豫西地区102份小麦核心种质中铁、锌、硒含量的分析

张媛菲，吕树作，彭绍峰，郭军伟，雷全奎

洛阳农林科学院/洛阳市作物分子生物学与种质创新重点实验室，河南洛阳 471027

随着社会经济的发展与进步，人们对食品的营养和品质需求越来越高，主要粮食产品的营养和品质越来越受到人们的关注。其中，作为主要的粮食作物，小麦的营养和功能也得到越来越多的关注和研究[1-2]。

微量元素参与人体诸多代谢活动，是人体不可缺少的一类营养物质，尤其是铁、锌等微量元素。铁元素参与人体氧气运输和氧化还原反应，对促进生长发育、增强人体抵抗疾病、调节组织呼吸等具有重要作用，缺铁会引起营养性贫血；锌与多种生物酶的活性基团密不可分，锌元素的缺乏会影响生长发育和机体的免疫力［3-5］。硒元素虽然在人体中的含量很少，但对人类的健康具有重要的生理活性作用，是人体和动物生命活动中不可或缺的微量元素之一［6］。

小麦籽粒中铁、锌、硒微量元素的含量高低不仅与小麦生长发育环境直接相关，还受自身基因的影响。近年来，很多国际小麦组织（如Wheat Initiative等）也十分关注小麦营养元素与其自身基因的关系，并尝试运用于小麦育种实践中，其基本思路是在种质资源筛选的基础上，定位相关 QTL并克隆基因，期望通过育种途径提高作物中相关营养元素含量，最终目标是培育抗逆、广适、高产的健康型小麦新品种［7-10］。

通过对102份小麦核心种质资源中铁、锌、硒元素含量的测定和分析，对种质资源中3种元素的含量表现进行了解，以期为培育健康、营养的小麦新品种育种提供基础的种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

102份小麦核心种质资源由西北农林科技大学提供。试验于2018—2020年度在洛阳农林科学院试验田内连续种植2年。正常成熟后收获其籽粒并测定这3种元素含量。

1.2 试验方法

样品前处理方法：称取1 g产品样，精确至0.000 1 g于微波消解罐中，加入8 mL浓硝酸，2 mL双氧水，摇匀放置10 min，加盖拧紧（注意拧至合适松紧）。然后放入微波消解仪中，选择合适方法，190℃下消解15 min。消解结束后，加入0.5 mL高氯酸，160℃赶酸约3 h，至近干。温热转移至25 mL容量瓶中，水定容。上机检测。

铁和锌元素的含量采用原子吸收检测的方法测定，检测仪器型号：ZEEnit700P。

硒元素的含量采用原子荧光检测的方法测定，检测仪器型号：AFS-930/GP-003。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS软件对各种元素的含量进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 小麦籽粒中铁、锌、硒元素含量的分析

对102份小麦种质资源籽粒中铁、锌、硒3种元素含量测定后，对数据进行分析（表1），结果如下。

表1 3种微量元素含量方差分析结果

3种元素含量的方差分析表明：不同小麦品种材料间籽粒的铁、锌、硒含量存在极显著差异，筛选富含铁、锌、硒等微量元素的品种材料是可行的。

对102份种质材料中的各种微量元素含量进一步分析（表2）发现，其中铁含量的平均值为40.68 mg/kg，含量分布范围为26.04～59.32 mg/kg，变异系数为14.46；锌含量的平均值为35.8 mg/kg，含量分布范围为21.31～57.32 mg/kg，变异系数为15.25；硒含量的平均值为0.05 mg/kg，含量分布范围为0.004～0.12 mg/kg，变异系数为38.32。

表2 102份种质资源中各元素含量分析

国际上铁、锌含量推荐量分别为50和40 mg/kg，我国小麦籽粒硒含量标准中：0.05 mg/kg以下为缺乏、0.05～0.10 mg/kg为偏低、0.10～0.15 mg/kg为中等含量[11]。结合上述分析结果可见，铁、锌元素在102份核心种质中的平均含量整体均低于国际推荐值，硒含量平均值也低于小麦籽粒中等含量标准。但其中仍有一些种质资源中3种元素含量相对较高，分别筛选如下表3。

表3 各元素含量最高的10份小麦种质资源

从表3中可以看出，山前麦中铁元素含量最高，为59.32 mg/kg，高于国际推荐值；矮孟牛Ⅳ中锌含量最高，为57.32 mg/kg，也远高于国际推荐值；中洛1号中硒含量最高，为0.12 mg/kg，达到我国小麦硒含量中等标准。还有一些种质如矮孟牛Ⅳ、早洋麦和西农6028等的铁和锌含量都较高。102份核心种质资源在豫西地区非富硒带种植后，籽粒中铁、锌、硒含量均值整体不高，但仍有不少种质富含铁、锌，也有个别种质硒含量尚能达到中等水平，表明这些种质在铁、锌、硒含量方面的基因效应较强。

2.2 小麦籽粒中铁、锌、硒含量分布情况

对102份小麦种质中铁、锌、硒含量的分布情况进行统计分析（图1），结果可见，93%的种质中铁元素含量分布在30～50 mg/kg，低于国际推荐值，只有约5%的种质中铁含量大于50 mg/kg；80%的种质中锌元素含量低于国际推荐值40 mg/kg，其余20%种质中锌元素含量较高，高于国际推荐值；几乎99%的种质中硒元素含量都低于0.1 mg/kg，其中88%的种质中硒含量在0.02～0.08 mg/kg，均属于硒含量比较缺乏，在102份种质中只有中洛1号硒含量达到中等标准。

图1 铁、锌、硒3种元素含量分布统计

2.3 小麦籽粒中铁、锌、硒元素含量之间的相关性分析

对小麦籽粒中铁、锌、硒3种微量元素之间的相关性进行分析（表4），结果显示，小麦籽粒中3种元素含量互相之间（铁与锌、铁与硒、锌与硒）均存在正相关关系，且铁与锌、锌与硒之间呈极显著相关关系（P＜0.01），相关系数分别为0.501和0.277。相关性分析可知，小麦籽粒中铁、锌、硒3种微量元素之间存在一定程度的正相关性，某一元素含量的增加不会抑制另外2种元素含量的增加，表明通过育种选择及施肥等一些栽培措施的运用，可以获得同时富含多种微量元素的小麦籽粒，实现营养价值的改良。

表4 铁、锌、硒3种元素含量相关性分析

3 讨论

小麦籽粒中微量元素含量对人体健康有诸多好处，但调查发现，我国很

多地区大部分小麦品种籽粒中铁、锌、硒等微量元素含量都偏低，不能满足人体所需的营养需求［12-13］。因此，筛选富含微量元素的材料，对从遗传方面改良小麦籽粒营养品质有重要作用。

本试验中的102份种质材料涵盖国内外早期到现阶段各个时期的代表性材料，这些材料在遗传方面表现出多样性，通过分析它们籽粒中铁、锌、硒的含量，有助于理解铁、锌、硒含量在遗传方面的变异，筛选铁、锌、硒含量较高的遗传变异，为培育富含多种微量元素的小麦新品系提供遗传基础。

分析发现，95%种质中铁含量和80%种质中锌含量均低于国际推荐值，几乎所有种质硒含量均缺乏。这表明大部分种质材料不能兼顾人体对微量元素的需求。但作物中硒元素含量的高低除了受品种自身的遗传特性影响外，还受环境中硒含量的影响，通过筛选本身富集硒能力较强的小麦品种，与后天其他增加硒含量的办法相结合，对小麦硒含量的改良会有较大改善。

在102份小麦种质中，硒含量整体处于缺乏状态，一部分原因是试验种植区域为非富硒带，土壤中硒含量较低，一定程度上降低了各品种的硒含量水平，但在各种质籽粒中硒含量的变异幅度较大，表明在现有种质中筛选具有富硒潜力的种质是可行的。例如，本试验中的中洛1号种质的硒含量就达到了中等标准，表明其具有较强的富硒的遗传特征，可以作为富硒的遗传种质资源。

小麦籽粒中，铁、锌微量元素的含量受基因型、环境及其互作的显著影响，其中环境效应最大［14-15］，但基因型效应远大于基因型与环境互作效应，因此通过遗传改良来提高籽粒中铁锌等微量元素含量也是可行的。山前麦等种质的铁含量较高、矮孟牛Ⅳ等的锌含量较高，可以作为提高铁、锌含量的遗传种质材料。

此外，3种元素含量的相关性分析表明，铁、锌含量间存在极显著正相关，但铁、硒间相关不显著，锌、硒间虽然达极显著正相关，但相关系数较小，表明籽粒吸收铁锌能力、条件具有一致性，可以协同提高；硒在籽粒中的吸收蓄积相对独立，基本不受铁锌的影响。这一结果表明选育出同时富含这3种微量元素的小麦品种具备可行性，同时也可以通过相应的栽培措施来同步提高小麦籽粒铁、锌、硒3种微量元素积累水平。