小麥籽粒鐵錳銅鋅含量提取方法比較

張東亮，李友軍，寇太記，張 均，閆 佳

(河南科技大學 農學院，河南 洛陽 471003)

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小麥籽粒鐵錳銅鋅含量提取方法比較

張東亮，李友軍，寇太記，張 均，閆 佳

(河南科技大學 農學院，河南 洛陽 471003)

不同前處理方法測得Fe、Mn、Cu和Zn等微量元素含量存在差異。為比較分析不同方法對4種元素測定結果及其數(shù)據(jù)間的關系，本文利用洛麥22和開麥20兩個不同品種小麥籽粒，探究了濃硫酸-雙氧水、濃硝酸-雙氧水、濃硝酸-高氯酸和維生素C-鹽酸浸提4種前處理方法對小麥籽粒中微量元素Fe、Mn、Cu、Zn提取量的影響，并進行了數(shù)據(jù)轉換分析。分析結果表明：4種前處理方法提取量變異系數(shù)均較低，且準確度差異明顯；濃硫酸-雙氧水法對兩個品種小麥籽粒鐵、鋅提取量均顯著高于其余3種方法，但錳提取量最低；維生素C-鹽酸浸提法的鐵鋅提取量最低，但銅提取量最高；濃硫酸-雙氧水、濃硝酸-高氯酸以及濃硝酸-雙氧水法測得Fe、Mn、Cu、Zn含量間可通過相應關系進行數(shù)據(jù)轉換。

提取方法；鐵；錳；銅；鋅；小麥籽粒

0 引言

鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)是動植物正常生長發(fā)育所必需的微量元素，對農作物高產優(yōu)質有重要影響。鐵、鋅參與植物光合、電子傳遞和酶激活等生理代謝[1-3]，鐵、銅、錳是碳氮代謝氧化、還原反應所需關鍵因子[3]，且鐵鋅與農作物產量和品質密切相關[4-5]。小麥是人類主要的物質能量來源，提高小麥籽粒Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素含量是減少相應病癥的主要途徑之一[5-7]。通過育種、分子及農藝等措施提高小麥籽粒中微量元素的含量是全球研究的熱點之一[6-8]。濃硫酸-雙氧水和硝酸-高氯酸法[4,9]是植物樣品消解常用的前處理方法，但有關微量元素的研究多應用硝酸-高氯酸法。硝酸-雙氧水[5]和維生素C-鹽酸[10]浸提法是植物樣品微量元素測定的前處理方法之一，但利用這兩種方法的研究報道較少。不同提取方法得到的營養(yǎng)元素含量間存在一定差異[11-13]，而有關不同提取方法對小麥籽粒中微量元素提取量間的差異及其相互關系的相關研究較少，不同研究間數(shù)據(jù)轉換及推廣則受到限制。

本文利用濃硫酸-雙氧水、濃硝酸-雙氧水、濃硝酸-高氯酸和維生素C-鹽酸浸提4種方法，測定了兩個不同品種小麥籽粒中Fe、Mn、Cu、Zn含量，通過加標回收法檢驗4種方法回收率，分析不同方法提取Fe、Mn、Cu、Zn差異，并分析其相互關系，以期為微量元素研究前處理方法選擇及不同研究數(shù)據(jù)間的轉換應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料洛麥22(LM)、開麥20(KM)分別由洛陽市農林科學研究院和開封市農林科學研究院提供。以去離子水清洗小麥籽粒，去除表面雜物，75 ℃烘干。不銹鋼粉碎機粉碎樣品，過60目篩，備用。

1.2 方法

(1)標準溶液的添加：準確吸取Fe(300 mg /L)、Mn(100 mg /L)、Cu(20 mg /L)、Zn(650 mg /L)混合標準溶液0.1 mL添加至樣品中，即各元素添加量分別為30 μg、10 μg、2 μg和65 μg。

(2)濃硫酸-雙氧水法(方法Ⅰ)：分別稱取兩品種籽粒粉碎樣品0.500 0 g于消化管中，各重復10次(其中，5次用于添加標準溶液)并編號，用水潤濕樣品后，加入5 mL濃H2SO4，搖勻，做兩個空白。添加標準溶液，管口放一彎頸漏斗，于消化爐上先低溫加熱，待冒出白煙時升高溫度。溶液呈棕色時，取出消煮管，稍冷，逐滴添加質量分數(shù)為30%的H2O2并輕輕晃動以利于充分反應，放回；重復此操作2～3次，待溶液無色時取出，冷卻，以去離子水定容至50 mL容量瓶，備用。

(3)濃硝酸-雙氧水法(方法Ⅱ)：操作同方法Ⅰ。

(4)濃硝酸-高氯酸法(方法Ⅲ)：分別稱取兩品種籽粒粉碎樣品0.500 0 g于三角瓶中，各重復10次(其中，5次用于添加標準溶液)并編號，分別加入濃硝酸25 mL、高氯酸5 mL，做空白兩個，添加標準溶液，過夜。置于電熱板恒溫加熱，待溶液清澈后持續(xù)加熱至瓶中溶液剩余2 mL，取出，冷卻，以去離子水定容至50 mL容量瓶，備用。

(5)維生素C-鹽酸浸提法(方法Ⅳ)：稱取0.4 g維生素C于1 L燒杯中，加入約700 mL去離子水，量取166.0 mL濃鹽酸，加入該燒杯，搖勻，以去離子水定容至1 L容量瓶，備用。

分別稱取兩品種籽粒粉碎樣品0.500 0 g于塑料瓶中，各重復10次(其中，5次用于添加標準溶液)并編號，加入25 mL維生素C-鹽酸溶液，做兩個空白，添加標準溶液，蓋好瓶蓋密封。置于80 ℃恒溫振蕩器上震蕩2 h后，以去離子水定容至50 mL容量瓶，過濾，備用。

(6)標準曲線制作：稀釋標準溶液各元素濃度至Fe 30 mg /L、Mn 10 mg /L、Cu 2 mg /L、Zn 65 mg/L，吸取稀釋溶液 0 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL、3.0 mL以去離子水定容于50 mL容量瓶，原子吸收光譜法(AAS)測定標準曲線及樣品元素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

運用SPSS 17.0 進行單因素方差分析，Office Excel 2003進行數(shù)據(jù)整理及圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 4種提取方法提取量及精確度檢驗

表1為樣品及加標(添加標準溶液)樣品元素提取含量。由表1可知：方法Ⅰ對兩個小麥品種提取鐵、鋅含量最高，且與其他3種方法差異顯著(P<0.05)；方法Ⅳ所提取的鐵、鋅含量均最低，并與其他提取方法差異顯著(P<0.05)，但其銅、錳提取量最高；方法Ⅱ和方法Ⅲ的鐵、鋅提取結果無顯著差異。4種方法相比，方法Ⅰ測得錳含量最低，而方法Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的錳測定值均較高。方法Ⅳ測得銅含量顯著高于其他方法，而方法Ⅲ測得銅含量均低于其余3種方法。表明4種方法對小麥籽粒中微量元素的提取量存在差異，且同一提取方法對各元素(Fe、Mn、Cu、Zn)提取效果不同。

表1 樣品及加標樣品元素提取含量 mg/kg

注：加標樣品為添加標準溶液的樣品。數(shù)據(jù)表示為平均值±標準偏差，n=5，每品種同一列不同小寫字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

表2為元素提取含量的變異系數(shù)。由表2可知：4種方法樣品及加標樣品Fe、Mn、Cu、Zn提取精確度均較高。各方法中，元素提取量變異系數(shù)均不高于12.60%，除方法Ⅱ的LM錳含量變異系數(shù)外，其余均小于10%。

表2 元素提取含量的變異系數(shù) %

2.2 加標回收量及回收率

表3為加標回收量和回收率。由表3可知：4種方法各元素加標回收量分別為Fe：27.4～35.7 μg、Mn：7.8～10.2 μg、Cu：2.0～2.4 μg、Zn：58.7～63.6 μg。方法Ⅳ對兩個品種小麥籽粒中鐵回收量均最高，其回收率分別達118.9%和114.0%，方法Ⅰ鐵回收量最為接近加標量，回收率分別為101.6%和99.0%，但錳加標回收量及回收率均較低。4種方法中，Zn加標回收率為90.4%～97.8%，各方法回收量間無顯著性差異。洛麥22和開麥20兩品種小麥Mn回收較少，但Cu回收量較高，均不少于2.0 μg，其銅加標回收率分別為77.8%～101.6%和100.0%～121.5%。

表3 加標回收量和回收率

2.3 不同前處理方法提取含量相關性

圖1為濃硫酸-雙氧水法與其他3種方法測得Fe、Mn、Cu、Zn含量間相關性分析。由圖1可知：不同前處理方法測定小麥籽粒及加標樣品中Mn、Cu、Zn含量與方法Ⅰ測定含量間存在極顯著正相關關系(見圖1b、圖1c和圖1d;n=5，R2>0.840 9)。方法Ⅰ中Fe提取量最高，與方法Ⅱ和方法Ⅲ提取量間呈極顯著線性關系，轉換系數(shù)分別為0.702 4(n=5，R2=0.896 2)和0.778 7(n=5，R2=0.921 7)。除方法Ⅳ與方法Ⅰ中Fe提取量間無顯著線性相關外(見圖1a,n=5，R2<0.657 7)，3種方法間鐵、錳、銅、鋅測定含量均存在極顯著相關關系，可通過相應轉換系數(shù)與方法Ⅰ測定的含量相互轉換。

3 討論

對4種預處理方法測定結果比較可以發(fā)現(xiàn)：不同提取方法提取兩個小麥品種籽粒鐵、錳、銅、鋅含量間存在差異，且不同方法測定含量可以通過一定關系進行相互轉換(見圖1)。本研究中濃硫酸-雙氧水法的鐵、銅、鋅提取效率較高。干灰化、濕法消解及微波消解相比，微波消解法對植物及飼料樣品微量元素提取量最高，濕法消解次之，干灰化提取量最低[14]。微波消解提取效果最好，但由于不同科研實驗室配置條件存在差異，是限制該方法廣泛應用的主要原因之一[15]。濕法消解由于其經(jīng)濟實用的特性而廣泛應用，然而不同消解提取劑微量元素提取效果間存在顯著差異(見表1和表2)；加標回收量及回收率是評價提取方法提取效果的常用指標[11-12,14]，然而回收加標元素和提取量樣品元素有一定的差別；維生素C-鹽酸浸提法中鐵加標回收率最高，分別為118.9%和114.0%，但該法鐵樣品提取量顯著低于其他3種方法，鋅含量提取有相似的趨勢。前者直接提取金屬離子，后者則需將樣品中金屬溶解。因此，樣品提取量高則加標回收率相對接近100%，反之則不能確定(見表1和表3)。濃硫酸-雙氧水法是植株樣品消解常用的方法之一，其Fe、Zn提取量最高(見表1)，且變異系數(shù)均小于10%(見表2)。但植株樣品微量元素測定報道較多的則應用濃硝酸-高氯酸法[4,9]，雖然樣品加標回收率均接近100%，但濃硫酸-雙氧水和維生素C-鹽酸對鐵和鋅、銅和錳提取量較高、變異系數(shù)小，是較為合適的前處理方法(見表1、表2和表3)。提高糧食作物以鐵鋅為主的微量營養(yǎng)元素含量是近年研究的熱點之一，由于提取方法的不同，小麥籽粒中Fe、Mn、Cu和Zn等元素提取量存在一定差異，對富鐵鋅小麥種質資源和合理的栽培措施的篩選、應用造成一定干擾。不同方法測定含量線性相關分析顯示，除維生素C-鹽酸法提取鐵與濃硫酸-雙氧水法提取量間無顯著相關，其余不同方法測定指標均與濃硫酸-雙氧水法測定之間存在極顯著線性相關關系，即不同方法測定值間可通過相應相關關系進行數(shù)據(jù)分析及轉換，為不同研究間交流、相互參考提供理論基礎。

圖1 濃硫酸-雙氧水法與其他3種方法測得Fe、Mn、Cu、Zn含量間相關性分析

4 結論

4種方法對樣品Fe、Mn、Cu、Zn提取存在差異。濃硫酸-雙氧水法對Fe、Zn兩種元素提取準確度及精確度均較高，可用于小麥籽粒中鐵鋅元素提取。維生素C-鹽酸浸提法對小麥籽粒中Cu提取效果最好，濃硝酸-高氯酸、濃硝酸-雙氧水和維生素-鹽酸浸提3種方法均可用于小麥籽粒中Mn含量測定。濃硝酸-高氯酸和濃硝酸-雙氧水與濃硫酸-雙氧水法測得的Fe、Mn、Cu、Zn含量可根據(jù)其相應關系進行數(shù)據(jù)轉換應用。

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河南省重點科技攻關基金項目(102102110030)

張東亮(1991-),男,河南鹿邑人,碩士生;李友軍(1962- ),男,河南宜陽人,教授,博士,博士生導師,主要從事小麥栽培生理方面的研究.

2014-11-22

1672-6871(2015)03-0081-05

S132

A