燕麦种子中重金属含量和营养成分分析

  本实验对四川省成都市金堂县五凤镇、甘孜州康定市姑咱镇 2 个种植环境的燕麦籽粒中 10 个元素含量的进行分析测定，分为营养元素（Na、K、Mg、Ca、Fe）与污染元素（Mn、As、Cd、Pb）两组，可以看出种质资源间元素含量存在明显差异。对本次实验所测元素其含量表现为 K＞Mg＞Ca＞Na＞Mn＞Fe＞Ni＞Pb＞Cd＞As，同种元素在两地间含量存在差异。

  1.2 重金属的特性及危害 

  重金属一般是指密度大于 4.5g/cm3、原子量大于 55的金属元素，包括 Pb、Cd、Ca、MnCu、Zn、Ni、Fe 等，约 40 余种。重金属在生物体内的正常含量约小于体重的 0.01%的属于微量元素。有的金属元素是人体生长发育所必需的，比如 Ca、Fe、Se 等，缺乏可能会影响人体健康，有的金属元素则是非必需的，比如 Pb、Cd、Hg 等，可能对人体健康造成危害。作物在生长的过程中会吸收土壤中大量的矿物质元素和各种养料，如果作物生长在重金属污染的土壤中，可能会导致作物的各个部位和器官不断的积累重金属元素，这不仅仅会直接影响作物自身的生长，也会导致生长出来的作物携带对人类有害的重金属，随着食物链进入人体内，当积累的含量超过标准限量值，就会给人类健康造成极大的危害，会严重影响作物自身的产量和质量。随着生活水平的进步，人们越来越重视环境污染问题，尤其是重金属对于食品安全的威胁。作物中的重金属元素大多来自于生长的土壤中，而土壤中的重金属元素主要为自然来源和人为干扰。其中自然资源地表土壤主要是由岩石风化几千万年来形成的。风化后，不同种类的岩石同时将各种元素带入土壤，形成了由土壤中各种元素组成的基本土壤环境。风化形成的原始岩石的影响因素也影响最终土壤中的重金属元素。例如，具有强抗风性的岩石将对风化过程中土壤中的重金属含量产生更重要的控制因素。相对的具有较小抗风性的岩石在岩石风化过程中的作用相对有限。自然界中的各种方式也会改变土壤中的重金属。在底部深处一系列复杂的物理化学变化，例如岩浆的变质和运动，将导致重质岩浆的形成。金属累积并最终形成沉积物。在沉积物附近的土壤中，由于沉积物本身，重金属元素会扩散该作用将逐渐传播到土壤中。此外，风暴与火山喷发等许多自然因素也会使许多重金属元素漂浮到大气中大气中所含的各种重金属元素也会逐渐沉入土壤中。而在人为因素中，人类产生的各种废弃物造成土壤重金属污染的最主要因素是排放，向环境中排放“废气、废渣、废水”的工厂，导致局部地区某类重金属元素将严重超标，污染问题严重。由于种植作物需要各种要素来保证其正常生长，保证农业的经济产量和效益人类对耕地施用化肥、农药、除草剂等重金属元素的化学药物耕地土壤重金属污染逐年加重。农业肥料也是导致土壤中的重金属污染的主要因素之一。农业用化肥、农药的原料是矿石矿石中的重金属元素会被带入农药和肥料中，如过磷酸钙中的镉元素、砷、汞含量高。

  第2章     材料与方法

  4.1 讨论 

  生命活动需要微量元素，摄取过多或过少对生命体的生长发育都会产生影响。有研究表明，微量元素缺乏会导致营养不良影响人类健康。燕麦籽粒中含有多种矿质元素，研究燕麦种质资源矿质元素营养的多样性具有重要意义。本实验对种植于金堂和甘孜两地区的燕麦群体籽粒中的 10 种元素（Na、K、Mg、Ca、Fe、Mn、Ni、As、Cd、Pb）指标进行分析测定，全部测定元素中平均含量最高的是 K 元素，Mg 元素次之，这两个元素含量均在 1000mg  /kg 以上，Ca、Na 元素的平均含量居中，污染元素Cd、As 两个元素平均含量最小，大部分品种籽粒含量集中在未检出与检出限左右，表明燕麦籽粒资源间元素含量存在明显差异。本次试验中籽粒营养元素（Na、K、Mg、Ca、Fe）含量远远超过污染元素（Mn、Ni、As、Cd、Pb）含量，其中 K、Mg 两元素含量之和占所测元素含量之和的 86%以上。与前人研究相比，所测 K、Mg、Ca 含量高于孙丽萍等对燕麦中 K、Mg、Ca 含量的报道，Mn 元素含量高于周郭军等对燕麦中微量元素 Mn 元素的测定值，元素含量大小排序与金烈研究燕麦微量元素含量得出四种微量元素含量大小依次为 Mg、Ca、Zn、Cu 大致相同。有研究表明，燕麦中含有丰富的微量元素，包括钙、铁、钾、镁、锌、铜、硒等。其中钙的含量明显高于小麦粉、稻米、小米、荞麦面等，硒的含量相当于小麦的 3.72 倍，玉米的 7.9 倍，大米的 34.8 倍。这些元素不仅具有预防骨质疏松症促进伤口愈合的作用，还可以防止发生贫血病等，所以说燕麦是有极高营养价值的食品。综合分析本次实验中两地营养元素含量可知，甘孜种植地中燕麦的 K、Mg、Ca 三元素含量高于金堂种植地，Na、Fe 两元素含量低于金堂种植地，且同种元素在两地间含量存在差异。其中微量元素 Fe 元素含量在此次实验所测营养元素中占比最小，K 元素作为大量元素在两地含量中占比最高。同时对比 2 个种植地的土壤元素含量分析可以发现，甘孜种植地土壤中的 Na、K、Mg、Fe 元素含量均大于金堂种植区，其中甘孜地区土壤的 Mg、Ca 元素含量远远超过金堂地区，但是两地籽粒中同类元素含量相对较为稳定，差异不显著，表明品种差异对燕麦籽粒中这两个元素含量的影响大于产地环境影响。而甘孜种植地的燕麦籽粒中 Na、Fe 两元素均低金堂种植地，说明燕麦籽粒中 Na、Fe 元素含量可能更多与自身的品种和遗传特性有关。这为今后的品种改良提供了依据和材料。对两地种植环境中的燕麦籽粒污染元素分析可知，金堂地区 Mn、Ni、As、Cd、Pb 元素含量均高于甘孜地区，As、Cd、Pb 三个元素的均值含量在两地表现较为接近无明显的差异，说明 As、Cd 和 Pb3 个元素在燕麦籽粒群体含量相对较为稳定，在燕麦籽粒资源中均呈少量分布。Mn、Ni 两元素含量差异明显，特别是 Ni 元素，金堂种植区为甘孜地区 5 倍之多，且金堂地区 Ni 元素的最高值与最低值相差也较大。说明燕麦籽粒中 Mn、Ni 元素含量差异可能与区域环境、种植地气候等条件有关，而种植环境对燕麦籽粒的 As、Cd、Pb 含量影响可能不大，其含量主要由籽粒的品种和遗传特性所决定。这为燕麦的安全生产提供了一定的参考。根据前人研究可知，种植地土壤物理化学性质与外部环境都会影响作物的重金属含量的高低，这种影响可能是自然来源，也可能是人为因素。其中自然来源主要大自然地质变化导致岩石风化，在这一过程中不同种类的岩石将各种元素带入土壤，形成了不同元素组成的基本土壤环境。而人为因素主要是人类工业化和科技进步的过程中，各种生产活动所带来的各类废物的排放，包括尾气排放、农药施肥、制药炼油等导致的废水、废气直接与间接的造成土壤环境中各种重金属含量的增加，这个过程不断的增加积累会使重金属元素在土壤中产生化学反应，以致形成后很难降解，将长期存在于土壤中，只要土壤中存在一定量的重金属元素，都会导致作物的不同程度的污染。结合两地土壤污染元素含量分析可知，本次所测土壤污染元素(Mn、Ni、As、Cd、Pb)均已超标，其中甘孜康定姑咱镇土壤中 Mn、Ni 元素明显高于金堂县五凤镇，As 含量金堂县五凤镇明显高于甘孜康定姑咱镇，Cd、Pb 元素甘孜康定姑咱镇略高于金堂县五凤镇，然而甘孜康定姑咱镇种植的燕麦各元素含量均低于在金堂县五凤镇种植的燕麦，说明燕麦籽粒中 Mn、Ni 元素含量差异可能与区域环境、种植地气候等条件有关。对于 As、Cd、Pb 三元素的含量，燕麦籽粒的品种和遗传特性的影响大于产地生长环境的影响。根据本次实验结果可知，所测燕麦籽粒中 As、Cd、Pb 这三个污染元素的吸附能力并不强，即使生长在重金属污染的土壤中，例如金堂地区与甘孜地区土壤中 As、Pb 含量分别达到了 2.85mg /kg、5.99mg /kg 与 1.57mg /kg、6.50mg /kg，均远超国家标准,而生长在这两地的籽粒中同类元素含量集中在 0.00~0.05mg  /kg间，说明燕麦籽粒中 As、Pb 元素含量并未随着生长环境的影响而增加，而是保持着相对稳定的含量。根据国家标准可知[75,76]，粮食中重金属含量标准限量值为:As≤0.05 mg /kg，Cd≤0.05 mg /kg～0.2 mg /kg，Pb≤0.4mg /kg，而本次实验中As、Cd、Pb 均值集中在 0.00 mg /kg～0.07 mg /kg，可以看出燕麦籽粒中这 3 种元素含量远低于国家标准值，达到了国家粮食与食品卫生的安全标准。