不同品种菰稻中微量元素的差异性分析研究

王海燕 范稚莉 唐梓意 李婉莹 冯家望 李珍妮 冯邹达 叶明琴

摘 要：目的：建立适用于菰稻中不同浓度梯度的多种微量元素差异化分析的快速、准确方法，并比较在同一咸淡水种植条件下，不同品系中各种菰稻的6种微量元素含量差异，为菰稻持续改善、稳定品质，作为功能米推广提供评价依据。方法：2020—2021年种植的9种菰稻样品以及对照大米样品，经微波消解后，采用电感耦合等离子体质谱仪同时测定样品中硒、铁、锌、锶、铬、钴6种人体必需微量元素的含量，并比较分析不同品种菰稻以及不同加工程度的菰稻中微量元素的关联性和差异性。结果：在同一咸淡水种植条件下，不同品种菰稻的微量元素含量和组成差异较大;在土壤背景值接近的条件下，硒含量存在显著差异，较大可能是由菰稻选育时选用的不同母本中硒含量不同引起;锶、铁、锌含量较低的3种菰稻（象牙菰米、石斛菰米、长香菰米）属于不同品系，但均是精制米，说明加工程度可能对菰稻中锶、铁、锌含量影响较大;在菰稻生长中的灌浆期，采用叶面喷施铬肥，菰稻中的铬含量并未显著增加。

关键词：菰稻;功能米;微量元素;差异性;电感耦合等离子体质谱法

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 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

功能稻米是兼有營养和调节人体生理活动功能，不以治疗疾病为目的的适宜特定人群的稻米[1]。既保持大米的营养性、安全性，又能改善大米蒸煮米饭的适口性（色、香、味、食感），同时对人体生理具有一定明显的调节功能[2]。研究和开发功能米，是一条经济有效的实现“药食同源”途径[1]。

传统的功能米获得途径包括：生物转化法、喷涂吸附法、人造米法、双重加工法，以及利用生物技术的分子生物学、生物基因工程法等[3]。而长远来看，利用远缘分子融合育种等新型育种技术[4]，培育稻米新品种是发展功能米的更安全、可持续、便于推广的途径。

菰为禾本科菰属植物[5]，中国菰资源极为丰富，具有较高的蛋白质、无机盐、微量元素、B族维生素[6-8]。菰与水稻同科不同种，具有许多目前栽培水稻品种所欠缺的优良性状，充分开发和利用菰属植物的基因资源是破除水稻遗传资源瓶颈的理想途径之一[9-10]。而菰稻是水稻与菰远缘分子融合育种培育的全新水稻品系，可种植于咸、淡水交汇处的盐碱地，抗性高，同时具有产量高、质量高、种植成本低、易实现产业化的特点。

长期以来，我国水稻育种以高产、优质（外观加工品质）、抗病虫等重要农艺性状为目标导向，功能稻米的相关研究较少[11]。目前，有关功能米的营养特性评估的研究较少，更是未见菰稻的营养特性评价和相关遗传研究的相关报道。而评估菰稻中具有生理功效的微量元素，确定成分组成、含量，对菰稻作为功能米在盐碱地大量种植推广实现产业化发展具有重大意义。

由于不同品种菰稻中微量元素含量各有不同，某些营养成分可能含量低，且功能营养成分、干扰因素不确定，用常规仪器达不到检测要求。因此本实验采用灵敏度高、线性范围宽、干扰小、检测线低、分析速度快、可实现多元素同时测定[12-13]的电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），建立适用于菰稻中不同浓度梯度的多种营养元素差异化分析的快速、准确方法。同时进一步比较分析同一咸淡水种植条件下，不同品系菰稻中多种人体必需微量元素含量及变化情况，为评估菰稻营养价值提供理论依据，也为菰稻持续改善、稳定品质，作为功能米提供有效的评价依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 供试样品 共10个大米，除1个市售大米外，均为菰与其他品种水稻或石斛等杂交选育的菰稻，种植在入海口的咸淡水交汇处，具体如下表1所示。

上述9种菰稻中，只有彩虹2号在灌浆期时，经叶面喷施铬肥，其他8种菰稻均是选育后自然生长，未经过其他人工干预。

对照大米：市售东北大米，作为对照大米。

1.1.2 试剂 硝酸（UP级，苏州晶锐化学有限公司）;氩气（Ar）：氩气（≥99.995%）或液氩;氦气（He）：氦气（≥99.995%）。

1.1.3 标准品 标准溶液：编号为GSB 04-1767-2004的24元素（包括铁、锶、锌、铬、钴等多元素混合标准溶液（浓度为100mg/L），以及硒的单元素标准溶液（浓度为1000mg/L）。均为国家有色金属及电子材料分析测试中心采购。

内标溶液：铟、铑、铼（浓度为1000mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心）。

1.1.4 仪器和设备 Agilent 7800电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），配有自动进样器;电子天平（感量为1 mg，德国Sartorious公司）;Mars 6微波消解工作站（美国CEM公司）;BOTONYC BHW-09C20精确控温赶酸器（上海博通化学科技有限公司）;高速粉碎机;Rephile Direct-Pure UP 超纯水系统（上海乐枫生物科技有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 目前，大米的消解方式有湿法消解、压力罐消解法、微波消解等多种方式[14]。其中，湿法消解所需时间长、效率低;压力罐消解法操作过程较繁琐、耗时长;微波消解通过对时间、温度、功率的控制来完成整个消解过程，整个消解系统封闭，消解快、引入的污染小、用酸量小，基本无元素损失。因此，本实验采用微波消解法。

将供试样品用高速粉碎机粉碎后，混匀。存放于干燥洁净的样品袋中，备用。称取经粉碎混匀的试样0.5g（精确至0.001g）于微波消解内罐中，加入硝酸6mL，放置赶酸器上120℃预消解1h，按优化后的微波消解仪操作步骤（表2）进行消解。消解完成后，置消解罐于赶酸器中，在120℃的温度条件下加热赶酸1h，直至微波消解内罐的黄烟消失出现白色烟雾。消解罐自然冷却至室温后，用水将消化液转移至25mL容量瓶中，用少量水洗涤2～3次，合并洗涤液，用超纯水定容至刻度，混匀得到样品测试液，同时做试剂空白。

1.2.2 ICP-MS工作条件 测定时，本研究选取内标元素与待测元素同时在线监测，及时矫正仪器的信号漂移，减小非质谱干扰[15]。同时，通过仪器的自动调谐可将双电荷离子干扰降低，选择碰撞池模式去除多原子离子干扰。

由于硒元素不易电离，且自然丰度较高的同位素80Se和78Se分别受到来自多原子离子40Ar2+、和38Ar、40Ar+的严重干扰，因此采用高能碰撞模式（高He模式）测定硒元素。除硒元素外，铁、锌、锶、钴、铬均采用碰撞模式（He模式）。优化后的具体通用参数和不同模式下的设定参数如下表3、4所示。

铁、锌元素易被污染，且在仪器推荐条件下，铁元素的灵敏度较低，为提高铁元素的灵敏度，选择补偿气：0.10mL/min。

同时，选取待测元素适合的质量数，在满足丰度大、灵敏度高的前提下，避免多原子离子干扰，选取待测元素的质量数如下表5所示：

1.2.3 仪器检测过程 将空白溶液、系列混合标准溶液和样品待测液按表2的工作参数和编辑测定程序分别导入ICP-MS测定，在线加入内标标准溶液做内标校正，内标液管与进样液管通过三通阀按比例在线加入。由工作站软件分析数据，绘制标准曲线，计算样品待测液中各元素含量。

1.2.3.1 标准曲线的配制 将混合标准溶液，配制为0.0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0µg/L、的标准系列溶液。

1.2.3.2 内标元素的选择和内标溶液的配制 加入内标溶液用于消除基体的干扰，本实验选择铟、铑、铼作为内标溶液，配制为50µg/L的铟、铑、铼混合内標溶液。

1.3 测定条件优化 通过实验，选取待测元素适合的质量数，在满足丰度大、灵敏度高的前提下，避免多原子离子干扰;采用高能碰撞模式（高He模式）测定硒元素，除硒元素外，铁、锌、锶、钴、铬均采用碰撞模式（He模式）;同时，为提高铁元素的灵敏度，选择补偿气：0.10mL/min。经过优化后的测定方法，技术参数如方法的特异性、测定范围、灵敏度和准确度、检出限和定量限等均达到检测要求。

2 结果与分析

2.1 标准曲线、方法检出限、定量限 在1.2.2的仪器条件下测定标准曲线，得到6种营养元素线性回归方程，同时得出相关系数r均大于0.995。连续测定空白溶液11次，以标准偏差的3倍为计算方法计算检出限，标准偏差的10倍为计算方法计算定量限，结果见表6。6种营养元素在测定过程中均显示出了良好的线性关系，各元素标准曲线的相关系数在0.9997～1.0000，各元素的检出限在0.0039～0.577μg/L之间，定量限在0.013～1.92μg/L之间，满足各元素测定的要求。

2.2 不同菰稻品种测定结果 采用上述方法，测定以上9种菰稻和对照大米中的硒、铬、锶、铁、锌、钴的含量，测定结果如下表7所示。

2.3 菰稻中硒含量差异比较分析 目前对富硒产品的含量规定未有统一标准。GB/T 22499-2008《富硒稻谷》中规定[16]：通过自然生长富集的富硒稻谷加工的大米中硒含量应在0.04～0.30mg/kg。按照此标准要求，9种菰稻中除精制的石斛米外，其他8种菰稻均满足富硒大米的要求。硒含量达到0.10mg/kg的菰稻品种有：彩虹1号、彩虹2号、象牙菰米。但是，它们之间的硒含量差异也较大，彩虹1号的硒含量最高，达0.185mg/kg;而有较近亲缘关系的彩虹米中硒含量仅为彩虹1号的31.7%，彩虹2号的52.3%。在土壤背景值接近的条件下，硒含量存在显著差异，较大可能是菰稻选育采用的不同母本中硒含量不同引起。

2.4 菰稻中铬含量差异比较分析 铬是人体所必需的微量元素之一，是正常生长发育和调节血糖的重要元素。以上9种菰稻中，只有2021年种植的彩虹2号在灌浆期叶面喷施铬肥，以期提高其菰稻米中铬含量，作为糖尿病人的代餐食品。但是，从表6可以看出，彩虹2号的铬含量为0.145mg/kg，为同一品系彩虹1号的1.45倍，铬含量并未显著增加，可见，喷施铬肥未达到预期效果。9种菰稻的铬含量均不高。象牙菰米的铬含量最高，为0.152mg/kg。彩虹米、长香菰米、紫叶白菰米（2020）、石斛菰米中铬含量均低于检出限。达到检出限以上的菰稻，铬含量均在在0.10～0.16mg/kg之间。

2.5 菰稻中锶、钴含量差异比较分析 9种菰稻中锶含量在0.072～0.492mg/kg之间，差异较显著，彩虹米中锶含量最高，为0.492mg/kg，是彩虹1号锶含量的2.91倍，彩虹2号的1.77倍。锶含量仅次于彩虹米的是紫叶白菰米（2020），为0.420mg/kg，紫叶白菰米（2021）中锶含量也较高，为0.370mg/kg。可见紫叶白菰米这一品系的锶含量较稳定。9种菰稻中，石斛菰米、长香菰米、象牙菰米，这3种锶含量相对低的菰稻属于不同品系，但均是精制米，说明加工程度可能对菰稻中锶含量影响较大。但菰稻中钴含量普遍较低，9种菰稻中仅有彩虹1号、彩虹2号中含有微量钴元素。

2.6 菰稻中铁、锌含量比较分析 除紫糯菰米外，其余8种菰稻中锌含量都高于其铁含量。锌含量达到20.0mg/kg以上的有：彩虹米、紫叶白菰米（2020）、彩虹2号、紫叶白菰米（2021）。彩虹米中锌含量最高，为27.2mg/kg。紫糯菰米中铁含量最高，为18.2mg/kg;铁含量最低的为象牙菰米和石斛菰米，仅为紫糯菰米中铁含量的31%。铁含量低于10.0mg/kg的菰稻品种还有：长香菰米，铁含量6.28mg/kg。象牙菰米、石斛菰米、长香菰米这2种菰稻中铁含量较低，虽然属于不同的菰稻品系，但均是精制米，说明加工程度可能也对菰稻中铁含量影响较大。

2.7 菰稻与普通大米的6种营养元素含量差异比较分析 对照的普通大米未检出硒元素，而9种菰稻中均有检出，除为精制米的石斛菰米外，其他8种菰稻均满足富硒大米中硒含量的要求。除为精制米的长香菰米外，普通大米中锶含量低于其余8种菰稻。除3个精制菰稻以外，其余6种菰稻糙米中铁、锌元素的含量均高于普通大米。

3 结论

本研究建立菰稻中多元素差异化分析的ICP-MS检测方法，优化微波消解前处理方法，并优化ICP-MS测定条件：在碰撞反应池模式下，采用不同的碰撞反应模式（He模式和高He模式）消除多原子离子、同质异位素等的干扰，建立了适合菰稻中不同浓度梯度的多种营养元素的快速、准确分析方法。

同时测定不同品系菰稻中的硒、铬、铁、锌、锶、钴等6种营养元素含量，结果表明：在同一咸淡水种植条件下，虽土壤背景值比较接近，但不同品种菰稻的营养元素的含量差异，较大可能是由菰稻选育时选用的不同母本中营养元素含量不同引起。除石斛菰米（精制米）外，其他8种菰稻均满足富硒大米中硒含量的要求。由此可见，菰稻可以作为较好的食源补硒来源。在菰稻生长中的灌浆期，采用叶面喷施铬肥，菰稻的铬含量并未显著增加，说明对菰稻中铬元素的富集作用不明显。想要获得安全、可靠的富铬功能米，较大可能应该从遗传育种上寻求突破。紫叶白菰米这一品系的菰稻其锶、铁、锌含量均较稳定。而彩虹米、彩虹1号、彩虹2号这一品系的菰稻中营养元素含量差异较大。除长香菰米（精制米）外，普通大米中锶含量低于其余8种供试菰稻。精加工可能导致菰稻中锶、铁、锌元素的损失;菰稻中钴含量普遍较低，与普通大米相比，无显著差异。菰稻作为全新的育成品种，后续研究中应系统深入分析导致营养元素含量差异化的原因，研究菰稻中不同元素积累分布、相互作用情况;从而为今后菰稻作为功能米的选育和推广，提供科学依据和技术支持。

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[16]国家标准富硒稻谷：GB/T 22499-2008 [S].

（责编：王慧晴）