張媛菲，呂樹(shù)作，彭紹峰，郭軍偉，雷全奎

洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院/洛陽(yáng)市作物分子生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng) 471027

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)需求越來(lái)越高，主要糧食產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。其中，作為主要的糧食作物，小麥的營(yíng)養(yǎng)和功能也得到越來(lái)越多的關(guān)注和研究[1-2]。

微量元素參與人體諸多代謝活動(dòng)，是人體不可缺少的一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，尤其是鐵、鋅等微量元素。鐵元素參與人體氧氣運(yùn)輸和氧化還原反應(yīng)，對(duì)促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)人體抵抗疾病、調(diào)節(jié)組織呼吸等具有重要作用，缺鐵會(huì)引起營(yíng)養(yǎng)性貧血；鋅與多種生物酶的活性基團(tuán)密不可分，鋅元素的缺乏會(huì)影響生長(zhǎng)發(fā)育和機(jī)體的免疫力［3-5］。硒元素雖然在人體中的含量很少，但對(duì)人類(lèi)的健康具有重要的生理活性作用，是人體和動(dòng)物生命活動(dòng)中不可或缺的微量元素之一［6］。

小麥籽粒中鐵、鋅、硒微量元素的含量高低不僅與小麥生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境直接相關(guān)，還受自身基因的影響。近年來(lái)，很多國(guó)際小麥組織（如Wheat Initiative等）也十分關(guān)注小麥營(yíng)養(yǎng)元素與其自身基因的關(guān)系，并嘗試運(yùn)用于小麥育種實(shí)踐中，其基本思路是在種質(zhì)資源篩選的基礎(chǔ)上，定位相關(guān) QTL并克隆基因，期望通過(guò)育種途徑提高作物中相關(guān)營(yíng)養(yǎng)元素含量，最終目標(biāo)是培育抗逆、廣適、高產(chǎn)的健康型小麥新品種［7-10］。

通過(guò)對(duì)102份小麥核心種質(zhì)資源中鐵、鋅、硒元素含量的測(cè)定和分析，對(duì)種質(zhì)資源中3種元素的含量表現(xiàn)進(jìn)行了解，以期為培育健康、營(yíng)養(yǎng)的小麥新品種育種提供基礎(chǔ)的種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

102份小麥核心種質(zhì)資源由西北農(nóng)林科技大學(xué)提供。試驗(yàn)于2018—2020年度在洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)田內(nèi)連續(xù)種植2年。正常成熟后收獲其籽粒并測(cè)定這3種元素含量。

1.2 試驗(yàn)方法

樣品前處理方法：稱(chēng)取1 g產(chǎn)品樣，精確至0.000 1 g于微波消解罐中，加入8 mL濃硝酸，2 mL雙氧水，搖勻放置10 min，加蓋擰緊（注意擰至合適松緊）。然后放入微波消解儀中，選擇合適方法，190℃下消解15 min。消解結(jié)束后，加入0.5 mL高氯酸，160℃趕酸約3 h，至近干。溫?zé)徂D(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，水定容。上機(jī)檢測(cè)。

鐵和鋅元素的含量采用原子吸收檢測(cè)的方法測(cè)定，檢測(cè)儀器型號(hào)：ZEEnit700P。

硒元素的含量采用原子熒光檢測(cè)的方法測(cè)定，檢測(cè)儀器型號(hào)：AFS-930/GP-003。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS軟件對(duì)各種元素的含量進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥籽粒中鐵、鋅、硒元素含量的分析

對(duì)102份小麥種質(zhì)資源籽粒中鐵、鋅、硒3種元素含量測(cè)定后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（表1），結(jié)果如下。

表1 3種微量元素含量方差分析結(jié)果

3種元素含量的方差分析表明：不同小麥品種材料間籽粒的鐵、鋅、硒含量存在極顯著差異，篩選富含鐵、鋅、硒等微量元素的品種材料是可行的。

對(duì)102份種質(zhì)材料中的各種微量元素含量進(jìn)一步分析（表2）發(fā)現(xiàn)，其中鐵含量的平均值為40.68 mg/kg，含量分布范圍為26.04～59.32 mg/kg，變異系數(shù)為14.46；鋅含量的平均值為35.8 mg/kg，含量分布范圍為21.31～57.32 mg/kg，變異系數(shù)為15.25；硒含量的平均值為0.05 mg/kg，含量分布范圍為0.004～0.12 mg/kg，變異系數(shù)為38.32。

表2 102份種質(zhì)資源中各元素含量分析

國(guó)際上鐵、鋅含量推薦量分別為50和40 mg/kg，我國(guó)小麥籽粒硒含量標(biāo)準(zhǔn)中：0.05 mg/kg以下為缺乏、0.05～0.10 mg/kg為偏低、0.10～0.15 mg/kg為中等含量[11]。結(jié)合上述分析結(jié)果可見(jiàn)，鐵、鋅元素在102份核心種質(zhì)中的平均含量整體均低于國(guó)際推薦值，硒含量平均值也低于小麥籽粒中等含量標(biāo)準(zhǔn)。但其中仍有一些種質(zhì)資源中3種元素含量相對(duì)較高，分別篩選如下表3。

表3 各元素含量最高的10份小麥種質(zhì)資源

從表3中可以看出，山前麥中鐵元素含量最高，為59.32 mg/kg，高于國(guó)際推薦值；矮孟牛Ⅳ中鋅含量最高，為57.32 mg/kg，也遠(yuǎn)高于國(guó)際推薦值；中洛1號(hào)中硒含量最高，為0.12 mg/kg，達(dá)到我國(guó)小麥硒含量中等標(biāo)準(zhǔn)。還有一些種質(zhì)如矮孟牛Ⅳ、早洋麥和西農(nóng)6028等的鐵和鋅含量都較高。102份核心種質(zhì)資源在豫西地區(qū)非富硒帶種植后，籽粒中鐵、鋅、硒含量均值整體不高，但仍有不少種質(zhì)富含鐵、鋅，也有個(gè)別種質(zhì)硒含量尚能達(dá)到中等水平，表明這些種質(zhì)在鐵、鋅、硒含量方面的基因效應(yīng)較強(qiáng)。

2.2 小麥籽粒中鐵、鋅、硒含量分布情況

對(duì)102份小麥種質(zhì)中鐵、鋅、硒含量的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（圖1），結(jié)果可見(jiàn)，93%的種質(zhì)中鐵元素含量分布在30～50 mg/kg，低于國(guó)際推薦值，只有約5%的種質(zhì)中鐵含量大于50 mg/kg；80%的種質(zhì)中鋅元素含量低于國(guó)際推薦值40 mg/kg，其余20%種質(zhì)中鋅元素含量較高，高于國(guó)際推薦值；幾乎99%的種質(zhì)中硒元素含量都低于0.1 mg/kg，其中88%的種質(zhì)中硒含量在0.02～0.08 mg/kg，均屬于硒含量比較缺乏，在102份種質(zhì)中只有中洛1號(hào)硒含量達(dá)到中等標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 鐵、鋅、硒3種元素含量分布統(tǒng)計(jì)

2.3 小麥籽粒中鐵、鋅、硒元素含量之間的相關(guān)性分析

對(duì)小麥籽粒中鐵、鋅、硒3種微量元素之間的相關(guān)性進(jìn)行分析（表4），結(jié)果顯示，小麥籽粒中3種元素含量互相之間（鐵與鋅、鐵與硒、鋅與硒）均存在正相關(guān)關(guān)系，且鐵與鋅、鋅與硒之間呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.501和0.277。相關(guān)性分析可知，小麥籽粒中鐵、鋅、硒3種微量元素之間存在一定程度的正相關(guān)性，某一元素含量的增加不會(huì)抑制另外2種元素含量的增加，表明通過(guò)育種選擇及施肥等一些栽培措施的運(yùn)用，可以獲得同時(shí)富含多種微量元素的小麥籽粒，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的改良。

表4 鐵、鋅、硒3種元素含量相關(guān)性分析

3 討論

小麥籽粒中微量元素含量對(duì)人體健康有諸多好處，但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)很

多地區(qū)大部分小麥品種籽粒中鐵、鋅、硒等微量元素含量都偏低，不能滿(mǎn)足人體所需的營(yíng)養(yǎng)需求［12-13］。因此，篩選富含微量元素的材料，對(duì)從遺傳方面改良小麥籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有重要作用。

本試驗(yàn)中的102份種質(zhì)材料涵蓋國(guó)內(nèi)外早期到現(xiàn)階段各個(gè)時(shí)期的代表性材料，這些材料在遺傳方面表現(xiàn)出多樣性，通過(guò)分析它們籽粒中鐵、鋅、硒的含量，有助于理解鐵、鋅、硒含量在遺傳方面的變異，篩選鐵、鋅、硒含量較高的遺傳變異，為培育富含多種微量元素的小麥新品系提供遺傳基礎(chǔ)。

分析發(fā)現(xiàn)，95%種質(zhì)中鐵含量和80%種質(zhì)中鋅含量均低于國(guó)際推薦值，幾乎所有種質(zhì)硒含量均缺乏。這表明大部分種質(zhì)材料不能兼顧人體對(duì)微量元素的需求。但作物中硒元素含量的高低除了受品種自身的遺傳特性影響外，還受環(huán)境中硒含量的影響，通過(guò)篩選本身富集硒能力較強(qiáng)的小麥品種，與后天其他增加硒含量的辦法相結(jié)合，對(duì)小麥硒含量的改良會(huì)有較大改善。

在102份小麥種質(zhì)中，硒含量整體處于缺乏狀態(tài)，一部分原因是試驗(yàn)種植區(qū)域?yàn)榉歉晃鴰В寥乐形枯^低，一定程度上降低了各品種的硒含量水平，但在各種質(zhì)籽粒中硒含量的變異幅度較大，表明在現(xiàn)有種質(zhì)中篩選具有富硒潛力的種質(zhì)是可行的。例如，本試驗(yàn)中的中洛1號(hào)種質(zhì)的硒含量就達(dá)到了中等標(biāo)準(zhǔn)，表明其具有較強(qiáng)的富硒的遺傳特征，可以作為富硒的遺傳種質(zhì)資源。

小麥籽粒中，鐵、鋅微量元素的含量受基因型、環(huán)境及其互作的顯著影響，其中環(huán)境效應(yīng)最大［14-15］，但基因型效應(yīng)遠(yuǎn)大于基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，因此通過(guò)遺傳改良來(lái)提高籽粒中鐵鋅等微量元素含量也是可行的。山前麥等種質(zhì)的鐵含量較高、矮孟牛Ⅳ等的鋅含量較高，可以作為提高鐵、鋅含量的遺傳種質(zhì)材料。

此外，3種元素含量的相關(guān)性分析表明，鐵、鋅含量間存在極顯著正相關(guān)，但鐵、硒間相關(guān)不顯著，鋅、硒間雖然達(dá)極顯著正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小，表明籽粒吸收鐵鋅能力、條件具有一致性，可以協(xié)同提高；硒在籽粒中的吸收蓄積相對(duì)獨(dú)立，基本不受鐵鋅的影響。這一結(jié)果表明選育出同時(shí)富含這3種微量元素的小麥品種具備可行性，同時(shí)也可以通過(guò)相應(yīng)的栽培措施來(lái)同步提高小麥籽粒鐵、鋅、硒3種微量元素積累水平。