小麦品种籽粒主要矿物质元素含量分析

小麦品种籽粒主要矿物质元素含量分析

0重视小麦中矿物质元素含量的生物利用[研究意义]矿产，尤其是养分缺乏导致的营养不良，是一个全球问题，严重阻碍了社会经济的发展。Underwood等认为，全世界有超过15亿成年人和大约2.5亿儿童不同程度地缺乏铁、锌和碘等矿物质元素。由于缺铁所造成的贫血是全球最为普遍的营养性疾病，在中国的发病率为20%左右。矿物质元素缺乏一般可以通过食用富含矿物质元素的食物或在食物中添加矿物质元素进行食物强化来解决，但生物强化即通过遗传改良来提高微量元素含量是最经济有效的方法。为此，在挑战计划项目生物强化（bio-fortificationofharvestpluschallengeprogram）的资助下，国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）开始致力于通过育种途径提高包括小麦和玉米在内的主要农作物中的矿物质元素含量。期望通过筛选材料，发现现有可供利用的遗传变异；对其进行遗传和生理学基础研究，通过分析矿物质元素含量高的材料的生物有效性，以经济有效地增加人们的营养，平衡膳食。【前人研究进展】小麦常年种植面积约为2.33×107ha，总产约9.6×107t，是中国北方大部分地区尤其是贫困地区居民的主要粮食作物。因此提高小麦中矿物质元素的含量对于提高小麦营养价值，从而解决中国居民尤其是贫困地区居民由于矿物质缺乏造成的健康问题具有重大意义。【本研究切入点】目前中国尚未开展小麦品种籽粒（以下简称品种）矿物质元素含量的分析工作，对中国主要麦区小麦品种主要矿物质元素的含量亦未见报道。为此，在HarvestPlus国际合作挑战项目支持下，将来自北方冬麦区的240份小麦品种（系）于1997～1998年度种植在中国农业科学院作物科学研究所试验田内。【拟解决的关键问题】对其铁和锌等主要矿物质元素含量进行初步分析和筛选，为进一步改良中国小麦品种的铁锌等矿物质元素的含量，改善中国人民的营养状况提供理论依据。1材料和方法1.1田间误差估计来自北京、河北、河南、山东、山西和陕西等6省区240个小麦品种和高代品系于1997～1998年度种植在中国农业科学院作物科学研究所农场试验田，试验设计采用单重复拉丁方格子设计（Latinizedalphalatticedesign）,7排，40列，间隔加对照品种京411进行田间误差估计。单行播种，行长2m，每行80粒。按当地常规进行田间管理。籽粒成熟后按品种单行混收，用木制工具脱粒，风干后随机取10g籽粒，用旋风磨（CYCLOTEC1093SampleMill,Switzerland）粉碎，过60目筛。全粉含水量用近红外分析仪（NIR,DICKEY-johnInstalab600,NewportScientificSalesandServicesLtd.，Australia）测定。1.2等离子发射光谱法称取0.600～0.800g样品，按Johnson和Ulrich方法用硝酸-高氯酸进行联合消煮，采用电感耦合等离子发射光谱（inductivelycouplesplasmaopticalemissionspectrometry,ICPOES）方法，在澳大利亚阿德雷德大学分析铁、锌、锰、铜等微量元素和钙、镁、钾、磷、硫等常量元素的含量。每间隔10个样品进行一次平行分析，以保证试验室数据分析结果的可靠性。同时换算成干重样品养分含量。1.3数据处理和分析采用合适的空间模型对试验数据进行分析，将所得品种各性状最佳线性无偏预测值用于随后的数据处理和分析。采用StatisticalAnalysisSystem(SASInstitute,2000）统计分析软件，调用PROCMEANS和PROCCORR分别进行基本统计量和相关等分析。2结果与分析2.1小麦主要矿物质元素含量的特征将240份小麦品种（系）的矿物质元素含量基本统计量分析结果列于表1，并将铁、锌含量最高的10个品种（系）的名称及来源分别列于表2和表3ㄢ从表1可看出，品种间各微量和常量矿物质元素含量均存在明显差异。微量元素中，铁平均含量最高，为41.9mg·kg-1；铜含量最低，为5.54mg·kg-1；锌和锰含量居中，分别为29.3和36.3mg·kg-1。它们的变异系数均较大，为12%～16%；其中与人体健康密切相关的铁和锌元素含量的最高值分别为65.6和43.9mg·kg-1，是各自最低值的2.1和5.3倍。常量元素中，钾平均含量最高，达4747mg·kg-1；钙含量最低，为465mg·kg-1；镁和磷、硫含量居中。其中钾和钙变异较大，变异系数分别为11%和13%，最高值均为最低值的2.0倍；镁和硫的变异最小，变异系数分别为7.3%和7.0%，最高值均为最低值的1.5倍。由此可见，中国北方冬麦区小麦品种主要矿物质元素含量变异范围广，通过育种途径提高其含量的潜力大。从表2可知，铁含量最高的10个品种分别为中优9507、烟2980、中作8131-1、中品92050、京冬6号、中品920809、1061-93矮、中优14、中优16和优选14。其中优选14铁含量最高，达65.6mg·kg-1；其次为中优16，达59.1mg·kg-1。上述品种有8个来自北京，其中中优9507、中优14、中优16和优选14均为中作8131-1的选系。只有烟2980和1061-93矮来自山东。从表3可知，锌含量最高的10个品种分别为中品92050、优选9、中优14、优选14、中优16、中品920809、临旱6105、京冬6号、中作8131-1和山农435001。其中山农435001锌含量最高，达43.9mg·kg-1；其次为中作8131-1，达43.8mg·kg-1。上述品种同样有8个来自北京，中作8131-1及其选系的籽粒锌含量也较高。只有临旱6105和山农435001分别来自山西和山东。2.2河南品种的微量元素将不同地区来源品种主要矿物质元素含量的比较分析结果列于表4ㄢ从表4可看出，不同地区来源品种的钾和磷元素含量差异不显著，铁、锌、锰、铜等微量和钙、镁、硫等常量矿物质元素含量则存在明显差异。微量元素中，北京和山东地区来源品种的铁平均含量最高，分别为42.2和42.8mg·kg-1；河北和河南品种的铁平均含量最低，分别为39.6和39.2mg·kg-1。北京品种的锌平均含量最高，为30.7mg·kg-1；河南品种的锌平均含量最低，为25.7mg·kg-1。河北和山东品种的锰平均含量最高，均为38.6mg·kg-1；河南品种的锰平均含量最低，为34.2mg·kg-1。北京、山东和陕西品种的铜平均含量最高，分别为5.70、5.69和5.78mg·kg-1；河南品种的铜平均含量最低，为4.95mg·kg-1。常量元素中，山东品种的钙平均含量最高，为491mg·kg-1，河南品种的钙平均含量最低，为431mg·kg-1。河北品种的镁平均含量最高，为1608mg·kg-1；其它地区品种的镁平均含量都较低，为1510～1532mg·kg-1。河北和山西品种的硫平均含量最高，分别为1941和1933mg·kg-1；河南品种的硫平均含量则最低，为1827mg·kg-1。从以上分析可看出，北京和山东品种铁、锌、铜等微量元素含量较高，河北和山东品种钙、镁、磷等常量元素含量较高，河南品种的大部分微量和常量元素含量都较低。2.3元素含量分布将小麦籽粒各矿物质元素含量间相关性分析结果列于表5ㄢ从表5可看出，籽粒中铁和锌元素含量间相关系数最高，为0.630；其次为镁与磷、镁与硫、锌与磷、磷与硫，其含量间相关系数分别为0.571和0.521、0.502、0.537，均达0.001显著水平。由此可知，小麦各微量及常量矿物质元素含量间存在一定的相关性和依存关系。3．主要来源品种的土地活性成分缺铁性贫血是世界上最常见的一种营养缺乏病，也是当前最为人们关注的公共卫生问题之一。各类人群都可能由于不同原因造成体内铁含量不足或缺乏，并导致缺铁性贫血。中国居民中缺铁性贫血普遍存在，钙缺乏也很普遍和严重，其中尤以妇女儿童发病率最高，严重危害着中国人民的身体健康。最新研究表明，青少年体内铁锌元素含量不足会在一定程度上影响其智力的发展（黄承钰，个人通讯）。本研究表明，小麦品种间各矿物质元素含量存在明显差异。微量元素中，铁平均含量最高，铜含量最低；常量元素中，钾平均含量最高，钙含量最低。除镁和硫元素外，其它各矿物质元素含量变幅均较大。中作8131-1、中品92050、京冬6号、中品920809、中优14、中优16和优选14等品种（系）铁和锌含量均较高，其中中优14、优选14和中优16均为中作8131-1的选系，其面包加工品质也较好。另外，京冬6号、京冬8号、中麦9号等铁元素含量较高的品种都曾经或还是当地的主栽品种（资料未列出），产量也较高，其中京冬6号和京冬8号均由有芒红7号/洛夫林10号杂交后代与其它品种杂交组合选育而成。这都表明品种籽粒铁锌等元素含量高的品种间存在一定的亲缘关系。此外，籽粒中各矿物质元素含量间存在一定的相关性，铁和锌、镁与磷、镁与硫、锌与磷、磷与硫等元素含量间相关系数分别为0.502～0.630，均达0.001显著水平，表明上述矿物质元素含量间可能存在着某种程度的依存关系，这与Graham等的研究结果相一致。因此，综合上述资料表明，育种中通过选择或选用合适的亲本是可以同时提高小麦品种的产量与铁、锌和钙等元素的含量。鉴于此前尚未对中国的小麦品种进行矿物质元素含量分析，应在本研究工作基础上，进一步筛选中国现有品种特别是各地主栽品种的矿物质元素含量，特别是与人体健康密切相关的铁和锌元素的含量，对其含量高的主栽品种直接推广加以利用，并可和其他高铁锌含量品系一起作为亲本，以经济有效地直接或间接利用这些材料，进一步提高中国小麦品种的矿物质特别是铁锌等元素的含量。本试验将所有240个品种和品系种植在同一个地点，测定其籽粒矿物质元素的含量，从而消除了环境因素对其籽粒矿物质元素含量的影响，品种间测定结果具有可比性。不同地区来源品种除钾和磷元素含量差异不显著，铁、锌、锰、铜等微量和钙、镁、硫等常量矿物质元素含量均存在明显差异，其中北京和山东品种铁、锌、铜等微量元素含量较高，河北和山东品种钙、镁、磷等常量元素含量较高，河南品种大部分微量和常量元素含量都较低。系谱分析可知，北京地区来源品种中优14、优选14和中优16均为中作8131-1的选系，北京837、京冬6号和京冬8号均由有芒红7号/洛夫林10号杂交后代与其他品种杂交组合选育而成，并和北京841、京411等都含有洛夫林10号的血缘；河北和山东地区来源品种冀麦24、冀麦26、鲁麦7、鲁麦12等也含有洛夫林10号的血缘；河南品种则较多含意大利品种阿夫（Funo）和前苏联品种山前麦血缘，较少含洛夫林10号的血缘。因此，造成各地区来源品种矿物质元素含量差异的主要原因可能在于品种间的遗传背景不同，与本试验中各地区品种所用亲本来源有一定关系。对于品种矿物质元素含量较低的地区（如河南），可以通过引进矿物质元素含量较高地区（如北京和山东）的品种作为亲本来改良和提高当地品种的矿物质元素含量。本研究只选用了一年一点的结果，未进行环境对品种矿物质元素含量的影响分析。董慕新和张辉对种植在中国8