稻米矿质元素分析及其近红外测定技术的研究

【摘要】： 水稻是世界上最重要的粮食作物，稻米中Fe、Zn、Se、Ca等营养元素对消费者的健康有着重要作用，因而提高稻米有益矿质元素含量是改善人们矿质营养的关键。本研究分别采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)和氢化物原子荧光光度法(AFS)分别测定了水稻稻米中K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn和Se、Ge、As、Hg、Pb、Cd等元素的含量，同时采用比色法测定了稻米P含量。结果发现精米中的P、K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、Se、As、Hg、Pb和Cd等14种元素含量均呈偏态分布，基因型之间存在着明显的差异。粳稻精米中P、K、Cu、Mn、Hg和Cd的平均含量要显著高于籼稻中的平均含量，而As和Pb的平均含量则分别显著低于籼稻的平均含量。黑米中微量元素Fe、Se的含量较为丰富、红米具有丰富的Zn和Se，其中黑米和红米中Se平均含量均显著高于白米中含量，红米中Zn平均含量显著高于白米和黑米中Zn的平均含量；但黑米和红米中重金属元素含量则较低。5份野生稻的测定结果表明，野生稻WR-3稻米中的矿质营养丰富、重金属含量较低。比较不同基因型糙米与精米中矿质元素元素含量，发现糙米中K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn和Ge含量显著高于精米中各元素的含量。 精米中矿质元素含量之间以及矿质元素含量与蒸煮品质性状(直链淀粉含量、胶稠度和碱硝值)或营养品质性状(天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、络氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸和蛋白质含量)之间的相关分析表明，矿质元素之间存在着明显的相关性，其中Mg与K、Ca和Na含量呈极显著正相关，Fe与K、Ca、Na、Mg、Zn和Mn含量呈显著正相关，Zn与Ca、Mg、Mn和Cu含量的正向相关性也达极显著水平，Mn显著与K、Ca、Mg、Cu含量正相关，但Cu与K和Mg含量呈极显著负相关。稻米矿质元素含量与蒸煮品质之间的相关性也很明显，其中胶稠度与P、K、Cu、Mn和Se含量呈显著相关，直链淀粉含量与P、K、Mg、Cu、Mn和Se含量存在显著的相关性，糊化温度与P、Ca、Mg、Mn和As含量的相关性也达显著水平。此外，精米矿质元素含量与17种氨基酸、蛋白质含量存在着显著的相关性，其中Mg、Se含量与17种氨基酸含量均存在显著的相关性，除了P与胱氨酸、Ca与蛋氨酸以及Zn与胱氨酸之外，P、Ca和Zn含量分别与其它16种氨基酸含量呈显著的相关性，但Na仅与天冬氨酸含量的相关性达到显著水平。精米中P、Mg、Zn、Cu、Mn和Se含量与蛋白质含量之间呈显著正相关，Na与蛋白质含量则呈显著负相关。天冬氨酸含量与As、Hg存在显著的正向相关性，Hg与亮氨酸含量的正相关也达显著水平，Pb显著与半胱氨酸、甲硫氨酸含量正相关。除了胱氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸和赖氨酸外，Cd与蛋白质含量、天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸等13种氨基酸的含量呈显著或极显著的负相关。经K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu和Mn等8种矿质元素、3种蒸煮品质性状、17种氨基酸含量和蛋白质含量等29个性状的主成分分析，结果表明能够入选的主成分有6个，可以解释总变异的84.50％；6个主成分与矿质元素含量、氨基酸含量、蛋白质含量和蒸煮品质性状分别有不同的相关性，能够反映出各个性状的信息。 本研究通过近红外反射光谱技术(Near-infrared Reflectance Spectroscopy，NIRS)分别收集测定两组样品(分别为274份和216份材料)的信息，组成供NIRS分析的原始群体。利用了两个不同的群体，通过不同的数学处理和散射处理，建立了K、Mg、P、Zn、Cu、Mn和Se含量的最佳校正方程，校正的决定系数RSQ1分别为0.78、0.74、0.81、0.57、0.56、0.75和0.58，外部检验的误差SEP(C)分别为177.36、34.31、118.69、5.44、3.20、2.35μg／g和15.01ng／g，决定系数RSQ2分别为0.66、0.68、0.65、0.39、0.57、0.32和0.53。根据外部检验发现，K、Mg、P含量的校正模型较为精确，具有较高的预测准确性，可用于水稻种质资源的快速测定和初步筛选。