedniejszymi roślinami do wzbogacania w selen są tak zwane drugorzędowe akumulatory selenu, do których zaliczane są m.in. gatunki z rodzajów Allium i Brassica. Gatunki te wykazują się zdolnością do pobierania znaczących ilości selenu, metabolizowania go z form nieorganicznych do organicznych oraz transportu tego pierwiastka z korzeni do części jadalnych. Udowodniono szczególnie pozytywne dla zdrowia właściwości organicznych pochodnych selenu, w tym selenometyloselenocysteina (SeMeSeCys), która stanowi główny produkt metabolizmu tego pierwiastka u gatunków takich, jak cebula jadalna (Allium cepa L.). Organiczne związki selenu stanowią produkt przemian w roślinach nieorganicznych anionów selenu postaci selenianów (IV) lub (VI) podawanych do podłoża. Celem niniejszej pracy było zbadanie mechanizmu pobierania selenu, co miało umożliwić zaproponowanie ulepszonego sposobu wzbogacania roślin w selen. Badania wykazały, że dawka selenu 5 mg L-1 podana roślinom Allium cepa L. w ciągu kilku dni, była dobrze tolerowana przez rośliny. Była ona też wystarczająca, aby w ciągu 7-dniowej hodowli osiągnąć wystarczająco wysokie stężenie selenu w tkankach roślin, do zastosowania cebuli jadalnej jako źródła selenu w diecie. Wykazano, że Se (IV) był pobierany z mniejszą efektywnością niż Se (VI), przy tym to Se (IV) był w większym stopniu metabolizowany do organicznych pochodnych. Badania mechanizmu pobierania jonów zawierających selen w obecności inhibitora CCCP wskazały na aktywny charakter transportu selenu (VI), z kolei pobieranie selenu (IV) może przynajmniej częściowo mieć charakter pasywny. Obserwacje hodowli cebuli w warunkach deficytu fosforanów (V) i siarczanów (VI) wskazują natomiast na konkurencyjność tych jonów względem jonów selenianowych (IV) i (VI). Zmniejszenie dostępnej puli fosforu i siarki pozwoliło na zwiększenie efektywności pobierania selenu przez rośliny, jednak powodowało zmniejszenie stopnia translokacji tego pierwiastka do jadalnych części roślin oraz obecności organicznych pochodnych selenu w ekstraktach. Stwierdzono, że zawartość fosforanów i siarczanów w pożywce może być parametrem, którym można sterować w taki sposób, aby osiągnąć zwiększenie efektywności pobierania selenu przez rośliny, bądź wyższy stopień translokacji i metabolizowania nieorganicznych form tego pierwiastka do selenoaminokwasów, w zależności od potrzeb. Otrzymane wyniki pozwalają spojrzeć na wzbogacanie roślin w selen w szerszy sposób, uwzględniając chemiczny skład podłoża. Dzięki temu możliwe jest łatwiejsze dostosowanie sposobu podania selenu roślinom w zależności od lokalnie panujących warunków. Im mniej zasobne podłoże, w szczególności w fosforany i siarczany, tym mniejsza dawka selenu podawana roślinom wystarczy do wzbogacenia żywności w ten pierwiastek.

Selenium is an element of great importance for the proper functioning of humans and animals. This element is incorporated by organisms into selenoproteins with various metabolic functions. The optimal dose of selenium in daily diet is important for delaying the aging process and for anticancer prophylaxis. In many countries, including Poland, the amount of selenium supplied daily with food is far from sufficient, which has negative health consequences. Selenium deficiencies result from the low concentration of this element in soils. This problem is complex because both too small and too large a dose of selenium is harmful to the human body. Therefore, the methods of optimal enrichment of cultivated plants are sought. The most suitable plants for enrichment in selenium are the so-called secondary selenium accumulators, which include species of the genera Allium and Brassica. These species have the ability to absorb significant amounts of selenium, to metabolize it from inorganic to organic forms and to transport this element from the roots to edible parts. Particularly positive for health of the organic properties of selenium derivatives, including selenomethylselenocysteine (SeMeSeCys), which is the main product of the metabolism of this element in species such as edible onion, has been proved. Organic selenium compounds are a product of transformation of inorganic selenium in plants, as a selenite and selenate, given to the ground. The purpose of this work was to investigate the mechanism of selenium uptake, which was crucial for establishment of better way of enrichment of plants with this element. Studies have shown that the proposed dose of selenium (5 mg L-1 ) given to Allium cepa L. plants in Knop's medium, was well tolerated by plants. The dose of selenium was also sufficient to reach a concentration of this element sufficiently high for the use of edible onion as a source of selenium in the diet, during the 7-day-old culture. It was shown that Se (IV) was taken at a lower rate than Se (VI), however Se (IV) was more metabolized to organic derivatives. The use of a CCCP inhibitor to study the uptake mechanism has shown the active nature of selenium transport (VI), while the uptake of selenium (IV) may be at least partially passive. On the other hand, the results of onion cultivation in conditions of phosphate (V) and sulphate (VI) deficiency indicate the competitiveness of these ions for selenium (IV) and (VI) ions. The reduction of the available phosphorus and sulfur pool allowed to increase the rate of selenium uptake by plants, however, it caused a reduction of the translocation of this element to edible parts of plants and the share of organic selenium derivatives in the extracted pool of this element. Thus, the concentration of phosphates and sulphates can be a parameter that can be manipulated to achieve an increase in the rate of selenium uptake by plants, or a higher degree of translocation and biotransformation of inorganic forms of this element to selenoamino acids, depending on the needs. The results obtained allow us to look at the enrichment of plants in selenium in a more extensive way, taking into account the chemical composition of the substrate. This makes it easier to adapt the method of selenium administration to plants, depending on local conditions. The less abundant the substrate, especially in phosphates and sulphates, the lower the dose of selenium given to plants is sufficient to enrich food with this element.