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澳客网彩票网手机版:碘在農業中的用途_碘的農業用途將受重視

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發表時間:2019-05-15 14:55作者:小賀來源:碘與糧食體系和健康會議期刊

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碘的農業用途將受重視

人類于1814年才從海藻灰分中成功分離出碘,并將其認定為一種獨立的化學元素。目前,雖然碘在人體生理學中的核心作用眾所周知,但世界上仍有大量的碘缺乏癥。研究發現,碘缺乏是以下綜合征的罪魁禍首或唯一罪魁禍首。包括: 1、胎兒在發育過程中有嚴重的腦損傷,導致兒童期和成年期智商嚴重受阻; 2、胎兒流程; 3、面部和器官畸形; 4、兒童發育不良,影響身體發育,尤其是身高發育; 5、甲狀腺腫綜合征,甲狀腺肥大; 6、肥胖;7、高膽固醇血癥; 8、甲狀腺癌。

碘樣品.jpg

碘鹽:最常用的碘補充方法

多年來,為了以最經濟的投資和最低的風險來解決碘缺乏的問題,已經嘗試了各種方法,并且目前接受的解決方案是吃碘鹽(作為碘化鉀或碘酸鉀添加, 20-35ppm碘)。全世界數以百計的研究發現,食用碘鹽后,甲狀腺腫的發病率下降了82%。發育不良的發生率降低了87%,智商嚴重低(智商低于70)的癡呆發病率降低了73%。自推廣碘鹽以來,世界上缺碘國家的數量已從1993年的113個減少到2017年的19個。這一數據充分證明了有效使用碘鹽對預防人體碘缺乏的顯著影響。烏克蘭?芬蘭和俄羅斯是仍有嚴重缺碘問題的幾個國家,其次是意大利、馬里、蘇丹、安哥拉、莫桑比克和馬達加斯加等國。

已經證實,滿足嬰兒碘需求的最佳方法是允許哺乳期婦女食用加碘鹽,因為嬰兒的吸收能力遠低于哺乳期婦女的吸收能力。世衛組織建議,12歲以上的婦女每天應攝入150毫克碘,而孕婦和哺乳期婦女每天需要攝入220-250毫克碘和250-290毫克碘。然而,雖然碘鹽具有許多優點,加碘鹽面臨嚴重的操作問題,已發現在許多發達國家,使用家用碘鹽并不能完全滿足對碘補充的需求。一些加工產品,如食品調味料和醬汁,深加工肉類和烘焙產品也需要碘鹽。但是,這會侵犯消費者的個人選擇,有些國家不能依法實施這種做法。此外,加碘鹽有時會導致洪都拉斯碘攝入過量。哥斯達黎加,哥倫比亞,所羅門,烏干達和貝寧過量食用加碘鹽導致甲狀腺功能亢進的病例很多,因此定期監測對于預防碘缺乏和碘攝入至關重要。

事實上,上述只是當碘鹽被用作解決碘缺乏問題的主要方法時出現的問題的一小部分。 A. Timmer博士(全球營養改善聯盟)指出,技術水平、社會經濟條件、基礎設施和消費者接受度不足是推廣碘鹽的主要障礙。

一些技術問題源于該產品的產品特性。鹽的加工工藝簡單,從業人員喜憂參半。一些供應商可能會使用一些劣質成分來降低成本并減少碘酸鉀的使用,有時使用量甚至很低,而且一些小型加工廠經常面臨供應和分銷問題。

盡管鹽的價格很低,但一些低收入人群仍可能減少鹽的消費,盡管這些人最容易出現碘缺乏癥。政府的監督和執法力度不夠,這可能會導致惡性循環:因為碘缺乏導致后代的智商降低,當他們長大后,他們找不到收入較高的工作,因此他們無法擺脫貧困和枷鎖。缺乏對微量元素重要性的認識不僅在低收入和中等收入國家,而且在一些高收入國家也很常見。

在碘缺乏最嚴重的國家,消費者對碘鹽的接受仍然是克服這一困境的主要瓶頸。不愿吃碘鹽會導致消費者需求不足,加入碘添加量極少。此外,減少鹽攝入量已成為全球流行的飲食習慣,這也限制了人們攝入足夠的碘鹽,而這反過來又無法有效地治療碘缺乏癥。

全球碘市?。焊叨燃?,產品多樣

全球的總產碘量接近33,000公噸。目前,主要的和含碘化合物生產商包括智利的SQM公司(57%)日本王瀧川Godo Shigen公司(37%)以及俄羅斯、美國、中國和印尼的一些公司(共計6%)

SQM公司是采用瀝濾工藝,從礦石中提取純碘元素。這些礦石均采自位于智利北部阿塔卡馬沙漠的“Caliche”鹽礦,這里蘊藏著高濃度的碘礦。SQM聯合Ajay公司,后者從事應用產品例如碘化鉀(KI)和碘酸鉀(KIO3)等的生產業務。Ajay-SQM集團還開發了多種先進的再生工藝,以將用過的碘產品再生成新產品,進而避免碘造成的環境污染,并減少原始碘的生產成本。日本在加工碘時,使用了天然氣鹽水作為原料。

印度的Calibre公司也在生產KI和KIO3,但除此之外,該公司還生產碘酸鈣產品(Ca(IO3)2),這種產品非常適合用作養殖業的飼料加碘原料,例如可用于反芻類家畜(牛、羊、山羊)以及雞和豬等。

在全球所生產的碘中,僅有3%直接用于人類食用,另外還有8%用于動物飼料。

如下圖所示,MRI、X射線和CT成像對比介質是碘產品的最大用途,其次是有機合成化合物以及用于生產液晶顯示器(LCD)和LED行業中需求量日益增長的偏光膜。碘還被廣泛用于生物消毒(例如用于傷口消毒)和農業領域(例如奶牛擠奶前使用的消毒劑,以及殺蟲劑和除草劑等)。碘還用于抗轉移性黑色素瘤臨床應用以及用作鹵素粘合劑等。

碘的各種用途


解決方法應來自于農田,而非藥房

現在,我們再重新回到如何解決全球面臨的IDD這一嚴峻問題上來。Cakmak教授(伊斯坦布爾薩班吉大學,2005年IFA作物營養大獎的獲獎者)指出,這一問題的根源在于大多數農田和灌溉水域的含碘量都極低。這導致人類的主食,也就是占人類卡路里攝入量75%的谷物,其含碘量僅約為10μg/千克,如此之低的含碘量遠遠無法滿足人類的日常需求量(150-300μg/天),而在谷物攝入量更高的發展中國家更是如此。

還有一個重要因素導致這種情形進一步惡化,那就是幾乎所有的作物基因改良項目都主要是以增加碳水化合物、蛋白質和脂肪酸為目標,而很少考慮到膳食成分。所以,育種工作在成功提高作物產量的同時,通常無法實現微量元素等其他成分的同步提高;因此這種基因改良的最終結果一般會導致碘等微量元素被稀釋。

一種解決方案:對作物進行生物富集

提升谷物含碘量是當今營養領域的一個重要研究課題,也是全球面臨的一項人道主義挑戰。顯然,我們的研究重點首先應放到基礎行業,也就是農業上,因為農業是人類膳食系統中所有營養素的主要來源。所以,研究基金現在應向農業轉移,因為農業在抗擊營養不良方面蘊藏著更大潛力。同時,從長遠來看,我們應對加碘鹽或藥物進行合理地管理,這些手段應主要用于嚴重缺碘。

通過對農作物進行生物強化讓作物含有充足的營養成分,能夠更經濟、更高效地改善全球日益增長的人口的膳食狀況。Cakmak教授講到,通過國家強制使用富微量元素的復合肥對作物進行生物強化,已有一些成功案例,其中土耳其就推出了強制加鋅計劃,而芬蘭則推出了加硒計劃。結果表明,在作物生物強化后不久,人體器官中這些元素的含量顯著增加。這些成功案例引發了新的生物增強浪潮,資金來自國際作物營養增強項目(HarvestPlus)國際,墨西哥?巴西?土耳其?哈薩克斯坦?巴基斯坦?印度?中國?老撾?泰國?贊比亞?津巴布韋?莫桑比克南非還推出了復合肥加鋅和碘的作物生物強化項目。該項目目前的結果表明,小麥籽粒的鋅含量平均增加了26-50ppm。比爾和梅林達蓋茨基金會是國際作物營養強化計劃的主要資助者,該計劃得到化肥行業許多利益相關者的支持。該項目建議通過施用微量元素肥料和培育含有較高微量元素的谷物新品種來增加重要作物中的微量元素含量。 Cakmak教授介紹了他的測試結果。他在土耳其?印度?泰國?巴西和巴基斯坦進行了研究。在該研究中,他使用根和葉施用方法將碘化肥施用于小麥?水稻和在田間生長的玉米。向所用的碘肥中加入KI(碘化鉀)和KIO3(碘酸鉀)。當施用葉子時,在灌漿的抽穗期和早期階段施用碘化肥料一次。試驗結果清楚地表明,該作物可以通過韌皮部運輸碘,通過合理的輔助措施可以提高碘肥的施用效果。

在巴基斯坦(小麥)和巴西(糙米)試驗中,研究人員發現,當施用最高濃度的KIO3(噴霧濃度為0.13%)時,谷物中的碘含量達到最高值280和350 ppm,分別。玉米僅達到180ppm的最高濃度。噴霧濃度越高,谷物的碘含量越高。

噴施碘肥對這些作物的產量沒有不利影響。就籽粒各部位中碘的相對分布而言,胚乳?麩和胚的分配比分別為40%? 55%和5%。該分布數據再次強調了盡可能避免谷物加工的需要,以便最大化面粉的碘含量。顯然,這項研究的結果非常有價值,可以提醒人們不要過度加工小麥,以盡量減少谷物加工過程中的碘損失。值得一提的是,Ye Shi(Comandini等,2013)或根施用方法(Weng等,2014)所含的各種自制蔬菜中含有的碘顯示出強碘。穩定性更高。然而,通過添加碘補充碘鹽,在烹飪未經生物強化的蔬菜時會發生大量的碘損失。

大豆施用碘酸鉀后效果喜人

會議中,有一篇海報論文談到了與Cakmak教授類似的試驗結果,該論文概述了SQM公司在比薩圣安娜大學植物試驗室的溫室中所開展的一系列試驗。試驗中,研究人員按照0.21%(10mM)的加碘濃度,以葉施方式向大豆噴施了硝酸鉀肥。噴施時間選擇為V5階段(大豆主干上第五個節點的葉子完全發育時)或R2-R3階段(主干最頂部兩個節點中的一個開始開花至所說花朵開始萌出第1個豆莢時)。結果出乎意料:葉施加碘肥后,葉片的葉綠素含量出現明顯升高,但未見其他形態學或生物化學變化。這種處理方法取得了極其積極的結果:在V5階段施用加碘肥后,葉片新鮮物質部(FM)中的碘濃度提升至2,250ppm,大大高于未經處理的對照組(700ppm)。同樣,在R2- R3階段施用加碘肥后,新鮮物質部的碘濃度也達到了1,050ppm,遠遠高于對照組(500ppm)

不僅如此,作物種子部位的碘濃度也出現顯著升高。對于在V5階段經過加碘處理的作物,其種子部的含碘量達到125ppm,與之相比對照組僅為70ppm;而在R2-R3進行過處理的作物,該濃度達到120ppm,與之對比對照組僅為80ppm。因此,我們可以得出這樣的結論:作物能夠有效吸收葉面噴施的碘,并能將其運移到其他葉面和在種子中積聚。與生殖早期相比,在生長階段噴施更加有效。這對于膳食中需要額外補碘且主食為大豆的人群以及家畜(養殖戶)來說,無疑是個好消息。

葉面噴施生菜:KI的效果比KIO3更好

來自德國的Daum教授介紹了另一組試驗。試驗中,研究人員重點研究了大田種植的奶油生菜葉面噴施碘后的反應情況。研究人員在生菜收獲前的不同生長階段,以最高0.25kg/ha的濃度噴施了KI和KIO3溶液,并對比了這兩種溶液的差別。結果表明,這兩種溶液對農作物的產量和外觀品質沒有顯著影響。但大多數情況下,KI的效率好像更高(見圖3),這可能是由于KI的溶點比KIO3更高,陰離子更小。當每天在11:00至15:00之間的不同時段多次噴施KI時能夠更有效地增加作物的碘含量。作物在不同時間所表現出的碘吸收能力差異,可能反映了噴施時大氣環境的變化。在鄰近收獲前噴施碘可以提高蔬菜中的碘含量,這可能還有助于提高作物的新鮮物質量和葉片面積。將KI和KIO3在水罐中與市面上的鈣肥混合后噴施,這不僅不會降低奶油生菜中的碘積聚量,在有些情況下甚至可以顯著提升碘積聚量。這些結果表明,葉面噴施KI和KIO3能夠有效地以生物手段增強此類作物的含碘量,這種方法可在常規商業種植中輕松實施。

圖3:碘化合物和葉施時間對奶油生菜碘吸收能力的影響

這些研究人員還開展了一些其他研究,并發現與甘藍相比,生菜葉面噴施碘后的效果更加明顯。結果表明,當以7.5kg/ha的濃度葉面噴施KIO3時,生菜和甘藍的含碘量可達到每100克新鮮物質含碘50-100毫克的理想效果,而且不會明顯影響到蔬菜產量以及市場銷售品質。與之相比,當按照相同的用量噴施KI時,所得到的含碘增強效果要低得多,而且KI還會明顯阻礙作物生長,見圖4所示。這些結果表明,在作物的可食用部位廣泛噴施碘對于提高葉施效果至關重要,而且僅需極低的碘施用量(0.5kg/ha),就可達到目標含碘量。

圖4:按不同濃度葉面噴施碘后,(A)甘藍和(B)奶油生菜的碘積聚量。

因此,葉面噴施方法對于奶油生菜來說,是最有效的碘生物強化方法。同時我們可以想象,其他葉類蔬菜應該也會表現出類似的響應。由于所需碘量較少而且應用簡便、葉面噴施成為碘生物強化的首選手段。

當以7.5kg/ha的含碘量施用于砂壤土時,對于這兩種肥料(I和IO3-)而言,農作物都只能在第一個生長周期內吸收這些肥料,此后的生長周期幾乎無法吸收。Alex Stewart(參與本次會議的一位地球化學專家)博士講到,施用到土壤中的碘會被土壤中的有機質吸收,進而失去活性。

無土栽培也在推行碘生物強化

有些奶油生菜品種對加碘生物強化的響應比冰山品種和皺葉品種(L. sativa var crispa)更加明顯。來自波蘭克拉科夫大學的Sylwester Smolen博士使用營養膜的方法,在溫室無土栽培生菜的營養液中添加了KIO3。試驗中,研究人員采用了含碘量(KIO3)為5mg/dm^3的標準營養溶液來種植生菜,同時還添加了一些水楊酸。

結果表明,Cud Voorburgu品種生菜葉子中的碘積聚量最高,優于“Zimujaca”、“Maugli”、“Krolowa lata”、“Lollo rossa”和“Redlin”等其他品種。在無土栽培的營養液中添加水楊酸可增強碘吸收效果,進而可以降低碘的施用濃度和成本。

是時候重視農業用碘了

在比薩舉行的首屆“碘與糧食體系和健康”期間,專家學者得出了很多有意思的結論。食鹽加碘戰略雖然已造福全球數億人,但這種戰略在技術、法規和商業上都有諸多局限性。不僅如此,該戰略還面臨著一個最大挑戰,那就是很多消費者不愿意在膳食中使用加碘鹽。這導致全球仍有上百萬人口正在遭受缺碘以及缺碘所致病患的威脅。綜合考慮以上原因,現在我們亟需以農藝方法為重點,通過合理地培育碘吸收效率更高的作物品種和運用有機的作物施肥方法,為全球人口帶來含碘量更高的食物,進而以經濟、安全而又可持續的方法,解決缺碘問題,緩解碘缺乏病的發生率和嚴重程度。如果我們能夠進一步拓展土耳其復合肥加鋅計劃和芬蘭復合肥加硒計劃的成功,將碘也列入到此類計劃之中,那么,碘將會在農業中得到更加廣泛的應用,并將為數千萬人帶來福音。

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