19份彩色小麥種質資源微量營養元素比較分析

摘要：彩色小麥因為富含各種微量營養元素而成為解決隱性饑餓的研究熱點，為了對彩色小麥種質資源中的微量營養元素進行全面的評價，對來自黃淮麥區的19個彩色小麥種質資源和1個對照白粒小麥籽粒中的16種微量元素進行了檢測。結果表明，參試彩色小麥各種微量元素的平均含量順序為鐵gt;錳gt;鋅gt;鍶gt;銅gt;鉻gt;鎳gt;鉬gt;鈦gt;錫gt;砷gt;硒gt;釩gt;鈷gt;銀gt;鎘；19個彩色小麥籽粒中錳、砷、鈦、鈷、銅、鍶、鉬、鉻、鎘、錫、鐵共11個微量元素與對照白粒小麥差異顯著；大多數紫（黑）粒小麥的微量營養元素都高于藍粒小麥和白粒小麥，藍粒小麥的銅、鋅、鍶、鉬、錫含量高于大部分紫（黑）粒小麥和白粒小麥，白粒小麥的鉬和錫含量最高；藍粒小麥砷含量普遍較低；中黑麥6號等11個彩色小麥種質資源沒有檢測出鎘含量，是寶貴的抗鎘金屬污染的小麥種質資源。以上結果可以為彩色小麥種質資源微量營養的科學利用和保障人類健康提供理論參考。

關鍵詞：彩色小麥；種質資源；微量元素；比較分析

Comparative Analysis of Micronutrients in 19

Germplasm Resources of Color Wheat

ZHANG Zhengbin1，XU Ping1，LI Fengling2，ZHANG Jinpeng3，ZHANG Wensheng1，LI Furong1

（1Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050022；2Beijing China-Agri Brains Sience amp; Technology Co.，Ltd.，Beijing 100049；

3Institute of Crop Sciences，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

小麥是世界種植面積最大且分布最廣的糧食作物，我國是小麥生產第一大國，其產量和營養成分對保障我國糧食安全和民眾健康有重要的支柱作用。由于微量營養攝入不足或營養失衡而導致人群健康水平低下，影響經濟發展，在國際上被稱為隱性饑餓[1]。近10年來，國際上發起了生物營養強化挑戰項目，旨在利用生物育種技術培育出富含各種微量營養的優質作物品種和功能性品種[2-3]。

世界衛生組織確認的人體必需的14種微量元素為鋅、銅、鐵、碘、硒、鉻、鈷、錳、鉬、釩、氟、鎳、鍶、錫[4]。砷、鎘是對人體有毒有害的微量元素[5]。研究表明，釩有減少膽固醇，降低血糖，防止齲齒，制造紅血球等功能[6]。鎳有增強胰島素、降低血糖和刺激生血機能的作用，能促進紅細胞再生[7]。錳促進人體骨骼生長發育、維持正常的糖和脂肪代謝及腦功能，在維生素B1的作用過程中非常重要[8]。硒是抗癌元素，和花青素含量高度相關[9]。鈦能刺激人體吞噬細胞，使免疫力增強[10]。鈷是維生素B12的中心離子[11]。銅對于人體血液、中樞神經和免疫系統，頭發、皮膚和骨骼組織，腦和肝、心等內臟的發育有重要功能[12]。鋅對人體生長發育、生殖遺傳、免疫、內分泌等有重要作用[13]。鍶增進人體骨骼健康和減少心血管等慢性疾病發生率[14]。鉬能夠保護心血管，促進紅細胞發育，預防齲齒和腎結石等[15]。鉻是胰島素的協同因子，在人體糖和脂肪的代謝中起重要作用[16]。銀可以快速治療傷口愈合，作為抗菌劑被廣泛應用[17]。錫具有促進人體生長發育、血紅蛋白的分解、機體組織生長和創傷愈合的功能，可以抑制癌細胞的生成[18]。鐵參與人體內氧的轉運、交換和組織呼吸過程，維持機體正常造血功能[19]。利用砒霜（三氧化二砷）以毒攻毒，可以治療白血病[20]。鎘主要蓄積于動物的肝臟和腎，能損害動物的腎臟、免疫、神經、心血管、骨骼和生殖系統等，并能誘導基因的異常表達，有致癌性[21]。

我國從20世紀50年代就有彩色小麥遺傳育種研究，到20世紀80年代，開始了彩色小麥營養元素測定分析。黑小麥76和普通白粒小麥相比，籽粒硒和鈣含量均高出3倍[22]。來源于黑麥和埃塞俄比亞地方品種的兩種類型的彩色小麥種質資源，其籽粒的銅、鐵、錳、鋅4種有色微量元素含量均高于白粒對照普通小麥[23]。03Z4-439黑小麥籽粒有機鉻（三價鉻）含量為1.916mg/kg，超過普通白粒小麥約4倍，食用后能有效降低糖尿病人的血糖[24]。秦黑1號籽粒微量營養元素鐵、鋅含量分別高達749mg/kg和135mg/kg，是普通白粒小麥的19.2倍和4.1倍，是一般黑小麥的10.6倍和4.9倍[25]。漯珍1號黑小麥籽粒鎂、硒、碘、錳含量比對照白粒小麥分別高796.15%、533.13%、61.94%和61.46%[26]。紫優小麥系列籽粒鋅、鐵、鎂和鉀含量均比對照白粒小麥品種石家莊8號高100%[27]。

前人研究大多是對單個或者少數彩色小麥品種和微量營養硒、鋅、鐵、銅、錳等在不同土壤營養條件下進行的分析，還難以全面評價彩色小麥種質資源在微量營養元素方面的差異和與普通白粒小麥相比在功能營養方面的優勢[28-30]。本文從黃淮麥區征集到19個彩色小麥種質資源和1個當地大面積推廣的白粒小麥對照品種，在相同大田土壤營養條件下種植，對收獲后的籽粒進行了16種微量元素成分的檢測和比較分析，以期對彩色小麥種質資源在功能營養方面做出全面評價，推動彩色功能營養小麥的合理、科學、高效利用，為功能營養農業和食品產業化發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 從黃淮麥區征集20個小麥種質資源，包括19個彩色小麥和1個白粒小麥，其中9個是審定品種，11個是創新種質資源（表1）。19個彩色小麥中有14個紫（黑）粒小麥，5個藍粒小麥。來自河北的彩色小麥種質資源有12個，白粒普通小麥石麥22為冀中南水地組區域試驗對照品種，來自山東的彩色小麥有2個，來自陜西的彩色小麥有3個，來自河南和甘肅的彩色小麥各1個。

1.2 試驗設計 2021年10月至2022年6月在中國科學院欒城農業生態系統實驗站對征集到的19個彩色小麥種質和1個對照白粒小麥材料進行大田人工點播，順序排列，行長2m，行距20cm，4行區，株距5cm，每個材料中間空1行。成熟后全部收獲考種脫粒。播種前撒施內蒙古銳林農業科技有限公司生產的SC植物營養餐（有機肥）600kg/hm2作為底肥并旋耕2次，其營養成分為N-P-K=14-5-6，腐植酸含量≥10%，有機質含量≥32%。播種前灌溉1次，拔節返青期用無人機飛防除草劑1次，全生育期不施用農藥防治病蟲害。

1.3 小麥籽粒微量元素的測定方法 收獲脫粒后將供試的20個小麥種質籽粒樣品各取10g送至中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心所級公共技術平臺，進行鐵、錳、銅、鋅、鉬、鎘、砷、鉻、鈷、鎳、釩、硒、鍶、銀、錫和鈦共16種微量元素成分檢測。

樣品的前處理：稱取0.1g左右的樣品放入消解罐中，加入6mL的硝酸，蓋好蓋子后將消解罐放入微波消解儀中。消解完全結束后，將消解罐打開并加入0.5mL的高氯酸進行趕酸，最后用高純水將內容物轉入50mL離心管中并定容至刻度，混勻。

上機測定：測定時用調諧液對電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS，NexION 2000，Perkin Elmer，美國）進行最優化調諧，待調諧通過后方可進行測定。進樣采用兩路蠕動泵進樣，一路進空白、標準系列、樣品溶液，另一路一直進內標。測定采用的是KED碰撞模式的方法。測定結束后收集所有測得的數據，并且依據稱樣量來計算結果。

1.4 數據統計與分析 利用Microsoft Excel 2019和農博士試驗設計及統計分析軟件對試驗數據進行整理和統計分析。用t測驗分析了供試彩色小麥材料和對照白粒小麥微量元素性狀的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 釩、鎳、錳含量差異分析 由表2可以看出，中黑麥6號釩含量最高（0.055mg/kg），秦紫麥2號釩含量最低（0.009mg/kg），相差0.046mg/kg；所有供試材料釩含量平均值為0.031mg/kg，變異系數36.16%；19個彩色小麥釩含量與對照石麥22差異均不顯著；有9個紫（黑）粒小麥和2個藍粒小麥釩含量高于石麥22；中黑麥6號、紫優11號、中紫麥3號、紫瑞9號和農大5321藍的釩含量居前5位，分別比石麥22高96.43%、89.29%、39.29%、39.29%和35.71%。

紫瑞10號鎳含量最高（1.109mg/kg），方藍頭鎳含量最低（0.749mg/kg），相差0.360mg/kg；所有供試材料鎳含量平均值為0.920mg/kg，變異系數9.50%；19個彩色小麥鎳含量與石麥22差異均不顯著；有12個紫（黑）粒小麥和2個藍粒小麥鎳含量高于石麥22；紫瑞10號、紫優11號、紫瑞6號、紫瑞36號和中黑麥6號的鎳含量居前5位，分別比石麥22高出25.31%、16.16%、15.03%、12.54%和10.06%。

紫瑞8號錳含量最高（56.543mg/kg），濟紫麥2號錳含量最低（30.760mg/kg），相差25.783mg/kg；所有供試材料錳含量平均值為41.511mg/kg，變異系數14.06%；19個彩色小麥錳含量與石麥22均差異極顯著；有12個紫（黑）粒和5個藍粒小麥錳含量高于石麥22；紫瑞8號、中紫麥3號、秦紫麥1號、濟藍麥1號和方藍頭的錳含量居前5位，分別比石麥22高出59.65%、36.22%、32.51%、30.40%和28.91%。

2.2 砷、硒、鈦含量差異分析 砷是一種有毒微量元素，砷含量低的小麥種質資源有利于食品安全和人類健康。由表3可以看出，秦藍麥1號砷含量最低（0.012mg/kg），中黑麥6號砷含量最高（0.377mg/kg），相差0.365mg/kg；所有供試材料砷含量平均值為0.069mg/kg，變異系數是118.26%；19個彩色小麥砷含量與石麥22差異均極顯著；只有秦藍麥1號砷含量低于石麥22。

中黑麥6號硒含量最高（0.135mg/kg），紫優11號硒含量最低（0.020mg/kg），相差0.115mg/kg；所有供試材料硒含量平均值為0.054mg/kg，變異系數53.07%；19個彩色小麥硒含量與石麥22差異均不顯著；有6個紫（黑）粒和1個藍粒小麥硒含量高于石麥22；中黑麥6號、紫瑞9號、秦紫麥1號、秦紫麥2號和紫瑞10號硒含量居前5位，分別比石麥22高154.72%、88.68%、77.36%、39.62%和26.42%。

隴紫麥2號鈦含量最高（1.109mg/kg），石麥22鈦含量最低（0.275mg/kg），相差0.834mg/kg；所有供試材料鈦含量平均值為0.599mg/kg，變異系數是38.12%；19個彩色小麥鈦含量都極顯著高于石麥22；隴紫麥2號、中紫麥3號、中黑麥6號、紫瑞6號和濟紫麥2號鈦含量居前5位，分別比石麥22（CK）高303.27%、274.18%、238.55%、209.09%和164.00%。

2.3 鈷、銅、鋅含量差異分析 由表4可以看出，紫瑞10號的鈷含量最高（0.046mg/kg），農大5321藍和濟藍麥1號鈷含量最低（0.018mg/kg），相差0.028mg/kg；所有供試材料鈷含量平均值為0.026mg/kg，變異系數是24.70%；19個彩色小麥鈷含量與石麥22差異均極顯著；有12個紫（黑）粒和3個藍粒小麥鈷含量高于石麥22；紫瑞10號、紫瑞6號、中黑麥6號、中藍麥1號和秦紫麥1號鈷含量居前5位，分別比石麥22高109.09%、59.09%、45.45%、36.36%和31.82%。

秦藍麥1號銅含量最高（7.165mg/kg），濟紫麥2號最低（4.596mg/kg），相差2.569mg/kg，所有供試材料銅含量平均值為5.708mg/kg，變異系數是12.27%；19個彩色小麥銅含量與石麥22均差異顯著；有9個紫（黑）粒和4個藍粒小麥銅含量超過石麥22；秦藍麥1號、農大5321藍、中紫麥3號、隴紫麥2號和紫瑞6號銅含量居前5位，分別比石麥22高34.33%、32.36%、22.20%、19.72%和16.03%。

所有供試材料鋅含量平均值是27.754mg/kg，變異系數是12.06%；19個彩色小麥鋅含量與石麥22差異均不顯著；有11個紫（黑）粒和4個藍粒小麥鋅含量高于石麥22；農大5321藍、秦藍麥1號、中黑麥6號、紫優5號和紫瑞6號鋅含量居前5位，分別比石麥22高25.55%、24.31%、16.60%、13.64%和12.95%。

2.4 鍶、鉬、鉻含量差異分析 由表5可以看出，方藍頭鍶含量最高（8.575mg/kg），冀資黑小麥1號鍶含量最低（5.237mg/kg），相差3.338mg/kg；所有供試材料鍶含量平均值是6.602mg/kg，變異系數是13.56%；19個彩色小麥鍶含量與石麥22差異均極顯著；有12個紫（黑）粒和5個藍粒小麥鍶含量高于石麥22；方藍頭、濟藍麥1號、中藍麥1號、秦紫麥2號和中紫麥3號鍶含量居前5位，分別比石麥22高52.80%、37.88%、36.32%、33.77%和29.13%。

石麥22鉬含量最高（0.976mg/kg），紫瑞36號鉬含量最低（0.478mg/kg），相差0.498mg/kg；所有供試材料鉬含量平均值是0.650mg/kg，變異系數是23.02%；19個彩色小麥鉬含量都極顯著低于石麥22。

紫瑞9號鉻含量最高（3.090mg/kg），石麥22鉻含量最低（1.568g/kg），相差1.522mg/kg；所有供試材料鉻含量平均值是2.240mg/kg，變異系數是19.79%；19個彩色小麥鉻含量都極顯著高于石麥22；紫瑞9號、紫優11號、秦紫麥1號、濟紫麥2號和紫瑞6號鉻含量居前5位，分別比石麥22高97.07%、85.46%、75.45%、70.28%和69.52%。

2.5 銀、鎘、錫、鐵含量差異分析 由表6可以看出，中黑麥6號銀含量最高（0.038mg/kg），方藍頭品種中未檢測到銀；除方頭藍外，其余供試材料銀含量平均值是0.016mg/kg，變異系數是50.03%；19個彩色小麥銀含量與石麥22差異不顯著；有7個紫（黑）粒和3個藍粒小麥銀含量高于石麥22；中黑麥6號、秦紫麥2號、中紫麥3號、秦紫麥1號和紫瑞36號銀含量居前5位，分別比石麥22高171.43%、100.00%、50.00%、42.86%和28.57%。

鎘是有毒金屬元素，拒吸收鎘和鎘含量低的小麥品種有利于食品安全和人類健康。中黑麥6號、中紫麥3號、冀資黑小麥1號、石麥22、濟紫麥2號、秦紫麥2號、中藍麥1號、濟藍麥1號、紫優5號、紫瑞6號和紫瑞9號共11個彩色小麥沒有檢測出鎘含量；有6個紫（黑）粒和3個藍粒小麥檢測出鎘含量，在0.009～0.016mg/kg之間，紫瑞10號最高，紫瑞36號最低，9個供試材料鎘含量與石麥22差異極顯著。

石麥22錫含量最高（0.475mg/kg），紫瑞8號錫含量最低（0.211mg/kg），相差0.264mg/kg；所有供試材料錫含量平均值是0.353mg/kg，變異系數是19.18%；19個彩色小麥錫含量都極顯著低于石麥22；除對照外，紫優5號、秦藍麥1號、濟紫麥2號、中藍麥1號、農大5321藍錫含量居前5位，分別比石麥22低9.47%、13.47%、15.58%、17.47%和18.11%。

紫瑞6號鐵含量最高（64.452mg/kg），石麥22鐵含量最低（38.410mg/kg），相差26.042mg/kg；所有供試材料鐵含量平均值是51.685mg/kg，變異系數是13.57%；19個彩色小麥鐵含量都極顯著高于石麥22；紫瑞6號、紫優11號、秦紫麥1號、紫瑞10號和中黑麥6號鐵含量居前5位，分別比石麥22高67.80%、60.28%、58.72%、55.88%和47.81%。

3 結論

供試彩色小麥材料各種微量元素平均含量的順序是鐵gt;錳gt;鋅gt;鍶gt;銅gt;鉻gt;鎳gt;鉬gt;鈦gt;錫gt;砷gt;硒gt;釩gt;鈷gt;銀gt;鎘。中黑麥6號的釩、硒、銀和砷含量最高，紫瑞10號的鎳、鎘和鈷含量最高；紫瑞8號的錳、紫瑞9號的鉻、紫瑞6號的鐵、隴紫麥2號的鈦含量最高；秦藍麥1號的銅、農大5321藍的鋅、方藍頭的鍶含量最高；白粒小麥石麥22的鉬和錫含量最高。秦藍麥1號的砷含量最低，中黑麥6號、中紫麥3號、冀資黑小麥1號、石麥22、濟紫麥2號、秦紫麥2號、中藍麥1號、濟藍麥1號、紫優5號、紫瑞6號和紫瑞9號共11個彩色小麥沒有檢測出鎘含量，是寶貴的抗鎘金屬污染的小麥種質資源，應該在砷和鎘污染地區示范推廣，減少砷和鎘對食品安全的影響和對人類健康的危害。大多數紫（黑）粒小麥的微量營養元素都高于藍粒小麥和白粒小麥，藍粒小麥種質資源在銅、鋅、鍶、鉬、錫含量較高于大部分紫（黑）粒小麥和白粒對照小麥。白粒小麥鈦、鉻和鐵含量最低。

4 討論

大多數谷物微量元素含量研究都重視鋅、硒、鉻等常見與人類健康關系密切的元素，但對于釩、鎳、鈦等微量元素在小麥等谷物中的含量研究少見報道[31-32]。一般低濃度的微量營養元素能夠促進植物生長，高濃度的微量元素對植物、動物及人類均會產生毒害作用。

本研究中紫粒小麥紫瑞8號錳含量最高，大多數彩色小麥錳含量高于白粒小麥，但也有少數彩色小麥如秦紫麥2號和濟紫麥2號錳含量低于白粒小麥，與李杏普等[23]“藍粒小麥錳含量最高”的結論略有不同。03Z4-439黑小麥有機鉻（三價鉻）含量超過普通白小麥約4倍[24]，本研究中的紫粒小麥鉻含量普遍較高，白粒小麥石麥22鉻含量最低。

研究表明，在同一作物中，顏色較深的材料比顏色較淺的材料具有更高的硒和花色素苷濃度，因此色素作物富含硒可能是普遍現象[9]。本研究結果表明，只有少數7個彩色小麥硒含量高于對照白粒小麥，還有12個彩色小麥硒含量低于白粒小麥，特別是藍粒小麥硒含量相對較低。云南彩色小麥中微量元素鋅的含量均遠高于普通白粒小麥[33]，與本研究結果相同。本文中紫（黑）粒小麥的鐵含量較高，與王康君等[34]研究結果相同，其中紫瑞6號、紫優11號和紫瑞10號是富鐵小麥種質資源，藍粒小麥鐵含量居中或者靠后。

在我國17個小麥主產省區采集分析1112份小麥樣品發現，我國小麥籽粒微量元素含量存在區域間變異，其中鐵、鋅含量普遍偏低，部分地區硼、鉬含量不足，而錳含量偏高，銅含量基本在推薦范圍內[35]。本研究表明，11個彩色小麥籽粒鐵含量高于推薦量下限（50mg/kg），20個彩色小麥品種籽粒鐵含量均低于推薦量上限（140mg/kg）；錳含量全部都高于推薦錳含量下限（22mg/kg），只有紫瑞8號籽粒錳含量高于推薦量上限（50mg/kg）；所有彩色小麥品種籽粒銅、鋅、鉬含量都低于推薦量上限（10mg/kg）、（50mg/kg）、（2mg/kg），銅和鉬高于推薦量下限（3mg/kg）、（0.2mg/kg），但鋅卻低于推薦量下限（40mg/kg）。對來自北京、河北、河南、山東、山西和陜西6省市240個小麥品種和高代品系微量元素的研究表明，微量元素中，鐵平均含量最高，為41.9mg/kg，銅含量最低，為5.54mg/kg；不同地區品種籽粒中的礦物質元素含量差別較大，北京和山東品種鐵、鋅、銅等微量元素含量較高，河北和山東品種鈣、鎂、磷等常量元素含量較高，河南品種大部分微量和常量元素含量都較低[36]。本研究表明，彩色小麥籽粒鐵平均含量最高，與以上研究結果相同；銅平均含量排第5名，鎘平均含量最低，與上述結果略有不同。國際小麥玉米改良中心對46個硬粒品種進行微量營養元素含量分析，結果表明，鐵的變化量為25.7～40.5mg/kg，鋅的變化量為24.8～48.8mg/kg。

本研究表明，20個彩色小麥鐵的變化量為38.410～64.452mg/kg，明顯高于硬粒小麥，鋅的變化量為18.098～33.217mg/kg，明顯低于硬粒小麥[37]。

本研究表明，秦藍麥1號砷含量最低，其次是對照白粒小麥品種石麥22，藍粒小麥砷含量普遍較低，是抗砷污染的優異種質資源，除了中黑麥6號和紫瑞6號砷含量超過食品砷限量標準外（0.10mg/kg）[38]，其余種質資源砷含量低于0.085mg/kg。砷含量高的彩色小麥種質資源也可以在砷污染嚴重的地區示范推廣，以吸取更多的土壤砷后再進行無害化處理，用于改良砷污染的耕地。

鎘污染是我國小麥生產的一個重要問題，已有研究篩選低鎘含量的小麥品種，以減少小麥生產中的鎘污染問題[39]。本研究結果表明，中黑麥6號、中紫麥3號、冀資黑小麥1號、石麥22、濟紫麥2號、秦紫麥2號、中藍麥1號、濟藍麥1號、紫優5號、紫瑞6號和紫瑞9號共11個彩色小麥沒有檢測出鎘含量，是珍貴的抗鎘污染的小麥種質資源，所有彩色小麥含鎘量均遠遠低于國家標準（≤0.10mg/kg），有待在鎘污染土壤治理中廣泛應用。

本研究首次研究了彩色小麥種質資源釩、鎳、鈦、錫、鈷、鍶、鉬含量差異，檢測篩選出一些富含這些微量元素的彩色小麥種質資源，將為這些微量元素的科學利用提供理論基礎和種質資源。從以上研究結果來看，大多數彩色小麥的微量營養元素高于白粒普通小麥，但并不是所有彩色小麥都符合這個規律，在利用彩色小麥時要對其微量營養成分進行檢測分析，根據當地土壤條件，種植相應的小麥品種，揚長避短，挖掘當地的微量元素功能潛力和不同彩色小麥的微量營養元素優勢。同時，還可以開發有不同營養特色的功能營養彩色小麥食品，帶動當地功能農業的深入發展，打造功能營養品種和深加工產業鏈，為“一村一品”品牌創建和鄉村振興做出重要貢獻。

致謝：感謝各位育種家為本項目提供的彩色小麥種質資源。

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（收稿日期：2024-03-04）