小白菜和空心菜體內(nèi)125I賦存形態(tài)探討及含量分析

李 鋒,嚴(yán)愛蘭,翁煥新

(1.浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 實(shí)驗(yàn)中心,浙江 杭州 310024;2.浙江大學(xué)環(huán)境與生物地球化學(xué)研究所,浙江杭州 310027)

碘有“智力元素”之稱,它是合成甲狀腺激素不可缺少的元素 ,在人和動(dòng)物的新陳代謝過程中起著極為重要的作用[1]。國(guó)內(nèi)外的大量調(diào)查顯示,目前除冰島之外全世界所有國(guó)家都有“碘缺乏病”(IDD,Iodine Deficiency Disease)[2]流行地區(qū),并己成為全球范圍一大公共衛(wèi)生問題。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球約有16億人受到碘缺乏的威脅[3],我國(guó)所有省、市均存在 IDD,病區(qū)人口達(dá)到4.25億,嚴(yán)重影響了人民生活和健康以及社會(huì)的發(fā)展[4]。食用海帶是一種安全、高效的人體補(bǔ)碘方式[5-6],海帶中含有一種特殊形式的有機(jī)活性碘,但由于飲食習(xí)慣的差異,利用海帶中的活性碘解決碘缺乏問題沒有得到全面的普及。為了更有效地防治碘缺乏病,近年來興起了農(nóng)業(yè)補(bǔ)碘法,已有不少研究者[7-11]對(duì)蔬菜富集和吸收碘展開了研究,并取得了較大的成果。其中有關(guān)作物富碘機(jī)制的研究也逐漸成為人們關(guān)注的研究課題之一,而碘在作物體內(nèi)的化學(xué)賦存形態(tài)還不十分清楚,因此探討作物體內(nèi)碘的化學(xué)賦存形態(tài)十分必要。

125I是一種放射性同位素,因其射線能量低,半衰期適中(T1/2=60 d),因此125I作為示蹤元素標(biāo)記各種各樣的化合物得到了廣泛的應(yīng)用。

本工作擬利用放射性125I初步探討受試作物內(nèi)包括有機(jī)碘在內(nèi)的各種形態(tài)碘的相對(duì)含量。通過測(cè)定蔬菜內(nèi)的總碘(125I)和分步提取出的各種形態(tài)的125I(包括水溶性碘、結(jié)合在核酸、糖類和蛋白質(zhì)上的有機(jī)碘等)的放射性活度,初步探討葉菜體內(nèi)各種形態(tài)碘的相對(duì)含量,從而為探索培育含碘蔬菜,實(shí)現(xiàn)人體自然補(bǔ)碘的有效新途徑提供理論和技術(shù)上支持。

1 主要實(shí)驗(yàn)材料

Na125I溶液:放射性濃度為2.96 TBq/L,放化純度＞99.9%,實(shí)驗(yàn)時(shí)稀釋到合適的濃度,原子高科股份有限公司提供;小白菜、空心菜種子:購(gòu)買于杭州種子公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品的育苗

首先將小白菜、空心菜種子放入約55℃溫水中浸種15 min,然后用1%高錳酸鉀溶液浸泡15 min,浸泡后的種子用自來水反復(fù)沖洗干凈后,均勻平鋪在干凈紗布上,置于30℃恒溫箱中催芽。待80%以上的種子發(fā)芽以后,轉(zhuǎn)入石英砂中繼續(xù)生長(zhǎng),3～4 d以后定期供應(yīng)適量的1/2 Hogland均衡營(yíng)養(yǎng)液,營(yíng)養(yǎng)液的組成列于表1。待小白菜、空心菜苗長(zhǎng)出2片真葉時(shí),選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗,小心地將其移出苗床,用海綿固定,根系自然懸垂在溶液中,保持24 h連續(xù)通氣。先用自來水培養(yǎng) 3 d,再分別用1/2和完全Hogland營(yíng)養(yǎng)液各培養(yǎng)3 d,用于碘同位素(125I)實(shí)驗(yàn)。

表1 Hogland均衡營(yíng)養(yǎng)液的組分和濃度

碘吸收的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)在80 cm ×50 cm×20 cm的塑料盆中進(jìn)行。在供試盆中加入8 000 mL Hogland營(yíng)養(yǎng)液,加入放射性濃度為2.96 TBq/L Na125I原液 125μL,經(jīng)測(cè)定 Na125I放射性濃度為2 968 Bq/mL,輕輕晃動(dòng)塑料盆,使125I均勻分布;然后分別將長(zhǎng)勢(shì)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。移栽后培養(yǎng)3 d,采集樣品。用自來水反復(fù)沖洗,再用去離子水沖洗,直至洗出的水中不含放射性為止。用吸水紙吸干表面水分,剪碎、混勻,冷凍干燥備用。實(shí)驗(yàn)期間室內(nèi)溫度為25±3℃。

2.2 樣品的制備

2.2.1 水溶性碘的提取

水溶性碘的提取:準(zhǔn)確稱取10 g經(jīng)Na125I培養(yǎng)過的冷凍干燥粉碎后的小白菜和空心菜樣品于150 mL錐形瓶中,加入50 mL去離子水,放于電磁攪拌器上,在攪拌下浸取3 h,過4層紗布,擠干后將殘留物倒回錐形瓶中,再加入25 mL去離子水。如上述步驟再浸取2次,每次30 min。將合并后的浸取液放于兩個(gè)80 mL離心管中,于4 000 r/min下離心30 min,上清液再過0.45μm的微孔濾膜,濾液定容于100 mL容量瓶中,即得水溶性碘溶液。將沉淀和浸后的樣品殘?jiān)喜⒑蠓湃牒嫦渲?0℃下烘干,即得含難溶性碘的殘?jiān)?/p>

水溶性碘不同形態(tài)的提取:取上述水溶性碘溶液5 mL于100 mL燒杯中,加入15 mL去離子水和5.0 mL的1.0 mol/L HNO3混勻后,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,混勻后于50℃烘箱中沉淀5 h,取出后于室溫(20 ℃)下放置30 min,過濾,并用0.2 mol/mL HNO3溶液洗燒杯3次,沉淀連同濾紙于室溫下晾干,分離得無機(jī)碘I-。濾液倒回原燒杯,再加入200 mg N2 H 4·H 2SO4于燒杯中,溶解后再依次加入Bi(NO3)3和硫代乙酰胺溶液,同樣于50℃烘箱中沉淀5 h,取出后于室溫(20℃)下放置30 min,過濾,并用含0.2 mol/L N 2 H5+的0.2 mol/mL HNO3溶液洗燒杯3次,沉淀連同濾紙于室溫下晾干,分離測(cè)定即為IO3-含量(IO3-已被N2H4·H2SO4還原為 I-)。將濾液定容于50 mL容量瓶中,即得水溶性有機(jī)碘。

2.2.2 植物體內(nèi)有機(jī)結(jié)合碘的提取

核酸碘的提取:取上述冷凍干燥后的樣品10 g,加入2 mol/L 的NaCl溶液50 mL,沸水浴中提取30 min后過濾,重復(fù)2次,合并濾液,用氯仿-異戊醇(24∶1)法除去蛋白質(zhì),用乙酸調(diào)pH至2.5,冰箱中靜置過夜,得核酸沉淀,用95%乙醇沖洗兩次,消化,測(cè)碘。

多糖碘的提取:在核酸碘樣品提取過濾后的殘?jiān)屑?%草酸溶液50 mL,沸水浴中提取30 min后過濾,重復(fù)2次,合并濾液及核酸碘提取操作中乙醇淋洗過的廢液,用氯仿-異戊醇(24∶1)法除去蛋白質(zhì)后,加入4倍量的95%乙醇,冰箱中靜置過夜,得多糖沉淀,用85%的乙醇洗滌3次,消化,測(cè)碘。

蛋白質(zhì)碘與非蛋白質(zhì)碘的提取:取冷凍干燥后的樣品 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%飽和度(0℃),冰箱中靜置過夜,得蛋白質(zhì)沉淀,用乙醇-乙醚(2∶1)混合液淋洗3次后測(cè)定碘含量。上清液及乙醇-乙醚洗滌液中的碘為非蛋白質(zhì)碘。

2.3 125I放射性活度的測(cè)量

用BH1224型微機(jī)-多道一體化能譜儀測(cè)量125I放射性活度,測(cè)樣器皿采用自備的 φ 75 mm×10 mm的一次性塑料測(cè)樣杯,將其置于倒置的閃爍探頭上,并用自制的定位裝置固定測(cè)量位置,以保證所有樣品測(cè)量幾何位置的一致性。測(cè)量結(jié)果經(jīng)探測(cè)效率、死時(shí)間、衰變、背景值等校正后換算成樣品的放射性比活度,測(cè)量誤差控制在5%以內(nèi)。所有樣品在采樣當(dāng)天完成測(cè)量,以減少樣品由于水分揮發(fā)而造成的誤差。

3 結(jié)果與討論

3.1 水溶性碘的形態(tài)及含量分布

小白菜地上部分水溶性碘(125I)的形態(tài)分布情況列于表2。從表2中可以看出,對(duì)小白菜而言,水溶性碘和難溶性碘所占比例相當(dāng),分別占總碘的50.39%和49.61%,無機(jī)碘占總碘量的42.48%。在水溶性碘中,I-、IO3-、I2和有機(jī)碘并存,主要以無機(jī)碘為主(I-、IO3-和I2共占總水溶性碘的84.30%),而I-含量占總水溶性碘2/3,占總碘量的1/3。

空心菜地上部分水溶性碘(125I)的形態(tài)分布情況列于表3。由表3可以看出,在空心菜植株體內(nèi),難溶性碘所占比例較高,達(dá)到總碘的64.97%,水溶性碘約占1/3。在水溶性碘中,有機(jī)碘占19.03%,絕大部分還是以無機(jī)碘為主。與小白菜相比,空心菜中無機(jī)碘量所占的比例較少,只占總碘量的28.37%,其中I-占總碘量的20.00%。

表2 小白菜植株體內(nèi)水溶性碘(125 I)的形態(tài)及含量分布

表3 空心菜植株體內(nèi)水溶性碘(125 I)的形態(tài)及含量分布

從表2和表3中可以看出,在相同的外源碘環(huán)境下,空心菜相對(duì)小白菜能夠富集更多的碘。作為非必需元素的碘主要貯存在液泡、胞間隙這些部位,對(duì)于空心菜來說,莖中輸導(dǎo)組織相對(duì)自由空間較多,因而單位質(zhì)量碘分布也較多。

3.2 蛋白質(zhì)結(jié)合碘、核酸和多糖結(jié)合態(tài)碘的形態(tài)及含量分布

小白菜和空心菜地上部分有機(jī)結(jié)合碘(125I)的形態(tài)分布情況列于表4,小白菜和空心菜提取蛋白質(zhì)中碘的含量分布列于表5。由表4和表5可看出,在小白菜體內(nèi),有機(jī)結(jié)合碘中以蛋白質(zhì)結(jié)合碘所占比例最大,占總碘的22.43%,其次為核酸結(jié)合碘,占總碘的1.48%,多糖結(jié)合碘所占比例最少,僅為總碘的0.78%;在空心菜體內(nèi),盡管各種有機(jī)結(jié)合碘所占總碘的比例均低于小白菜,但有機(jī)結(jié)合碘的分布趨勢(shì)與小白菜相似,同樣是以蛋白質(zhì)結(jié)合碘所占比例最大,占總碘的 8.68%,其次為核酸結(jié)合碘,占總碘的0.80%,多糖結(jié)合碘所占比例最少,為總碘的0.40%。此結(jié)果表明,生物大分子物質(zhì)核酸、多糖、蛋白質(zhì)均能結(jié)合一定量的碘,結(jié)合能力大小依序?yàn)榈鞍踪|(zhì)＞核酸＞多糖。

綜合分析表2、表3和表4,可以看出小白菜和空心菜體內(nèi),除了無機(jī)碘、有機(jī)碘外,還有一定量的殘態(tài)碘。對(duì)小白菜來說,無機(jī)碘量占總碘量的42.48%,有機(jī)碘量占7.91%,其余為殘態(tài)碘;對(duì)空心菜來說,殘態(tài)碘含量比較高,占總碘量的64.97%,而無機(jī)碘和有機(jī)碘均比小白菜少,分別為28.36%和6.66%。

表4 小白菜和空心菜中有機(jī)結(jié)合碘(125 I)的形態(tài)及含量分布

表5 小白菜和空心菜提取蛋白質(zhì)中碘的含量分布

1955年Tong用131I研究發(fā)現(xiàn),海帶中的有機(jī)碘和無機(jī)碘在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,人體能夠直接利用的是有機(jī)態(tài)的碘,Swingle稱之為活性碘。人體內(nèi)有效碘的主要來源是動(dòng)物性或者植物性食品,目前已有一些加碘食品,如加碘茶[12]、加碘雞蛋[13]用于防治不習(xí)慣食用加碘鹽IDD病區(qū)人群的病癥,取得了較好的效果。本研究表明,小白菜和空心菜吸收外源碘,通過生物地球化學(xué)遷移和轉(zhuǎn)換之后,能將外源無機(jī)碘轉(zhuǎn)化成一定含量的有機(jī)態(tài)碘,加上小白菜和空心菜的生長(zhǎng)周期短,不僅營(yíng)養(yǎng)豐富,而且美味可口,是人們十分喜愛的日常蔬菜,因此可以將小白菜和空心菜作為一種富碘的經(jīng)濟(jì)作物來培育,是實(shí)現(xiàn)對(duì)人體自然補(bǔ)碘較為理想的載體。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果顯示,小白菜和空心菜能夠吸收外源碘,碘吸收后在植物體內(nèi)以有機(jī)碘和無機(jī)碘形式共存,而有機(jī)碘所占的比例較大。小白菜和空心菜是人們?nèi)粘Ｏ矚g的常用蔬菜,因此小白菜和空心菜可以作為含碘蔬菜進(jìn)行培育,以補(bǔ)充和豐富單一食鹽補(bǔ)碘的不足。

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