微量元素鐵與植物營養和人體健康的關系解析

韓秀萍，馬彥平，黃燦燦

（1. 浙江清華長三角研究院 嘉興市肺癌精準治療重點實驗室，浙江 嘉興 314000；2. 上海化工研究院有限公司 國家化肥質量監督檢驗中心（上海），上海 200062）

鐵是植物生命活動過程必需的微量元素，植物的呼吸、光合作用、DNA 的合成、活性氧的形成與消除等生理代謝過程都離不開鐵［1］。鐵是人體內含量最高的必需微量元素，是人體血紅蛋白、肌紅蛋白等的重要組成部分，攝入的鐵參與人體氧的運輸和貯存以及多種金屬酶的合成［2］。

植物從土壤及施入的鐵肥中獲得鐵元素來滿足正常的生長發育，植物可食用部分鐵元素含量偏低又成為動物和人類缺鐵的主因。據統計，世界貧血人口中膳食缺鐵是首要原因［3］。

近年來，我國農業一味追求高產，注重氮、磷、鉀肥的投入，卻忽視了鐵、鋅等微量元素肥料的施用，造成微量元素失衡狀況日趨嚴重。再加上土壤中鐵的有效性很低，導致植物極易缺鐵，不僅影響作物的產量和品質，而且影響人類健康。如何通過生物強化、科學施用鐵肥來提高農產品中鐵含量，進而達到改善人類鐵營養狀況是目前該研究領域關注的熱點，更是促進我國農作物化肥減施、綠色提質增效，落實健康中國戰略，實現農業綠色發展的保障。

1 鐵與植物營養的關系

1844 年CRIS 在黃化的葡萄葉片上涂以鐵鹽溶液，使葉片轉綠；1860年，SACHS J發現鐵是植物必需的營養元素，大多數植物中w（Fe）在100 ～300 mg/kg（以干質量計，下同），其隨植物種類和植株部位的不同而有差異［4］。某些蔬菜作物中鐵含量較高，如菠菜、萵苣、綠葉甘藍等，w（Fe）一般≥100 mg/kg，最高可達800 mg/kg；而水稻、玉米中鐵含量相對較低，w（Fe）為60 ～180 mg/kg。一般情況下，豆科植物的鐵含量高于禾本科植物。鐵在植物中的營養功能主要包括合成葉綠素、參與體內氧化還原反應和電子傳遞、參與植物呼吸作用［4］。

一般認為，鐵主要以Fe2+形式被植物吸收，螯合態鐵也可以被吸收，Fe3+在高pH值條件下溶解度很低，多數植物都難以吸收利用［4］。植物缺鐵主要發生在我國北方的干旱、半干旱地區，尤其是石灰性土壤上。全國測土配方施肥數據顯示，我國耕地土壤中鐵元素在臨界值以下的耕地占比達31%。土壤鐵供應不足原因有多種，北方土壤中可給性鐵含量低與土壤pH 值高及游離碳酸鹽含量高有密切關系，另外，土壤的水、氣狀況失調及溫度不適會妨礙植物根系吸收養分，也是植物缺鐵的原因［4］。

鐵在植物體內難以移動，又是葉綠素形成所必需的元素，所以最常見的缺鐵癥狀是幼葉失綠。失綠癥開始時葉片顏色變淡，新葉脈間失綠而黃化，但葉脈仍保持綠色，缺鐵嚴重時，整個葉片失綠或完全變白并出現壞死斑點，甚至植株死亡［4］。科學研究發現，微量元素鐵是植物生長發育的第三大限制性營養元素［5］，主要原因是，土壤環境中鐵的溶解性低，植物可利用的有效鐵少。

2 鐵與人體健康的關系

早在20 世紀30 年代，美國已經有人向國會提交報告，指出土壤微量元素缺乏對公眾健康的影響。報告指出，我們多數人都受著某種危險食譜缺陷的影響，而且除非生產這些食物的土壤礦物質恢復平衡，否則人類“隱性饑餓”的問題無法得到根本解決。可以說，這是土壤—植物—動物—人類生物鏈傳遞的結果［6］。人體生長發育、物質代謝是復雜的生物化學反應過程，這些反應過程都需要酶的參與，鐵恰好是人體血紅蛋白、肌紅蛋白及多種酶的重要成分［7］。

鐵在人體多個組織中都有存在，尤其以血液、肝、脾中含量最多，在人體中含量為4.2 ～6.1 g［8］。盡管人體中鐵元素含量很少，但在人體所必需的微量元素中，重要性居首位。

人體內微量元素的生理功能很重要的方面就是參與人體各種酶的組成。鐵參與細胞色素氧化酶、過氧化氫酶等的合成，同時它與琥珀酸脫氫酶、細胞色素C還原酶、乙酰輔酶A等的活性密切相關［9］。鐵還深度影響細胞內鐵酶和鐵蛋白的活性，一旦缺乏會引發多種病癥［10］。

人體內的儲備鐵很少，當人體對鐵的消耗過多或大量失血時，缺鐵性貧血［11］就會表現出來，身體就會發生一些異常。據統計，每年約有10 萬婦女在生產時因貧血死亡，缺鐵還會影響人的智力和學習能力，導致精神不振、易疲憊。

鐵盡管是人體必需的營養元素，其本身也不具備毒性，但當誤服過量鐵劑時會引起急性鐵中毒。據統計，最常見的鐵中毒是由硫酸亞鐵過量引起。如長期過量攝入鐵劑或富鐵食物都會引起慢性鐵中毒。臨床發現，慢性鐵中毒主要對肝臟造成損害，嚴重者危及生命。

3 人體的鐵營養來源

植物的鐵營養主要來自于土壤和施肥，人體鐵來源有兩個途徑：一是食物中的鐵，二是紅細胞破壞釋放出來的鐵［12］。當然，食物補鐵是人體鐵來源的主要渠道，有癥狀或檢查發現身體缺鐵后應注意有針對性地食補。這就要求從日常膳食結構和飲食搭配著手，做到飲食結構多樣化，精糧適當配以粗糧、雜糧、水果和蔬菜，尤其應多吃些含鐵較多的食物［9］，才能更科學地維持體內微量元素含量的正常與均衡。陳萌山在“會吃才有健康”系列文章指出，顏色越深的蔬菜含有的鈣、鐵、胡蘿卜素、維生素B2及維生素C也越多，尤其是深色蔬菜鈣、鐵含量比淺色蔬菜多1 ～2倍，甚至數十倍［13］。攝取紅肉補充鐵元素是非常有效的途徑，只不過成人每日紅肉攝入量不超過75 g為宜。

依靠食物補鐵的同時，還需要想方設法提高鐵的吸收和利用效率，如人體對動物肝臟、血和肉中的鐵吸收率一般為22%，最高可達25%，部分富鐵農產品被人食用后吸收利用效率也較高［11］。

4 多管齊下優化植物鐵營養

生產實踐表明，施肥是植物鐵營養非常重要的渠道。常用的鐵肥中主要有硫酸亞鐵，施入土壤中有效性容易降低，故建議葉面噴施。此外鐵肥的施用還有局部富鐵法、輸液法、植干埋鐵法、強力注射法、浸根法等［4］。由于螯合態鐵更容易被作物吸收，近年來科學界對鐵螯合劑的研究也比較深入，為作物能夠高效吸收鐵提供最佳解決方案。

近年來，通過施用微肥來提高農作物可食部分中鐵含量的研究較多。楊習文［13］、張曉［14］的研究結果表明，在土壤肥力較高條件下，施用鋅肥可增加小麥對鐵元素的吸收，提高小麥籽粒中鐵元素的含量。喬鮮花等［15］以14個不同基因型小麥為研究對象，研究發現，在拔節期葉面噴施鐵肥可增加小麥籽粒中鐵含量。

有研究顯示，鐵營養的改善能夠很好地促進豆科植物花生根瘤的形成，進而提高花生的固氮能力［16］。生產實踐中種植戶也發現，通過作物間合理搭配種植，充分利用植物間互惠互利的遺傳潛力，從而提高作物對營養元素，尤其是鐵、鋅、硼等微量元素的吸收和利用是可行的措施。

但是，在施用鐵肥增加植物鐵素營養，糾正缺鐵病癥以獲得高產優質作物的實踐中，效果并不理想。CAKMAKA和ACIKSOZA等［17-18］開展的研究發現，通過施用鐵肥來增加小麥籽粒中鐵含量比較困難，因為二者相關性并不高。興榮榮等［19］開展的鋅鐵微肥對冬小麥籽粒產量及其微量元素含量影響研究也發現，鋅鐵微肥的配施有利于籽粒對鋅的累積，提高籽粒中鋅含量，但籽粒中鐵含量與對照相比無顯著差異，甚至含量低于對照。

然而，CAKMAKA和ACIKSOZA等［17-18］通過給小麥施用Ca（NO3）2·4H2O 提高了小麥的氮素營養水平后發現，無論是麥根酸的分泌量還是三價鐵的活化吸收、地上部鐵的轉運都受到了顯著影響，有效促進了試驗小麥籽粒中鐵和鋅積累量的增加。該結果表明，施肥措施的優化可以改善植物鐵營養狀況。

史曉凱等［20］在新型有機肥對友好菜鈣、鐵含量及產量的影響研究時發現，相對于傳統無機化學肥料，新型有機肥可以顯著提高友好菜的鈣、鐵含量及產量。該研究為依靠施肥來提高作物可食部分鐵含量提供了新的思路。

5 結語

在健康導向下，通過選擇富含鐵元素的土地種植作物，科學施用鐵肥來增加種子和谷粒中鐵元素的含量，多食用富含鐵元素的食品，尤其是多吃蔬菜、水果和豆類，盡可能使食物多樣化，都是避免人體鐵缺乏的有效途徑。科學研究和生產實踐都已經證明，通過生物學手段提高植物鐵的吸收、利用效率，在改善人類鐵營養缺乏方面具有較大的優勢和潛力［21-23］，能夠提高和有利于作物對環境中鐵的吸收、體內轉運和向植物可食部位轉移的遺傳育種技術也將在植物、人體鐵營養中發揮重要作用。