燕麥籽粒中污染元素檢測(cè)分析

馮 亮，蘭 航，涂松林，徐欣然，賴弟利，范 昱，嚴(yán) 俊，趙 鋼

(1.成都市食品藥品檢驗(yàn)研究院，四川 成都 610106；2.成都大學(xué)，農(nóng)業(yè)部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106)

燕麥又稱玉麥、鈴鐺麥，屬禾本科燕麥屬一年生草本植物，分為帶稃型(皮燕麥)和裸粒型(裸燕麥)兩大類型，是一種具有抗寒、抗旱、耐瘩薄、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)產(chǎn)性好且營養(yǎng)價(jià)值高、口感好等特性的植物。在五大洲均有分布，主要產(chǎn)區(qū)集中在北半球的溫帶地區(qū)。世界各國栽培的燕麥以帶稃型的為主，常稱為皮燕麥。我國栽培的燕麥以裸粒型的為主，常稱為裸燕麥[1-3]。從營養(yǎng)學(xué)的角度看，燕麥膳食纖維具有吸收毒素、保護(hù)皮膚、降低血脂和膽固醇，調(diào)節(jié)人體免疫功能、抑制糖尿病、降低腸癌患病率和增強(qiáng)人體抵抗力的功能[4]。隨著大眾對(duì)燕麥生理功能和營養(yǎng)逐步了解，消費(fèi)群體對(duì)燕麥?zhǔn)称返男枨蟪手鹉晟仙厔?shì)，越來越多的人將燕麥?zhǔn)称芬曌鳛橐环N重要膳食營養(yǎng)來源，研究和發(fā)掘燕麥優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)種質(zhì)資源對(duì)燕麥保健品的開發(fā)具有重要的意義[5]。

近年來，糧食重金屬污染問題受到了廣泛的關(guān)注，糧食中重金屬元素含量的高低主要取決于環(huán)境，特別是種植地土壤中重金屬污染。糧食對(duì)重金屬有一定的富集能力，并且可通過食物鏈進(jìn)入人體而給健康帶來潛在的危害[6,7]。由徐菲等[8]、馬冬云等[9]的研究可知，作物的品種和種植地環(huán)境的變化均會(huì)對(duì)作物的營養(yǎng)以及功能成分產(chǎn)生影響。因此，本研究通過對(duì)2個(gè)地區(qū)種植的57份燕麥材料進(jìn)行污染元素Mn、Ni、As、Cd、Pb含量及單粒重進(jìn)行測(cè)定，結(jié)合雙因素方差和斯皮爾曼秩相關(guān)性分析等手段，分析籽粒中不同污染元素含量間的以及與環(huán)境的相關(guān)性，探討不同種植地燕麥品種對(duì)品質(zhì)和污染元素積累的影響，為燕麥品種選育和生產(chǎn)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

57個(gè)燕麥品種(XO)材料由西北農(nóng)林科技大學(xué)胡銀崗教授提供，于2017年10月分別種植于成都市金堂縣五鳳鎮(zhèn)和甘孜州康定市姑咱鎮(zhèn)，收獲種子用于污染元素檢測(cè)分析。

1.2 田間實(shí)驗(yàn)及多組分營養(yǎng)物質(zhì)的測(cè)定

1.2.1田間實(shí)驗(yàn)

田間種植隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行條播，行長(zhǎng)約120cm，行間距 60 cm，每份材料播1行，設(shè)置保護(hù)行。待種子成熟后，采集每行所有種子放于同一牛皮紙袋內(nèi)，編號(hào)。收獲后將燕麥種子于37 ℃烘干箱中烘干10 d，按四分法取出脫粒研磨過篩備用。

1.2.2燕麥營養(yǎng)元素和重金屬元素測(cè)定

準(zhǔn)確稱取已制備混勻試樣0.2～1.0 g于微波消解內(nèi)罐中，加入5～10 mL硝酸加蓋旋緊罐蓋，放入微波消解儀中進(jìn)行消解。消解液冷卻至60 ℃以下后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋。將消解內(nèi)罐放入控溫電熱板中，于100 ℃下加熱30 min，揮去多余的酸，冷卻后取出消解內(nèi)罐，將消化液轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，用少量超純水多次沖洗內(nèi)壁合并于25 mL比色管中，定容至刻度，混勻備用。對(duì)Mn、Cd、Ni、Pb和As等5個(gè)元素使用電感耦合等離子體質(zhì)譜icp-ms(iCAP TQ ICP-MS)，依據(jù)GB 5009.268—2016的方法進(jìn)行操作測(cè)定。對(duì)于測(cè)定的5個(gè)元素，在樣品測(cè)試液中分別加入As、Pb、Cd、Ni和Mn的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。對(duì)每個(gè)試樣所測(cè)的污染元素含量均進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用JMP 6.0軟件(SAS Institute)進(jìn)行方差(ANOVA)、斯皮爾曼秩(Spearmanp’s Rho)多元相關(guān)性分析以及品種指標(biāo)平均值差異顯著性(p<0.05)Tukey-Kramer HSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 燕麥籽粒污染元素的差異性分析

對(duì)金堂五鳳鎮(zhèn)和康定姑咱鎮(zhèn)2個(gè)種植環(huán)境的燕麥籽粒污染元素Mn、Ni、As、Cd和Pb含量進(jìn)行分析測(cè)定，由表2可知，污染元素成分含量表現(xiàn)為Mn>Ni>Pb>Cd>As。其中2個(gè)種植點(diǎn)Mn元素含量的平均值分別為 33.26 mg·kg-1和40.58 mg·kg-1，Ni元素含量平均值分別為 0.46 mg·kg-1和2.03 mg·kg-1，金堂五鳳鎮(zhèn) Ni元素含量遠(yuǎn)高于康定姑咱鎮(zhèn)。而As、Cd和Pb的均值含量在2個(gè)種植環(huán)境無明顯差異，平均值集中在0.00～0.07 mg·kg-1，As、Cd和Pb 3個(gè)元素在燕麥籽粒群體中均呈少量分布。

表2 2個(gè)地區(qū)燕麥籽粒污染元素含量平均值及范圍

由圖1可知，不同生長(zhǎng)環(huán)境下，不同品種的籽粒元素含量均存在差異，方差分析p<0.05。籽粒中污染元素的含量呈現(xiàn)出不同的變化，生長(zhǎng)在康定姑咱鎮(zhèn)的燕麥籽粒所測(cè)元素含量均低于金堂五鳳鎮(zhèn)，同品種籽粒在兩地含量無顯著變化規(guī)律。其中品種XO-1-26籽粒Mn元素含量在2個(gè)環(huán)境中均有較高分布，XO-1-15、XO-1-37、XO-1-35和XO-1-66這4個(gè)品種中的Ni元素含量在2個(gè)環(huán)境中表現(xiàn)較高。XO-1-76和XO-1-30 燕麥籽粒元素含量在這2個(gè)環(huán)境中含量均較低，表現(xiàn)較為穩(wěn)定。在甘孜康定姑咱鎮(zhèn)種植環(huán)境中，品種XO-1-12 燕麥籽粒中的Mn、Cd、Pb含量較高，在成都金堂五鳳鎮(zhèn)種植環(huán)境中，品種 XO-1-17 燕麥籽粒中的Mn、Ni、As、Pb含量較高，品種XO-1-36燕麥籽粒中的Mn、Ni、Cd含量較低，此外，品種 XO-1-30燕麥籽粒中的這5類元素含量均表現(xiàn)較低。綜合對(duì)比可以得知，XO-1-30、XO-1-72、XO-1-60這3個(gè)品種的燕麥籽粒元素含量在2個(gè)環(huán)境中含量均較低，含量表現(xiàn)較為穩(wěn)定，說明這3個(gè)品種可能對(duì)污染元素的富集能力較弱，相對(duì)其他品種籽?？梢宰鳛橛N利用首選。

2.2 種植地及品種對(duì)燕麥籽粒污染元素的影響分析

對(duì)甘孜康定姑咱鎮(zhèn)與金堂縣五鳳鎮(zhèn)這2個(gè)種植地區(qū)的57個(gè)相同品種燕麥籽粒的污染元素進(jìn)行方差分析(表3)，種植地顯著影響燕麥籽粒的Mn、Ni、As、Cd、Pb含量；品種顯著影響燕麥籽粒的Mn、Ni、As、Cd、Pb含量；種植地與品種的交互作用顯著影響燕麥籽粒的Mn、Ni、As、Cd、Pb含量。對(duì)比圖1可知，2個(gè)種植環(huán)境的燕麥籽粒中As、Cd、Pb的含量無明顯差異，基本處于一個(gè)水平，同一地區(qū)種植的不同品種元素含量略有差異，其中金堂縣五鳳鎮(zhèn)地區(qū)種植的變化較大。而甘孜康定姑咱鎮(zhèn)Mn、Ni含量均顯著低于金堂縣五鳳鎮(zhèn)地區(qū)，差異較為明顯，尤其是Ni元素，金堂縣五鳳鎮(zhèn)生長(zhǎng)的燕麥品種顯著高于甘孜康定姑咱鎮(zhèn)的燕麥籽粒，且各個(gè)品種間元素含量均有差異。

表3 燕麥籽粒污染元素品種種植地雙因素分析

圖1 2個(gè)地區(qū)不同品種燕麥籽粒元素含量平均值及方差

2.3 燕麥籽粒中污染元素之間的斯皮爾曼秩相關(guān)性分析

對(duì)供試樣品的污染元素之間進(jìn)行斯皮爾曼秩相關(guān)性分析檢驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，在金堂縣五鳳鎮(zhèn)種植環(huán)境中，Mn、Ni、As、Pb的含量之間互相均呈相關(guān)性(p<0.05)，其中As含量與Mn含量的斯皮爾曼秩相關(guān)性系數(shù)最大，為0.547 3，且呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(p<0.01)，同樣與Pb含量也呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(p<0.01)，斯皮爾曼秩相關(guān)性系數(shù)為0.508 2；而Mn、Ni、As、Pb元素含量與Cd均不呈相關(guān)性，說明在金堂縣五鳳鎮(zhèn)種植環(huán)境下，Mn、Ni、As、Pb 4種元素之間存在互相變化緊密的關(guān)系。在甘孜康定姑咱鎮(zhèn)種植環(huán)境中，僅Cd與Pb呈現(xiàn)相關(guān)性(p<0.05)，說明這5種元素的相關(guān)性可能受到種植環(huán)境的影響。

圖2 燕麥籽粒中污染元素之間的斯皮爾曼秩相關(guān)性分析

3 結(jié)果與討論

礦質(zhì)元素是植物生長(zhǎng)所必需的，對(duì)植物各種生理代謝的關(guān)鍵步驟起調(diào)控作用。微量元素適量時(shí)可以作為元素的一種補(bǔ)充，缺乏或過量時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不利的影響[10-14]。研究表明，一些金屬元素與藥效的有效發(fā)揮密切相關(guān)[15]。目前，已有研究對(duì)麥類中的金屬元素含量進(jìn)行了測(cè)定[16-20]，但針對(duì)各類燕麥污染元素含量的報(bào)道較少，本實(shí)驗(yàn)對(duì)種植于2個(gè)不同環(huán)境中燕麥籽粒的5 種污染元素(Mn、Ni、As、Cd、Pb)的含量進(jìn)行了測(cè)定和分析，結(jié)果表明，籽粒中Mn、Ni 2個(gè)元素在2個(gè)地區(qū)種植的燕麥群體中均大量分布，且各個(gè)品種間元素含量均有差異，無明顯的變化規(guī)律，As、Cd、Pb 3個(gè)元素在2個(gè)種植環(huán)境中的燕麥籽粒群體中均呈少量分布，表現(xiàn)較為穩(wěn)定，且各品種含量變化浮動(dòng)較小。結(jié)合兩地土壤污染元素含量的對(duì)比，可以看出甘孜康定姑咱鎮(zhèn)土壤中Mn、Ni元素明顯高于金堂縣五鳳鎮(zhèn)，As含量金堂縣五鳳鎮(zhèn)明顯高于甘孜康定姑咱鎮(zhèn)，Cd、Pb元素甘孜康定姑咱鎮(zhèn)略高于金堂縣五鳳鎮(zhèn)，然而甘孜康定姑咱鎮(zhèn)種植的燕麥品種的各元素含量均低于在金堂縣五鳳鎮(zhèn)種植的同類品種。說明燕麥籽粒中Mn、Ni元素含量差異可能與區(qū)域環(huán)境、種植地氣候等條件有關(guān)，而種植環(huán)境對(duì)燕麥籽粒的As、Cd、Pb含量影響可能不大，其含量主要由籽粒的品種和遺傳特性所決定。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)可知[25,26]，糧食重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)限量值為: As≤0.05 mg·kg-1，Cd≤0.05～0.2 mg·kg-1，Pb≤0.1～0.3 mg·kg-1，而本次實(shí)驗(yàn)中As、Cd、Pb均值集中在0.00～0.07 mg·kg-1，可以看出燕麥籽粒中這3種元素含量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)值，說明燕麥?zhǔn)侵档猛茝V種植的糧食作物。以上研究表明，燕麥品種以及種植地生態(tài)條件和品種的交互作用是影響燕麥元素含量的重要因素，這與姜麗娜等[19]、林偉靜等[22]研究結(jié)果基本一致。本研究所選2個(gè)環(huán)境土壤污染元素含量均未超標(biāo)，將繼續(xù)研究在超標(biāo)土壤環(huán)境下燕麥籽粒污染元素積累情況，以進(jìn)一步探討燕麥籽粒元素在不同環(huán)境下的積累規(guī)律與機(jī)制。

通過測(cè)定2個(gè)環(huán)境燕麥籽粒的污染元素，可以發(fā)現(xiàn)同一作物不同品種在對(duì)污染元素的吸收和積累上均存在差異，且同品種籽粒在兩地含量呈現(xiàn)無顯著變化規(guī)律。其中品種XO-1-26、XO-1-17燕麥籽粒在2個(gè)地區(qū)污染元素Mn、Ni含量均表現(xiàn)較高，說明這2個(gè)品種的燕麥籽粒中這2種元素分布較廣，在不同的種植環(huán)境中相對(duì)于其他品種對(duì)污染元素的富集能力較強(qiáng)，而XO-1-30、XO-1-72、XO-1-60這3個(gè)品種的燕麥籽粒在2個(gè)環(huán)境中元素含量均表現(xiàn)較低，含量表現(xiàn)較為穩(wěn)定，說明這3個(gè)品種在不同的種植環(huán)境中對(duì)污染元素的富集能力相對(duì)較弱。這為挖掘污染元素積累量少對(duì)污染不敏感的燕麥基因資源提供了基礎(chǔ)，對(duì)燕麥籽粒污染元素的累積研究提供了理論依據(jù)，為燕麥的進(jìn)一步選育提供參考和依據(jù)。