油茶花粉中稀土元素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性及其在沸水中的釋出率研究

閆榮玲，陳桔紅，毛龍毅，唐小妹，朱 琳，廖 陽(yáng)(湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

油茶花粉中稀土元素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性及其在沸水中的釋出率研究

閆榮玲，陳桔紅，毛龍毅，唐小妹，朱 琳，廖 陽(yáng)*
(湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

利用ICP-MS法測(cè)定了不同樹(shù)齡油茶花粉中稀土元素的含量，分析了其與單株產(chǎn)量間的相關(guān)性，及其在沸水中的釋出規(guī)律，旨在為油茶栽培以及油茶花粉的保健食用提供參考。結(jié)果發(fā)現(xiàn),油茶花粉中稀土元素含量極低，部分樹(shù)齡油茶花粉中甚至檢測(cè)不到Ho、Tm、Lu、Sc、Pm的存在，含量最高的Ce，也僅為0.090 5 mg/kg(32 a樹(shù)齡)?；ǚ壑懈飨⊥猎睾恳约皢沃戤a(chǎn)量隨樹(shù)齡增加均呈先增加后降低的趨勢(shì)；稀土元素總量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.91)；但各稀土元素與產(chǎn)量則無(wú)顯著相關(guān)性。32 a樹(shù)齡油茶花粉在沸水浸泡15 min后，除Sc、Pm、Tb、Ho、Tm、Yb、Lu7種元素外，其他10種稀土元素均有不同程度釋出，釋出量最高的為Ce，釋出率最高的為Nd；所有元素的總釋出量達(dá)到0.043 3 mg/kg，對(duì)應(yīng)的總釋出率為17.4%。提示，適量稀土元素對(duì)提高油茶產(chǎn)量有積極意義，在合適齡段施加一定稀土肥有利于油茶增產(chǎn)；食用油茶花粉保健時(shí)，可在服用前通過(guò)沸水沖泡處理減少稀土元素?cái)z入。

油茶； 稀土元素； 產(chǎn)量； 花粉； 釋出率

稀土元素(rare earth elements，REE)是元素周期表中鑭系及與鑭系密切相關(guān)且性質(zhì)相近的17種元素的統(tǒng)稱，包括鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、釔(Y)、鈧(Sc)[1]。稀土元素在自然界廣泛存在，特別是在稀土礦區(qū)及其周邊土壤中的含量更高。同其他礦質(zhì)元素一樣，植物通過(guò)根系可吸收稀土元素進(jìn)入體內(nèi)并運(yùn)送到地上部分，除營(yíng)養(yǎng)器官根、莖、葉外，生殖器官如花、果實(shí)、種子等也會(huì)有稀土元素的富集，這為稀土元素進(jìn)入植物體內(nèi)并發(fā)揮其生理效應(yīng)提供了條件[1-2]。近年來(lái)，稀土元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。適量的稀土元素對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有一系列積極效應(yīng)，如可顯著提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，促進(jìn)植物再生植株的生長(zhǎng)，增加次生代謝產(chǎn)物的合成，增強(qiáng)植物的抗逆與抗病蟲(chóng)害能力等[3-5]。

油茶(Camelliaoleifera)是我國(guó)重要的木本油料作物，如何增產(chǎn)以及延長(zhǎng)其豐產(chǎn)齡期是人們一直關(guān)注的問(wèn)題。雖然適量的稀土元素對(duì)作物可以產(chǎn)生眾多積極效應(yīng)，但還鮮見(jiàn)稀土元素在油茶栽培領(lǐng)域應(yīng)用的報(bào)道，更未闡明生殖器官中的稀土元素含量與油茶產(chǎn)量之間是否存在相關(guān)性。植物花粉富含維生素、氨基酸、不飽和脂肪酸、黃酮等活性物質(zhì)，具有抗氧化、抗癌、增強(qiáng)免疫力等多種生理功效，是一種常用保健食品[6-7]。然而,由于根系吸收的稀土元素會(huì)遷移至花粉，因此在食用花粉的同時(shí)也攝入了其中的稀土元素。已有研究表明，人體攝入的過(guò)量稀土元素會(huì)在肝、腦、骨髓等器官中沉積，對(duì)免疫、生殖、神經(jīng)、內(nèi)分泌等多方面機(jī)能產(chǎn)生顯著而長(zhǎng)期的不良影響[8-11]。因此，長(zhǎng)期食用花粉進(jìn)行保健的人群是否存在稀土元素被攝入體內(nèi)發(fā)生富集的風(fēng)險(xiǎn)值得關(guān)注。鑒于此，初步研究了稀土元素在油茶花粉中的含量及其與產(chǎn)量的相關(guān)性，并分析了其在沸水浸泡(自然冷卻)過(guò)程中的釋出情況，旨在為稀土元素在油茶栽培中的應(yīng)用以及油茶花粉的保健食用提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

供試油茶樹(shù)齡分別為12、20、32、47、55 a。2014年11月于衡陽(yáng)縣金溪鎮(zhèn)采集含苞待放油茶花苞置于冰盒中，當(dāng)日帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)處理。取回的花苞在實(shí)驗(yàn)室去除花瓣，置培養(yǎng)皿中于70 ℃烘箱中烘干，之后去除花絲收集脫落的花粉備用。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 稀土元素含量 采用密閉高壓消解ICP-MS法測(cè)定金屬以及稀土元素的含量[12]。取適量稀土元素混合標(biāo)準(zhǔn)液，用硝酸配制成質(zhì)量濃度為0、0.1、0.5、1.0、3.0、5.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列。然后將標(biāo)準(zhǔn)系列工作液分別注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7700)，測(cè)定相應(yīng)的信號(hào)響應(yīng)值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣本測(cè)量時(shí)，先稱取0.500 0 g各樹(shù)齡油茶花粉于消解內(nèi)罐中，加入5 mL硝酸浸泡過(guò)夜(冷消化)。蓋好內(nèi)蓋，旋緊不銹鋼外套，放入恒溫干燥箱，160 ℃保持6 h，在箱內(nèi)自然冷卻至室溫，緩慢旋松不銹鋼外套，將消解內(nèi)罐取出，放在控溫電熱板上于140 ℃趕酸(當(dāng)內(nèi)罐中的消化液大約剩2 mL時(shí)，加5 mL超純水繼續(xù)趕酸至2 mL左右，重復(fù)以上步驟直至趕酸完成)。消解內(nèi)罐放冷后，將消化液轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，洗罐3次，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻待測(cè)。將試樣溶液注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中，得到相應(yīng)信號(hào)響應(yīng)值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到待測(cè)液中相應(yīng)元素的質(zhì)量濃度，平行測(cè)定3次求平均值。

1.2.2 油茶果實(shí)產(chǎn)量 每一樹(shù)齡選取3株正常植株，采集各植株所有果實(shí)，分別稱取鮮質(zhì)量計(jì)算平均值為此樹(shù)齡的單株產(chǎn)量。

1.2.3 沸水沖泡下花粉稀土元素釋出量 稱取樹(shù)齡32 a油茶植株的花粉0.500 0 g，在室溫25 ℃下加入到300 mL煮沸的超純水中(之后不再加熱)，浸泡15 min后過(guò)濾、定容，之后利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7700)測(cè)定濾液中的稀土元素含量，并計(jì)算每種元素的釋出率以及總釋出率，各元素釋出率=各稀土元素釋出量/花粉中各稀土元素含量×100%，總釋出率=所有稀土元素的總釋出量/花粉中所有稀土元素的總含量×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)用Excel 2003、SPSS 19.0以及Sigma plot 10.0等軟件進(jìn)行整理、分析以及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹(shù)齡油茶花粉中稀土元素的含量

由表1可知，不同樹(shù)齡油茶花粉中17種稀土元素含量均極低，12 a樹(shù)齡的油茶花粉中未檢測(cè)到Sc、Pm、Ho、Tm、Lu，20 a與55 a樹(shù)齡的油茶花粉中未檢測(cè)到Sc、Pm、Tm、Lu的存在?；ǚ壑懈飨⊥猎氐暮侩S油茶樹(shù)齡的增長(zhǎng)呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，除Eu、Yb含量在樹(shù)齡47 a的油茶花粉中達(dá)最大值外，其他稀土元素含量均在樹(shù)齡32 a的油茶花粉中達(dá)到最大值。樹(shù)齡32 a的油茶花粉中各稀土元素含量由高到低依次為Ce、La、Y、Nd、Eu、Gd、Pr、Sm、Dy、Er、Yb、Tb、Ho、Lu、Tm、Sc、Pm，其中Ho、Lu、Tm、Sc、Pm 5種元素含量幾乎為零。

表1 不同樹(shù)齡油茶植株花粉中稀土元素含量 mg/kg

2.2 油茶產(chǎn)量隨樹(shù)齡增加的變化規(guī)律及其與花粉中稀土元素含量的相關(guān)性

由圖1可知，油茶產(chǎn)量隨樹(shù)齡增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。其中12～32 a樹(shù)齡的油茶產(chǎn)量隨樹(shù)齡增加而增加，在32 a樹(shù)齡達(dá)到最大值(19 549.1 g/株)，之后持續(xù)下降，至55 a樹(shù)齡時(shí)油茶產(chǎn)量?jī)H為11 472.8 g/株。

圖1 單株產(chǎn)量隨樹(shù)齡增加的變化規(guī)律

花粉中稀土元素總量與油茶產(chǎn)量間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，R2=0.91)(圖2)。但對(duì)每種稀土元素與產(chǎn)量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，各稀土元素含量與產(chǎn)量間無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)。

圖2 油茶花粉中稀土元素總量與油茶產(chǎn)量的相關(guān)性

2.3 油茶花粉中稀土元素在沸水浸泡下的釋出情況

由表2可知，除Sc、Pm、Tb、Ho、Tm、Yb、Lu 7種元素外，其他10種稀土元素均有不同程度釋出，其中Ce的釋出量最高，達(dá)0.016 0 mg/kg。由于各稀土元素在花粉中的含量不同，釋出率的高低與釋出量大小順序不同，Nd釋出率最高，達(dá)22.7%。所有稀土元素的總釋出量達(dá)到0.043 3 mg/kg，對(duì)應(yīng)的總釋出率為17.4%。

表2 32 a樹(shù)齡油茶花粉中稀土元素在沸水中的釋出情況

元素種類釋出量/(mg/kg)釋出率/%Y0．005015．5Sc0．00000La0．007117．2Ce0．016017．7Pr0．001722．4Pm0．00000Nd0．007022．7Sm0．001014．1Eu0．003419．9Gd0．001012．2Tb0．00000Dy0．000510．2Ho0．00000Er0．000616．7Tm0．00000Yb0．00000Lu0．00000合計(jì)0．043317．4

3 結(jié)論與討論

油茶作為木本油料作物，不占用耕地且產(chǎn)油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，在維護(hù)我國(guó)糧油安全中充當(dāng)著重要角色。通過(guò)培育新品種、科學(xué)施肥、精細(xì)管理等多種手段可以提高油茶的產(chǎn)量。已有研究證實(shí)，適宜濃度稀土可促進(jìn)葉細(xì)胞葉綠體的生長(zhǎng)發(fā)育，提高葉綠素含量以及光能的吸收和轉(zhuǎn)化能力，刺激植物次生代謝物質(zhì)特別是部分風(fēng)味物質(zhì)的合成，從而顯著提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[2,13-17]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除了施用常規(guī)化肥外，稀土肥料的作用越來(lái)越收到人們的重視。

植物通過(guò)授粉實(shí)現(xiàn)受精后才能產(chǎn)生果實(shí)和孕育種子，花粉為授粉提供了雄配子，是與產(chǎn)量直接相關(guān)的植物特有結(jié)構(gòu)。外源稀土元素可提高花粉萌發(fā)率、促進(jìn)花粉管伸長(zhǎng)，增加受精成功率和座果率[18-19]。本研究比較了不同樹(shù)齡油茶的單株產(chǎn)量以及花粉中的稀土元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者均隨樹(shù)齡增加均呈先增加后降低的變化規(guī)律；相關(guān)性分析顯示，單株產(chǎn)量與花粉中的稀土元素總量之間存在著顯著的正相關(guān)性(P<0.01，R2=0.91)，提示稀土元素通過(guò)根系吸收并向上運(yùn)輸?shù)接筒杌ǚ?，也?huì)影響到受精成功率以及坐果率，最終影響到產(chǎn)量的高低?？梢?jiàn)，在油茶栽培與管理中，適時(shí)適量地施加稀土肥料具有增產(chǎn)的功效，準(zhǔn)確的施加時(shí)間以及施加劑量還需通過(guò)進(jìn)一步研究確定。花粉中17種稀土元素的含量差異明顯，少數(shù)幾種元素甚至在部分樹(shù)齡下未被檢出?；ǚ壑忻糠N稀土元素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果表明，各稀土元素含量與產(chǎn)量間無(wú)顯著相關(guān)性。需指出的是，由于本研究沒(méi)有對(duì)油茶植株生長(zhǎng)的土壤進(jìn)行稀土含量分析，不能確定花粉中某種稀土元素的低含量是否由于土壤中缺乏此種元素導(dǎo)致的。在實(shí)際生產(chǎn)中，施用稀土肥料前應(yīng)對(duì)土壤進(jìn)行元素含量分析。

由于進(jìn)入植物組織的稀土元素可通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，隨著稀土元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的普及，稀土元素在人體的富集及其危害也愈來(lái)愈受到重視。研究表明，稀土元素進(jìn)入人體后，會(huì)在肝臟、骨髓以及神經(jīng)中樞等部位富集并產(chǎn)生組織損傷和病變，代謝混亂、神經(jīng)傳導(dǎo)受阻等嚴(yán)重的毒害效應(yīng)[20]。植物花粉由于富含對(duì)人體可產(chǎn)生抗氧化、抗癌、增強(qiáng)免疫力等功效的活性物質(zhì)，被人們廣泛用作保健食品進(jìn)行服用。本研究結(jié)果顯示，油茶花粉中的稀土元素含量十分低，服用油茶花粉不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生急性毒害作用。但這并不代表可以毫無(wú)顧忌的長(zhǎng)期大量食用油茶花粉。為避免人們?cè)诓恢挥X(jué)中長(zhǎng)期低劑量攝入稀土元素，在食用時(shí)進(jìn)行一些快速、簡(jiǎn)單、易行的處理，可減少其攝入量。本研究結(jié)果提示，在食用前把花粉置于沸水中持續(xù)浸泡一段時(shí)間(15 min)是一項(xiàng)切實(shí)可行且有效(釋出率17.4%)的辦法。

綜上，稀土元素既能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮積極作用，也能通過(guò)食物鏈在人體富集進(jìn)而影響健康，因此，應(yīng)采取前期研究系統(tǒng)全面、實(shí)際使用嚴(yán)格謹(jǐn)慎的原則對(duì)待稀土元素，同時(shí)還需注重開(kāi)展保健品等食物的稀土元素含量檢測(cè)。

致謝：感謝永州市疾病預(yù)防與控制中心在稀土元素含量測(cè)定中提供的幫助。

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Correlation between REE Content in Pollen and Yield ofCamelliaoleiferaand Precipitation Rate of REE by Boiling Water Brew

YAN Rongling,CHEN Juhong,MAO Longyi,TANG Xiaomei,ZHU Lin,LIAO Yang*
(School of Chemistry and Bioengineering,Hunan University of Science and Engineering,Yongzhou 425199,China)

The contents of rare earth elements(REE) inCamelliaoleiferapollen with different tree age were determined by ICP-MS,the correlation between REE content and the yield per plant,and the precipitation rate of REE in boiling water were analyzed,so as to provide some references for theCamelliaoleiferacultivation and pollen safe taken for health care.The results showed that the REE contents in theCamelliaoleiferapollen were extremely low,some elements such as Ho,Tm,Lu,Sc,Pm even could not be detected at several tree ages,the Ce content is the highest with 0.090 5 mg/kg at 32 a.The each REE content and the yield per plant both showed a trend of increase first then decrease with the increase of tree age.A significant positive correlation was observed between total content of REE and the yield per plant (R2=0.91),while there were no significant positive correlation between each REE element content and yield per plant.REE released from pollen(32 a) in varying degrees after 15 min boiling water treatment except Sc,Pm,Tb,Ho,Tm,Yb,Lu. Ce and Nd showed the maximum release content and release rate,respectively.The total precipitation amount of all elements reached 0.043 3 mg/kg corresponding to a total precipitation rate of 17.4%.The above results indicated that,an appropriate REE content had a significant positive effect onCamelliaoleiferayield improving,so a reasonable REE fertilizer applying could increase high yield ofCamelliaoleiferaat suitable tree age,and a boiling water treatment was done to reduce the intake of REE before takingCamelliaoleiferapollen for health care.

Camelliaoleifera; rare earth elements; yield; pollen; precipitation rate

2016-01-20

湖南省科技廳科研項(xiàng)目(2014NK3133)；湖南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2012-318)；湘南優(yōu)勢(shì)植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(XNZW15C10,XNZW15C18)；2014年湖南科技學(xué)院科研課題及校大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)課題

閆榮玲(1982-)，女，河北石家莊人，講師，碩士，主要從事植物生理學(xué)與天然產(chǎn)物利用研究。 E-mail:yanrongling0912@163.com

*通訊作者：廖 陽(yáng)(1983-)， 男，湖南衡陽(yáng)人，講師，碩士，主要從事植物資源綜合利用研究。 E-mail:liaoyang1127@163.com

S794.4

A

1004-3268(2016)08-0039-05