小白菜和空心菜體內125I賦存形態探討及含量分析

李 鋒,嚴愛蘭,翁煥新

(1.浙江省杭州市農業科學研究院 實驗中心,浙江 杭州 310024;2.浙江大學環境與生物地球化學研究所,浙江杭州 310027)

碘有“智力元素”之稱,它是合成甲狀腺激素不可缺少的元素 ,在人和動物的新陳代謝過程中起著極為重要的作用[1]。國內外的大量調查顯示,目前除冰島之外全世界所有國家都有“碘缺乏病”(IDD,Iodine Deficiency Disease)[2]流行地區,并己成為全球范圍一大公共衛生問題。據統計,全球約有16億人受到碘缺乏的威脅[3],我國所有省、市均存在 IDD,病區人口達到4.25億,嚴重影響了人民生活和健康以及社會的發展[4]。食用海帶是一種安全、高效的人體補碘方式[5-6],海帶中含有一種特殊形式的有機活性碘,但由于飲食習慣的差異,利用海帶中的活性碘解決碘缺乏問題沒有得到全面的普及。為了更有效地防治碘缺乏病,近年來興起了農業補碘法,已有不少研究者[7-11]對蔬菜富集和吸收碘展開了研究,并取得了較大的成果。其中有關作物富碘機制的研究也逐漸成為人們關注的研究課題之一,而碘在作物體內的化學賦存形態還不十分清楚,因此探討作物體內碘的化學賦存形態十分必要。

125I是一種放射性同位素,因其射線能量低,半衰期適中(T1/2=60 d),因此125I作為示蹤元素標記各種各樣的化合物得到了廣泛的應用。

本工作擬利用放射性125I初步探討受試作物內包括有機碘在內的各種形態碘的相對含量。通過測定蔬菜內的總碘(125I)和分步提取出的各種形態的125I(包括水溶性碘、結合在核酸、糖類和蛋白質上的有機碘等)的放射性活度,初步探討葉菜體內各種形態碘的相對含量,從而為探索培育含碘蔬菜,實現人體自然補碘的有效新途徑提供理論和技術上支持。

1 主要實驗材料

Na125I溶液:放射性濃度為2.96 TBq/L,放化純度＞99.9%,實驗時稀釋到合適的濃度,原子高科股份有限公司提供;小白菜、空心菜種子:購買于杭州種子公司。

2 實驗方法

2.1 樣品的育苗

首先將小白菜、空心菜種子放入約55℃溫水中浸種15 min,然后用1%高錳酸鉀溶液浸泡15 min,浸泡后的種子用自來水反復沖洗干凈后,均勻平鋪在干凈紗布上,置于30℃恒溫箱中催芽。待80%以上的種子發芽以后,轉入石英砂中繼續生長,3～4 d以后定期供應適量的1/2 Hogland均衡營養液,營養液的組成列于表1。待小白菜、空心菜苗長出2片真葉時,選取長勢一致的幼苗,小心地將其移出苗床,用海綿固定,根系自然懸垂在溶液中,保持24 h連續通氣。先用自來水培養 3 d,再分別用1/2和完全Hogland營養液各培養3 d,用于碘同位素(125I)實驗。

表1 Hogland均衡營養液的組分和濃度

碘吸收的同位素示蹤實驗在80 cm ×50 cm×20 cm的塑料盆中進行。在供試盆中加入8 000 mL Hogland營養液,加入放射性濃度為2.96 TBq/L Na125I原液 125μL,經測定 Na125I放射性濃度為2 968 Bq/mL,輕輕晃動塑料盆,使125I均勻分布;然后分別將長勢一致的30株小白菜和空心菜移栽于此盆中,并用塑料泡膜固定。移栽后培養3 d,采集樣品。用自來水反復沖洗,再用去離子水沖洗,直至洗出的水中不含放射性為止。用吸水紙吸干表面水分,剪碎、混勻,冷凍干燥備用。實驗期間室內溫度為25±3℃。

2.2 樣品的制備

2.2.1 水溶性碘的提取

水溶性碘的提取:準確稱取10 g經Na125I培養過的冷凍干燥粉碎后的小白菜和空心菜樣品于150 mL錐形瓶中,加入50 mL去離子水,放于電磁攪拌器上,在攪拌下浸取3 h,過4層紗布,擠干后將殘留物倒回錐形瓶中,再加入25 mL去離子水。如上述步驟再浸取2次,每次30 min。將合并后的浸取液放于兩個80 mL離心管中,于4 000 r/min下離心30 min,上清液再過0.45μm的微孔濾膜,濾液定容于100 mL容量瓶中,即得水溶性碘溶液。將沉淀和浸后的樣品殘渣合并后放入烘箱中50℃下烘干,即得含難溶性碘的殘渣。

水溶性碘不同形態的提取:取上述水溶性碘溶液5 mL于100 mL燒杯中,加入15 mL去離子水和5.0 mL的1.0 mol/L HNO3混勻后,再依次加入2.0 mL含40 g/L Bi3+的Bi(NO3)3和0.5 mL含8 g/L S2-的硫代乙酰胺溶液,混勻后于50℃烘箱中沉淀5 h,取出后于室溫(20 ℃)下放置30 min,過濾,并用0.2 mol/mL HNO3溶液洗燒杯3次,沉淀連同濾紙于室溫下晾干,分離得無機碘I-。濾液倒回原燒杯,再加入200 mg N2 H 4·H 2SO4于燒杯中,溶解后再依次加入Bi(NO3)3和硫代乙酰胺溶液,同樣于50℃烘箱中沉淀5 h,取出后于室溫(20℃)下放置30 min,過濾,并用含0.2 mol/L N 2 H5+的0.2 mol/mL HNO3溶液洗燒杯3次,沉淀連同濾紙于室溫下晾干,分離測定即為IO3-含量(IO3-已被N2H4·H2SO4還原為 I-)。將濾液定容于50 mL容量瓶中,即得水溶性有機碘。

2.2.2 植物體內有機結合碘的提取

核酸碘的提取:取上述冷凍干燥后的樣品10 g,加入2 mol/L 的NaCl溶液50 mL,沸水浴中提取30 min后過濾,重復2次,合并濾液,用氯仿-異戊醇(24∶1)法除去蛋白質,用乙酸調pH至2.5,冰箱中靜置過夜,得核酸沉淀,用95%乙醇沖洗兩次,消化,測碘。

多糖碘的提取:在核酸碘樣品提取過濾后的殘渣中加3%草酸溶液50 mL,沸水浴中提取30 min后過濾,重復2次,合并濾液及核酸碘提取操作中乙醇淋洗過的廢液,用氯仿-異戊醇(24∶1)法除去蛋白質后,加入4倍量的95%乙醇,冰箱中靜置過夜,得多糖沉淀,用85%的乙醇洗滌3次,消化,測碘。

蛋白質碘與非蛋白質碘的提取:取冷凍干燥后的樣品 10 g,加0.25 mol/L NaOH溶液,50℃水浴中提取4 h,得浸提液100 mL。在上述浸提液中加入(NH 4)2SO4至95%飽和度(0℃),冰箱中靜置過夜,得蛋白質沉淀,用乙醇-乙醚(2∶1)混合液淋洗3次后測定碘含量。上清液及乙醇-乙醚洗滌液中的碘為非蛋白質碘。

2.3 125I放射性活度的測量

用BH1224型微機-多道一體化能譜儀測量125I放射性活度,測樣器皿采用自備的 φ 75 mm×10 mm的一次性塑料測樣杯,將其置于倒置的閃爍探頭上,并用自制的定位裝置固定測量位置,以保證所有樣品測量幾何位置的一致性。測量結果經探測效率、死時間、衰變、背景值等校正后換算成樣品的放射性比活度,測量誤差控制在5%以內。所有樣品在采樣當天完成測量,以減少樣品由于水分揮發而造成的誤差。

3 結果與討論

3.1 水溶性碘的形態及含量分布

小白菜地上部分水溶性碘(125I)的形態分布情況列于表2。從表2中可以看出,對小白菜而言,水溶性碘和難溶性碘所占比例相當,分別占總碘的50.39%和49.61%,無機碘占總碘量的42.48%。在水溶性碘中,I-、IO3-、I2和有機碘并存,主要以無機碘為主(I-、IO3-和I2共占總水溶性碘的84.30%),而I-含量占總水溶性碘2/3,占總碘量的1/3。

空心菜地上部分水溶性碘(125I)的形態分布情況列于表3。由表3可以看出,在空心菜植株體內,難溶性碘所占比例較高,達到總碘的64.97%,水溶性碘約占1/3。在水溶性碘中,有機碘占19.03%,絕大部分還是以無機碘為主。與小白菜相比,空心菜中無機碘量所占的比例較少,只占總碘量的28.37%,其中I-占總碘量的20.00%。

表2 小白菜植株體內水溶性碘(125 I)的形態及含量分布

表3 空心菜植株體內水溶性碘(125 I)的形態及含量分布

從表2和表3中可以看出,在相同的外源碘環境下,空心菜相對小白菜能夠富集更多的碘。作為非必需元素的碘主要貯存在液泡、胞間隙這些部位,對于空心菜來說,莖中輸導組織相對自由空間較多,因而單位質量碘分布也較多。

3.2 蛋白質結合碘、核酸和多糖結合態碘的形態及含量分布

小白菜和空心菜地上部分有機結合碘(125I)的形態分布情況列于表4,小白菜和空心菜提取蛋白質中碘的含量分布列于表5。由表4和表5可看出,在小白菜體內,有機結合碘中以蛋白質結合碘所占比例最大,占總碘的22.43%,其次為核酸結合碘,占總碘的1.48%,多糖結合碘所占比例最少,僅為總碘的0.78%;在空心菜體內,盡管各種有機結合碘所占總碘的比例均低于小白菜,但有機結合碘的分布趨勢與小白菜相似,同樣是以蛋白質結合碘所占比例最大,占總碘的 8.68%,其次為核酸結合碘,占總碘的0.80%,多糖結合碘所占比例最少,為總碘的0.40%。此結果表明,生物大分子物質核酸、多糖、蛋白質均能結合一定量的碘,結合能力大小依序為蛋白質＞核酸＞多糖。

綜合分析表2、表3和表4,可以看出小白菜和空心菜體內,除了無機碘、有機碘外,還有一定量的殘態碘。對小白菜來說,無機碘量占總碘量的42.48%,有機碘量占7.91%,其余為殘態碘;對空心菜來說,殘態碘含量比較高,占總碘量的64.97%,而無機碘和有機碘均比小白菜少,分別為28.36%和6.66%。

表4 小白菜和空心菜中有機結合碘(125 I)的形態及含量分布

表5 小白菜和空心菜提取蛋白質中碘的含量分布

1955年Tong用131I研究發現,海帶中的有機碘和無機碘在一定條件下可以相互轉化,人體能夠直接利用的是有機態的碘,Swingle稱之為活性碘。人體內有效碘的主要來源是動物性或者植物性食品,目前已有一些加碘食品,如加碘茶[12]、加碘雞蛋[13]用于防治不習慣食用加碘鹽IDD病區人群的病癥,取得了較好的效果。本研究表明,小白菜和空心菜吸收外源碘,通過生物地球化學遷移和轉換之后,能將外源無機碘轉化成一定含量的有機態碘,加上小白菜和空心菜的生長周期短,不僅營養豐富,而且美味可口,是人們十分喜愛的日常蔬菜,因此可以將小白菜和空心菜作為一種富碘的經濟作物來培育,是實現對人體自然補碘較為理想的載體。

4 結 論

本研究結果顯示,小白菜和空心菜能夠吸收外源碘,碘吸收后在植物體內以有機碘和無機碘形式共存,而有機碘所占的比例較大。小白菜和空心菜是人們日常喜歡的常用蔬菜,因此小白菜和空心菜可以作為含碘蔬菜進行培育,以補充和豐富單一食鹽補碘的不足。

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