谷子杂交种和常规种矿质元素含量的比较研究

马旭东，李瑞珍，薄晓峰，李兆斌

（山西农业大学 农业经济管理学院，山西 太原 030006）

谷子（Setaria italicac）是我国北方地区主要的粮食作物之一，营养价值高[1]，但产量低，种植面积逐年下降。相对常规谷[2，3]，杂交谷具有明显的高产优势[4-6]。随着人们生活水平的提高，人们越来越注重谷子品质[7]，矿质元素含量是谷子的一项重要品质指标，矿质元素是人体生命活动所必需的元素[8]，但矿质元素在人体内无法合成，必须通过食物摄取[9]。人体缺乏矿质元素，容易患一些疾病[10]。缺乏了钙元素，中老年人易患骨质疏松，儿童易患佝偻病[11]；微量元素铁，是红细胞中血红蛋白、细胞色素、肌细胞中肌红蛋白形成必需的元素，如果人体处于长期缺少铁元素的状态，很容易造成缺铁性贫血症等不良症状[12-13]；人体中有很多酶的组成成分都含有微量元素锌，人的生长发育、免疫功能、神经、味觉、视力都离不开锌，缺乏锌元素，会使婴幼儿生长发育迟缓、抵抗力下降等状况[14-16]。郝志[17]研究了小麦籽粒主要有益矿质元素Fe、Zn、Cu、Mn的含量。卫学青[18]等研究了在不同谷子品种中9种微量元素的含量，该研究表明：在不同谷子品种之间各矿质元素的含量有一定差异。刘晓东[19]等对分别种植在5个不同地区的7个谷子品种比较4种矿物质元素的含量。杨艳君[20]等比较了谷子杂交种与常规种的光合和叶绿素荧光特性，但对常规谷和杂交谷营养品质比较的研究鲜见报道，本研究通过单因素四水平试验，对杂交谷（张杂谷5号和张杂谷13号）和常规谷（晋谷21号和晋谷59号）这4种谷子的钙、铁、锌3种矿质元素的含量进行比较研究，为大面积培育、种植杂交谷奠定理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

用于试验的谷子有4种，分别为：张杂谷5号、13号和晋谷21号、59号，均由山西省农业科学院提供。

1.2 试验方法

在室温下分别挑选出饱满健康的4种谷粒（张杂谷5号、13号和晋谷21号、59号），剥去外壳，洗净谷粒烘干。将4种谷子用粉碎机充分碾碎，保存备用。用质量分数5%的硝酸将Ca、Fe、Zn元素1 mg/mL标准储备液逐级稀释，配制成Ca、Fe、Zn元素5个浓度梯度的标准溶液，见表1。

表1 钙、铁、锌元素做标准曲线的浓度Tab.1 The concentration of calcium,iron and zinc as standard curve

将4种谷粒分别称取0.5 g于试管中，用硝酸（5 mL，70%）-过氧化氢（2 mL，30%）湿法消化，加热后直至消解液澄清透明，放在通风橱中冷却，消化液用去离子水稀释，反复冲洗后转移在25 mL容量瓶中，并稀释到刻度线。

采用火焰原子吸收光谱法测定钙元素、铁元素、锌元素的标准溶液与样品溶液，测出张杂谷5号、张杂谷13号、晋谷21号、晋谷59号中的钙、铁、锌元素的含量，每种谷子的钙、铁、锌元素测3次。钙、铁、锌3种元素所选波长见表2。在钙、铁、锌3种元素相应的波长下，测定Ca、Fe、Zn元素5个浓度梯度的标准溶液，得出钙、铁、锌元素3种矿质元素的回归方程，见表3。

表2 各元素的波长Tab.2 The wavelength of each element

表3 钙、铁、锌元素回归方程及相关系数Tab.3 The regression equation and correlation coefficient of calcium,iron and zinc

测定4种谷子样品溶液的吸光值，每种谷粒的每种元素测定3次。将每种谷子样品溶液中钙、铁、锌元素的吸光值代入钙、铁、锌元素的回归方程中，得到样品中的元素质量分数（mg/L），根据食品安全国家标准中Ca、Fe、Zn的测定方法[21-22]，通过微量元素计算公式，得出谷子中钙、铁、锌元素的含量（mg/kg）。计算公式如下：

式中：X——谷子中钙、铁、锌元素的含量，mg/kg；ρ——测定谷子中样品溶液的矿质元素的含量，mg/L；ρ0——测定空白液中的元素质量浓度，mg/L；V——谷子样品溶液的体积，mL；m——谷子样品的质量，g。

1.3 统计分析

在Excel整理试验中所收集的数据，采用DPS数据处理系统对Excel整理好的试验数据进行统计分析，通过方差分方法比较不同品种谷子之间钙、铁、锌元素的含量，如谷子品种之间存在差异，则进行多重比较。以P＜0.05为显著水平，P＜0.01为极显著水平。

2 结果与分析

2.1 基本描述统计

对试验中的数据进行基本描述性统计，可以得到钙、铁、锌元素含量的均值和标准差，结果见表4，并制成图1。由图1可直观看出：晋谷21号的钙元素含量相对高；张杂谷5号的铁元素含量相对要高；4种谷子的锌元素含量差异不大。

表4 不同谷子钙、铁、锌元素含量基本描述统计Tab.4 The basic descriptive statistics of calcium,iron and zinc contents in different millet

图1 不同谷子中的钙、铁、锌元素含量Fig.1 The contents of calcium,iron and zinc in different millet

2.2 不同谷子之间钙元素含量的比较

经过方差分析可以得出：钙元素的含量在张杂谷5号、张杂谷13号、晋谷21号、晋谷59号这4种谷子之间存在极显著差异（P＜0.01）。进一步进行多重比较，见表5。4种谷粒钙元素的多重结果表明：晋谷21号所含的钙元素极显著高于晋谷59号、张杂谷5号、张杂谷13号；晋谷59号所含的钙元素显著高于张杂谷13号，但和张杂谷5号没有差异；张杂谷5号所含的钙元素极显著高于张杂谷13号。

表5 Tukey法4种谷粒所含钙元素多重比较的结果Tab.5 The results of multiple comparison of calcium elements in four kinds of grain by Tukey method

2.3 不同谷子之间铁元素含量的比较

经过方差分析得出：铁元素在张杂谷5号、张杂谷13号、晋谷21号、晋谷59号这4种谷子之间的含量存在极显著差异（P＜0.01）。4种谷粒所含铁元素的多重比较结果，见表6。张杂谷5号的铁元素含量极显著高于13号，但与晋谷21号不存在显著差异；晋谷21号的铁元素含量显著高于13号，但与晋谷59号不存在显著差异；晋谷59号和张杂谷13号不存在差异。

表6 Tukey法4种谷粒所含铁元素多重比较结果Tab.6 The multiple comparison results of iron elements in four grains by Tukey method

2.4 不同谷子之间锌元素含量的比较

通过方差分析得出：锌元素在张杂谷5号、张杂谷13号、晋谷21号、晋谷59号之间的含量不存在显著差异（P＞0.05）。这说明常规谷与杂交谷中锌元素的含量接近，在产量提高的同时，也保持了所含锌元素的质量。

3 讨论

谷子作为日常生活中人们经常食用的农作物，与人类生活息息相关。对张杂谷5号、张杂谷13号、晋谷21号、晋谷59号这4种谷子中3种矿质元素的测定得出：4种谷子中所含钙、铁、锌元素的含量为Ca＞Fe＞Zn。

钙是人体所需最常见的大量元素之一，从婴儿到老年整个时期都需要大量的钙元素维持健康，尤其在儿童、青少年需要长身体的阶段。日常生活中，人们通过食用的牛奶、鸡蛋来补钙。谷子作为人们日常生活的主食，4个谷子品种中钙元素含量存在极显著差异，钙元素在晋谷21号中的含量极显著高于其他3个谷子品种，所以对于钙元素来说，晋谷21号在这4个谷子品种中是最好的；在常规种和杂交种间，晋谷59号的钙元素显著高于张杂谷13号，但与张杂谷5号没有达到显著差异，在2种杂交谷之间，张杂谷5号的钙元素极显著高于13号。梁克红[23]等对晋谷中4种品种的矿质元素研究表明：不同品种中钙元素的含量有显著差异，而锌元素无显著差异，与本试验结果相一致。

微量元素铁同样是微量元素中常见的元素，及时补充铁元素可以防止缺铁性贫血症。铁元素的含量在4种谷子中存在极显著差异，张杂谷5号的铁元素含量极显著高于张杂谷13号，但与晋谷21号、晋谷59号中的铁元素含量不存在显著差异。所以铁元素在两种杂交谷之间的差别较大，张杂谷5号与常规谷之间铁元素的含量差异不大。

微量元素锌也是人生长发育过程中不可缺少的，尤其在儿童时期具有相当重要的作用，促进生长增强抵抗力。在4种谷子之间锌元素的含量不存在显著差异。宁娜[24]在对区域和品种对谷子的影响研究中表明，种植区域对谷子中钙、铁、锌元素的含量有较大影响，谷子的不同品种对钙、铁、锌元素的含量也有影响，但地域因素要显著高于品种因素。

矿质元素是人体生长和生命活动不可缺少的元素，在机体所需的量很少，但人体又无法自身合成，只能通过食物获取。现如今人们的收入不断提高，更加关注生活的质量问题。在矿质元素的含量这一品质上，张杂谷5号并不比常规谷差，评价谷子的品质，不能只看矿质元素这一类指标，同时也综合考虑其他蒸煮品质、营养品质等方面，在产量方面，杂交谷的产量要远远高于常规谷，所以大面积推广杂交谷是可行的。该研究为谷子品种资源进一步开发利用及新品种选育提供依据。