朱立勛，郭志強(qiáng)，趙立松，尹夢(mèng)嬌，陳佳靜，張 汝，范佳利，楊博慧，梁月秀，馮 凡，郝艷平，李 濤，張春亮，呂晉慧，李新基，張春來(lái)

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷 030801；3.陽(yáng)泉市錦圣林源林業(yè)科技有限公司，山西平定 045200）

高粱（Sorghum bicolor（L）Moench）是世界上第五大谷類作物[1]，是非洲和一些亞洲國(guó)家如印度的主食，在糧食安全上具有重要地位。高粱也是我國(guó)的重要谷類作物。王富德等[2]研究認(rèn)為，我國(guó)高粱種植最早可追溯到新石器時(shí)代?，F(xiàn)在我國(guó)傳統(tǒng)的米、面等全谷物制作的主食已經(jīng)越來(lái)越精細(xì)化，但這有利有弊，過(guò)度精細(xì)化也使得谷物的營(yíng)養(yǎng)流失。而高粱作為雜糧因?yàn)楦缓暇厶?、氨基丁酸、含氧胡蘿卜素、葉黃素、戊聚糖、低聚木糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，日常增加高粱攝入，可以很好的彌補(bǔ)日常食用精米面營(yíng)養(yǎng)缺失的狀況[3-4]。同時(shí)，高粱面還含有較多的粗纖維，有利于人的身體健康。

高粱的營(yíng)養(yǎng)豐富，含有多種人體日常必需的微量元素，如Fe、Zn、Se、Mn 等。當(dāng)前，我國(guó)居民微量元素日常的攝入存在很多不足，因性別差異、年齡差異、體質(zhì)差異，缺少微量元素表現(xiàn)得各不同，但不可否認(rèn)的是微量元素的缺少或過(guò)高都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生負(fù)面影響?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明，高粱的多酚具有氧化隔離、抗誘變、抗癌、消炎等功效，已在藥物、彩妝護(hù)膚品等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用[5]。在食品加工業(yè)中，高粱紅色素已批準(zhǔn)加入我國(guó)食品添加劑目錄[6]?，F(xiàn)階段生產(chǎn)生活中采用的粒用高粱主要是雜交種，常規(guī)種質(zhì)在部分糯性高梁應(yīng)用較少[7]，而高粱節(jié)水的特點(diǎn)也方便水資源短缺地區(qū)種植[8]，有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和幫助農(nóng)民致富。

從用途上將高粱劃分為粒用高粱、飼用高粱、甜高粱及帚高粱四大類。粒用高粱的谷粒可以供食用，在我國(guó)主要用來(lái)釀酒和造醋，也可加工成餅干、饅頭甚至酸奶[9]。韋瑛[10]研究認(rèn)為，育良種才能建立穩(wěn)定的甜高粱生產(chǎn)基地拓展深加工產(chǎn)業(yè)，還可以解決國(guó)內(nèi)大部分粒用高粱品種植株偏高，不易進(jìn)行機(jī)械化收獲；因穗柄較短、旗葉鞘較長(zhǎng)導(dǎo)致“鞘包穗”現(xiàn)象發(fā)生[11]。飼用高粱雜交種目前親本系的選育著重于蛋白質(zhì)含量高、富含微量元素、低單寧、脂肪和總淀粉含量中等的品種[12]。胡廣甫等[4]通過(guò)比較玉米、蕎麥、小米、燕麥、高粱5 種雜糧中功能元素含量，發(fā)現(xiàn)高粱的鐵元素含量最高。所以，日常餐飲生活中可以多食用含鐵量高的高粱。雖然關(guān)于作物中營(yíng)養(yǎng)元素含量的相關(guān)研究很多，但是高粱籽粒中營(yíng)養(yǎng)元素含量的相關(guān)報(bào)道還較少。

山西省是重要的高粱種植區(qū)，本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)12 個(gè)高粱品種的礦物元素含量進(jìn)行測(cè)量和分析，進(jìn)行品種差異顯著性比較和相關(guān)性分析，旨在為創(chuàng)制優(yōu)質(zhì)的高粱種質(zhì)資源和組配雜交種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

高梁試驗(yàn)材料有晉雜12 號(hào)、晉雜15 號(hào)、晉雜20 號(hào)、晉雜25 號(hào)、晉雜30 號(hào)、晉中405 和配制的雜交組合（V4A×011-59、6A×33、623A×014-33、晉雜22 晚、晉30 晚、623A×014-33 晚），均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物基因組與分子育種實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019 年5—11 月在晉中市太谷區(qū)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院申奉試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬作物為玉米，土壤為碳酸鹽褐土，0～20 cm 土層內(nèi)有機(jī)質(zhì)為20.24 g/kg，堿解氮為49.93 mg/kg，有效磷18.27 mg/kg，速效鉀為263.4 mg/kg，pH 值為8.13。

1.3 試驗(yàn)方法

高粱播種前統(tǒng)一旋耕施基肥，5 月中旬播種出苗后，按行距0.55 m、株距0.16 m 進(jìn)行間苗。每個(gè)品種播種3 行，行長(zhǎng)6.5 m，各品種設(shè)3 次重復(fù)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在ICP-MS 方法上改進(jìn)了試驗(yàn)方法[13]，以便更好的進(jìn)行樣品制備和樣品處理。

具體方法：高粱成熟后，按品種分別收獲高粱籽粒3 穗，脫籽粒、干燥、研磨、過(guò)篩子，封存。在消煮管中放入稱好的2.0 g 樣品，然后再加入15 mL HNO3-H2O2（體積比為4∶1）混合酸液，預(yù)處理一夜。加熱消煮管至樣品完全溶解后，再調(diào)節(jié)消解溫度為220 ℃消煮至無(wú)色。設(shè)置溫度為160 ℃，在EDH-24 趕酸儀中進(jìn)行趕酸，直到?jīng)]有白煙冒出，隨后進(jìn)行冷卻，定容至50 mL 容量瓶中。用iCAPQ感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定溶液中Fe、Zn、Se、Mn、Cu、Cd、As 等元素含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)使用Microsoft Excel 2010 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、制作表格圖形；用SPSS Statistics17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）。

[7]陳寶生：《堅(jiān)持以本為本推進(jìn)四個(gè)回歸--建設(shè)中國(guó)特色、世界水平的一流本科教育》，http://news.cslg.edu.cn/index/read/id/77521.

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱雜交種籽粒中功能元素含量的測(cè)定結(jié)果

為比較各品種籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，測(cè)定了Fe、Zn、Se、Mn 等7 種元素的含量（表1），因Cd、As、Cu為污染元素且含量均未超標(biāo)，未列出。

從表1 可以看出，12 個(gè)品種高粱籽粒中Fe 含量平均值為45.43 mg/kg，變異系數(shù)為43.10%。Fe 含量最高的是623A×014-33 晚，晉雜20 號(hào)居第2，分別為62.39、60.77 mg/kg；Fe 含量為35～55 mg/kg的材料有7 份，占比為58.33%，分別為V4A×011-59、晉雜12 號(hào)、晉雜15 號(hào)、晉雜22 晚、晉雜25 號(hào)、晉雜30 號(hào)和晉中405，6A×33 的Fe 含量最低（23.92 mg/kg）。

表1 高粱雜交種籽粒中4 種元素含量 mg/kg

高粱雜交種籽粒中Mn 含量的平均值為17.46 mg/kg，變異系數(shù)為15.90%。Mn 含量最高的是晉雜15 號(hào)，晉雜22 晚居第2；Mn 含量為15～19 mg/kg的材料有7 份，占比為58.33%，分別為V4A×011-59、晉雜12 號(hào)、晉雜20 號(hào)、晉雜25 號(hào)、晉雜30 號(hào)、623A×014-33 晚、晉30 晚。晉中405的Mn 含量最低（13.64 mg/kg）。

高粱雜交種籽粒中Zn 含量的平均值為15.76 mg/kg，變異系數(shù)為10.36%。Zn 含量最高的是晉雜15 號(hào)，623A×014-33 晚居第2；Zn 含量為14～19 mg/kg 的材料有10 份，占比為83.33%，分別為V4A×011-59、晉雜12 號(hào)、晉雜20 號(hào)、晉雜22 晚、晉雜25 號(hào)、晉雜30 號(hào)、623A×014-33、晉30 晚、623A×014-33 晚、晉中405。6A×33 的Zn 含量最低（11.70 mg/kg）。

12 個(gè)品種高粱雜交種籽粒中Se 含量的平均值為0.17 mg/kg，變異系數(shù)為17.18%，Se 含量最高的材料是晉雜15 號(hào)，晉中405 居第2；Se 含量在0.15～0.19 mg/kg 的材料有7 份，占比為58.33%，分別為V4A×011-59、晉雜22 晚、晉雜25 號(hào)、晉雜30 號(hào)、623A×014-33、623A×014-33 晚、晉30 晚。6A×33 的Se 含量最低（0.13 mg/kg）。

總體來(lái)看，晉雜15 號(hào)籽粒中4 種元素含量都很高，Mn、Zn、Se 含量都居第1，6A×33 的Fe、Zn、Se 含量都是最低。

2.2 高粱雜交種籽粒中功能元素含量的單因素方差分析

由表2 可知，對(duì)12 個(gè)品種（系）籽粒中Fe 元素含量的單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）對(duì)Fe元素含量的差異不顯著。

表2 12 個(gè)品種（系）Fe 含量的單因素方差分析

對(duì)12 個(gè)品種（系）Zn 元素含量的單因素方差分析（表3）發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）對(duì)Zn 元素含量的差異都達(dá)到了顯著水平（P≤0.05）。對(duì)12 個(gè)品種（系）Se 元素含量的單因素方差分析（表4）發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）對(duì)Se 元素含量的差異不顯著。

表3 12 個(gè)品種（系）Zn 含量的單因素方差分析

表4 12 個(gè)品種（系）Se 含量的單因素方差分析

對(duì)12 個(gè)品種（系）Mn 元素含量的單因素方差分析（表5）發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）對(duì)Mn 元素含量的差異不顯著。

表5 12 個(gè)品種（系）Mn 含量的單因素方差分析

綜上，不同品種（系）籽粒中Fe、Mn、Se 元素含量差異不顯著，對(duì)Zn 差異顯著，表明不同品種對(duì)Zn 含量影響很大。

2.3 高粱雜交種籽粒中功能元素的含量相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)12 個(gè)高粱品種（系）7 種元素的含量進(jìn)行相關(guān)性分析（表6），F(xiàn)e 與Mn、Zn、Cu 間有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P≤0.01），F(xiàn)e 與Se、Cd 和As 間元素存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，差異不顯著。

表6 高粱籽粒中微量元素含量的相關(guān)性分析

Zn 與Fe、Se、Cu 和As 元素之間有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P≤0.01）。Mn 與Zn 和Cu 呈顯著正相關(guān)，Se 和As 之間存在正相關(guān)關(guān)系，差異不顯著。Cd與As 呈較強(qiáng)正相關(guān)，與Fe 呈較強(qiáng)負(fù)相關(guān)，與其余4 種元素關(guān)系較弱；As 與Zn 和Se 存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P≤0.01）。

以上研究表明，高粱雜交種對(duì)Fe、Mn、Zn 和Cu元素之間的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)或積累有協(xié)同作用，育種選擇高Fe 元素含量時(shí)，Mn、Zn、Cu 元素含量很可能也得到提高；Fe 與Se、Cd 和As 元素之間存在負(fù)相關(guān)，可能存在拮抗作用，育種選擇高Fe 元素含量時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致Se、Cd 和As 含量的降低；Cd 與As是污染元素，呈較強(qiáng)正相關(guān)，育種中可同時(shí)選擇兩元素較低的材料。As 與Zn 和Se 存在極顯著的正相關(guān)，說(shuō)明高粱吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)或積累這3 個(gè)元素有協(xié)同作用，育種上提高Zn 和Se 的含量很可能會(huì)提高As 的吸收，因此要適度。

3 討論

3.1 微量元素鐵、鋅、硒、錳對(duì)人體的影響

Fe、Zn、Se、Mn 等是人體不可缺少的微量元素，固然微量元素在人體中占比很?。?.01%以下），但卻是人體內(nèi)不可或缺的生理活性物質(zhì)，缺乏或不足都影響身體健康。不同性別、年齡、體質(zhì)的人這些微量元素如果缺乏或過(guò)高，都會(huì)使人體產(chǎn)生、誘發(fā)疾病或者生理異常[14]。

鐵是重要的微量元素，參與身體中的多種生物化學(xué)反應(yīng)，機(jī)體中許多蛋白質(zhì)的合成需要鐵元素的參與。胡廣甫等[4]通過(guò)比較玉米、蕎麥、小米、燕麥、高粱等5 種雜糧中功能元素含量，發(fā)現(xiàn)高粱中鐵元素含量最高。所以，在日常生活中，可以多食用高粱來(lái)補(bǔ)充鐵元素。

楊冬華[15]研究表明，鋅元素的缺乏與兒童的低體質(zhì)有密切的聯(lián)系。鋅缺乏可引起兒童發(fā)育不良。鋅元素對(duì)大腦發(fā)育非常友好，被譽(yù)為“最聰明的元素”，鋅元素供應(yīng)量不足會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育不良。國(guó)人膳食鋅元素來(lái)源為糧食類（米面及制品），因此，高粱鋅元素含量的研究有助于篩選鋅含量高的優(yōu)良品種。

硒是人和動(dòng)物不可缺少的功能元素，在人體中含量極少，只有3～20 mg[16]。近年來(lái)，硒因具有預(yù)防多種癌癥的作用而聲名鵲起，成為礦物質(zhì)微量元素中的熱點(diǎn)，并被譽(yù)為“生命火種”、“抗癌之王”、“生命的奇效元素”。我國(guó)的硒分布極不均勻，全國(guó)72%的地區(qū)硒含量低，土壤缺硒必然會(huì)導(dǎo)致對(duì)硒的吸收量低，進(jìn)而影響人體硒的攝入。人體主要靠食用植物硒來(lái)積累硒元素，食用含硒的食物增加人體膳食中硒的攝入量，是缺硒地區(qū)人群補(bǔ)硒的重要途徑之一[17]。因此，培育富硒高粱將成為人們補(bǔ)硒的優(yōu)良選擇。

錳元素在人體的骨骼發(fā)育、新陳代謝還有酶的合成中有著重要作用。錳是機(jī)體造血的原料和調(diào)節(jié)因子，能促進(jìn)傷口的愈合，還有抗衰老和預(yù)防癌癥的作用。錳元素多集中在谷物的表層和胚，精制的谷物錳元素含量低于粗制的谷物，所以，不能一味追求細(xì)膩的口感，日常飯食中要注重粗細(xì)搭配，將高粱和細(xì)糧結(jié)合食用。

微量元素等的缺乏已經(jīng)成為影響人們身體健康的重要因素之一[18-19]。徐娟等[20]研究表明，在大米、小米等8 種谷類食物中除薏仁米外，高粱的微量元素豐富度最高。王廣西等[21]研究發(fā)現(xiàn)，黑豆、高粱、蕎麥、紅豆、燕麥、綠豆5 種雜糧中Mn、Fe、Cu、Zn 等4 種元素中Fe 元素含量最高，這與本試驗(yàn)結(jié)果相符。

3.2 高粱雜交種微量元素含量的差異

高粱籽粒為食材和食品加工原料，微量元素對(duì)加工工藝的影響還有待明確，品種和栽培措施都會(huì)影響籽粒中微量元素的含量。通過(guò)遺傳育種和生物技術(shù)改進(jìn)籽粒的品質(zhì)是高粱育種的主攻方向。研究不同高粱品種功能元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，有利于更好地掌握品種特性，篩選優(yōu)異的高粱種質(zhì)資源和雜交種。本研究表明，晉雜15 號(hào)的Zn、Se、Mn 含量均最高，F(xiàn)e 含量較高的是623A×014-33 晚和晉雜20 號(hào)，6A×33 的Fe、Zn、Se 含量都是最低。要生產(chǎn)高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的高粱籽粒，可考慮選用晉雜15 號(hào)、623A×014-33 晚和晉雜20 號(hào)等品種。

高粱對(duì)Fe、Mn 和Zn 元素之間的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)或積累有協(xié)同作用，育種選擇高Fe 元素含量時(shí)，Mn、Zn 元素含量很可能也得到提高；Fe 與Se、Cd 和As元素之間存在負(fù)相關(guān)，可能存在拮抗作用，育種選擇高Fe 元素含量時(shí)，很可能降低Cd 和As 含量，但會(huì)導(dǎo)致Se 含量的降低；Cd 與As 是污染元素，呈較強(qiáng)正相關(guān)，育種中可同時(shí)降低。As 與Zn 和Se 存在極顯著的正相關(guān)，說(shuō)明高粱吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)或積累三元素有協(xié)同作用，育種上提高Zn 和Se 的含量，很可能也會(huì)提高As 的吸收，因此，要適度權(quán)衡處理。不同高粱雜交種間Zn 元素差異極顯著，這與前人的結(jié)果一致。Fe、Mn、Se 元素的含量差異性不顯著，可能是由于試驗(yàn)地內(nèi)不同位置的元素含量存在較大差異，其次籽粒中個(gè)別元素含量太低，測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確，產(chǎn)生了較大誤差造成的。

雜交種組配時(shí)，要選擇功能元素較高的親本，利用雜種優(yōu)勢(shì)，培育出功能元素高、污染元素含量低的優(yōu)良品種，本試驗(yàn)為高粱雜交種的微量元素生物強(qiáng)化育種和協(xié)調(diào)改良提供了信息。

4 結(jié)論

Fe、Zn、Mn 和Cu 等4 個(gè)元素之間存在極顯著的正相關(guān)，有協(xié)同吸收或運(yùn)輸作用，F(xiàn)e 與Se、Cd 和As 元素之間存在負(fù)相關(guān)，As 與Zn 和Se 存在極顯著的正相關(guān)。發(fā)現(xiàn)的元素間協(xié)同吸收或運(yùn)轉(zhuǎn)作用為高粱功能營(yíng)養(yǎng)育種提供了理論依據(jù)。