全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(6): 979−987 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由中国生物强化项目(8020#)和引进国际先进农业科学技术计划(948计划)项目(2006-G51)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 徐建龙, E-mail: xujl@caas.net.cn ** 共同第一作者
Received(收稿日期): 2010-01-08; Accepted(接受日期): 2010-03-01.

DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00979
水稻铁生物强化育种中稻米加工与铁浓度的快速测定方法
贾 倩 1,2 徐 琴 2,** 石瑜敏 3 胡 霞 2 孙 勇 2 程立锐 2 周 政 2
朱苓华 2 赵 琦 1 徐建龙 2,*
1首都师范大学生命科学学院, 北京 100048; 2中国农业科学院作物科学研究所/ 农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程, 北京
100081; 3广西省农业科学院水稻研究所, 广西南宁 530007
摘 要: 铁对人体的健康十分重要, 缺铁已对人类健康和世界经济造成巨大影响。针对我国水稻生物强化育种工作
中存在的样品加工过程铁污染严重, 以及缺少适合育种群体大规模简便、快速的铁浓度检测手段, 本研究发展了一种
振荡研磨加工方法和基于邻二氮菲染色的比色测定方法。在研磨程度相同的情况下, 经铁制精米机械加工的 18个样
品中有一半样品的铁浓度显著高于振荡研磨加工的, 表明铁制精米加工机械对水稻精米加工存在明显的铁污染。本
研究发明的精米振荡研磨加工方法, 可以消除加工机械对样品加工过程中的铁污染。尽管对 59个铁生物强化后代的
测定平均铁浓度邻二氮菲比色法要比 ICP-MS高出 2.98 mg kg−1, 但两者的相关系数高达 0.87, 表明该测定方法适用
于大批量育种群体精米铁浓度的初步筛选。与 ICP-MS相比, 邻二氮菲比色法具有简便、快速和低成本的特点。以铁
浓度高的水稻种质为供体, 导入广西本地高产品种背景, 对分离后代采用上述加工和检测方法进行筛选, 育成新品
系精米的铁浓度比原品种提高了 3倍。
关键词: 水稻; 生物强化; 铁污染; 铁浓度测定; 振荡研磨
A Robust and Cost-Effective SGOC Method for Testing Rice Iron Concentra-
tion in Biofortified Breeding
JIA Qian1,2, XU Qin2,**, SHI Yu-Min3, HU Xia2, SUN Yong2, CHENG Li-Rui2, ZHOU Zheng2,
ZHU Ling-Hua2, ZHAO Qi1, and XU Jian-Long2,*
1 College of Life Science, Capital Normal University, Beijing 100048, China; 2 Institute of Crop Sciences / National Key Facility for Crop Gene Re-
sources and Genetic Improvement, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 Rice Research Institute, Guangxi Academy
of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China
Abstract: Iron is an important micro-nutrient to human health. Malnutrition of iron is a serious problem associated with resource
poor population of many developing countries. Development and consumption of iron-rich rice varieties are considered one of the
ways to solve the problem. To facilitate large-scale screening of breeding materials for iron concentration in the rice
iron-biofortified breeding program of China, we developed a new method “surging and grind-milling of orthophenanthroline colo-
rimetry testing” (SGOC). Based on the testing results of 3 sets of 84 diverse rice genotypes that differ greatly in grain iron con-
centration, the correlation coefficient was as high as 0.87 between the SGOC method and the standard ICP-MS testing method.
The per sample cost of the SGOC method was about 0.1$, or 50 times less the ICP-MS method, indicating that the SGOC method
is a robust, fast and cost-effective, particularly useful for preliminary screening of the iron concentration of large numbers of early
generation breeding materials. Our results demonstrated that milling and polishing with iron-made equipment tended to signifi-
cantly increase the iron concentration of processed rice, which was also eliminated in the SGOC method. Finally, our results on
the 59 BC progeny indicate that introgression of genes/ QTLs for high iron concentration from high iron rice germsperm into elite
local rice varieties is an efficient way to develop high yielding rice varieties with significantly improved rice iron concentration in
future rice biofortified breeding.
Keywords: Rice; Biofortification; Iron contamination; SGOC iron testing
980 作 物 学 报 第 36卷

铁作为人体必需的多种微量元素中的一种, 是
血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素及其他酶系统的主
要成分 , 它帮助氧的运输 , 促进脂肪的氧化 , 对人
体健康十分重要。缺铁对人体的危害非常严重。世
界卫生组织的报告指出, 非洲、亚洲、拉丁美洲等
第三世界的 15~49岁妇女中, 50%患缺铁性贫血, 世
界范围内由于缺铁性贫血(IDA)导致的经济损失相
当于全球生产总值的 3.6%, 并预计今后 10 年成年
人缺铁性贫血造成的经济损失将达到 7 020亿美元,
儿童缺铁性贫血造成的损失累计将达 21 787亿美
元[1-2]。改善缺铁性贫血, 一直以来主要通过调整饮
食结构或人工添加补铁剂的食品干预法[3]。由于食
品干预法要在一定程度上改变人们的饮食习惯, 同
时合理膳食还需要一定的经济基础, 更主要由于这
种干预方法的辐射面不够广, 无法惠及很多边缘农
村的贫困家庭, 因而收效有限, 最终很难长期持续
下去。实践证明, 通过培育富含微量营养元素的农
作物新品种, 通过生物强化来解决人类微量营养元
素缺乏是一种有效的可持续手段。生物强化的农作
物品种具有生产简单、易推广、食用安全方便、受
益人群广泛等优点, 可以从根本上预防全球尤其是
发展中国家人群普遍存在的微量营养元素缺乏带来
的各种疾病[4]。大米, 特别是在中国南方, 在人们日
常生活饮食中占有极大比重。因此, 培育铁浓度高的
水稻新品种是今后稻米品质育种的一项重要内容。
在国际挑战计划 HarvestPlus项目的资助下, 近
年来一些国际机构开展了包括水稻、玉米、小麦等
在内的农作物生物强化育种, 旨在培育铁、锌、维
生素 A 等浓度高的农作物新品种, 其中先正达公司
培育的 Golden Rice就是一个成功的事例[5]。我国于
2004 年成立了中国生物强化项目办公室, 组织了一
批大学和研究所开展水稻、小麦、玉米和甘薯的铁、
锌和维生素 A 的生物强化育种, 迄今培育出多个富
含铁的水稻、小麦、玉米和甘薯的新品种或新品
系[6]。在我国 4种主要农作物生物强化育种中, 水稻
铁强化育种难度最大, 存在的问题较多, 一是水稻
籽粒中铁浓度是几种农作物中最低的, 高铁浓度的
种质资源非常稀有, 给水稻铁生物强化育种带来一
定的困难; 二是以往大多以糙米为检测对象, 糙米
铁浓度与精米铁浓度不存在必然联系, 糙米既不符
合人们的消费习惯, 也不符合国际生物强化的要求,
因此必须采用精米为检测对象; 三是精米加工过程
存在严重的铁污染, 使铁浓度测定的误差较大。目
前铁浓度测定最常用的方法是电感耦合等离子质谱
法(ICP-MS)。该方法能同时测定多个元素浓度而且
结果准确、灵敏度较高, 但操作技术要求极高, 同时
成本昂贵, 不适合对大量育种材料的筛选。
本研究针对目前水稻铁生物强化育种存在的一
些主要问题, 研究稻米加工过程中最大程度降低铁
污染的加工新方法, 并建立一种适合于育种群体水
稻精米铁浓度的简单、快速的测定方法, 为水稻生
物强化育种提供参考和借鉴。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验材料分三部分, 第一部分用于稻米无铁污
染加工效果的比较研究, 选取粒型不同的两个品种,
特青代表短粒品种, Lemont 代表长粒品种。第二部
分材料用于分析国内小型铁制精米加工机械对样品
精米铁浓度的污染, 选用 18个生产上种植的品种或
稳定的育种品系。第三部分用于精米铁浓度测定方
法的研究, 包括 5 个待改良品种(佳辐占、七桂占、
桂 649、测 253 和桂 99)和 59 个水稻生物强化育种
后代选育的稳定品系。它们是以从国际水稻研究所
引进的高铁粳糯品系 IR69428-6-1-1-3-3和 IR75862-
206-2-8-3-B-B-B(精米铁浓度为 8 mg kg−1左右)为供
体, 当地优良品种为轮回亲本杂交和回交育成。所
有测试品种的种子收获后贮藏 3个月, 含水量平衡在
13%左右。
1.2 实验方法
1 . 2 . 1 稻米无铁污染加工 分别将特青和
Lemont稻谷用糙米机(新丰 JLGJ4.5型, 浙江省台州
市粮仪厂, 图 1-A)去壳, 各取 5.0 g, 与二氧化硅(俗
名石英砂, 颗粒细度为 120 目)一起放在特制的塑料
密封研磨管中, 并固定在隔板上(图 1-B), 利用高频
振荡机 Paint Shaker SO400 (上海苏凯化工有限公司
生产, 图 1-C)振荡研磨两次, 每次 20 min (中间停止
5 min 便于散热)。研磨后用滤网筛去石英砂, 将精
米存放于尼龙自封袋中。称取各精米样品 1.5 g, 与
2粒规格为 10 mm的赛诺硅酸锆研磨球(广州柏励司
研磨介质有限公司生产, 型号为 CZS-64B)一起放入
同样的塑料密封研磨管中, 利用高频振荡机 Paint
Shaker SO400振荡研磨两次, 每次 20 min (中间停
止 5 min便于散热), 研磨成米粉, 将米粉过 80目筛
后用于铁浓度测定。精米加工和精米研磨成米粉的
所有环节中, 操作人员必须戴上乳胶手套, 以减少
第 6期 贾 倩等: 水稻铁生物强化育种中稻米加工与铁浓度的快速测定方法 981



图 1 用于稻谷糙米、精米和米粉加工的机械
Fig. 1 Machines used for milling of brown rice and polished rice
A: 新丰 JLGJ4.5型去糙机; B, C: 自制无铁污染的精米加工设备, 包括密封塑料管、石英砂、网筛和 Paint Shaker SO400型高频振荡
机; D: 新丰 JNMJ型铁制精米加工机。
A: brown rice machine; B, C: self-made no iron-contaminated equipment for polished rice, including sealed plastic tubes, wooden stack,
screen net and Paint Shaker SO400; D: polished rice machine.

操作环节对样品的铁污染。本文将上述方法称之为
振荡研磨法。
1.2.2 小型铁制精米加工机对精米铁浓度污染的分
析 称取 18 个品种的稻谷各 80 g, 加工成糙米,
将每品种的糙米分成两部分, 一部分采用国产铁制
精米加工机(新丰 JNMJ 型, 浙江省台州市粮仪厂图
1-D)加工成精米。为保证不同样品具有相同的加工精
度, 首先通过不同粒型样品的预加工实验, 比较米糠
颜色和测定对应的精米率, 以不同样品米糠颜色呈现
相同程度的白色来控制不同样品的加工时间, 最终将
不同样品的精米率控制在 73%±0.5%范围。另一部分
采用振荡研磨法加工。从两种不同加工来源的精米中
分别挑选 2 g 整精米, 统一送往菲律宾国际水稻研究
所采用 ICP-MS方法测定其铁浓度, 3次重复。
1.2.3 精米铁浓度的快速测定 采用振荡研磨法,
将 5个待改良品种和 59个水稻生物强化育种品系共
64 个样品加工成米粉, 用于精米铁浓度快速测定方
法的建立。采用邻二氮菲染色法和 ICP-MS 方法测
定同批样品的精米铁浓度, 比较测定结果, 探讨邻
二氮菲法快速测定精米铁浓度的可行性。
1.2.3.1 实验仪器与试剂 主要仪器包括 Lam-
bda35 UV/Vis分光光度计(Perkin Elmer Corporation),
ARB120电子天平(Ohaus Corporation), C-70干热灭
菌器(山东新华医疗器械股份有限公司), CR22G 高
速离心机(Hitachi)。主要试剂包括 2 mol L−1 盐酸,
10%盐酸羟胺(临用前配制), 醋酸钠缓冲体系溶液,
5 mol L−1 NaOH 溶液, 邻二氮菲染色液(临用前配
制), 1 000 μg mL−1国家铁标准溶液(GSB, G6202020-
90)和 GBW10010大米成分分析标准物质[Fe含量为
(7.6±1.9) μg g−1]。
1.2.3.2 标准曲线绘制 将 100 mL 容量瓶和 10
mL 试管在 7%浓度的硝酸溶液中浸泡过夜, 以蒸馏
水中冲洗 3 次及 ddH2O 冲洗 3 次后于烘箱 50℃烘
24 h, 以消除仪器的离子干扰。期间尽量避免和含铁
物质接触, 以消除铁离子的污染。
将 1 000 μg mL−1国家铁标准溶液在容量瓶中配
制成 20 μg mL−1的母液, 在 10个 100 mL容量瓶中
用 2 mol L−1 HCl为溶剂梯度稀释成 0.5、1.0、1.5、
1.75、2.0、2.5、3.0、3.25、3.5、4.0 μg mL−1梯度溶
液。从每个容量瓶中依次吸取 2 mL 标准液至相应
10 mL试管中, 依次加入 0.5 mL 10%盐酸羟胺, 1.5
mL醋酸钠缓冲体系溶液, 用 5 mol L−1 NaOH溶液调
节 pH值至 4.0~4.5之间, 加入 0.5 mL邻二氮菲染色
液, 等待反应 20~30 min。每加入一种试剂后都要摇
匀, 以 0 mL铁标液为空白, 在 518 nm波长下测量
上述各溶液的吸光度, 以铁浓度(微克数)为横坐标,
吸光度 A为纵坐标绘制出标准曲线。
1.2.3.3 样品铁浓度的测定 称取研磨好的米粉
样品 0.6 g于 50 mL离心管中, 加入 10 mL 2 mol L−1
盐酸, 混合均匀, 室温下以 200 r min−1振荡过夜消
化。取 2 mL上清消化液至 10 mL试管中, 依次加入
0.5 mL 10%盐酸羟胺, 1.5 mL醋酸钠缓冲体系溶液,
用 5 mol L−1 NaOH溶液调节 pH值至 4.0~4.5之间,
加入 0.5 mL邻二氮菲染色液, 等待反应 20~30 min,
按制定标准曲线同样条件测定其吸光度。以
GBW10010 大米成分分析标准物质作为邻二氮菲染
色法测定质量控制的标样。将各批样品送中国科学
院遗传研究所进行 ICP-MS测定。
2 结果与分析
2.1 小型铁制精米机加工和振荡研磨设备加工
水稻精米铁浓度的比较
表 1 表明所有材料经铁制精米加工机加工后的
精米铁浓度均高于振荡研磨加工的精米铁浓度, 前
982 作 物 学 报 第 36卷

表 1 小型铁制精米加工机和振荡研磨设备加工精米铁浓度的比较
Table 1 Comparison of iron concentration in polished rice processed by an iron-made miller and the surging and grinding
equipment
精米铁浓度 Iron concentration in milled rice (mg kg−1)
代号
Code
品种或组合名称
Variety or cross combination
铁制精米机加工
Processed by
iron-made machine
振荡研磨加工
Processed by surging and
grinding equipment
差值
Difference
P值
P-value
X29 特青/Co 43 Teqing/Co 43 3.30 2.40 0.90* 0.0121
X30 特青/TKM9 Teqing/TKM9 4.05 2.55 1.50* 0.0358
X31 特青/Amol 3 (Sona) Teqing/Amol 3 (Sona) 4.90 3.05 1.85*** 0.0007
X32 特青/黑河瑷珲 Teqing/Heihe Aihui 3.40 1.30 2.10* 0.0219
X33 特青/俞秋谷 Teqing/Yuqiugu 3.00 2.20 0.80 0.1271
X34 IR64/BR24 3.00 1.55 1.45* 0.0496
X35 IR64/Binam 3.35 2.75 0.60 0.1056
X36 IR64/OM1723 4.10 2.75 1.35 0.0565
X37 特青/ Cisanggarung Teqing/ Cisanggarung 5.75 4.15 1.60* 0.0316
X38 IR64/Azucena DH 3.95 3.40 0.55 0.0927
X39 IR68144 4.40 3.70 0.70 0.1917
X43 八桂香 Baguixiang 4.00 1.55 2.45** 0.0070
X44 桂宝香 Guibaoxiang 5.40 4.40 1.00 0.1091
X45 超泰香稻 Chaotaixiangdao 4.90 2.40 2.50* 0.0377
X48 凤香丝苗 Fengxiangsimiao 6.90 6.65 0.25 0.1548
X49 旱地糯谷 1号 Handinuoguo 1 4.15 2.65 1.50* 0.0109
X50 旱地糯谷 2号 Handinuoguo 2 5.60 4.70 0.90 0.1607
X52 水稻种红米 Shuidaozhonghongmi 4.25 4.15 0.10 0.5918
平均 Average 4.36 3.13 1.23
*、**和***分别表示差异显著水平为 0.05、0.01和 0.001。
*, **, and *** represent significant differences at P≤0.05, 0.01, and 0.001, respectively.

者为 4.34 mg kg−1, 比后者的 3.13 mg kg−1高出 1.23
mg kg−1。18个样品中有 7个差异达显著水平, 2个
达极显著水平, 表明铁制精米加工机械对水稻精米
加工存在明显的铁污染。
2.2 不同粒型和加工时间对精米加工效果的比较
表 2和图 2表明, 3种配方中, 第 1种配方(5 g
糙米+ 3 g 石英砂)加工的精米率, 无论是长粒品种
Lemont 还是短粒品种特青, 均显著高于商业化加工
的精米率水平。后 2 种配方中, 无论是长粒品种还
是短粒品种, 同样研磨时间不同配方对精米加工效
果没有明显差异, 如研磨 40 min, 长粒品种 Lemont
的 5 g糙米+ 5 g石英砂加工的精米率为 72.57%, 与
8 g糙米+ 8 g石英砂加工的精米率 73.42%相仿, 短
粒品种特青则分别为 73.38%和 74.12%。而且不同粒
型品种间精米的加工效果也不存在明显差异。随着
研磨时间的延长, 3种配方加工不同粒型品种的精米
率均下降。相比之下, 5 g糙米+ 5 g石英砂研磨 40
min, 不同粒型的精米率均接近商业加工的精米率,
为最优化的配置。故将 5 g糙米+ 5 g石英砂研磨 40
min作为本振荡研磨加工的标准方法。
进一步比较来自木制放样板不同位置(图3)样品
的精米加工效果, 经 5 g 糙米+ 5 g 石英砂研磨 40
min 后, 1号、8号、20号、21号、33号和 40号不
同位置样品的精米率非常接近(表 3), 表明木制放样
板不同孔位对样品精米研磨的效果没有明显差异。
2.3 邻二氮菲法的铁浓度测定
以铁浓度高的水稻种质为供体, 导入广西本地
高产品种背景, 在分离后代采用上述加工和检测方
法筛选铁浓度高的株系, 已育成一批综合性状较优
的新品系(表 4)。采用邻二氮菲法测定 5个待改良受
体品种(编号 1~5)的平均铁浓度为 5.83 mg kg−1, 变
幅 4.25~6.53 mg kg−1 (表 4), 相同样品采用 ICP-MS
测定的平均铁浓度为 1.41 mg kg−1, 变幅为 0.84~
2.30 mg kg−1。邻二氮菲法测定 59个生物强化后代

第 6期 贾 倩等: 水稻铁生物强化育种中稻米加工与铁浓度的快速测定方法 983


表 2 不同配方和加工时间对不同粒型稻谷精米加工效果的比较
Table 2 Comparison of milling effect of different ingredients and milling time on polished rice with different grain types
30 min 40 min 70 min 120 min
样品
Sample
配方
Ingredient
精米重
Weight of
polished
rice (g)
精米率
Percentage
of polished
rice(%)
精米重
Weight of
polished
rice (g)
精米率
Percentage
of polished
rice(%)
精米重
Weight of
polished
rice (g)
精米率
Percentage
of polished
rice(%)
精米重
Weight of
polished
rice (g)
精米率
Percentage
of polished
rice(%)
5 g糙米+ 3 g石英砂
5 g brown rice+3 g SiO2
4.94 79.49 4.77 76.76 4.63 74.51 4.58 73.70
5 g糙米+ 5 g石英砂
5 g brown rice+5 g SiO2
4.64 74.66 4.51 72.57 4.38 70.48 4.29 69.03
Lemont
(长粒型
Slender
grain)
8 g糙米+ 8 g石英砂
8 g brown rice+8 g SiO2
7.48 75.23 7.3 73.42 7.11 71.51 6.99 70.30

5 g糙米+ 3 g石英砂
5 g brown rice+3 g SiO2
4.96 79.81 4.79 77.08 4.65 74.83 4.57 73.54
5 g糙米+ 5 g石英砂
5 g brown rice+5 g SiO2
4.71 75.79 4.56 73.38 4.38 70.48 4.29 69.03
特青
Teqing
(短粒型
Short
grain) 8 g糙米+ 8 g石英砂
8 g brown rice+8 g SiO2
7.59 76.33 7.37 74.12 7.13 71.71 6.99 70.30



图 2 不同加工时间对长粒品种 Lemont(A)和短粒品种特青(B)精米加工效果的比较
Fig. 2 Comparison of effect of different milling time on polished rice between the slender grain variety “Lement” (A) and the short
grain variety “Teqing” (B)


图 3 木制放样板样品位置分布图
Fig. 3 Distribution of sample in wooden stack
株系(编号 6~64)的平均铁浓度为 8.48 mg kg−1, 比
ICP-MS 测定的平均值 5.50 mg kg−1 高出 2.98 mg
kg−1。显然, 64个样品邻二氮菲法测定的铁浓度显著
高于 ICP-MS测定的浓度, 两者相关系数为 0.87, 表
明邻二氮菲法测定和 ICP-MS 有很高的相关性。从
表 4 结果不难看出, 生物强化后代的铁浓度比原来
待改良品种平均高出 2.65 mg kg−1 (邻二氮菲法)和
4.08 mg kg−1 (ICP-MS), 表明引入高铁供体改良推
广品种的精米铁浓度取得了显著效果。

表 3 相同样品在木制放样板不同位置研磨 40 min后的精米率比较
Table 3 Comparison of percentage of polished rice milled after 40 min in different positions in wooden stack
重复 1 Replicate 1 重复 2 Replicate 2 放样板位置
Position in the
wooden stack
糙米重
Weight of
brown rice
(g)
精米重
Weight of po-
lished rice (g)
精米率
Percentage of
polished rice (%)
精米重
Weight of po-
lished rice (g)
精米率
Percentage of
polished rice (%)

平均精米率
Average percent-
age of polished
rice (%)
1 5 4.48 72.09 4.51 72.57 72.33
8 5 4.44 71.45 4.54 73.06 72.25
20 5 4.51 72.57 4.50 72.41 72.49
21 5 4.50 72.41 4.52 72.74 72.57
33 5 4.56 73.38 4.50 72.41 72.90
40 5 4.52 72.74 4.52 72.74 72.74

984 作 物 学 报 第 36卷

表 4 采用邻二氮菲法测定 5个水稻品种和 59个水稻生物强化品系的精米铁浓度
Table 4 Iron concentration detected by orthophenanthroline for 5 rice varieties and 59 breeding lines derived from iron-biofortified
breeding program
精米铁浓度 Iron concentration in milled rice (mg kg−1) 编号
Code
品种(系)
Variety(line) 邻二氮菲法测定
Detected by orthophenanthroline
ICP-MS测定
Detected by ICP-MS
差值
Difference
1 佳辐占 Jiafuzhan 6.34 1.43 4.91
2 七桂占 Qiguizhan 6.53 1.25 5.28
3 桂 649 Gui 649 6.39 2.30 4.09
4 测 253 Ce 253 5.66 1.24 4.42
5 桂 99 Gui 99 4.25 0.84 3.41
平均 Average 5.83 1.41 4.42
6 t131 11.17 7.30 3.87
7 t148(1-6) 8.59 4.95 3.64
8 t206 10.61 7.21 3.40
9 t211(1-3) 12.23 7.22 5.01
10 t213 5.93 4.08 1.85
11 t226 6.39 3.64 2.75
12 t230(2-10) 8.55 5.80 2.75
13 t242 9.56 6.51 3.05
14 t266-2 7.89 5.15 2.74
15 t268(2-3) 6.76 3.88 2.88
16 t269(1-10) 8.92 5.25 3.67
17 t269(2-2) 10.85 7.09 3.76
18 t277(1-3) 9.17 5.07 4.10
19 t281(2-7) 10.15 7.15 3.00
20 t282(2-4) 7.53 5.33 2.20
21 t283(1-9) 8.80 5.75 3.05
22 t287(1-10) 8.83 5.75 3.08
23 t288-2 7.29 4.29 3.00
24 t288-7 8.13 5.35 2.78
25 t288-9 7.34 4.39 2.95
26 t288-10 6.15 4.23 1.92
27 t288-11 7.78 5.27 2.51
28 t289 8.42 5.63 2.79
29 t290 5.43 3.68 1.75
30 t291 10.59 6.47 4.12
31 t293-4 6.86 4.40 2.46
32 t293-5 10.75 6.76 3.99
33 t293-8 8.17 4.82 3.35
34 t296-2 9.90 5.55 4.35
35 t300-1 7.36 4.31 3.05
36 t301 11.03 5.81 5.22
37 t307-2 7.77 4.24 3.53
38 t314-2 8.23 5.31 2.92
39 t315-1 9.80 6.95 2.85
40 t315-3 9.12 6.69 2.43
41 t315-5 7.52 6.40 1.12
第 6期 贾 倩等: 水稻铁生物强化育种中稻米加工与铁浓度的快速测定方法 985


(续表 4)
精米铁浓度 Iron concentration in milled rice (mg kg−1) 编号
Code
品种(系)
Variety(line) 邻二氮菲法测定
Detected by orthophenanthroline
ICP-MS测定
Detected by ICP-MS
差值
Difference
42 t315-6 8.44 5.41 3.03
43 t315-8 5.29 3.65 1.64
44 t315-10 10.59 7.41 3.18
45 t315-12 5.58 3.71 1.87
46 t315-13 6.98 3.83 3.15
47 t315-15 7.59 5.11 2.48
48 t316-3 7.21 5.19 2.02
49 t317 8.41 5.23 3.18
50 t319-1 10.67 7.14 3.53
51 t319-2 6.16 4.61 1.55
52 t323-1 6.65 4.43 2.22
53 t325 10.80 7.74 3.06
54 t327-2 10.27 6.21 4.06
55 t327-3 7.23 4.49 2.74
56 t328-2 10.87 7.53 3.34
57 t330-2 8.69 6.19 2.5
58 t335-1 6.75 4.59 2.16
59 t338-1 8.20 5.28 2.92
60 t338-3 9.18 5.76 3.42
61 t340-2 7.49 4.83 2.66
62 t343-2 8.02 4.94 3.08
63 t344-1 8.62 5.43 3.19
64 t344-3 11.17 7.83 3.34
平均 Average 8.48 5.50 2.98

3 讨论
Gregorio 等 [7]研究表明 , 铁等微量元素的含量
以水稻种子外围最高, 而向胚乳中心逐渐减少。王
金英等[8]也证实皮层中各微量元素的含量均高于其
在精米中的含量。因此, 稻谷加工成精米后其铁元
素损失严重, 仅剩下 10%左右。因此, 在以大米为主
食的地区, 食用精米加剧了人们铁素营养缺乏症的
广度和深度。勿庸置疑, 通过生物强化手段培育铁
含量高的水稻新品种, 是解决缺铁性贫血等疾病的
根本途径。但如何做好样品加工过程中铁污染的有
效控制 , 建立一个适合大批量育种材料筛选的简
便、快速的测定方法, 目前对这一水稻铁生物强化
育种的基础性工作重视不够。
以往国内外对稻米铁浓度的遗传育种研究大多
采用糙米为检测对象。1992—1995年国际水稻研究
所(IRRI)对 939 份品种资源糙米的铁浓度检测结果
表明 , 平均为 12.1 mg kg−1, 变幅为 7.5~24.4 mg
kg−1(未发表数据)。李晨等[9]对 189份水稻种质糙米
铁浓度分析, 发现其中一个富铁水稻品种铁浓度高
达 52.65 mg kg−1。沈希宏等[10]利用超级杂交稻协优
9308 的 177 个重组自交系群体的糙米材料, 定位了
影响铁、镉、铜、铁、锰和锌的 QTL。虽然以糙米
为检测对象可以避免加工过程中铁元素大量损失 ,
测定结果相对比精米稳定, 可信度较高, 但糙米不
符合人们对大米的消费习惯, 与目前国际铁生物强
化项目的实施要求也不接轨。迄今为止, 对水稻精
米铁浓度的测定结果报道相对较少。曾亚文等[11]收
集了 2006年云南不同生态条件下种植 55个改良水稻
品种, 采用 ICP-AES 法检测精米和糙米中的铁浓度,
精米平均为 (11.81±2.50) mg kg−1, 糙米为 (17.28±
4.90) mg kg−1。张名位等[12]测定了 5份黑米样品的
精米铁浓度, 最高为 9.31 mg kg−1。蒋彬[13]对来自国
内不同地区的 239 个水稻品种在同一地方种植后的
986 作 物 学 报 第 36卷

精米样品进行检测, 铁浓度为 0.11~23.35 mg kg−1。
虽然稻米的铁锌等微量营养素含量与土壤中的铁锌
等含量及当地的气候条件有关, 即使同一个品种也
难以比较在不同环境中种植的稻米铁浓度的高低 ,
但综合以往国内精米铁浓度的测定结果, 与国际水
稻作物生物强化项目要求到 2013 年铁浓度达到 14
mg kg−1的目标相比, 可以推测国内多数单位的精米
铁浓度的测定结果有偏高的趋势。国内精米加工机
械通常由铁制成, 本研究结果表明, 在精米加工的
挤压过程中铁制加工机械对样品产生较明显的铁污
染(表 1), 这可能是造成国内精米铁浓度测定值偏高
的主要原因之一。
开展铁生物强化育种, 除对稻米加工过程中铁
污染的控制外 , 建立一种适合育种群体筛选的简
便、快捷的测定方法势在必行。目前国际上通常采
用 ICP-MS测定稻米铁浓度, 该方法成本高, 测定时
间长, 不适合育种群体的大规模筛选, 难以在育种
单位普及和推广。从育种的实际出发, 本实验完善
和发展了邻二氮菲分光光度计测定法, 该方法实验
操作简便、快速, 与同批材料的 ICP-MS测定结果相
比, 两者相关系数达到了 0.87 (表 4)。虽然采用邻二
氮菲分光光度计测定的结果偏高, 但该方法操作简
单、历时短, 成本低, 适合大量育种材料之间铁浓度
的比较, 对育种材料的铁浓度的初筛非常有用。据
初步测算, 采用本研究建立的振荡研磨方法, 一块
木制放样板可容纳 40个样品, 将两块放样板叠加在
一起加工, 50 min 可以完成 80 个样品的精米加工,
加工效率比普通小型精米加工机械要高出 1~2 倍,
而且可以避免加工机械对样品带来的铁污染。消化
过夜的样品溶液, 经邻二氮菲化学处理 20 min后即
可进行分光光度计测定 , 测定 40 个样品只需约 50
min, 相对 ICP-MS 繁琐的步骤, 测定效率至少提高
数倍, 而且成本低, 每个样品的测定费用仅需几毛
钱。当然, 对经铁浓度初筛和农艺性状选择后获得
的高世代重点材料, 还需采用 ICP-MS 测定其准确
的铁浓度。
不同水稻品种资源间的铁含量存在很大的遗传
差异 [7,13-17], 这为通过育种手段培育高铁新品种奠
定了基础。自 1995 年以来, 国际水稻研究所(IRRI)
开展了富铁、富锌稻米的遗传育种研究, 培育出糙
米铁浓度为 21 mg kg−1 的富铁水稻品种 IR68144-
3B-2-2-3, 其铁浓度比普通水稻 IR64高 80%以上[7]。
2001年在亚洲国际发展银行和国际食物政策研究所
(ADB-IFPRI)的支持下, 采用该品种通过 9个月的人
群干预研究发现, 干预人体内铁的贮存量增加 20%,
证明高铁大米对铁缺乏有潜在的改善作用[18]。通过
近 5年生物强化育种实践, 本实验室以国外引进的
高铁水稻种质作为供体, 导入到广西当地优良水稻
品种背景, 后代采用本文提供的样品加工和检测技
术, 目前育成品系的铁浓度比原始品种提高了近 3
倍(表 4), 在品种铁浓度的改良方面取得了一定成效。
鉴于微量元素浓度表现为受多基因控制的数量性
状 [13,18-20], 受环境因素影响大 [14,21-23], 存在明显的
环境互作效应 [14,24-26], 而且水稻籽粒本身的铁浓度
低, 铁浓度的准确测定难度较大, 纯粹采用常规育
种技术培育富铁水稻新品种有相当的难度。因此 ,
在常规育种基础上, 结合转基因技术, 或培育作图
群体, 定位和发掘种质资源中的重要的铁浓度 QTL,
借助标记辅助选择技术, 聚合不同来源的重要铁浓
度 QTL, 可能是未来水稻铁生物强化所要采取的主
要育种策略。
4 结论
铁制精米加工机械对水稻精米加工存在明显的
铁污染 , 利用振荡研磨加工方法可以消除这种污
染。尽管铁含量的测定邻二氮菲比色法要比 ICP-MS
高出 2.98 mg kg−1, 但两者高度相关。与 ICP-MS相
比, 邻二氮菲比色法具有简便、快速和低成本的特
点 , 适用于大批量育种群体精米铁浓度的初步筛
选。以铁浓度高的水稻种质为供体, 导入广西本地
高产品种背景, 已育成精米铁浓度比原品种提高了
3倍的一批新品系。
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