《玉米科学》
硒为稀有分散元素,在地壳中含量很少,而且在土壤中的分布极不均匀。世界上土壤自然含硒量在0.01~2.00 mg/kg之间,一般土壤中硒含量约0.4 mg/kg[1],可见湖北恩施地区属于中国典型的高硒区。Qin等采集恩施富硒地区农田土壤,硒含量高达5.90~24.3 mg/kg[2]。恩施富硒作物中烟草和茶叶等研究比较多,但是,玉米作为恩施地区栽培面积最大的作物研究得相对较少。Xu等采集了恩施地区烟草叶子,测得其硒含量为0.3~29.3 mg/kg[3];Dai采集了恩施地区茶叶,测得其硒含量最高可达到7.53 mg/kg[4]。另外,对富硒作物中硒总量研究得比较多,对硒的生物可给性研究得比较少,而硒对人体健康的影响与生物可给性息息相关,且很少有研究关注到作物品种对生物可给性的影响。生物可给性是指食物直接进入人体的消化系统后,人体胃肠道溶解部分所占的比例[5]。Lavu等探究了比利时韭菜和洋麻硒的生物可给性,在胃阶段约为45%,在小肠阶段约为75%,小肠阶段显著比胃阶段要高[6];Bhatia等研究了印度蘑菇硒小肠阶段的生物可给性,约为57%[5]。本研究首次探讨了玉米品种对硒的生物可给性的影响。
硒过多或过少对人体健康都不利,人体缺硒会导致克山病和大骨节病;硒过量会导致人体脱发、脱甲等硒中毒症状[7-8]。饮食是硒暴露的主要途径,评估其健康风险对于当地人群的健康状况具有十分重要的意义。但是,目前探究食物硒健康风险的研究并不多,而且国内外的研究一般采用食物总硒直接参与计算。然而食物中的硒并不会被人体完全吸收,这样无疑增大了硒中毒的健康风险,所以本研究采用硒的生物可给性参与健康风险评估的计算,旨在为开展富硒玉米的科学种植提供理论支持。
1 样品采集与分析方法
1.1 玉米采集及预处理
样点于2015年8月20日采自湖北省恩施市鱼塘坝、长平、屯堡和红土地区。土壤样品取0~20 cm的耕作层土壤,玉米样品采集于对应的土壤上的玉米籽粒。其中,本研究玉米约4月开始种植,8月成熟,采样时期为玉米的成熟期,采样部位为玉米的果实。土壤样品在室内阴凉处风干、压碎,拣去样品中的碎石、植物残体等杂物,过100目筛,装入聚乙烯塑料袋中备用。玉米样品在实验室内先用自来水冲洗3次,然后用蒸馏水冲洗3次,室温下晾干,用冷冻干燥机烘干,再用植物碎样机粉碎并过100目筛,密封储存于聚乙烯塑料袋中备用。
1.2 样品测试与分析
土壤样品的消解试验开始于2015年8月23日,参考Williams等采用的电热板消解法[9]并稍作改进:称取经风干粉碎过100目筛的样品0.2 g于消解管中,提前称取空的消解管质量,加浓硝酸10 mL、高氯酸2.5 mL,摇匀,放置过夜,次日于低温电热板上加热至冒白烟,蒸至1 mL左右,取下冷却,以Milli-Q超纯水定容至40 mL左右,称质量,样品液经0.22 μm滤膜过滤后待测,同时制作分析空白,每个样品3个平行。
玉米样品的消解参考王欣等采用的微波消解法[10]:称取玉米粉样品0.2 g(过100目)置于微波消解管(提前清洗,烘干)中,加入2 mL浓HNO3、2 mL H2O2,过夜,微波消解;消解结束后,冷却至室温,打开消解罐,样品液转移至40 mL离心管中,并用超纯水洗涤消解罐及盖3次,合并洗涤液,定容并摇匀,称质量,样品液经0.22 μm滤膜过滤后待测。每个样品做3 个平行,同时做空白试验。
土壤和玉米样品都采用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱法)进行分析测量,ICP-MS 采用 He 碰撞池模式。其中,土壤的处理过程中加入土壤成分分析标准物质GSS-1和GSS-3,植物的处理过程中加入玉米标准物GBW,根据标准物质与重复样品的测定,数据结果可靠。
土壤有效态的测量试验于2015年8月30日开始,参考Wang等的土壤硒的连续化学浸提五步法[11],并且针对恩施地区的样品稍作改进。各个形态提取方法如下:(1)水溶态。称取 1.000 g 土壤样品于 10 mL离心管中,加入蒸馏水 10 mL,加盖,平放于振荡器上,室温下振荡 1 h,然后以 4 000 r/min 转速离心30 min,取出上清液,定容至10 mL,检测。(2)可交换态。在上述含有残渣的离心管中,加入 0.1 mol/L KH2PO4-K2HPO4 溶液10 mL,室温下同法振荡 2 h,以 4 000 r/min转速离心30 min,取出上清液,定容至 10 mL,待测。(3)铁锰氧化物和碳酸盐结合态。在(2)含有残渣的离心管中,加入 3 mol/L HCl 10 mL,于 90 ℃的恒温水浴中加热50 min并间歇振荡,然后以 400 r/min转速离心 30 min,取出上清液,定容至500 mL,待测。(4)有机物结合态。在(3)含有残渣的离心管中,加入 0.1 mol/L K2S2O8 10 mL,于 90 ℃恒温水浴中加热 2 h并间歇振荡,然后以 4 000 r/min 转速离心 30 min,取出上清液,定容至500 mL,待测。取出残渣,烘干,重新研磨。以下操作方法同上面土壤总硒含量的测定。
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