豫西地區102份小麥核心種質中鐵、鋅、硒含量的分析

張媛菲，呂樹作，彭紹峰，郭軍偉，雷全奎

洛陽農林科學院/洛陽市作物分子生物學與種質創新重點實驗室，河南洛陽 471027

隨著社會經濟的發展與進步，人們對食品的營養和品質需求越來越高，主要糧食產品的營養和品質越來越受到人們的關注。其中，作為主要的糧食作物，小麥的營養和功能也得到越來越多的關注和研究[1-2]。

微量元素參與人體諸多代謝活動，是人體不可缺少的一類營養物質，尤其是鐵、鋅等微量元素。鐵元素參與人體氧氣運輸和氧化還原反應，對促進生長發育、增強人體抵抗疾病、調節組織呼吸等具有重要作用，缺鐵會引起營養性貧血；鋅與多種生物酶的活性基團密不可分，鋅元素的缺乏會影響生長發育和機體的免疫力［3-5］。硒元素雖然在人體中的含量很少，但對人類的健康具有重要的生理活性作用，是人體和動物生命活動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發育環境直接相關，還受自身基因的影響。近年來，很多國際小麥組織（如Wheat Initiative等）也十分關注小麥營養元素與其自身基因的關系，并嘗試運用于小麥育種實踐中，其基本思路是在種質資源篩選的基礎上，定位相關 QTL并克隆基因，期望通過育種途徑提高作物中相關營養元素含量，最終目標是培育抗逆、廣適、高產的健康型小麥新品種［7-10］。

通過對102份小麥核心種質資源中鐵、鋅、硒元素含量的測定和分析，對種質資源中3種元素的含量表現進行了解，以期為培育健康、營養的小麥新品種育種提供基礎的種質資源。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

102份小麥核心種質資源由西北農林科技大學提供。試驗于2018—2020年度在洛陽農林科學院試驗田內連續種植2年。正常成熟后收獲其籽粒并測定這3種元素含量。

1.2 試驗方法

樣品前處理方法：稱取1 g產品樣，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。消解結束后，加入0.5 mL高氯酸，160℃趕酸約3 h，至近干。溫熱轉移至25 mL容量瓶中，水定容。上機檢測。

鐵和鋅元素的含量采用原子吸收檢測的方法測定，檢測儀器型號：ZEEnit700P。

硒元素的含量采用原子熒光檢測的方法測定，檢測儀器型號：AFS-930/GP-003。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS軟件對各種元素的含量進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 小麥籽粒中鐵、鋅、硒元素含量的分析

對102份小麥種質資源籽粒中鐵、鋅、硒3種元素含量測定后，對數據進行分析（表1），結果如下。

表1 3種微量元素含量方差分析結果

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102份種質材料中的各種微量元素含量進一步分析（表2）發現，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，變異系數為38.32。

表2 102份種質資源中各元素含量分析

國際上鐵、鋅含量推薦量分別為50和40 mg/kg，我國小麥籽粒硒含量標準中：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]。結合上述分析結果可見，鐵、鋅元素在102份核心種質中的平均含量整體均低于國際推薦值，硒含量平均值也低于小麥籽粒中等含量標準。但其中仍有一些種質資源中3種元素含量相對較高，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，高于國際推薦值；矮孟牛Ⅳ中鋅含量最高，為57.32 mg/kg，也遠高于國際推薦值；中洛1號中硒含量最高，為0.12 mg/kg，達到我國小麥硒含量中等標準。還有一些種質如矮孟牛Ⅳ、早洋麥和西農6028等的鐵和鋅含量都較高。102份核心種質資源在豫西地區非富硒帶種植后，籽粒中鐵、鋅、硒含量均值整體不高，但仍有不少種質富含鐵、鋅，也有個別種質硒含量尚能達到中等水平，表明這些種質在鐵、鋅、硒含量方面的基因效應較強。

2.2 小麥籽粒中鐵、鋅、硒含量分布情況

對102份小麥種質中鐵、鋅、硒含量的分布情況進行統計分析（圖1），結果可見，93%的種質中鐵元素含量分布在30～50 mg/kg，低于國際推薦值，只有約5%的種質中鐵含量大于50 mg/kg；80%的種質中鋅元素含量低于國際推薦值40 mg/kg，其余20%種質中鋅元素含量較高，高于國際推薦值；幾乎99%的種質中硒元素含量都低于0.1 mg/kg，其中88%的種質中硒含量在0.02～0.08 mg/kg，均屬于硒含量比較缺乏，在102份種質中只有中洛1號硒含量達到中等標準。

圖1 鐵、鋅、硒3種元素含量分布統計

2.3 小麥籽粒中鐵、鋅、硒元素含量之間的相關性分析

對小麥籽粒中鐵、鋅、硒3種微量元素之間的相關性進行分析（表4），結果顯示，小麥籽粒中3種元素含量互相之間（鐵與鋅、鐵與硒、鋅與硒）均存在正相關關系，且鐵與鋅、鋅與硒之間呈極顯著相關關系（P＜0.01），相關系數分別為0.501和0.277。相關性分析可知，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性，某一元素含量的增加不會抑制另外2種元素含量的增加，表明通過育種選擇及施肥等一些栽培措施的運用，可以獲得同時富含多種微量元素的小麥籽粒，實現營養價值的改良。

表4 鐵、鋅、硒3種元素含量相關性分析

3 討論

小麥籽粒中微量元素含量對人體健康有諸多好處，但調查發現，我國很

多地區大部分小麥品種籽粒中鐵、鋅、硒等微量元素含量都偏低，不能滿足人體所需的營養需求［12-13］。因此，篩選富含微量元素的材料，對從遺傳方面改良小麥籽粒營養品質有重要作用。

本試驗中的102份種質材料涵蓋國內外早期到現階段各個時期的代表性材料，這些材料在遺傳方面表現出多樣性，通過分析它們籽粒中鐵、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。

分析發現，95%種質中鐵含量和80%種質中鋅含量均低于國際推薦值，幾乎所有種質硒含量均缺乏。這表明大部分種質材料不能兼顧人體對微量元素的需求。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，還受環境中硒含量的影響，通過篩選本身富集硒能力較強的小麥品種，與后天其他增加硒含量的辦法相結合，對小麥硒含量的改良會有較大改善。

在102份小麥種質中，硒含量整體處于缺乏狀態，一部分原因是試驗種植區域為非富硒帶，土壤中硒含量較低，一定程度上降低了各品種的硒含量水平，但在各種質籽粒中硒含量的變異幅度較大，表明在現有種質中篩選具有富硒潛力的種質是可行的。例如，本試驗中的中洛1號種質的硒含量就達到了中等標準，表明其具有較強的富硒的遺傳特征，可以作為富硒的遺傳種質資源。

小麥籽粒中，鐵、鋅微量元素的含量受基因型、環境及其互作的顯著影響，其中環境效應最大［14-15］，但基因型效應遠大于基因型與環境互作效應，因此通過遺傳改良來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、鋅含量的遺傳種質材料。

此外，3種元素含量的相關性分析表明，鐵、鋅含量間存在極顯著正相關，但鐵、硒間相關不顯著，鋅、硒間雖然達極顯著正相關，但相關系數較小，表明籽粒吸收鐵鋅能力、條件具有一致性，可以協同提高；硒在籽粒中的吸收蓄積相對獨立，基本不受鐵鋅的影響。這一結果表明選育出同時富含這3種微量元素的小麥品種具備可行性，同時也可以通過相應的栽培措施來同步提高小麥籽粒鐵、鋅、硒3種微量元素積累水平。