稻米重要矿质元素的分布及铁锌快速测定方法的研究-硕士论文

， 鼻 分类号： 密级： 、 单位代码： 1 0 3 3 5 学号：2 0 8 1 6 0 2 9 稻米重要矿质元素的分布及铁锌快速测定方法的研究 论文答辩日期 答辩委员会主席 ( 姓名、职称、单位) 论文评阅人 ( 姓名、职称、单位) 矽I l 耳M 汐日 1 f ? 弋 土 T h ed i s t r i b u t i o no fi m p o r t a n tm i n e r a l si nr i c ea n d r a p i d m e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fi r o na n dz i n c B y K e m i nW a n g A d v i s o r ：C h u n h a iS h i A D i s s e r t a t i o nS ubmi t t e d i nP a r t i a lF u l f i l m e n to ft h eR e q u i r e m e n t s f o rt h eD e g r e eo fM a s t e r ( P l a n tG e n e t i c sa n dB r e e d i n g ) Z h e j i a n gU n i v e r s i t y H a n g z h o u ，C h i n a J a n ，2 0 1 1 、J， j I P 舔 j 本研究受 浙江省科技厅重点科技攻关项目 ( 2 0 0 7 C 2 2 0 1 6 、2 0 0 7 C 1 2 9 0 2 )资助 浙江省151 人才基金 T h e p r e s e n ts t u d yw a ss u p p o r t e d b y S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yO f f i c eo f Z h e ji a n gP r o v i n c e ( 2 0 0 7 C 2 2 016 ，2 0 0 7 C12 9 0 2 ) ，a n d151 F o u n d a t i o n f o rt h eT a l e n t so f Z h e ji a n gP r o v i n c e 2 ， J 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：毛嚣瓠 签字日期：必。，年月搿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿态堂 有权保留并向国家有关部门或机构送 交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) - ，己 学位论文作者签名： j 导师签名： 灭番每 签字日期：沙一1 年弓月侈日签字日期：2 0 l1 年；月2 乡日 目习 ! 致谢】【 摘要 A b s t r a c t I I I 1 弓I 言l 2 文献综述：3 2 1 矿质营养元素的重要性3 2 1 1 矿质元素的生理功能3 2 1 2 矿质营养缺乏引起的病症。4 2 2 水稻矿质元素含量差异的多样性5 2 2 1 水稻籽粒不同部位矿质元素的差异。5 2 2 2 不同水稻品种矿物质含量的差异性6 2 2 3 不同环境条件铁含量差异的多样性8 2 3水稻籽粒中矿物质含量的遗传控制及其生物有效性9 2 3 1 水稻籽粒中矿质元素含量的遗传控制9 2 3 2 水稻籽粒中植酸含量以及对矿物质元素生物有效性的影响1 0 2 。4 水稻籽粒矿质元素之间以及与水稻品质、产量以及农艺性状的关系n 2 5 稻米重要矿质元素的分析方法1 3 2 5 1 原子吸收光谱法( A A S ) 。1 3 2 5 2原子荧光光谱法( A F S ) 1 4 2 5 3原子发射光谱法( A E S ) 1 4 2 5 4电感耦合等离子体质谱法( I C P M S ) 1 5 2 5 5 其他测定方法l5 3 材料与方法1 6 3 1 供试材料1 6 3 2 田间试验设计16 3 3 稻米铁含量的快速测定1 6 3 3 1 铁元素的定性筛选1 6 3 3 2 铁元素的定量测定1 7 3 4 稻米锌含量的快速测定。1 8 3 4 1 实验仪器与试剂。18 3 4 2 样品前处理与测定1 8 ” 3 5 农艺性状、矿质元素含量以及碾磨程度的测定1 9 3 5 1 农艺性状的测定：1 9 _ - 、 0 3 5 2 矿质元素含量的测定1 9 3 5 3 碾磨程度的测定1 9 3 6 数据统计与分析方法1 9 4 结果与分析j 2 0 4 1 稻米铁含量快速测定体系的优化2 0 4 1 1 稻米籽粒铁含量快速筛选体系的优化2 0 4 1 2 ，稻米籽粒中铁含量定量测定体系的优化2 l 4 2 稻米锌含量快速测定体系的优化2 4 4 2 1 浸提条件的优化2 4 4 2 2 缓冲溶液体系的优化。2 5 。4 2 3 表面活性剂( C P C ) 用量的选择2 6 4 2 4 无水乙醇用量的选择。2 6 4 2 5 显色剂用量的选择2 6 4 2 65 - B r - P A D A P - Z n 2 + 络合物吸收光谱及其稳定性2 6 4 2 7 工作曲线以及方法灵敏度2 7 4 3 稻米籽粒中重要矿质元素含量的分布2 8 4 3 1 实验材料性状2 9 4 3 2 不同实验材料的碾磨特性2 9 4 3 3 水稻籽粒中六种有益矿质元素含量的分布3 0 4 4 相关性分析3 2 4 4 1 实验材料农艺性状3 2 4 3 2 实验材料矿质元素含量3 2 4 3 3不同类型水稻品种的矿质元素含量3 3 4 4 4 性状间的相关性分析4 2 4 5B P T 快速测定方法在高铁水稻种质资源筛选中的应用4 4 5 讨论4 6 5 1 水稻籽粒中铁、锌含量快速测定方法的评价与应用4 6 5 2 不同材料的碾磨特性及六种有益矿质元素在水稻籽粒中的分布规律4 6 5 2 1 碾磨特性一4 6 5 2 2 有益矿质元素含量的分布。4 7 5 3 稻米矿质含量及与其他性状相关性4 7 6 参考文献4 9 、 哆 0 4 0 致谢 本论文是在导师石春海教授的悉心指导下完成的不论是在最初的选题、 技术路线的设计与实施还是最后的论文撰写，每一个环节都凝聚着石老师的心 血导师宽厚的专业知识、严谨的治学态度、实事求是的科学作风以及对科学 事业的执着追求给我留下了深刻的印象，并将时刻激励我要以更大的热情投入 到科研工作中两年多来，我不论在学业还是科研工作方面的进步都离不开石 老师的指导帮助和谆谆教诲在此，向导师表示衷心的感谢! 同时特别感谢吴建国副教授在课题实施和实验操作方面所给予的热心指导 和帮助! 感谢李文强、石云，张大鹏、张莉、张斌，朱琼琼、荣正勤，徐伟东、 俞倚茹、单卓、李冠、杨韵龙、赵赞、尚珂、王瑞果等同门师兄弟( 妹) 对我 科研工作的帮助；尤其感谢赵兴城学士对我科研工作的大力帮助；感谢留学生 阿弗雷德( A f l r e d ) 和穆拉里( M u r a l i ) 对我英文修改方面的帮助。也特别感谢 张玉江老师、郭万里老师、陈国林老师在我科研工作和生活上给予的关心和帮 助! 感谢省农科院张小明老师在我的实验材料方面给予的帮助! 感谢高冬冬， 焦天雷和刘奎刚等好友在学习和生活方面的帮助! 与此同时，我还要感谢浙江大学农业与生物技术学院农学系和研究生科各 位老师对我工作和学 - - j 给予的大力帮助! 课题组的赵美武师傅和农场工人也对 我的课题给予了大量帮助，在此一举表示诚挚的谢意! 最后，我要特别感谢我的家人对我学 - - j 和生活的大力支持! 他们的支持使 我顺利完成了学业 在论文完成之际，对以上所有的老师、实验室师兄( 姐) 弟( 妹) 、好友和 亲人表示最诚挚的谢意! 王克敏 2 0 1 0 年1 2 月于华家池 番 摘要 矿质元素是人体生理活动所必需的，对人体健康有着着极其重要的作用。矿质营养元素缺乏 带来的问题已受到人们的广泛重视，通过遗传育种技术提高水稻籽粒中有益矿质元素的含量有利 于解决这个问题。本研究选用了长粒水稻品种浙农7 号、中粒品种浙农6 0 和短粒品种浙农3 4 三 种籼稻品种，研究了铁( F e ) 、锌( Z n ) 、硒( S e ) 、镁( M g ) 、钙( C a ) 、锰( M n ) 六种有益矿质 元素在籽粒内部的分布情况同时测定了3 1 个不同类型的水稻品种( 系) 1 1 种矿质元素和9 个 农艺性状，分析了矿质元素之间以及与农艺性状的相关性。本研究还改进了籽粒中铁、锌含量的 快速定量测定方法。利用新建立的4 ，7 - = 苯基1 ，1 0 邻菲罗啉( B P T ) 快速筛选方法对2 5 个早籼 杂交组合的不同世代材料、9 3 1 l 及浙农7 号诱变群体的富铁材料进行了快速筛选主要结果如 下： I 3 种不同粒型的籼稻品种的碾磨结果表明，3 个品种达到相同碾磨程度所需时间明显不同， 长粒品种浙农7 号所需时间远大于短粒品种浙农3 4 ，中粒品种浙农6 0 介于两者之间。6 种矿物质 含量在3 个品种的糙米中差异很大，在同一品种籽粒不同部位的分布也有显著差异尤其是F e 、 M g 、C a ，M n 在稻米籽粒中的分布很不均匀，主要分布在稻米籽粒的最外层；而Z n 和S e 在籽粒 中的分布相对较为均匀。 2 矿质元素间的相关性分析表明，糙米中的M g 与A l 和P b 为极显著正相关，与其它5 种元 素的负相关未达显著水平；A I 与C a 、M n 、C u 和P b 表现为正相关；F e 与Z n 、H g 含量呈极显著 正相关，但与C u 表现为显著负相关；Z n 除了与F e 显著正相关外还与S e 呈正相关。在矿质元素 与农艺性状的相关性上，Z n 与株高、S e 与穗长均有着显著正相关，而M g 含量与穗长显著负相关。 F e 、S e 、C d 、H g 与单穗重均为显著正相关，而M n 和P b 与籽粒长宽比极显著负相关。在水稻育 种中可以根据上述相关性间接改良相关的性状。 3 为快速测定稻米中的F e 含量，利用米粉创建了基于盐酸浸提基础、通过B P T 染色的铁含 量简单准确的分光光度法。F e 2 + 在O 1 5 p p m 范围内符合B e e r 定律，线性回归方程为J ，= 0 3 5 7 x + 0 0 0 2 7 ，R 2 - , - _ 0 9 9 9 9 ) 其测定结果与I C P M S 法比较无显著差异。本研究还建立了利用米粉在盐酸 浸提基础上通过2 ( 5 溴2 吡啶偶氮) 5 二乙氨基酚( 5 B r - P A D A P ) 染色的z n 含量分光光度法， Z n 2 + 在。2 p p m 范围内符合B e e r 定律，线性回归方程为Y = 2 2 0 6 x + 0 0 1 6 2 。R 2 = 0 9 9 0 2 ：该方 法与I C P - M S 方法测定结果也没有显著差异。上述两种快速测定方法简单方便有效，其精度能够 达到水稻育种工作要求。 4 本试验利用B P T 染色法对糙米中的F e 含量进行了快速筛选研究。结果表明该快速筛选方 法染色效果好、反应灵敏，可以达到水稻育种快速筛选的目的。与传统的测定方法相比较，可为 水稻育种工作者提供一种低成本的F e 含量测定技术。 关键词：水稻；矿质元素；快速测定；农艺性状；相关性分析 H A b s t r a c t M i n e r a le l e m e n t sa r ee s s e n t i a ln u t r i e n t sf o rh u m a n w e l l b e i n ga n dt h e yp l a yav i t a lr o l e i nt h ee f f e c t i v ef u n c t i o n i n go ft h eb o d ya c t i v i t y C u r r e n t l y , m i n e r a lm a l n u t r i t i o nh a sb e e n r e c e i v i n gm o r ee x t e n s i v ea t t e n t i o n I n c r e a s i n gt h eb e n e f i c i a lm i n e r a le l e m e n t si nr i c eg r a i n s t h r o u g hg e n e t i cb r e e d i n gt e c h n o l o g yi sc o n s i d e r e da sas u s t a i n a b l ea p p r o a c ht os o l v et h i s p r o b l e m T h r e ei n d i c ad e ec u l t i v a r s ，n a m e l y , Z h e n o n g7 ( 1 0 n gg r a i n ) ，Z h e n o n g6 0 ( m e d i u m g r a i n ) a n dZ h e n o n g3 4 ( s h o r tg r a i n ) w i t hd i f f e r e n tp h y s i c a lp r o p e r t i e sw e r ee m p l o y e di n p r e s e n ts t u d y d i s t r i b u t i o ni nr i c ef o rs i xm i n e r a ln u t r i e n te l e m e n t si n c l u d i n gF e 。Z n , S e 。 M C aa n dM ni nt h r e er i c ee u l t i v a r sw a se x a m i n e d E l e v e nm i n e r a le l e m e n t sa n dn i n e a g r o n o m i ct r a i t s o f3ld i f f e r e n tt y p e so fr i c ev a r i e t i e sw e r ed e t e r m i n e da n dt h e r e l a t i o n s h i p sa m o n gm i n e r a le l e m e n t so rb e t w e e nm i n e r a l sa n da g r o n o m i ct r a i t sw e r ea l s o a n a l y z e di nt h i ss t u d y 1 1 地m e t h o d st od e t e r m i n eF ea n dZ nc o n t e n t si nr i c e 啪a l s o i m p r o v e d T h eb a t h o p h e n a n t h r o l i n e ( B P T ) m e t h o dc r e a t e di n t h i ss t u d yw a su s e f u lf o r s e l e c t i n gt h ei r o n r i c hr i c em u t a n t ( s ) f r o m2 5r i c ec r o s s e so fe a r l ys e a s o ni n d i c ar i c e 。9 3 1 l a n dZ h e n o n g7m u t a n tp o p u l a t i o i l s n l em a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 们km i l l i n gt i m e sw e r ev a r i e df o rt h es a m ed e g r e eo fm i l l i n gi nd i f f e r e n tt y p er i c e c u l t i v a r s ，w h i c hZ h e n o n g7r e q u i r e dl o n g e rm i l l i n gt i m et oo b t a i nw h i t er i c ec o m p a r e dt o Z h e n o n g3 4 ，w h i l eZ h e n o n g6 0r e q u i r e dl o n g e rt i m et l l a l lZ h e n o n g3 4b u ts h o r t e rt i m et h a n Z h e n o n g7 研1 er e s u l t sa l s os h o w e dt h a tt h e r ew a saw i d ev a r i a t i o ni nt h ec o n t e n t so ft h e s i xm i n e r a le l e m e n t si nd i f f e r e n tr i c ev a r i e t i e s M e a n w h i l e ，t h es a n em i n e r a le l e m e n ti n d i f f c r c n tf r a c t i o n so ft h es a m eb r o w nr i c ea l s os h o w e ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s I nt e r m so f F e ，M g ，C aa n dM nc o n t e n t s ，e x t r e m e l yb i a s e dd i s t r i b u t i o n sw e r eo b s e r v e di nt h ef r a c t i o n s o ft h eo u t e r m o s t p a r t ，w h i l et h ed i s t r i b u t i o no fZ na n dS ew e r er e l a t i v e l yu n i f o r m 2 T h er e l a t i o n s h i pr e s u l t sa m o n gm i n e r a le l e m e n t ss h o w e dt h a t , M g A la n dP bh a d s i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o n s ，b u td i dn o ts h o ws i g n i f i c a n tr e l a t i o n s h i p sw i t ht h eo t h e r f i v em i n e r a le l e m e n t s ；A 1 ，C a , M n ，C ua n dP bw e r ep o s i t i v e l yr e l a t e d ；F ew a ss i g n i f i c a n t l y p o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hZ na n dH g n l cr e l a t i o n s h i pr e s u l t so fm i n e r a l sw i t ha g r o n o m i c t r a i t ss h o w e dt h a tZ na n dp l a n th e i g h ta sw e l la sS ea n dp a r t i c l el e n g t hw e r ep o s i t i v e l y r e l a t e d ，b u tM gc o n t e n ta n dp a n i c l el e n g t hs h o w e ds i g n i f i c a n t l yn e g a t i v ec o r r e l a t i o n F e ，S e ， C da n dH gw e r es i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d 、j ，i ms i n g l ep a n i c l ew e i g h tw h i l eM n a n dP b w e r es i g n i f i c a n t l y n e g a t i v e l yc o r r e l a t e d 、杭t l lg r a i na s p e c tr a t i o D u r i n gr i c e b r e e d i n g ，t h er e l a t e dc h a r a c t e r sc a nb ei n d i r e c t l yi m p r o v e da c c o r d i n gt ot h ec o r r e l a t i o n r e s u l t so fr i c e 3 As i m p l e ，s e n s i t i v ea n dh i g h l ys e l e c t i v em e t h o dw a sp r o p o s e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f F e 2 + i nr i c e u s i n gB P T 嬲s p e c t r o p h o t o m e t r i cr e a g e n tb a s e d o nt h ee x t r a c t i o n b y h y d r o c h l o r i ca c i d T h ec o m p l e xw a sf o u n dt oo b e yB e e r sl a ww i t ha l lo p t i m u m c o n c e n t r a t i o nr a n g eb e t w e e n0a n d1 5 p p m T h el i n e a rr e g r e s s i o ne q u a t i o nw a sY = 0 3 5 7x + o 0 0 2 7w i t l lR 2 = 0 9 9 9 9 I ts h o w e dt h a t 吐1 i s s t u d yp r o v i d e sa g o o dr e s u l tb u tn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ec o m p a r e dt ot h er e s u l tf r o mI C P M Sm e t h o d As i m p l e s e n s i t i v ea n d h i g h l ys e l e c t i v es p e c t r o p h o t o m e t r i cm e t h o dw a sa l s oc r e a t e dt od e t e r m i n eZ 1 1 2 + i nr i c e u s i n g5 一B r - P A D A Pa ss p e c t r o p h o t o m e t r i cr e a g e n tb a s e do nt h ee x t r a c t i o nb yh y d r o c h l o r i c I I I a c i d T h ec o m p l e xw a gf o u n dt Oo b e yB e e r sl a ww i t ha r lo p t i m u mc o n c e n t r a t i o nr a n g e b e t w e e n0a n d0 2 p p m T h el i n e a rr e g r e s s i o ne q u a t i o nw a sY = 2 2 0 6 x + 0 016 2 、 ，i t l lR 2 = O 9 9 0 2 J u s ta st h eB P Tm e t h o d ，t h i sm e t h o da l s os h o w e dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e c o m p a r e dt ot h eI C P M Sm e t h o d T h e s et w om e t h o d sw e r es i m p l ea n de f f e c t i v e ，a n dc 觚 m e e tt h er e q u i r e m e n t sf o rr i c eb r e e d i n g 4 T h es t u d ya l s oc r e a t e dar a p i dm e t h o d ( B P Dt oa c h i e v et h eq u a l i t a t i v ed e t e r m i n a t i o no f i r o ni nr i c e I ts h o w e dt h a tt h i ss c r e e n i n gm e t h o dh a sag o o dd y e i n ge f f e c ta n das e n s i t i v e r e a c t i o n , a n dc a nb ee f f e c t i v e l yu s e di nr i c eb r e e d i n g C o m p a r e dw i lt h et r a d i t i o n a l m e a s u r i n gm e t h o d ，i tc 趾p r o v i d eal o w - c o s tF ec o n t e n td e t e r m i n a t i o nt e c h n o l o g yt ot h e r i c eb r e e d e r s K e y w o r d s ：f l e e ；m i n e r a le l e m e n t s ；r a p i dd e t e r m i n a t i o n ；a g r o n o m i ct r a i t s ；r e l a t i o n s h i p a n a l y s i s I V 1 引言 稻米是我国城乡居民的主要粮食作物。在过去的时间中，农业生产的主要目标是 解决温饱问题，因此长期以来水稻生产主要以提高产量为主。随着生活水平的提高， 消费者对稻米品质提出了更高的要求。稻米品质主要包括碾磨品质、外观品质、蒸煮 食味品质和营养品质等几个方面。在营养品质方面，以往育种工作者主要偏重于改善 稻米的蛋白质含量。近年来由于缺乏矿质营养而引发人体病变带来的问题越来越受到 重视，提高稻米中铁、锌、硒等有益矿质元素的含量，改良稻米营养品质以及培育复 合型安全性功能型水稻已成为研究热点。 微量元素虽然在人体内含量甚微，但它们参与了人体5 0 - 7 0 的酶的组分，构成 体内重要的载体和电子传递系统：同时参与某些激素和维生素的合成，对防治疾病、 增进健康和防止衰老具有重要作用。微量元素在人体内无法合成，必须从食物中摄取。 随着人们饮食习惯和生活方式的改变，营养失衡的问题日益暴露，即摄入常量营养元 素过高，而微量营养元素和其它有益的非营养元素过低，这已成为影响人类健康的重 要因素。因此，微量元素营养缺乏带来的问题越来越受到人们的重视。 虽然借助食品添加剂、保健品或药物可以快速补充人体所缺乏的微量元素，但存 在着投资较大、成本较高、覆盖面小等问题。国内外学者一般认为提高主食中微量元 素的含量是一种最佳和安全的补充途径，而且通过生物强化的方法可以明显提高作物 可食用部分中的微量元素含量。水稻是世界第二大粮食作物，也是我国的主要粮食作 物。长期以来，稻米一直是南亚、东南亚和我国人民营养和能量的主要来源，供养了 世界1 2 以上的人口，其营养成分直接关系到人们的身体健康。因此，选育富集微量 元素能力强的水稻品种，供给人们作为食粮，是解决全球性缺铁性营养危机的有效办 法，尤其对发展中国家低收入人群的意义更为重要。目前，国内外的育种家利用常规 育种、诱变育种、分子辅助标记育种、转基因育种等技术，在培育具有保健型、辅助 医疗型及其他特种功能型水稻新品种研究中取得了很大的进展。结合当前食品发展的 国际化趋势，从功能型水稻育种目标的社会需求出发，运用生物技术加强功能型水稻 种质资源创新、培育复合型安全性功能型水稻将是今后的研究热点。 稻米中微量元素含量的研究难度之一是如何快速和准确地测定其微量元素含量水 平。因此，微量营养成分的测定方法应实现规范化、标准化，并与国际测定方法保持 一致，对品种区域试验和检测技术、审( 认) 定标准、指标以及品种推广利用途径等 进行深入、系统研究极为必要。目前稻米中矿物质含量的测定方法主要有：I C P M S 法、I C P A E S 法和原子吸收分光光度法( A A S ) 等，通过这些方法可以得到准确数据， 能够反映出稻米中的矿物质含量，但这些方法都需要高昂的仪器并且需要繁琐的样品 前处理程序，不能快速、高效地测定出稻米的矿物质含量，因而不能及时有效地为育 种工作服务。 鉴于上述原因，本研究旨在现有稻米矿物质含量测定技术的基础上建立更加简单、 快速和高效的稻米矿物质含量测定方法，以便对育种中间材料进行快速筛选，提高育 种选择效率。另一方面，对稻米一些重要品质性状进行相关性分析，在育种过程中可 通过其它相关品质性状间接选择优良单株，简化育种程序，更好地为稻米品质改良服 务。 2 2 文献综述 水稻( O r y z as a t i v aL ) 是世界第二大粮食作物。许多矿质元素不仅是水稻生长发 育所必需的，而且也是为人体所必需。水稻籽粒中矿质营养元素会直接影响人体对矿 质元素的摄入，进而影响人体的矿质营养状况。在水稻中，稻谷和糙米中的矿质元素 含量较高，而经过碾磨的精米中含量较低，不能满足人体健康的要求( 曾亚文等，2 0 0 3 ) 。 因此，研究稻米的矿质营养、充分发掘富含铁等矿质元素的种质及培育新品种有利于 解决这一营养危机。 2 1 矿质营养元素的重要性 铁( F e ) 、锌( z n ) 、锰( M 1 1 ) 、铜( C u ) 、钙( C a ) 、镁( M g ) 是人体生理活动 必不可少的矿质元素，人体缺乏将会出现贫血、免疫功能降低、生长迟缓、夜盲症等 疾病( 俄胜哲等，2 0 0 4 1W e l c h 和G r a h a m ，2 0 0 2 ) 。郑建仙( 1 9 9 9 ) 认为，维持人体 健康所必需的微量元素包括铁、锌、硒( S e ) 、铜、锰、钴( C o ) 、碘( I ) 、铬( C r ) 、 镍( N i ) 、钒( V ) 、氟( F ) 、钼( M o ) 、硅( S i ) 、锡( S n ) 等1 4 种。 2 1 1 矿质元素的生理功能 矿质元素是人体生理活动所必需的，虽然在人体内含量甚微，但它们参与了人体 中5 0 - 7 0 酶的组分，构成人体内重要的载体和电子传递系统，并且参与了某些激素 和维生素的合成，对防治疾病、增进健康和防止衰老都具有重要作用；但这些矿质元 素在体内无法合成，必须从食物中摄取。我国相当部分人口，尤其是儿童、青少年、 孕妇和产妇膳食中锌、硒、锗( G e ) 等微量元素摄取不足。另外人体较易缺乏的元素 还有钙、铁、碘( I ) 等元素。 铁元素是人体生长发育所必需的微量元素，在人体分布很广，缺铁会降低婴儿的 心智发育，降低免疫力，增加母婴的死亡率，还会增加人体疲劳感，使工作效率低下 ( C o o k 等，1 9 9 4 ) 。朱王飞等( 2 0 0 4 ) 研究表明铁是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素 酶、铁硫蛋白、过氧化酶和过氧化氢酶等许多酶的构成成分。在人体内铁的主要功能 是合成血红蛋白和肌红蛋白，并与血红蛋白和肌红蛋白结合形成红血球，参与组织中 氧气和二氧化碳的转运和交换同时铁元素也是组织代谢不可缺少的物质，缺铁可引起 多种组织改变和功能失调。 锌作为一种非常重要的微量营养元素，已经得到全世界营养学界和医学界的公认。 锌是人体胰岛素的成分，是许多酶的辅基或激活剂，是构成体内1 0 0 多种酶的重要组 成成分，参与了体内3 0 0 多种酶和功能蛋白的组成，具有重要的生理生化功能( 孙士 春，2 0 0 2 ) 。R i v e r a 等( 1 9 9 8 ) 研究认为锌对视黄醇的活性有着重要作用，同时对维持 正常的食欲和味觉功能也起着重要作用，对婴儿和学龄前儿童补锌可以有效地减少腹 、 泻和呼吸道感染发生的几率。 硒也是人和动物必需的微量营养元素，克山病、大骨节病和地方性疾病如肝癌、 大肠癌、白血病和氟中毒都与硒的摄取有密切关系( 刘杰等，2 0 1 0 ) 。过去，硒一直被 视为有毒物质，2 0 世纪中叶人们才发现它的营养价值。硒在成人体内含量很少，是有 些酶的重要组成成分，它能清除人体内的自由基，减轻体内重金属的毒害，促进抗体 的合成，提高机体免疫力( 王夔，1 9 9 1 ；赵美松和毛礼钟，1 9 9 6 ) 。此外，硒在延缓衰 老、抗癌、抗肿瘤、减少色素积累和细胞修复等方面也有着非常重要的生理功能和营 养保健作用( 徐辉碧，1 9 9 4 ) 。 锰是一切生物所必须的微量元素，也是多种酶的激活剂，在细胞代谢中起着重要 作用，其最重要的功能是激活大量酶类，参与多种物质代谢。其他矿质元素在人体内 也发挥着重要作用。 2 1 2 矿质营养缺乏引起的病症 W H O ( 2 0 0 4 ) 报道缺铁是世界普遍存在的营养问题。世界上约有4 0 5 0 亿人( 占 世界人口的6 6 8 0 ) 均存在铁缺乏，其中2 0 亿的贫血症患者是由于铁缺乏所引起 的，发展中国家的情况尤为严重。C o o k 等( 1 9 9 4 ) 研究认为铁是人体必需微量元素， 体内缺铁会引起贫血，免疫机制会受到损害，导致抵抗力减弱，容易感染疾病，增加 疲劳感以及工作效率低下。W H O ( 2 0 0 4 ) 数据显示，世界上有近3 7 亿人口缺铁，其 中2 0 亿人患有铁缺乏症。未生育妇女中有4 0 ，而孕妇中有5 0 的人患有缺铁性 贫血，3 1 的5 岁以下儿童有微量元素缺乏症，其中大多数是缺铁。缺铁已成为影响 世界上3 0 人口的严重营养问题，尤其是那些以植物性食物为主要食品的国家和地区 ( 王雪艳等，2 0 0 5 ) 。P r a s a d ( 2 0 0 3 ) 指出锌缺乏在发展中国家也很普遍，世界上约2 0 亿人缺锌。人体缺锌时会引起生长停滞，糖尿病、智力低下、免疫力下降、性发育障 碍等疾病。吴永尧等( 1 9 9 8 ) 和唐新欣( 2 0 0 4 ) 报道，世界上有4 0 多个国家缺硒，其 中我国7 2 的地区属于缺硒或低硒地区，2 3 的人口存在不同程度的硒的摄入量不足。 近年来，国内外学者研究发现肝病、高血压、老年性白内障、糖尿病、心血管病、老 年痴呆、冠心病以及癌症等4 0 多种疾病都与缺硒有关( 黄蓓，1 9 9 2 ) ；C a 缺乏所导致 的骨质疏松在全世界更有上升的趋势，钙缺乏影响儿童的生长，主要是影响骨骼的健 康发育，钙不足仍然是我国普遍存在的营养问题之一( 翟风英等，2 0 0 5 ) 。 中国微量元素缺乏( 尤其是铁、锌等) 现状不容乐观。据推测，由于缺铁贫血所 4 导致的经济损失约为国民生产总值( G D P ) 的3 6 ( 其中成人占O 7 ，儿童占2 9 ) ，今后1 0 年由于成年人缺铁性贫血造成的生产能力的下降而导致的经济损失将可 能达到7 0 2 0 亿元，如果使缺铁性贫血患病率降低3 0 ，那么所产生的经济价值将达 到1 0 7 0 亿元，净产值大约相当于2 0 0 1 年G D P 的0 7 3 ；如果儿童的缺铁性贫血状况 得不到改善，所造成的损失将可能达2 1 7 8 7 亿元，相当于2 0 0 1 年G D P 的2 9 ( 何一 哲等，2 0 0 8 ) 。为了减少矿质元素营养缺乏症，保证人们对矿质营养元素的平衡摄入， 中国营养学会根据国人不同的年龄阶段，分别对S e 、C u 、F e 、Z n 、C a 、M n 等矿质营 养元素的每日最佳摄入量做了总结如表2 1 所示( 江川等，2 0 0 7 ) 。 表2 1 每日膳食中六种矿质元素的推荐需要量( m g ) ( 中国营养学会，1 9 9 0 ) “ 2 2 水稻矿质元素含量差异的多样性 2 2 1 水稻籽粒不同部位矿质元素的差异 水稻籽粒主要由稻壳和糙米组成，而糙米又包括皮层、胚乳和胚三个部分，在胚 和胚乳外面的一层组织是皮层( 张名位，2 0 0 0 ) 。周崇松等( 2 0 0 3 ) 研究认为，稻壳中 的微量元素含量比糙米中的微量元素含量高，稻壳中锰、铜、铁、锌元素的含量分别 ” 是糙米中的7 0 、2 0 、7 0 和1 4 倍，糙米中的微量元素含量比精米中的微量元素含量 。高。由于不同元素在精米与皮层中的含量差异程度不同，造成糙米和精米中的微量元 素含量高低顺序不同，稻壳、糙米、精米三者之间微量元素含量高低顺序为稻壳 糙 米 精米。王金英等( 2 0 0 2 ) 也证实了皮层中各微量元素的含量均高于其在精米中的 。 含量，即在去糙过程中损失了大量的微量元素。在糙米碾磨加工成精米的过程中，矿 5 质营养元素会产生不同程度的损失。经过碾磨，F e 含量下降约6 7 ，M n 含量下降6 0 ， Z n 含量下降3 0 ，C u 含量下降1 2 ( S a l u n k h e 和D e s h p a n d e ，1 9 9 1 ) 。郑金贵等(