小白菜和空心菜体内125I赋存形态探讨及含量分析

李 锋,严爱兰,翁焕新

(1.浙江省杭州市农业科学研究院 实验中心,浙江 杭州 310024;2.浙江大学环境与生物地球化学研究所,浙江杭州 310027)

碘有“智力元素”之称,它是合成甲状腺激素不可缺少的元素 ,在人和动物的新陈代谢过程中起着极为重要的作用[1]。国内外的大量调查显示,目前除冰岛之外全世界所有国家都有“碘缺乏病”(IDD,Iodine Deficiency Disease)[2]流行地区,并己成为全球范围一大公共卫生问题。据统计,全球约有16亿人受到碘缺乏的威胁[3],我国所有省、市均存在 IDD,病区人口达到4.25亿,严重影响了人民生活和健康以及社会的发展[4]。食用海带是一种安全、高效的人体补碘方式[5-6],海带中含有一种特殊形式的有机活性碘,但由于饮食习惯的差异,利用海带中的活性碘解决碘缺乏问题没有得到全面的普及。为了更有效地防治碘缺乏病,近年来兴起了农业补碘法,已有不少研究者[7-11]对蔬菜富集和吸收碘展开了研究,并取得了较大的成果。其中有关作物富碘机制的研究也逐渐成为人们关注的研究课题之一,而碘在作物体内的化学赋存形态还不十分清楚,因此探讨作物体内碘的化学赋存形态十分必要。

125I是一种放射性同位素,因其射线能量低,半衰期适中(T1/2=60 d),因此125I作为示踪元素标记各种各样的化合物得到了广泛的应用。

本工作拟利用放射性125I初步探讨受试作物内包括有机碘在内的各种形态碘的相对含量。通过测定蔬菜内的总碘(125I)和分步提取出的各种形态的125I(包括水溶性碘、结合在核酸、糖类和蛋白质上的有机碘等)的放射性活度,初步探讨叶菜体内各种形态碘的相对含量,从而为探索培育含碘蔬菜,实现人体自然补碘的有效新途径提供理论和技术上支持。

1 主要实验材料

Na125I溶液:放射性浓度为2.96 TBq/L,放化纯度＞99.9%,实验时稀释到合适的浓度,原子高科股份有限公司提供;小白菜、空心菜种子:购买于杭州种子公司。

2 实验方法

2.1 样品的育苗

首先将小白菜、空心菜种子放入约55℃温水中浸种15 min,然后用1%高锰酸钾溶液浸泡15 min,浸泡后的种子用自来水反复冲洗干净后,均匀平铺在干净纱布上,置于30℃恒温箱中催芽。待80%以上的种子发芽以后,转入石英砂中继续生长,3～4 d以后定期供应适量的1/2 Hogland均衡营养液,营养液的组成列于表1。待小白菜、空心菜苗长出2片真叶时,选取长势一致的幼苗,小心地将其移出苗床,用海绵固定,根系自然悬垂在溶液中,保持24 h连续通气。先用自来水培养 3 d,再分别用1/2和完全Hogland营养液各培养3 d,用于碘同位素(125I)实验。

表1 Hogland均衡营养液的组分和浓度

碘吸收的同位素示踪实验在80 cm ×50 cm×20 cm的塑料盆中进行。在供试盆中加入8 000 mL Hogland营养液,加入放射性浓度为2.96 TBq/L Na125I原液 125μL,经测定 Na125I放射性浓度为2 968 Bq/mL,轻轻晃动塑料盆,使125I均匀分布;然后分别将长势一致的30株小白菜和空心菜移栽于此盆中,并用塑料泡膜固定。移栽后培养3 d,采集样品。用自来水反复冲洗,再用去离子水冲洗,直至洗出的水中不含放射性为止。用吸水纸吸干表面水分,剪碎、混匀,冷冻干燥备用。实验期间室内温度为25±3℃。

2.2 样品的制备

2.2.1 水溶性碘的提取

水溶性碘的提取:准确称取10 g经Na125I培养过的冷冻干燥粉碎后的小白菜和空心菜样品于150 mL锥形瓶中,加入50 mL去离子水,放于电磁搅拌器上,在搅拌下浸取3 h,过4层纱布,挤干后将残留物倒回锥形瓶中,再加入25 mL去离子水。如上述步骤再浸取2次,每次30 min。将合并后的浸取液放于两个80 mL离心管中,于4 000 r/min下离心30 min,上清液再过0.45μm的微孔滤膜,滤液定容于100 mL容量瓶中,即得水溶性碘溶液。将沉淀和浸后的样品残渣合并后放入烘箱中50℃下烘干,即得含难溶性碘的残渣。

水溶性碘不同形态的提取:取上述水溶性碘溶液5 mL于100 mL烧杯中,加入15 mL去离子水和5.0 mL的1.0 mol/L HNO3混匀后,再依次加入2.0 mL含40 g/L Bi3+的Bi(NO3)3和0.5 mL含8 g/L S2-的硫代乙酰胺溶液,混匀后于50℃烘箱中沉淀5 h,取出后于室温(20 ℃)下放置30 min,过滤,并用0.2 mol/mL HNO3溶液洗烧杯3次,沉淀连同滤纸于室温下晾干,分离得无机碘I-。滤液倒回原烧杯,再加入200 mg N2 H 4·H 2SO4于烧杯中,溶解后再依次加入Bi(NO3)3和硫代乙酰胺溶液,同样于50℃烘箱中沉淀5 h,取出后于室温(20℃)下放置30 min,过滤,并用含0.2 mol/L N 2 H5+的0.2 mol/mL HNO3溶液洗烧杯3次,沉淀连同滤纸于室温下晾干,分离测定即为IO3-含量(IO3-已被N2H4·H2SO4还原为 I-)。将滤液定容于50 mL容量瓶中,即得水溶性有机碘。

2.2.2 植物体内有机结合碘的提取

核酸碘的提取:取上述冷冻干燥后的样品10 g,加入2 mol/L 的NaCl溶液50 mL,沸水浴中提取30 min后过滤,重复2次,合并滤液,用氯仿-异戊醇(24∶1)法除去蛋白质,用乙酸调pH至2.5,冰箱中静置过夜,得核酸沉淀,用95%乙醇冲洗两次,消化,测碘。

多糖碘的提取:在核酸碘样品提取过滤后的残渣中加3%草酸溶液50 mL,沸水浴中提取30 min后过滤,重复2次,合并滤液及核酸碘提取操作中乙醇淋洗过的废液,用氯仿-异戊醇(24∶1)法除去蛋白质后,加入4倍量的95%乙醇,冰箱中静置过夜,得多糖沉淀,用85%的乙醇洗涤3次,消化,测碘。

蛋白质碘与非蛋白质碘的提取:取冷冻干燥后的样品 10 g,加0.25 mol/L NaOH溶液,50℃水浴中提取4 h,得浸提液100 mL。在上述浸提液中加入(NH 4)2SO4至95%饱和度(0℃),冰箱中静置过夜,得蛋白质沉淀,用乙醇-乙醚(2∶1)混合液淋洗3次后测定碘含量。上清液及乙醇-乙醚洗涤液中的碘为非蛋白质碘。

2.3 125I放射性活度的测量

用BH1224型微机-多道一体化能谱仪测量125I放射性活度,测样器皿采用自备的 φ 75 mm×10 mm的一次性塑料测样杯,将其置于倒置的闪烁探头上,并用自制的定位装置固定测量位置,以保证所有样品测量几何位置的一致性。测量结果经探测效率、死时间、衰变、背景值等校正后换算成样品的放射性比活度,测量误差控制在5%以内。所有样品在采样当天完成测量,以减少样品由于水分挥发而造成的误差。

3 结果与讨论

3.1 水溶性碘的形态及含量分布

小白菜地上部分水溶性碘(125I)的形态分布情况列于表2。从表2中可以看出,对小白菜而言,水溶性碘和难溶性碘所占比例相当,分别占总碘的50.39%和49.61%,无机碘占总碘量的42.48%。在水溶性碘中,I-、IO3-、I2和有机碘并存,主要以无机碘为主(I-、IO3-和I2共占总水溶性碘的84.30%),而I-含量占总水溶性碘2/3,占总碘量的1/3。

空心菜地上部分水溶性碘(125I)的形态分布情况列于表3。由表3可以看出,在空心菜植株体内,难溶性碘所占比例较高,达到总碘的64.97%,水溶性碘约占1/3。在水溶性碘中,有机碘占19.03%,绝大部分还是以无机碘为主。与小白菜相比,空心菜中无机碘量所占的比例较少,只占总碘量的28.37%,其中I-占总碘量的20.00%。

表2 小白菜植株体内水溶性碘(125 I)的形态及含量分布

表3 空心菜植株体内水溶性碘(125 I)的形态及含量分布

从表2和表3中可以看出,在相同的外源碘环境下,空心菜相对小白菜能够富集更多的碘。作为非必需元素的碘主要贮存在液泡、胞间隙这些部位,对于空心菜来说,茎中输导组织相对自由空间较多,因而单位质量碘分布也较多。

3.2 蛋白质结合碘、核酸和多糖结合态碘的形态及含量分布

小白菜和空心菜地上部分有机结合碘(125I)的形态分布情况列于表4,小白菜和空心菜提取蛋白质中碘的含量分布列于表5。由表4和表5可看出,在小白菜体内,有机结合碘中以蛋白质结合碘所占比例最大,占总碘的22.43%,其次为核酸结合碘,占总碘的1.48%,多糖结合碘所占比例最少,仅为总碘的0.78%;在空心菜体内,尽管各种有机结合碘所占总碘的比例均低于小白菜,但有机结合碘的分布趋势与小白菜相似,同样是以蛋白质结合碘所占比例最大,占总碘的 8.68%,其次为核酸结合碘,占总碘的0.80%,多糖结合碘所占比例最少,为总碘的0.40%。此结果表明,生物大分子物质核酸、多糖、蛋白质均能结合一定量的碘,结合能力大小依序为蛋白质＞核酸＞多糖。

综合分析表2、表3和表4,可以看出小白菜和空心菜体内,除了无机碘、有机碘外,还有一定量的残态碘。对小白菜来说,无机碘量占总碘量的42.48%,有机碘量占7.91%,其余为残态碘;对空心菜来说,残态碘含量比较高,占总碘量的64.97%,而无机碘和有机碘均比小白菜少,分别为28.36%和6.66%。

表4 小白菜和空心菜中有机结合碘(125 I)的形态及含量分布

表5 小白菜和空心菜提取蛋白质中碘的含量分布

1955年Tong用131I研究发现,海带中的有机碘和无机碘在一定条件下可以相互转化,人体能够直接利用的是有机态的碘,Swingle称之为活性碘。人体内有效碘的主要来源是动物性或者植物性食品,目前已有一些加碘食品,如加碘茶[12]、加碘鸡蛋[13]用于防治不习惯食用加碘盐IDD病区人群的病症,取得了较好的效果。本研究表明,小白菜和空心菜吸收外源碘,通过生物地球化学迁移和转换之后,能将外源无机碘转化成一定含量的有机态碘,加上小白菜和空心菜的生长周期短,不仅营养丰富,而且美味可口,是人们十分喜爱的日常蔬菜,因此可以将小白菜和空心菜作为一种富碘的经济作物来培育,是实现对人体自然补碘较为理想的载体。

4 结 论

本研究结果显示,小白菜和空心菜能够吸收外源碘,碘吸收后在植物体内以有机碘和无机碘形式共存,而有机碘所占的比例较大。小白菜和空心菜是人们日常喜欢的常用蔬菜,因此小白菜和空心菜可以作为含碘蔬菜进行培育,以补充和丰富单一食盐补碘的不足。

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