馮 亮，蘭 航，涂松林，徐欣然，賴弟利，范 昱，嚴 俊，趙 鋼

(1.成都市食品藥品檢驗研究院，四川 成都 610106；2.成都大學，農業(yè)部雜糧加工重點實驗室/藥學與生物工程學院，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、適應性強、穩(wěn)產(chǎn)性好且營養(yǎng)價值高、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)學的角度看，燕麥膳食纖維具有吸收毒素、保護皮膚、降低血脂和膽固醇，調節(jié)人體免疫功能、抑制糖尿病、降低腸癌患病率和增強人體抵抗力的功能[4]。隨著大眾對燕麥生理功能和營養(yǎng)逐步了解，消費群體對燕麥食品的需求呈逐年上升趨勢，越來越多的人將燕麥食品視作為一種重要膳食營養(yǎng)來源，研究和發(fā)掘燕麥優(yōu)質營養(yǎng)種質資源對燕麥保健品的開發(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。糧食對重金屬有一定的富集能力，并且可通過食物鏈進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)境的變化均會對作物的營養(yǎng)以及功能成分產(chǎn)生影響。因此，本研究通過對2個地區(qū)種植的57份燕麥材料進行污染元素Mn、Ni、As、Cd、Pb含量及單粒重進行測定，結合雙因素方差和斯皮爾曼秩相關性分析等手段，分析籽粒中不同污染元素含量間的以及與環(huán)境的相關性，探討不同種植地燕麥品種對品質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 試驗材料

57個燕麥品種(XO)材料由西北農林科技大學胡銀崗教授提供，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分析。

1.2 田間實驗及多組分營養(yǎng)物質的測定

1.2.1田間實驗

田間種植隨機區(qū)組設計進行條播，行長約120cm，行間距 60 cm，每份材料播1行，設置保護行。待種子成熟后，采集每行所有種子放于同一牛皮紙袋內，編號。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定

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

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

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

2 結果分析

2.1 燕麥籽粒污染元素的差異性分析

對金堂五鳳鎮(zhèn)和康定姑咱鎮(zhèn)2個種植環(huán)境的燕麥籽粒污染元素Mn、Ni、As、Cd和Pb含量進行分析測定，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個種植點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元素含量遠高于康定姑咱鎮(zhèn)。而As、Cd和Pb的均值含量在2個種植環(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個元素在燕麥籽粒群體中均呈少量分布。

表2 2個地區(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，生長在康定姑咱鎮(zhèn)的燕麥籽粒所測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個品種中的Ni元素含量在2個環(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。綜合對比可以得知，XO-1-30、XO-1-72、XO-1-60這3個品種的燕麥籽粒元素含量在2個環(huán)境中含量均較低，含量表現(xiàn)較為穩(wěn)定，說明這3個品種可能對污染元素的富集能力較弱，相對其他品種籽粒可以作為育種利用首選。

2.2 種植地及品種對燕麥籽粒污染元素的影響分析

對甘孜康定姑咱鎮(zhèn)與金堂縣五鳳鎮(zhèn)這2個種植地區(qū)的57個相同品種燕麥籽粒的污染元素進行方差分析(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。對比圖1可知，2個種植環(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性分析

對供試樣品的污染元素之間進行斯皮爾曼秩相關性分析檢驗，結果如圖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性(p<0.05)，其中As含量與Mn含量的斯皮爾曼秩相關性系數(shù)最大，為0.547 3，且呈現(xiàn)顯著正相關(p<0.01)，同樣與Pb含量也呈現(xiàn)顯著正相關(p<0.01)，斯皮爾曼秩相關性系數(shù)為0.508 2；而Mn、Ni、As、Pb元素含量與Cd均不呈相關性，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)相關性(p<0.05)，說明這5種元素的相關性可能受到種植環(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性分析

3 結果與討論

礦質元素是植物生長所必需的，對植物各種生理代謝的關鍵步驟起調控作用。微量元素適量時可以作為元素的一種補充，缺乏或過量時都會產(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[15]。目前，已有研究對麥類中的金屬元素含量進行了測定[16-20]，但針對各類燕麥污染元素含量的報道較少，本實驗對種植于2個不同環(huán)境中燕麥籽粒的5 種污染元素(Mn、Ni、As、Cd、Pb)的含量進行了測定和分析，結果表明，籽粒中Mn、Ni 2個元素在2個地區(qū)種植的燕麥群體中均大量分布，且各個品種間元素含量均有差異，無明顯的變化規(guī)律，As、Cd、Pb 3個元素在2個種植環(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較小。結合兩地土壤污染元素含量的對比，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，而種植環(huán)境對燕麥籽粒的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)國家標準可知[25,26]，糧食重金屬含量標準限量值為: As≤0.05 mg·kg-1，Cd≤0.05～0.2 mg·kg-1，Pb≤0.1～0.3 mg·kg-1，而本次實驗中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種元素含量遠低于國家標準值，說明燕麥是值得推廣種植的糧食作物。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]研究結果基本一致。本研究所選2個環(huán)境土壤污染元素含量均未超標，將繼續(xù)研究在超標土壤環(huán)境下燕麥籽粒污染元素積累情況，以進一步探討燕麥籽粒元素在不同環(huán)境下的積累規(guī)律與機制。

通過測定2個環(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個地區(qū)污染元素Mn、Ni含量均表現(xiàn)較高，說明這2個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)境中相對于其他品種對污染元素的富集能力較強，而XO-1-30、XO-1-72、XO-1-60這3個品種的燕麥籽粒在2個環(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個品種在不同的種植環(huán)境中對污染元素的富集能力相對較弱。這為挖掘污染元素積累量少對污染不敏感的燕麥基因資源提供了基礎，對燕麥籽粒污染元素的累積研究提供了理論依據(jù)，為燕麥的進一步選育提供參考和依據(jù)。