王海燕 范稚莉 唐梓意 李婉瑩 馮家望 李珍妮 馮鄒達 葉明琴

摘 要：目的：建立適用于菰稻中不同濃度梯度的多種微量元素差異化分析的快速、準確方法，并比較在同一咸淡水種植條件下，不同品系中各種菰稻的6種微量元素含量差異，為菰稻持續(xù)改善、穩(wěn)定品質(zhì)，作為功能米推廣提供評價依據(jù)。方法：2020—2021年種植的9種菰稻樣品以及對照大米樣品，經(jīng)微波消解后，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀同時測定樣品中硒、鐵、鋅、鍶、鉻、鈷6種人體必需微量元素的含量，并比較分析不同品種菰稻以及不同加工程度的菰稻中微量元素的關(guān)聯(lián)性和差異性。結(jié)果：在同一咸淡水種植條件下，不同品種菰稻的微量元素含量和組成差異較大;在土壤背景值接近的條件下，硒含量存在顯著差異，較大可能是由菰稻選育時選用的不同母本中硒含量不同引起;鍶、鐵、鋅含量較低的3種菰稻（象牙菰米、石斛菰米、長香菰米）屬于不同品系，但均是精制米，說明加工程度可能對菰稻中鍶、鐵、鋅含量影響較大;在菰稻生長中的灌漿期，采用葉面噴施鉻肥，菰稻中的鉻含量并未顯著增加。

關(guān)鍵詞：菰稻;功能米;微量元素;差異性;電感耦合等離子體質(zhì)譜法

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）09-0094-04

The Difference Comparison of Trace Elements in Various Wild Rice

WANG Haiyan1? ?FAN Zhili1，2? ?TANG Ziyi? ?LI Wanying1? ?Feng Jiawang1? ?LI Zhenni1? ?FENG Zouda1

YE Mingqing2

（1Gongbei Customs Technology Center， Zhuhai 519000， China; 2College of Agriculture， Guangxi University， Nanning 530003， China）

Abstract： Objective The study established a rapid and accurate method for the analysis of trace elements in wild rice. Under the same brackish water planting condition， the contents of six trace elements in different strains of wild rice were compared. The study can help wild rice continuous improve quality，and promote as function rice. Method The study determinate the selenium， strontium， iron， zinc， chromium， cobalt content of 9 wild rice and a control sample by ICP-MS sample，after digested by microwave. And then compare the content difference of trace elements between breeds， processing degree.Result Under the same brackish water planting condition， the difference between the content and composition of trace elements of different breed are widly. There is Significant differences of selenium，maybe this attribute to different maternal materials of wild rice. The content of strontium， iron， zinc are lower in three refined wild rice， maybe processing degree can affect the content of strontium，iron，zinc.There was no significant increase of chromium after sprayed with chromium fertilizer in the filling stage.

Key words： Wild rice; Function rice; Trace elements; Difference comparison; Inductively coupled plasma mass spectrometry

功能稻米是兼有營養(yǎng)和調(diào)節(jié)人體生理活動功能，不以治療疾病為目的的適宜特定人群的稻米[1]。既保持大米的營養(yǎng)性、安全性，又能改善大米蒸煮米飯的適口性（色、香、味、食感），同時對人體生理具有一定明顯的調(diào)節(jié)功能[2]。研究和開發(fā)功能米，是一條經(jīng)濟有效的實現(xiàn)“藥食同源”途徑[1]。

傳統(tǒng)的功能米獲得途徑包括：生物轉(zhuǎn)化法、噴涂吸附法、人造米法、雙重加工法，以及利用生物技術(shù)的分子生物學(xué)、生物基因工程法等[3]。而長遠來看，利用遠緣分子融合育種等新型育種技術(shù)[4]，培育稻米新品種是發(fā)展功能米的更安全、可持續(xù)、便于推廣的途徑。

菰為禾本科菰屬植物[5]，中國菰資源極為豐富，具有較高的蛋白質(zhì)、無機鹽、微量元素、B族維生素[6-8]。菰與水稻同科不同種，具有許多目前栽培水稻品種所欠缺的優(yōu)良性狀，充分開發(fā)和利用菰屬植物的基因資源是破除水稻遺傳資源瓶頸的理想途徑之一[9-10]。而菰稻是水稻與菰遠緣分子融合育種培育的全新水稻品系，可種植于咸、淡水交匯處的鹽堿地，抗性高，同時具有產(chǎn)量高、質(zhì)量高、種植成本低、易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的特點。

長期以來，我國水稻育種以高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)（外觀加工品質(zhì)）、抗病蟲等重要農(nóng)藝性狀為目標導(dǎo)向，功能稻米的相關(guān)研究較少[11]。目前，有關(guān)功能米的營養(yǎng)特性評估的研究較少，更是未見菰稻的營養(yǎng)特性評價和相關(guān)遺傳研究的相關(guān)報道。而評估菰稻中具有生理功效的微量元素，確定成分組成、含量，對菰稻作為功能米在鹽堿地大量種植推廣實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重大意義。

由于不同品種菰稻中微量元素含量各有不同，某些營養(yǎng)成分可能含量低，且功能營養(yǎng)成分、干擾因素不確定，用常規(guī)儀器達不到檢測要求。因此本實驗采用靈敏度高、線性范圍寬、干擾小、檢測線低、分析速度快、可實現(xiàn)多元素同時測定[12-13]的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），建立適用于菰稻中不同濃度梯度的多種營養(yǎng)元素差異化分析的快速、準確方法。同時進一步比較分析同一咸淡水種植條件下，不同品系菰稻中多種人體必需微量元素含量及變化情況，為評估菰稻營養(yǎng)價值提供理論依據(jù)，也為菰稻持續(xù)改善、穩(wěn)定品質(zhì)，作為功能米提供有效的評價依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 供試樣品 共10個大米，除1個市售大米外，均為菰與其他品種水稻或石斛等雜交選育的菰稻，種植在入?？诘南痰粎R處，具體如下表1所示。

上述9種菰稻中，只有彩虹2號在灌漿期時，經(jīng)葉面噴施鉻肥，其他8種菰稻均是選育后自然生長，未經(jīng)過其他人工干預(yù)。

對照大米：市售東北大米，作為對照大米。

1.1.2 試劑 硝酸（UP級，蘇州晶銳化學(xué)有限公司）;氬氣（Ar）：氬氣（≥99.995%）或液氬;氦氣（He）：氦氣（≥99.995%）。

1.1.3 標準品 標準溶液：編號為GSB 04-1767-2004的24元素（包括鐵、鍶、鋅、鉻、鈷等多元素混合標準溶液（濃度為100mg/L），以及硒的單元素標準溶液（濃度為1000mg/L）。均為國家有色金屬及電子材料分析測試中心采購。

內(nèi)標溶液：銦、銠、錸（濃度為1000mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）。

1.1.4 儀器和設(shè)備 Agilent 7800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），配有自動進樣器;電子天平（感量為1 mg，德國Sartorious公司）;Mars 6微波消解工作站（美國CEM公司）;BOTONYC BHW-09C20精確控溫趕酸器（上海博通化學(xué)科技有限公司）;高速粉碎機;Rephile Direct-Pure UP 超純水系統(tǒng)（上海樂楓生物科技有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 目前，大米的消解方式有濕法消解、壓力罐消解法、微波消解等多種方式[14]。其中，濕法消解所需時間長、效率低;壓力罐消解法操作過程較繁瑣、耗時長;微波消解通過對時間、溫度、功率的控制來完成整個消解過程，整個消解系統(tǒng)封閉，消解快、引入的污染小、用酸量小，基本無元素損失。因此，本實驗采用微波消解法。

將供試樣品用高速粉碎機粉碎后，混勻。存放于干燥潔凈的樣品袋中，備用。稱取經(jīng)粉碎混勻的試樣0.5g（精確至0.001g）于微波消解內(nèi)罐中，加入硝酸6mL，放置趕酸器上120℃預(yù)消解1h，按優(yōu)化后的微波消解儀操作步驟（表2）進行消解。消解完成后，置消解罐于趕酸器中，在120℃的溫度條件下加熱趕酸1h，直至微波消解內(nèi)罐的黃煙消失出現(xiàn)白色煙霧。消解罐自然冷卻至室溫后，用水將消化液轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，用少量水洗滌2～3次，合并洗滌液，用超純水定容至刻度，混勻得到樣品測試液，同時做試劑空白。

1.2.2 ICP-MS工作條件 測定時，本研究選取內(nèi)標元素與待測元素同時在線監(jiān)測，及時矯正儀器的信號漂移，減小非質(zhì)譜干擾[15]。同時，通過儀器的自動調(diào)諧可將雙電荷離子干擾降低，選擇碰撞池模式去除多原子離子干擾。

由于硒元素不易電離，且自然豐度較高的同位素80Se和78Se分別受到來自多原子離子40Ar2+、和38Ar、40Ar+的嚴重干擾，因此采用高能碰撞模式（高He模式）測定硒元素。除硒元素外，鐵、鋅、鍶、鈷、鉻均采用碰撞模式（He模式）。優(yōu)化后的具體通用參數(shù)和不同模式下的設(shè)定參數(shù)如下表3、4所示。

鐵、鋅元素易被污染，且在儀器推薦條件下，鐵元素的靈敏度較低，為提高鐵元素的靈敏度，選擇補償氣：0.10mL/min。

同時，選取待測元素適合的質(zhì)量數(shù)，在滿足豐度大、靈敏度高的前提下，避免多原子離子干擾，選取待測元素的質(zhì)量數(shù)如下表5所示：

1.2.3 儀器檢測過程 將空白溶液、系列混合標準溶液和樣品待測液按表2的工作參數(shù)和編輯測定程序分別導(dǎo)入ICP-MS測定，在線加入內(nèi)標標準溶液做內(nèi)標校正，內(nèi)標液管與進樣液管通過三通閥按比例在線加入。由工作站軟件分析數(shù)據(jù)，繪制標準曲線，計算樣品待測液中各元素含量。

1.2.3.1 標準曲線的配制 將混合標準溶液，配制為0.0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0μg/L、的標準系列溶液。

1.2.3.2 內(nèi)標元素的選擇和內(nèi)標溶液的配制 加入內(nèi)標溶液用于消除基體的干擾，本實驗選擇銦、銠、錸作為內(nèi)標溶液，配制為50μg/L的銦、銠、錸混合內(nèi)標溶液。

1.3 測定條件優(yōu)化 通過實驗，選取待測元素適合的質(zhì)量數(shù)，在滿足豐度大、靈敏度高的前提下，避免多原子離子干擾;采用高能碰撞模式（高He模式）測定硒元素，除硒元素外，鐵、鋅、鍶、鈷、鉻均采用碰撞模式（He模式）;同時，為提高鐵元素的靈敏度，選擇補償氣：0.10mL/min。經(jīng)過優(yōu)化后的測定方法，技術(shù)參數(shù)如方法的特異性、測定范圍、靈敏度和準確度、檢出限和定量限等均達到檢測要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 標準曲線、方法檢出限、定量限 在1.2.2的儀器條件下測定標準曲線，得到6種營養(yǎng)元素線性回歸方程，同時得出相關(guān)系數(shù)r均大于0.995。連續(xù)測定空白溶液11次，以標準偏差的3倍為計算方法計算檢出限，標準偏差的10倍為計算方法計算定量限，結(jié)果見表6。6種營養(yǎng)元素在測定過程中均顯示出了良好的線性關(guān)系，各元素標準曲線的相關(guān)系數(shù)在0.9997～1.0000，各元素的檢出限在0.0039～0.577μg/L之間，定量限在0.013～1.92μg/L之間，滿足各元素測定的要求。

2.2 不同菰稻品種測定結(jié)果 采用上述方法，測定以上9種菰稻和對照大米中的硒、鉻、鍶、鐵、鋅、鈷的含量，測定結(jié)果如下表7所示。

2.3 菰稻中硒含量差異比較分析 目前對富硒產(chǎn)品的含量規(guī)定未有統(tǒng)一標準。GB/T 22499-2008《富硒稻谷》中規(guī)定[16]：通過自然生長富集的富硒稻谷加工的大米中硒含量應(yīng)在0.04～0.30mg/kg。按照此標準要求，9種菰稻中除精制的石斛米外，其他8種菰稻均滿足富硒大米的要求。硒含量達到0.10mg/kg的菰稻品種有：彩虹1號、彩虹2號、象牙菰米。但是，它們之間的硒含量差異也較大，彩虹1號的硒含量最高，達0.185mg/kg;而有較近親緣關(guān)系的彩虹米中硒含量僅為彩虹1號的31.7%，彩虹2號的52.3%。在土壤背景值接近的條件下，硒含量存在顯著差異，較大可能是菰稻選育采用的不同母本中硒含量不同引起。

2.4 菰稻中鉻含量差異比較分析 鉻是人體所必需的微量元素之一，是正常生長發(fā)育和調(diào)節(jié)血糖的重要元素。以上9種菰稻中，只有2021年種植的彩虹2號在灌漿期葉面噴施鉻肥，以期提高其菰稻米中鉻含量，作為糖尿病人的代餐食品。但是，從表6可以看出，彩虹2號的鉻含量為0.145mg/kg，為同一品系彩虹1號的1.45倍，鉻含量并未顯著增加，可見，噴施鉻肥未達到預(yù)期效果。9種菰稻的鉻含量均不高。象牙菰米的鉻含量最高，為0.152mg/kg。彩虹米、長香菰米、紫葉白菰米（2020）、石斛菰米中鉻含量均低于檢出限。達到檢出限以上的菰稻，鉻含量均在在0.10～0.16mg/kg之間。

2.5 菰稻中鍶、鈷含量差異比較分析 9種菰稻中鍶含量在0.072～0.492mg/kg之間，差異較顯著，彩虹米中鍶含量最高，為0.492mg/kg，是彩虹1號鍶含量的2.91倍，彩虹2號的1.77倍。鍶含量僅次于彩虹米的是紫葉白菰米（2020），為0.420mg/kg，紫葉白菰米（2021）中鍶含量也較高，為0.370mg/kg?？梢娮先~白菰米這一品系的鍶含量較穩(wěn)定。9種菰稻中，石斛菰米、長香菰米、象牙菰米，這3種鍶含量相對低的菰稻屬于不同品系，但均是精制米，說明加工程度可能對菰稻中鍶含量影響較大。但菰稻中鈷含量普遍較低，9種菰稻中僅有彩虹1號、彩虹2號中含有微量鈷元素。

2.6 菰稻中鐵、鋅含量比較分析 除紫糯菰米外，其余8種菰稻中鋅含量都高于其鐵含量。鋅含量達到20.0mg/kg以上的有：彩虹米、紫葉白菰米（2020）、彩虹2號、紫葉白菰米（2021）。彩虹米中鋅含量最高，為27.2mg/kg。紫糯菰米中鐵含量最高，為18.2mg/kg;鐵含量最低的為象牙菰米和石斛菰米，僅為紫糯菰米中鐵含量的31%。鐵含量低于10.0mg/kg的菰稻品種還有：長香菰米，鐵含量6.28mg/kg。象牙菰米、石斛菰米、長香菰米這2種菰稻中鐵含量較低，雖然屬于不同的菰稻品系，但均是精制米，說明加工程度可能也對菰稻中鐵含量影響較大。

2.7 菰稻與普通大米的6種營養(yǎng)元素含量差異比較分析 對照的普通大米未檢出硒元素，而9種菰稻中均有檢出，除為精制米的石斛菰米外，其他8種菰稻均滿足富硒大米中硒含量的要求。除為精制米的長香菰米外，普通大米中鍶含量低于其余8種菰稻。除3個精制菰稻以外，其余6種菰稻糙米中鐵、鋅元素的含量均高于普通大米。

3 結(jié)論

本研究建立菰稻中多元素差異化分析的ICP-MS檢測方法，優(yōu)化微波消解前處理方法，并優(yōu)化ICP-MS測定條件：在碰撞反應(yīng)池模式下，采用不同的碰撞反應(yīng)模式（He模式和高He模式）消除多原子離子、同質(zhì)異位素等的干擾，建立了適合菰稻中不同濃度梯度的多種營養(yǎng)元素的快速、準確分析方法。

同時測定不同品系菰稻中的硒、鉻、鐵、鋅、鍶、鈷等6種營養(yǎng)元素含量，結(jié)果表明：在同一咸淡水種植條件下，雖土壤背景值比較接近，但不同品種菰稻的營養(yǎng)元素的含量差異，較大可能是由菰稻選育時選用的不同母本中營養(yǎng)元素含量不同引起。除石斛菰米（精制米）外，其他8種菰稻均滿足富硒大米中硒含量的要求。由此可見，菰稻可以作為較好的食源補硒來源。在菰稻生長中的灌漿期，采用葉面噴施鉻肥，菰稻的鉻含量并未顯著增加，說明對菰稻中鉻元素的富集作用不明顯。想要獲得安全、可靠的富鉻功能米，較大可能應(yīng)該從遺傳育種上尋求突破。紫葉白菰米這一品系的菰稻其鍶、鐵、鋅含量均較穩(wěn)定。而彩虹米、彩虹1號、彩虹2號這一品系的菰稻中營養(yǎng)元素含量差異較大。除長香菰米（精制米）外，普通大米中鍶含量低于其余8種供試菰稻。精加工可能導(dǎo)致菰稻中鍶、鐵、鋅元素的損失;菰稻中鈷含量普遍較低，與普通大米相比，無顯著差異。菰稻作為全新的育成品種，后續(xù)研究中應(yīng)系統(tǒng)深入分析導(dǎo)致營養(yǎng)元素含量差異化的原因，研究菰稻中不同元素積累分布、相互作用情況;從而為今后菰稻作為功能米的選育和推廣，提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

參考文獻

[1]李學(xué)進，曾亞文.功能稻米研究利用進展[J].種子，2008，27（9）：64-66.

[2]劉仲華，李來平.國內(nèi)外功能性稻米研究進展[J].廣東微量元素科學(xué)，2010，17（12）：13-20.

[3]金增輝.略論功能性大米的開發(fā)[J].西部糧油科技，1998，23（8）：45-48.

[4]PIAO Heng-mao， ZHAO Fen-shan， ZHAO Ji-hong， et al. Molecular Characterization of Two Elite Rice Lines Derived From A Non—conventional Wlde Hybrid Between Rice and Zjzanla Latifolia[J]. Bulletin of Botan Ica Research，2000，20（3）：260-263.

[5]翟成凱，孫桂菊，陸琮明，等.中國菰資源及其應(yīng)用價值的研究[J].資源科學(xué)，2000，22（6）：22-26.

[6]KLENSPORF-PAWLIK D，ALADEDUNYE F. Wild rice： Nutritional and health-promoting attributes[M]. Woodhead Publishing，2017：271-296.

[7]JIANG M X，ZHAI L J，YANG H，et al. Analysis of active components and proteomics of Chinese wild rice（Zizania latifolia（Griseb）Turcz） and indica rice（Nagina22）[J]. Journal of Medicinal Food，2016，19（8）：798-804.

[8]濮思源，陳睿，朱霞，等.菰營養(yǎng)成分及保健功能研究最新進展[J].園藝與種苗，2021，41（05）：39-43.

[9]郭偉，鐘蘭，王直新.菰（Zizania latifolia）研究及利用概況[J].長江蔬菜，2019，24：38-42.

[10]ANWAR F，ZENGIN G，ALKHARFY K M，et al. Wild rice（Zizania sp.）：A potential source of valuable ingredients for nutraceuticals and functional foods-A review[J]. Rivista Italiana Delle Sostanze Grasse，2016，94（2）：81-89.

[11]胡時開，胡培松.功能稻米研究現(xiàn)狀與展望[J].中國水稻科學(xué)（Chin J Rice Sci），2021，35（4）：311-325.

[12]董旭，何紹媛，杜杰，等.ICP—MS法測定飲用水、綠茶、大米中10種元素的含量[J].食品研究與開發(fā)，2013（6）：73-76.

[13]盧倫，趙凱，吳曉芳，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定大米中幾種重金屬元素含量[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（33）：83-85.

[14].葉少丹，姚春霞，楊海鋒，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定大米中35種元素的含量[J].上海農(nóng)業(yè)科技，2019（4）：22-24.

[15]許金媛，熊曉輝，吳震威，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定大米中16種稀土元素[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2020，11（20）：7293-7297.

[16]國家標準富硒稻谷：GB/T 22499-2008 [S].

（責(zé)編：王慧晴）