張東亮，李友軍，寇太記，張 均，閆 佳

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003)

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小麥籽粒鐵錳銅鋅含量提取方法比較

張東亮，李友軍，寇太記，張 均，閆 佳

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003)

不同前處理方法測(cè)得Fe、Mn、Cu和Zn等微量元素含量存在差異。為比較分析不同方法對(duì)4種元素測(cè)定結(jié)果及其數(shù)據(jù)間的關(guān)系，本文利用洛麥22和開(kāi)麥20兩個(gè)不同品種小麥籽粒，探究了濃硫酸-雙氧水、濃硝酸-雙氧水、濃硝酸-高氯酸和維生素C-鹽酸浸提4種前處理方法對(duì)小麥籽粒中微量元素Fe、Mn、Cu、Zn提取量的影響，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分析。分析結(jié)果表明：4種前處理方法提取量變異系數(shù)均較低，且準(zhǔn)確度差異明顯；濃硫酸-雙氧水法對(duì)兩個(gè)品種小麥籽粒鐵、鋅提取量均顯著高于其余3種方法，但錳提取量最低；維生素C-鹽酸浸提法的鐵鋅提取量最低，但銅提取量最高；濃硫酸-雙氧水、濃硝酸-高氯酸以及濃硝酸-雙氧水法測(cè)得Fe、Mn、Cu、Zn含量間可通過(guò)相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

提取方法；鐵；錳；銅；鋅；小麥籽粒

0 引言

鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)是動(dòng)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素，對(duì)農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有重要影響。鐵、鋅參與植物光合、電子傳遞和酶激活等生理代謝[1-3]，鐵、銅、錳是碳氮代謝氧化、還原反應(yīng)所需關(guān)鍵因子[3]，且鐵鋅與農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)[4-5]。小麥?zhǔn)侨祟愔饕奈镔|(zhì)能量來(lái)源，提高小麥籽粒Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素含量是減少相應(yīng)病癥的主要途徑之一[5-7]。通過(guò)育種、分子及農(nóng)藝等措施提高小麥籽粒中微量元素的含量是全球研究的熱點(diǎn)之一[6-8]。濃硫酸-雙氧水和硝酸-高氯酸法[4,9]是植物樣品消解常用的前處理方法，但有關(guān)微量元素的研究多應(yīng)用硝酸-高氯酸法。硝酸-雙氧水[5]和維生素C-鹽酸[10]浸提法是植物樣品微量元素測(cè)定的前處理方法之一，但利用這兩種方法的研究報(bào)道較少。不同提取方法得到的營(yíng)養(yǎng)元素含量間存在一定差異[11-13]，而有關(guān)不同提取方法對(duì)小麥籽粒中微量元素提取量間的差異及其相互關(guān)系的相關(guān)研究較少，不同研究間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及推廣則受到限制。

本文利用濃硫酸-雙氧水、濃硝酸-雙氧水、濃硝酸-高氯酸和維生素C-鹽酸浸提4種方法，測(cè)定了兩個(gè)不同品種小麥籽粒中Fe、Mn、Cu、Zn含量，通過(guò)加標(biāo)回收法檢驗(yàn)4種方法回收率，分析不同方法提取Fe、Mn、Cu、Zn差異，并分析其相互關(guān)系，以期為微量元素研究前處理方法選擇及不同研究數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料洛麥22(LM)、開(kāi)麥20(KM)分別由洛陽(yáng)市農(nóng)林科學(xué)研究院和開(kāi)封市農(nóng)林科學(xué)研究院提供。以去離子水清洗小麥籽粒，去除表面雜物，75 ℃烘干。不銹鋼粉碎機(jī)粉碎樣品，過(guò)60目篩，備用。

1.2 方法

(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液的添加：準(zhǔn)確吸取Fe(300 mg /L)、Mn(100 mg /L)、Cu(20 mg /L)、Zn(650 mg /L)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1 mL添加至樣品中，即各元素添加量分別為30 μg、10 μg、2 μg和65 μg。

(2)濃硫酸-雙氧水法(方法Ⅰ)：分別稱取兩品種籽粒粉碎樣品0.500 0 g于消化管中，各重復(fù)10次(其中，5次用于添加標(biāo)準(zhǔn)溶液)并編號(hào)，用水潤(rùn)濕樣品后，加入5 mL濃H2SO4，搖勻，做兩個(gè)空白。添加標(biāo)準(zhǔn)溶液，管口放一彎頸漏斗，于消化爐上先低溫加熱，待冒出白煙時(shí)升高溫度。溶液呈棕色時(shí)，取出消煮管，稍冷，逐滴添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2并輕輕晃動(dòng)以利于充分反應(yīng)，放回；重復(fù)此操作2～3次，待溶液無(wú)色時(shí)取出，冷卻，以去離子水定容至50 mL容量瓶，備用。

(3)濃硝酸-雙氧水法(方法Ⅱ)：操作同方法Ⅰ。

(4)濃硝酸-高氯酸法(方法Ⅲ)：分別稱取兩品種籽粒粉碎樣品0.500 0 g于三角瓶中，各重復(fù)10次(其中，5次用于添加標(biāo)準(zhǔn)溶液)并編號(hào)，分別加入濃硝酸25 mL、高氯酸5 mL，做空白兩個(gè)，添加標(biāo)準(zhǔn)溶液，過(guò)夜。置于電熱板恒溫加熱，待溶液清澈后持續(xù)加熱至瓶中溶液剩余2 mL，取出，冷卻，以去離子水定容至50 mL容量瓶，備用。

(5)維生素C-鹽酸浸提法(方法Ⅳ)：稱取0.4 g維生素C于1 L燒杯中，加入約700 mL去離子水，量取166.0 mL濃鹽酸，加入該燒杯，搖勻，以去離子水定容至1 L容量瓶，備用。

分別稱取兩品種籽粒粉碎樣品0.500 0 g于塑料瓶中，各重復(fù)10次(其中，5次用于添加標(biāo)準(zhǔn)溶液)并編號(hào)，加入25 mL維生素C-鹽酸溶液，做兩個(gè)空白，添加標(biāo)準(zhǔn)溶液，蓋好瓶蓋密封。置于80 ℃恒溫振蕩器上震蕩2 h后，以去離子水定容至50 mL容量瓶，過(guò)濾，備用。

(6)標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液各元素濃度至Fe 30 mg /L、Mn 10 mg /L、Cu 2 mg /L、Zn 65 mg/L，吸取稀釋溶液 0 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL、3.0 mL以去離子水定容于50 mL容量瓶，原子吸收光譜法(AAS)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線及樣品元素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

運(yùn)用SPSS 17.0 進(jìn)行單因素方差分析，Office Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種提取方法提取量及精確度檢驗(yàn)

表1為樣品及加標(biāo)(添加標(biāo)準(zhǔn)溶液)樣品元素提取含量。由表1可知：方法Ⅰ對(duì)兩個(gè)小麥品種提取鐵、鋅含量最高，且與其他3種方法差異顯著(P<0.05)；方法Ⅳ所提取的鐵、鋅含量均最低，并與其他提取方法差異顯著(P<0.05)，但其銅、錳提取量最高；方法Ⅱ和方法Ⅲ的鐵、鋅提取結(jié)果無(wú)顯著差異。4種方法相比，方法Ⅰ測(cè)得錳含量最低，而方法Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的錳測(cè)定值均較高。方法Ⅳ測(cè)得銅含量顯著高于其他方法，而方法Ⅲ測(cè)得銅含量均低于其余3種方法。表明4種方法對(duì)小麥籽粒中微量元素的提取量存在差異，且同一提取方法對(duì)各元素(Fe、Mn、Cu、Zn)提取效果不同。

表1 樣品及加標(biāo)樣品元素提取含量 mg/kg

注：加標(biāo)樣品為添加標(biāo)準(zhǔn)溶液的樣品。數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=5，每品種同一列不同小寫字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

表2為元素提取含量的變異系數(shù)。由表2可知：4種方法樣品及加標(biāo)樣品Fe、Mn、Cu、Zn提取精確度均較高。各方法中，元素提取量變異系數(shù)均不高于12.60%，除方法Ⅱ的LM錳含量變異系數(shù)外，其余均小于10%。

表2 元素提取含量的變異系數(shù) %

2.2 加標(biāo)回收量及回收率

表3為加標(biāo)回收量和回收率。由表3可知：4種方法各元素加標(biāo)回收量分別為Fe：27.4～35.7 μg、Mn：7.8～10.2 μg、Cu：2.0～2.4 μg、Zn：58.7～63.6 μg。方法Ⅳ對(duì)兩個(gè)品種小麥籽粒中鐵回收量均最高，其回收率分別達(dá)118.9%和114.0%，方法Ⅰ鐵回收量最為接近加標(biāo)量，回收率分別為101.6%和99.0%，但錳加標(biāo)回收量及回收率均較低。4種方法中，Zn加標(biāo)回收率為90.4%～97.8%，各方法回收量間無(wú)顯著性差異。洛麥22和開(kāi)麥20兩品種小麥Mn回收較少，但Cu回收量較高，均不少于2.0 μg，其銅加標(biāo)回收率分別為77.8%～101.6%和100.0%～121.5%。

表3 加標(biāo)回收量和回收率

2.3 不同前處理方法提取含量相關(guān)性

圖1為濃硫酸-雙氧水法與其他3種方法測(cè)得Fe、Mn、Cu、Zn含量間相關(guān)性分析。由圖1可知：不同前處理方法測(cè)定小麥籽粒及加標(biāo)樣品中Mn、Cu、Zn含量與方法Ⅰ測(cè)定含量間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖1b、圖1c和圖1d;n=5，R2>0.840 9)。方法Ⅰ中Fe提取量最高，與方法Ⅱ和方法Ⅲ提取量間呈極顯著線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.702 4(n=5，R2=0.896 2)和0.778 7(n=5，R2=0.921 7)。除方法Ⅳ與方法Ⅰ中Fe提取量間無(wú)顯著線性相關(guān)外(見(jiàn)圖1a,n=5，R2<0.657 7)，3種方法間鐵、錳、銅、鋅測(cè)定含量均存在極顯著相關(guān)關(guān)系，可通過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)換系數(shù)與方法Ⅰ測(cè)定的含量相互轉(zhuǎn)換。

3 討論

對(duì)4種預(yù)處理方法測(cè)定結(jié)果比較可以發(fā)現(xiàn)：不同提取方法提取兩個(gè)小麥品種籽粒鐵、錳、銅、鋅含量間存在差異，且不同方法測(cè)定含量可以通過(guò)一定關(guān)系進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換(見(jiàn)圖1)。本研究中濃硫酸-雙氧水法的鐵、銅、鋅提取效率較高。干灰化、濕法消解及微波消解相比，微波消解法對(duì)植物及飼料樣品微量元素提取量最高，濕法消解次之，干灰化提取量最低[14]。微波消解提取效果最好，但由于不同科研實(shí)驗(yàn)室配置條件存在差異，是限制該方法廣泛應(yīng)用的主要原因之一[15]。濕法消解由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特性而廣泛應(yīng)用，然而不同消解提取劑微量元素提取效果間存在顯著差異(見(jiàn)表1和表2)；加標(biāo)回收量及回收率是評(píng)價(jià)提取方法提取效果的常用指標(biāo)[11-12,14]，然而回收加標(biāo)元素和提取量樣品元素有一定的差別；維生素C-鹽酸浸提法中鐵加標(biāo)回收率最高，分別為118.9%和114.0%，但該法鐵樣品提取量顯著低于其他3種方法，鋅含量提取有相似的趨勢(shì)。前者直接提取金屬離子，后者則需將樣品中金屬溶解。因此，樣品提取量高則加標(biāo)回收率相對(duì)接近100%，反之則不能確定(見(jiàn)表1和表3)。濃硫酸-雙氧水法是植株樣品消解常用的方法之一，其Fe、Zn提取量最高(見(jiàn)表1)，且變異系數(shù)均小于10%(見(jiàn)表2)。但植株樣品微量元素測(cè)定報(bào)道較多的則應(yīng)用濃硝酸-高氯酸法[4,9]，雖然樣品加標(biāo)回收率均接近100%，但濃硫酸-雙氧水和維生素C-鹽酸對(duì)鐵和鋅、銅和錳提取量較高、變異系數(shù)小，是較為合適的前處理方法(見(jiàn)表1、表2和表3)。提高糧食作物以鐵鋅為主的微量營(yíng)養(yǎng)元素含量是近年研究的熱點(diǎn)之一，由于提取方法的不同，小麥籽粒中Fe、Mn、Cu和Zn等元素提取量存在一定差異，對(duì)富鐵鋅小麥種質(zhì)資源和合理的栽培措施的篩選、應(yīng)用造成一定干擾。不同方法測(cè)定含量線性相關(guān)分析顯示，除維生素C-鹽酸法提取鐵與濃硫酸-雙氧水法提取量間無(wú)顯著相關(guān)，其余不同方法測(cè)定指標(biāo)均與濃硫酸-雙氧水法測(cè)定之間存在極顯著線性相關(guān)關(guān)系，即不同方法測(cè)定值間可通過(guò)相應(yīng)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及轉(zhuǎn)換，為不同研究間交流、相互參考提供理論基礎(chǔ)。

圖1 濃硫酸-雙氧水法與其他3種方法測(cè)得Fe、Mn、Cu、Zn含量間相關(guān)性分析

4 結(jié)論

4種方法對(duì)樣品Fe、Mn、Cu、Zn提取存在差異。濃硫酸-雙氧水法對(duì)Fe、Zn兩種元素提取準(zhǔn)確度及精確度均較高，可用于小麥籽粒中鐵鋅元素提取。維生素C-鹽酸浸提法對(duì)小麥籽粒中Cu提取效果最好，濃硝酸-高氯酸、濃硝酸-雙氧水和維生素-鹽酸浸提3種方法均可用于小麥籽粒中Mn含量測(cè)定。濃硝酸-高氯酸和濃硝酸-雙氧水與濃硫酸-雙氧水法測(cè)得的Fe、Mn、Cu、Zn含量可根據(jù)其相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

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河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)基金項(xiàng)目(102102110030)

張東亮(1991-),男,河南鹿邑人,碩士生;李友軍(1962- ),男,河南宜陽(yáng)人,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事小麥栽培生理方面的研究.

2014-11-22

1672-6871(2015)03-0081-05

S132

A