閆榮玲，陳桔紅，毛龍毅，唐小妹，朱 琳，廖 陽(湖南科技學院 化學與生物工程學院，湖南 永州 425199)

油茶花粉中稀土元素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性及其在沸水中的釋出率研究

閆榮玲，陳桔紅，毛龍毅，唐小妹，朱 琳，廖 陽*
(湖南科技學院 化學與生物工程學院，湖南 永州 425199)

利用ICP-MS法測定了不同樹齡油茶花粉中稀土元素的含量，分析了其與單株產(chǎn)量間的相關(guān)性，及其在沸水中的釋出規(guī)律，旨在為油茶栽培以及油茶花粉的保健食用提供參考。結(jié)果發(fā)現(xiàn),油茶花粉中稀土元素含量極低，部分樹齡油茶花粉中甚至檢測不到Ho、Tm、Lu、Sc、Pm的存在，含量最高的Ce，也僅為0.090 5 mg/kg(32 a樹齡)?；ǚ壑懈飨⊥猎睾恳约皢沃戤a(chǎn)量隨樹齡增加均呈先增加后降低的趨勢；稀土元素總量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.91)；但各稀土元素與產(chǎn)量則無顯著相關(guān)性。32 a樹齡油茶花粉在沸水浸泡15 min后，除Sc、Pm、Tb、Ho、Tm、Yb、Lu7種元素外，其他10種稀土元素均有不同程度釋出，釋出量最高的為Ce，釋出率最高的為Nd；所有元素的總釋出量達到0.043 3 mg/kg，對應的總釋出率為17.4%。提示，適量稀土元素對提高油茶產(chǎn)量有積極意義，在合適齡段施加一定稀土肥有利于油茶增產(chǎn)；食用油茶花粉保健時，可在服用前通過沸水沖泡處理減少稀土元素攝入。

油茶； 稀土元素； 產(chǎn)量； 花粉； 釋出率

稀土元素(rare earth elements，REE)是元素周期表中鑭系及與鑭系密切相關(guān)且性質(zhì)相近的17種元素的統(tǒng)稱，包括鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、釔(Y)、鈧(Sc)[1]。稀土元素在自然界廣泛存在，特別是在稀土礦區(qū)及其周邊土壤中的含量更高。同其他礦質(zhì)元素一樣，植物通過根系可吸收稀土元素進入體內(nèi)并運送到地上部分，除營養(yǎng)器官根、莖、葉外，生殖器官如花、果實、種子等也會有稀土元素的富集，這為稀土元素進入植物體內(nèi)并發(fā)揮其生理效應提供了條件[1-2]。近年來，稀土元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越廣泛。適量的稀土元素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有一系列積極效應，如可顯著提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，促進植物再生植株的生長，增加次生代謝產(chǎn)物的合成，增強植物的抗逆與抗病蟲害能力等[3-5]。

油茶(Camelliaoleifera)是我國重要的木本油料作物，如何增產(chǎn)以及延長其豐產(chǎn)齡期是人們一直關(guān)注的問題。雖然適量的稀土元素對作物可以產(chǎn)生眾多積極效應，但還鮮見稀土元素在油茶栽培領(lǐng)域應用的報道，更未闡明生殖器官中的稀土元素含量與油茶產(chǎn)量之間是否存在相關(guān)性。植物花粉富含維生素、氨基酸、不飽和脂肪酸、黃酮等活性物質(zhì)，具有抗氧化、抗癌、增強免疫力等多種生理功效，是一種常用保健食品[6-7]。然而,由于根系吸收的稀土元素會遷移至花粉，因此在食用花粉的同時也攝入了其中的稀土元素。已有研究表明，人體攝入的過量稀土元素會在肝、腦、骨髓等器官中沉積，對免疫、生殖、神經(jīng)、內(nèi)分泌等多方面機能產(chǎn)生顯著而長期的不良影響[8-11]。因此，長期食用花粉進行保健的人群是否存在稀土元素被攝入體內(nèi)發(fā)生富集的風險值得關(guān)注。鑒于此，初步研究了稀土元素在油茶花粉中的含量及其與產(chǎn)量的相關(guān)性，并分析了其在沸水浸泡(自然冷卻)過程中的釋出情況，旨在為稀土元素在油茶栽培中的應用以及油茶花粉的保健食用提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

供試油茶樹齡分別為12、20、32、47、55 a。2014年11月于衡陽縣金溪鎮(zhèn)采集含苞待放油茶花苞置于冰盒中，當日帶回實驗室進行后續(xù)處理。取回的花苞在實驗室去除花瓣，置培養(yǎng)皿中于70 ℃烘箱中烘干，之后去除花絲收集脫落的花粉備用。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 稀土元素含量 采用密閉高壓消解ICP-MS法測定金屬以及稀土元素的含量[12]。取適量稀土元素混合標準液，用硝酸配制成質(zhì)量濃度為0、0.1、0.5、1.0、3.0、5.0 μg/L的標準系列。然后將標準系列工作液分別注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7700)，測定相應的信號響應值，繪制標準曲線。樣本測量時，先稱取0.500 0 g各樹齡油茶花粉于消解內(nèi)罐中，加入5 mL硝酸浸泡過夜(冷消化)。蓋好內(nèi)蓋，旋緊不銹鋼外套，放入恒溫干燥箱，160 ℃保持6 h，在箱內(nèi)自然冷卻至室溫，緩慢旋松不銹鋼外套，將消解內(nèi)罐取出，放在控溫電熱板上于140 ℃趕酸(當內(nèi)罐中的消化液大約剩2 mL時，加5 mL超純水繼續(xù)趕酸至2 mL左右，重復以上步驟直至趕酸完成)。消解內(nèi)罐放冷后，將消化液轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，洗罐3次，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻待測。將試樣溶液注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中，得到相應信號響應值，根據(jù)標準曲線得到待測液中相應元素的質(zhì)量濃度，平行測定3次求平均值。

1.2.2 油茶果實產(chǎn)量 每一樹齡選取3株正常植株，采集各植株所有果實，分別稱取鮮質(zhì)量計算平均值為此樹齡的單株產(chǎn)量。

1.2.3 沸水沖泡下花粉稀土元素釋出量 稱取樹齡32 a油茶植株的花粉0.500 0 g，在室溫25 ℃下加入到300 mL煮沸的超純水中(之后不再加熱)，浸泡15 min后過濾、定容，之后利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7700)測定濾液中的稀土元素含量，并計算每種元素的釋出率以及總釋出率，各元素釋出率=各稀土元素釋出量/花粉中各稀土元素含量×100%，總釋出率=所有稀土元素的總釋出量/花粉中所有稀土元素的總含量×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)用Excel 2003、SPSS 19.0以及Sigma plot 10.0等軟件進行整理、分析以及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹齡油茶花粉中稀土元素的含量

由表1可知，不同樹齡油茶花粉中17種稀土元素含量均極低，12 a樹齡的油茶花粉中未檢測到Sc、Pm、Ho、Tm、Lu，20 a與55 a樹齡的油茶花粉中未檢測到Sc、Pm、Tm、Lu的存在?；ǚ壑懈飨⊥猎氐暮侩S油茶樹齡的增長呈先增加后減少的變化趨勢，除Eu、Yb含量在樹齡47 a的油茶花粉中達最大值外，其他稀土元素含量均在樹齡32 a的油茶花粉中達到最大值。樹齡32 a的油茶花粉中各稀土元素含量由高到低依次為Ce、La、Y、Nd、Eu、Gd、Pr、Sm、Dy、Er、Yb、Tb、Ho、Lu、Tm、Sc、Pm，其中Ho、Lu、Tm、Sc、Pm 5種元素含量幾乎為零。

表1 不同樹齡油茶植株花粉中稀土元素含量 mg/kg

2.2 油茶產(chǎn)量隨樹齡增加的變化規(guī)律及其與花粉中稀土元素含量的相關(guān)性

由圖1可知，油茶產(chǎn)量隨樹齡增加呈先增加后降低的變化趨勢。其中12～32 a樹齡的油茶產(chǎn)量隨樹齡增加而增加，在32 a樹齡達到最大值(19 549.1 g/株)，之后持續(xù)下降，至55 a樹齡時油茶產(chǎn)量僅為11 472.8 g/株。

圖1 單株產(chǎn)量隨樹齡增加的變化規(guī)律

花粉中稀土元素總量與油茶產(chǎn)量間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，R2=0.91)(圖2)。但對每種稀土元素與產(chǎn)量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，各稀土元素含量與產(chǎn)量間無顯著相關(guān)性(P>0.05)。

圖2 油茶花粉中稀土元素總量與油茶產(chǎn)量的相關(guān)性

2.3 油茶花粉中稀土元素在沸水浸泡下的釋出情況

由表2可知，除Sc、Pm、Tb、Ho、Tm、Yb、Lu 7種元素外，其他10種稀土元素均有不同程度釋出，其中Ce的釋出量最高，達0.016 0 mg/kg。由于各稀土元素在花粉中的含量不同，釋出率的高低與釋出量大小順序不同，Nd釋出率最高，達22.7%。所有稀土元素的總釋出量達到0.043 3 mg/kg，對應的總釋出率為17.4%。

表2 32 a樹齡油茶花粉中稀土元素在沸水中的釋出情況

元素種類釋出量/(mg/kg)釋出率/%Y0．005015．5Sc0．00000La0．007117．2Ce0．016017．7Pr0．001722．4Pm0．00000Nd0．007022．7Sm0．001014．1Eu0．003419．9Gd0．001012．2Tb0．00000Dy0．000510．2Ho0．00000Er0．000616．7Tm0．00000Yb0．00000Lu0．00000合計0．043317．4

3 結(jié)論與討論

油茶作為木本油料作物，不占用耕地且產(chǎn)油營養(yǎng)價值極高，在維護我國糧油安全中充當著重要角色。通過培育新品種、科學施肥、精細管理等多種手段可以提高油茶的產(chǎn)量。已有研究證實，適宜濃度稀土可促進葉細胞葉綠體的生長發(fā)育，提高葉綠素含量以及光能的吸收和轉(zhuǎn)化能力，刺激植物次生代謝物質(zhì)特別是部分風味物質(zhì)的合成，從而顯著提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[2,13-17]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除了施用常規(guī)化肥外，稀土肥料的作用越來越收到人們的重視。

植物通過授粉實現(xiàn)受精后才能產(chǎn)生果實和孕育種子，花粉為授粉提供了雄配子，是與產(chǎn)量直接相關(guān)的植物特有結(jié)構(gòu)。外源稀土元素可提高花粉萌發(fā)率、促進花粉管伸長，增加受精成功率和座果率[18-19]。本研究比較了不同樹齡油茶的單株產(chǎn)量以及花粉中的稀土元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者均隨樹齡增加均呈先增加后降低的變化規(guī)律；相關(guān)性分析顯示，單株產(chǎn)量與花粉中的稀土元素總量之間存在著顯著的正相關(guān)性(P<0.01，R2=0.91)，提示稀土元素通過根系吸收并向上運輸?shù)接筒杌ǚ郏矔绊懙绞芫晒β室约白?，最終影響到產(chǎn)量的高低?？梢?，在油茶栽培與管理中，適時適量地施加稀土肥料具有增產(chǎn)的功效，準確的施加時間以及施加劑量還需通過進一步研究確定?；ǚ壑?7種稀土元素的含量差異明顯，少數(shù)幾種元素甚至在部分樹齡下未被檢出?；ǚ壑忻糠N稀土元素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果表明，各稀土元素含量與產(chǎn)量間無顯著相關(guān)性。需指出的是，由于本研究沒有對油茶植株生長的土壤進行稀土含量分析，不能確定花粉中某種稀土元素的低含量是否由于土壤中缺乏此種元素導致的。在實際生產(chǎn)中，施用稀土肥料前應對土壤進行元素含量分析。

由于進入植物組織的稀土元素可通過食物鏈進入人體，隨著稀土元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用的普及，稀土元素在人體的富集及其危害也愈來愈受到重視。研究表明，稀土元素進入人體后，會在肝臟、骨髓以及神經(jīng)中樞等部位富集并產(chǎn)生組織損傷和病變，代謝混亂、神經(jīng)傳導受阻等嚴重的毒害效應[20]。植物花粉由于富含對人體可產(chǎn)生抗氧化、抗癌、增強免疫力等功效的活性物質(zhì)，被人們廣泛用作保健食品進行服用。本研究結(jié)果顯示，油茶花粉中的稀土元素含量十分低，服用油茶花粉不會對人體產(chǎn)生急性毒害作用。但這并不代表可以毫無顧忌的長期大量食用油茶花粉。為避免人們在不知不覺中長期低劑量攝入稀土元素，在食用時進行一些快速、簡單、易行的處理，可減少其攝入量。本研究結(jié)果提示，在食用前把花粉置于沸水中持續(xù)浸泡一段時間(15 min)是一項切實可行且有效(釋出率17.4%)的辦法。

綜上，稀土元素既能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮積極作用，也能通過食物鏈在人體富集進而影響健康，因此，應采取前期研究系統(tǒng)全面、實際使用嚴格謹慎的原則對待稀土元素，同時還需注重開展保健品等食物的稀土元素含量檢測。

致謝：感謝永州市疾病預防與控制中心在稀土元素含量測定中提供的幫助。

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Correlation between REE Content in Pollen and Yield ofCamelliaoleiferaand Precipitation Rate of REE by Boiling Water Brew

YAN Rongling,CHEN Juhong,MAO Longyi,TANG Xiaomei,ZHU Lin,LIAO Yang*
(School of Chemistry and Bioengineering,Hunan University of Science and Engineering,Yongzhou 425199,China)

The contents of rare earth elements(REE) inCamelliaoleiferapollen with different tree age were determined by ICP-MS,the correlation between REE content and the yield per plant,and the precipitation rate of REE in boiling water were analyzed,so as to provide some references for theCamelliaoleiferacultivation and pollen safe taken for health care.The results showed that the REE contents in theCamelliaoleiferapollen were extremely low,some elements such as Ho,Tm,Lu,Sc,Pm even could not be detected at several tree ages,the Ce content is the highest with 0.090 5 mg/kg at 32 a.The each REE content and the yield per plant both showed a trend of increase first then decrease with the increase of tree age.A significant positive correlation was observed between total content of REE and the yield per plant (R2=0.91),while there were no significant positive correlation between each REE element content and yield per plant.REE released from pollen(32 a) in varying degrees after 15 min boiling water treatment except Sc,Pm,Tb,Ho,Tm,Yb,Lu. Ce and Nd showed the maximum release content and release rate,respectively.The total precipitation amount of all elements reached 0.043 3 mg/kg corresponding to a total precipitation rate of 17.4%.The above results indicated that,an appropriate REE content had a significant positive effect onCamelliaoleiferayield improving,so a reasonable REE fertilizer applying could increase high yield ofCamelliaoleiferaat suitable tree age,and a boiling water treatment was done to reduce the intake of REE before takingCamelliaoleiferapollen for health care.

Camelliaoleifera; rare earth elements; yield; pollen; precipitation rate

2016-01-20

湖南省科技廳科研項目(2014NK3133)；湖南省創(chuàng)新團隊項目(2012-318)；湘南優(yōu)勢植物資源綜合利用湖南省重點實驗室項目(XNZW15C10,XNZW15C18)；2014年湖南科技學院科研課題及校大學生研究性學習課題

閆榮玲(1982-)，女，河北石家莊人，講師，碩士，主要從事植物生理學與天然產(chǎn)物利用研究。 E-mail:yanrongling0912@163.com

*通訊作者：廖 陽(1983-)， 男，湖南衡陽人，講師，碩士，主要從事植物資源綜合利用研究。 E-mail:liaoyang1127@163.com

S794.4

A

1004-3268(2016)08-0039-05