基于不同监测年份下小麦DON含量与籽粒特点研究

孙宝胜

泰州市粮油质量监测所 (泰州 225300)

小麦生长及收获过程中，受环境等因素影响会出现虫蚀粒、病斑粒(黑胚粒、赤霉病粒)、生芽粒、生霉粒和破损粒等籽粒，国标统称之为不完善粒[1]。不同类型籽粒其诱因不同，外观亦呈现不同特点，同时其内部结构、组成成分也相应改变，进而引起其他综合质量指标的变化[2-5]。呕吐毒素 (Deoxynivalenol .DON)主要由禾谷镰刀菌和粉红镰刀菌等产生，为小麦常受污染真菌毒素之一。DON 对人类以及动物有着广泛毒性，可引起细胞凋亡进而对机体多个系统产生毒害作用，如神经毒性、生殖毒性、免疫毒性以及“三致”作用等[6-9]。相关研究表明，小麦中DON含量与其籽粒外观特征具有明显关系[10-11]。文章在本人及相关学者研究基础上，通过不同年份连续监测方式，对小麦DON含量与小麦籽粒规律进行研究，考察小麦中DON含量与籽粒特性关系，并进一步揭示DON与ZEN两种小麦真菌毒素的伴生情况。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

2016～2019年泰州地区新收获小麦，于收获时采集；呕吐毒素、玉米赤霉烯酮免疫亲和柱 (1 mL/支，北京华安麦科生物技术有限公司)；DON、ZEN标准品(纯度99.90%)；甲醇(色谱纯，美国天地有限公司)；聚乙二醇(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；娃哈哈纯净水。

1.2 主要仪器

高效液相色谱仪(Agilent 1260)；3100型高速粉碎机，波通瑞华科学仪器(北京)有限公司；谷物选筛、容重器(HGT-1000A)、电热鼓风恒温干燥箱； AL104型万分之一电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；BF-2000型氮气吹干仪，北京八方世纪科技有限公司。小麦容重器、烘箱及其它小麦质量检测常用仪器。

1.3 试验方法

批量采集新收获小麦样品，分别检测其各质量指标，主要包括容重、水分和不完善粒，其中不完善粒按照不完善粒总量，赤霉病粒、黑胚粒、生芽粒和生霉粒分别检验，容重、水分检测为仪器检测，小麦不完善粒检测为人工感官检测。同时，采用高效液相色谱仪分别测定对小麦样品中DON和ZEN含量。根据检测结果，以小麦中主要真菌毒素DON为依据，考察小麦在不同DON含量下其籽粒特点。

1.4 测定方法

小麦各指标检测方法以国标为准，主要参照GB 5494—2008《粮油检验 粮食、油料的杂质、不完善粒检验》，GB 5009.111—2016《食品安全国家标准 食品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的测定》第二法和 GB 5009.209—2016《食品安全国家标准 食品中玉米赤霉烯酮的测定》等标准。

DON检测仪器参数：Agilent HPLC-1260液相色谱仪，色谱柱：Eclipse XDB C185 μm 4.6×250 mm;流动相：15%甲醇+85%水;流速1.0 mL/min;柱温箱温度35.0 ℃；检测器：可变波长紫外检测器，检测波长218 nm;进样量50 μL。

2 结果与讨论

2.1 呕吐毒素检测图谱

在1.4 DON检测仪器参数检测条件下，DON标准色谱图如图1所示。

图1 DON标准物质色谱图(2.0 μg/mL)

2.2 质量卫生指标检测结果

监测指标主要为不完善粒、赤霉病粒、黑胚粒、生芽粒、破损粒、虫蚀粒、容重、水分和杂质等质量指标和DON、ZEN两种真菌毒素。取各指标年度检测结果平均值，并以呕吐毒素指标值由小到大排列，分别呈现2019、2017、2018、2016数据，以更为直观的考察呕吐毒素与籽粒特征之间的关系，需要说明的事，为更好的考察污染严重的小麦籽粒特性，2016年产小麦样品为高污染样品针对性采样，检测结果均值如表1所示。

表1 2016～2019年度小麦质量卫生指标检测结果

2.3 不同DON含量下小麦籽粒特点

分析表1检测数据可知，随各年份DON含量值依次增大，不完善粒、赤霉病粒、破损粒和生芽粒等类型均呈现增多趋势，而黑胚粒则无明显变化。为更直观反映不同DON含量下小麦类粒型变化趋势，以DON指标值为横坐标、不完善粒总量和其他四种类型籽粒为纵坐标做带平滑线和数据标记的散点图，如图2所示。显然，随DON含量逐渐增大，不完善粒、赤霉病粒、生芽粒和破损粒比重随之增大，均呈现正相关关系，而前三种相对于破损粒变化更为明显。因虫蚀粒和生霉粒在该四年新收获小麦中检出结果极低或者无检出，故未列入分析研究对象。

图2 不同DON含量小麦粒型比重趋势图

样品采集地小麦近年品种主要是杨麦、宁麦系列，尽管近年种植结构和管理方式整体相近，但不同年份必然存在差异。宏观上或者从“纵向”分析，在诸多因素影响下，DON含量与小麦籽粒依然存在明显规律趋势。为更为全面分析二者之前关系，因每年小麦质量不完善粒等籽粒类型不同，针对2016～2017年新收获小麦不同质量特点，笔者根据同年份小麦做过专项分析[10-11]，分别考察DON与赤霉病粒、不完善粒、生芽粒和黑胚粒之间关系，分别如图3、图4、图5、图6所示。

图3 2016年赤霉病粒与DON线性关系图

图4 2017年产不完善粒与DON关系图

图5 2017年产生芽粒和DON线性关系图

图6 2017年产黑胚粒与DON折线图

从单独年份的DON与赤霉病粒相应数据的来看，随着赤霉病粒含量的增大，相应的DON含量也在增大，二者呈现显著的正相关关系，线性方程为y=621.4x-249.7，相关系数R2=0.969。也就是说赤霉病粒对DON含量起决定性作用，这与前期研究结果一致[2-5]。由公式反推，当DON含量在1 000 μg/kg国家限值时，此时对应的赤霉病粒为2.01%。DON含量增大，不完善粒呈增大趋势，二者线性回归方程y=52.78x+95.77，相关系数R2为0.736，相关系数低于赤霉病粒。DON含量与发芽粒存在正相关性，但相关系数相对较低。

值得注意的是，如图6显示黑胚粒与DON之间依旧不存在关系，与表1所示不同年份监测结果保持一致。

容重、水分和杂质，属小麦籽粒特征的宏观表现。从表1数值上来看，随着DON不断增大，小麦容重、水分有稍微增大趋势但不够明显，杂质则无规律。基于近年来该地区产后烘干体系的完善，小麦收获后后期处理情况不尽不同，对该三种小麦指标在收获后人为影响较大。

2.4 DON 和ZEN伴生特点

小麦籽粒中两种真菌毒素均由镰刀菌产生，考察两种真菌毒素之间的相关性亦存在较高价值。从表2 2016年度针对性采样小麦质量数据(当年新收获小麦数据梯度均值)来看，二者存在明显正相关性。以DON和ZEN做曲线，拟合曲线结果如图7所示，曲线方程为y=49.24x+567.4，相关系数达R2=0.936。

表2 2016小麦赤霉病粒和DON、ZEN均值表

图7 ZEN与DON相关性

3 结论

自然生长条件下，所监测地区不同DON含量新收获小麦其籽粒特点不同。DON含量增大各类型籽粒呈现如下特点：赤霉病粒比重增大，相关系数R2在0.9以上，存在显著正相关关系；不完善粒含量增大，存在正相关关系，相关系数R2为0.736；DON与不完善粒相关性相对较低原因应与小麦不完善粒的构成有关，当不完善粒中以赤霉病粒为主时，不完善粒与DON含量相关性更高，若小麦不完善粒主要以与DON含量相关性低的不完善粒类型构成时(比如黑胚粒)，则小麦不完善粒与DON含量则相关性变低；发芽粒呈现增大趋势，存在一定正相关性，这可能与发芽粒较高反映小麦生长期间水量较大，有利于真菌繁殖进而产生DON有关。破损粒增大，这与真菌繁殖导致小麦种皮及籽粒内部孔隙较多、胚乳疏松有关[12]。

DON含量随黑胚粒增加无明显变化趋势，不存在直接因果关系。DON与ZEN两种真菌毒素之间的存在伴生和较高的线性关系。