柬埔寨地区土壤营养状态缺乏对水稻谷粒中锌营养价值的影响

水稻是世界上一半以上人口最重要的主要粮食作物，世界上超过35亿人依靠大米摄入20%以上的日均热量。东南亚地区是全世界最大的水稻出口和消费地区，水稻耕作土壤中的锌(Zn)缺乏问题严重。柬埔寨作为典型的东南亚水稻出口和消费国，人群Zn缺乏问题突出。国家地质实验测试中心沈亚婷研究员在美国哥伦比亚大学访学期间与Benjamin Bostick教授团队开展了合作研究，针对典型地区柬埔寨水稻种植区土壤Zn缺乏和该地区的人群Zn缺乏导致的健康问题，基于哥伦比亚大学生物地球化学实验室和斯坦福大学同步辐射装置进行了为期一年多的科学实验，对不同程度土壤锌缺乏状态对水稻籽粒中锌分布、形态及其生物可获得特性等进行了探索研究，取得新进展并合作发表相关研究论文。

研究采用同步辐射微区针X射线荧光和扩展X射线吸收精细结构光谱技术开展了水稻籽粒中Zn的原位分布和Zn化学形态的分析技术研究，分析了柬埔寨地区不同的Zn缺乏土壤中收获的大米中Zn的含量及化学形态。结果显示，柬埔寨水稻种植区土壤中的Zn处于普遍缺乏状态，谷粒中Zn含量在15-30mg//kg之间，与土壤Zn有效性不存在显著相关性。大米中约72%-90%的Zn以植酸锌的形式存在，剩余Zn以易溶的烟酰胺复合物或Zn蛋白质/硫醇形式结合。这几种Zn化学形态对人体的生物可利用性有很大差异：Zn-烟酰胺和矿物质结合态等Zn化学形态在弱酸性条件下容易溶解，对人类来说是生物可利用的，相反，含量高的植酸锌生物利用性极低，人类几乎无法消化分解。因此，稻米中的大部分Zn不易被人类吸收利用。

研究还进一步探索了水稻籽粒中Zn的化学形态变化与水稻土壤中Zn缺乏程度之间的关系。研究发现，与土壤中低度Zn缺乏状态相比，在土壤高度缺Zn条件下，水稻谷粒中的植酸锌浓度增加了。这一发现揭示，东南亚地区水稻土壤普遍缺Zn状态将对柬埔寨自耕农地区为代表的东南亚国家人群缺Zn等健康状态造成影响。

研究提出，使用经济有效的途径改善东南亚地区土壤Zn缺乏问题，或许可以成为改善当地粮食减产，提升当地经济水平，增加稻米中Zn等矿物元素营养价值，改善以该地区稻米为主食的人群缺Zn等健康问题的一条重要的途径。

                                           图1柬埔寨稻田土壤中采集的米粒中的锌浓度

图2 Zn原位形态分析技术揭示的水稻中Zn-O四面体(a)、Zn-O八面体(b)和Zn-S四面体(c)在稻谷中的配位数(CN)与锌缺乏的关系

相关研究成果发表在Plant and Soil上，作者：Yating Shen， Elizabeth Wiita， Athena A. Nghiem， Jingyu Liu， Ezazul Haque， Rachel N. Austin， Chheng Y. Seng， Kongkea Phan， Yan Zheng & Benjamin C. Bostick，Zinc localization and speciation in rice grain under variable soil zinc deficiency. Plant and Soil, 2023， 491，605–626

原文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-023-06140-1