小麥葉面噴施微肥對籽粒中礦物元素的影響分析

李文宗 李有芳 李衛(wèi)華 王磊

（1. 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，石河子 832003；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，北京 100081）

Fe、Zn、Se三種微量元素在人體與動植物的生長發(fā)育過程中起著重要的作用，與人體健康密不可分。Fe對于所有生物體幾乎都是至關(guān)重要的，在成人體內(nèi)含4-5 g，參與體內(nèi)各種代謝過程，包括運輸氧氣、合成激素、促進身體發(fā)育、增強免疫力、合成DNA和電子運輸?shù)龋?-3］。據(jù)報道，全世界1/4以上的人口患有貧血，其中大約一半是缺鐵性貧血，缺Fe性貧血現(xiàn)已成為全球性健康問題，往往會導(dǎo)致患者生活質(zhì)量惡化［4，5］。缺鐵性貧血在學(xué)齡前兒童和女性中發(fā)生率最高。在女性中，補Fe可改善身體機能和認知能力，提高工作效率和幸福感，在懷孕期間補充Fe可改善孕婦、新生兒和嬰兒的健康狀態(tài)［6，7］。在兒童中，鐵可以改善認知能力、精神運動能力和身體發(fā)育狀況［8］。

1963年，Dura等［9］報道了Zn在各種動物中存在的必要性，缺乏Zn可能導(dǎo)致嚴重的臨床問題（發(fā)育遲緩、細胞介導(dǎo)的免疫功能障礙和認知障礙［10］）。目前，約300種酶和約1 000種轉(zhuǎn)錄因子的活性需要Zn的參與，Zn是免疫細胞的第二信使，并且在這些細胞中的游離Zn能夠參與信號傳導(dǎo)途徑，不僅調(diào)節(jié)細胞介導(dǎo)的免疫力，而且還是抗氧化劑和抗炎劑［11-12］。Zn已被成功用于治療兒童急性腹瀉、威爾遜病、普通感冒和預(yù)防與年齡相關(guān)的干燥型黃斑變性患者的失明［13］。盡管在過去的幾十年中，人類在Zn代謝的臨床和基礎(chǔ)科學(xué)方面取得了巨大進展，然而目前全球還有將近20億人可能缺Zn，在吸收不良綜合征、肝臟疾病、慢性腎病、鐮狀細胞病和其他慢性疾病的患者中都觀察到Zn的缺乏［14］。

Se在人體內(nèi)有非常重要的作用，是人體必需的微量營養(yǎng)元素之一，成人體內(nèi)Se總量為3-20 mg。Se作為第21位氨基酸硒代半胱氨酸的組成部分，硒蛋白具有廣泛的多效性，迄今為止，在人類蛋白質(zhì)組中已鑒定了25種Se蛋白［15］。有機態(tài)Se具有提高免疫力和增強認知的能力，抗氧化、調(diào)節(jié)甲狀腺激素代謝、治療癌癥、抗艾滋病和維持正常生育的功能［16-17］。人體的多種疾病都和缺Se有關(guān)，比如能量缺乏性營養(yǎng)不良、血溶性貧血、克山病、大骨節(jié)病、高血壓、缺血性心臟病、肝硬化、胰腺炎、纖維瘤、癌癥、肌瘤、不妊癥、糖尿病、白內(nèi)障等疾病［18-20］。目前，我國有一半以上地區(qū)的土壤處于缺Se或低Se狀態(tài)，全球約10億人處于Se缺乏狀態(tài)，可見缺Se已成為一個世界性的問題［21］。植物性食品尤其是農(nóng)作物植物中的Se是人體獲取有效安全Se的重要來源，農(nóng)作物植物可把土壤環(huán)境中無機態(tài)Se吸收轉(zhuǎn)化為有生物活性的有機態(tài)Se，利于人體吸收且安全無副作用，在農(nóng)業(yè)上使用Se肥對農(nóng)作物進行Se的生物強化是解決人類體內(nèi)Se缺乏問題的主要有效措施［22］。

Fe、Zn、Se 3種微量元素在人體健康中具有極其重要的作用，通過葉面噴施在農(nóng)作物中強化Fe、Zn、Se 3種重要的微量元素是一種安全且高效的微量元素補充措施［23］。已有相關(guān)的小麥葉面噴施微肥研究主要集中在葉面噴施Fe、Zn、Se肥對噴施作物產(chǎn)量及籽粒中Fe、Zn、Se元素的影響變化，但并未研究葉面噴施Fe、Zn、Se肥對籽粒中其他礦物元素的影響變化且葉面噴施處理單一［24-28］。因此，本研究采用不同濃度的硫酸亞鐵、硫酸鋅和亞硒酸鈉及其不同組合對小麥品種北京0045（BJ0045）進行葉面噴施處理，并對樣品籽粒中的礦物元素含量進行分析處理，旨在提高小麥籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量及分析葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其不同組合對小麥籽粒中Fe、Zn、Se以及Ca、Mg、Cu、Mn、P礦物元素含量的影響，為小麥籽粒Fe、Zn、Se的生物強化提供新的策略和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

葉面噴施小麥品種為北京0045（BJ0045），種植于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所試驗基地（河北廊坊），田間管理按常規(guī)方法進行，本試驗土壤中Fe、Zn、Se元素的含量分別為26.2 mg/kg、58.4 μg/kg和 1.2 μg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗按照隨機區(qū)組法設(shè)計，3次重復(fù)且將不同噴施處理小區(qū)有效分離，小區(qū)面積為7.5 m×4 m=30 m2，共30個小區(qū)。每個處理在相應(yīng)小區(qū)的拔節(jié)中期（2017年4月15日）和抽穗前期（2017年4月25日）各噴施1次，共噴施2次。噴施時間為下午5：00-6：00，葉面噴施均勻且噴施前后兩天天氣晴朗無降雨。

葉面噴施試驗設(shè)計T1（葉面噴施0.2%FeSO4·7H2O）、T2（葉面噴施 0.5% FeSO4·7H2O）、T3（葉面噴施 0.2% ZnSO4·7H2O）、T4（葉面噴施 0.5%ZnSO4·7H2O）、T5（葉面噴施 0.01%Na2SeO3）、T6（ 葉 面 噴 施 0.2% FeSO4·7H2O+0.2% ZnSO4·7H2O混合肥）、T7（葉面噴施0.2% FeSO4·7H2O+0.02%Na2SeO3）、T8（葉面噴施 0.2% ZnSO4·7H2O+0.02%Na2SeO3）、T9（葉面噴施 0.2% FeSO4·7H2O+0.2%ZnSO4·7H2O+0.02% Na2SeO3）和 CK（葉面噴施清水）。

1.2.2 樣品采集與處理 2016年10月10日播種，2017年6月26日成熟收獲。在各個小區(qū)隨機取3片長勢一致的2 m2區(qū)域的小麥，曬干脫粒后用去離子水清洗2次，將清洗后的籽粒樣品置于60℃烘干箱，烘干至恒重后用樣品研磨儀（上海凈信實業(yè)發(fā)展有限公司）研磨成粉末過篩，進行元素測定。

1.2.3 測定項目與方法 使用CEM微波消解儀（青島邁可威微波創(chuàng)新科技有限公司）、聚四氟乙烯消解罐（上海新諾儀器設(shè)備有限公司）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，賽默飛SeriesⅫ）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（安捷倫ICP-OES 5100），測定籽粒樣品中 Fe、Zn、Se、Ca、Cu、Mg、Mn、P元素的含量。

配制不同濃度的Cu、Mg、Mn、Fe、Zn、Ca、P、Mg元素混合標準溶液（0.1、0.5、1.0、2.0、10.0和40 mg/L），配制不同濃度的Se元素標準溶液（0.1、1.0、5.0、10.0、50.0和100.0 μg/L），建立標準工作曲線。

稱取各樣品粉末0.250 g于消解管中，加3 mL硝酸，浸泡過夜，加入2 mL雙氧水，蓋上蓋，再放入微波消解儀內(nèi)，設(shè)置微波系統(tǒng)消解程序（步驟1：設(shè)置溫度120℃，升溫時間5 min，保持時間2min；步驟2：設(shè)置溫度160℃，升溫時間5 min，保持時間5 min；步驟3：設(shè)置溫度180℃，升溫時間5 min，保持時間5 min；步驟4：設(shè)置溫度190℃，升溫時間5 min，保持時間35 min）開始消解。消解完全結(jié)束后，取出消解管，放置于趕酸儀上，以140℃加熱趕酸至溶液剩余1 mL，取下冷卻至室溫，用水轉(zhuǎn)移入25 mL容量瓶中，定容，混勻備用，測定各元素含量。

2 結(jié)果

2.1 小麥葉面噴施Fe、Zn、Se及其組合對籽粒中Fe、Zn、Se元素含量的影響

2.1.1 葉面噴施不同處理對籽粒中Fe元素含量的影響 由圖1可見，各處理籽粒中的Fe元素含量相對于CK均顯著升高，T1-T9樣品籽粒中Fe元素含量相對于CK分別升高164.9%、172.7%、198.7%、184.4%、154.0%、155.4%、173.1%、146.1% 和189.6%。表明葉面單獨噴施Fe、Zn、Se 3種微肥及其組合都能顯著的提高籽粒中Fe元素的含量。

圖1 不同微肥處理條件下BJ0045籽粒中Fe元素的含量

2.1.2 葉面噴施不同處理的微肥對籽粒中Zn元素含量的影響 由圖2可見，T1和T5籽粒中的Zn元素含量相對于CK均有所降低，分別降低4.7%和7.4%；T2、T3、T4、T6、T7、T8、T9樣品籽粒中的Zn元素含量相對于CK都有所升高，分別升高12.8%、2.1%、26.7%、8.4%、8.7%、9.8%和6.8%。說明葉面噴施礦物肥對籽粒中Zn的含量影響不明顯，僅僅提高12.8%（0.5% ZnSO4），表明僅采用葉面噴施還不能夠大幅度的提高籽粒中Zn的含量。

圖2 不同微肥處理條件下BJ0045籽粒中Zn元素的含量

2.1.3 葉面噴施不同處理的微肥對籽粒中Se元素含量的影響 由圖3可見，各處理籽粒中Se元素的含量相對于CK都有顯著升高，T1-T9樣品籽粒中Se元素含量相對于CK分別升高39.4%、124.2%、33.3%、33.3%、1633.3%、45.5%、627.3%、663.6%和1172.7%，說明葉面單獨噴施Fe、Zn、Se 3種微肥及其組合都能顯著的提高籽粒中Se元素的含量。Fe、Zn肥均有利于小麥籽粒中Se的吸收與積累。葉面噴施Se肥后，小麥籽粒中Se元素的含量大大提高，最大升高16.3倍，表明小麥對葉面噴Se很敏感且有很強的吸收能力。

圖3 不同微肥處理下BJ0045籽粒中Se元素的含量

2.2 小麥葉面噴施Fe、Zn、Se肥對籽粒中其他礦物元素含量的影響

為了分析葉面噴施Fe、Zn、Se肥對籽粒中其他礦物元素是否存在影響，對不同處理后小麥BJ0045籽粒樣品中Ca、Cu、Mn、Mg、P元素的含量進行測定。

經(jīng)微肥噴施處理后的樣品籽粒中Ca元素的含量相對于對照（CK）有所不同（圖4-A），T1、T2、T3、T4、T6、T7、T8和T9樣品籽粒中Ca元素的含量相對于CK都有所升高，T5樣品降低，說明葉面噴施Fe、Zn、Se，除了單獨噴Se對籽粒中Ca含量有所抑制，其他處理對籽粒中Ca含量的吸收轉(zhuǎn)運都有促進作用。

經(jīng)微肥噴施處理后的樣品籽粒中Cu元素的含量相對于對照（CK）都顯著升高（圖4-B），說明葉面噴施Fe、Zn、Se及其組合能夠促進小麥籽粒中Cu元素的吸收與積累，對小麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的提升有一定的促進作用。

經(jīng)微肥噴施處理后的樣品籽粒中Mg元素的含量相對于對照（CK）有不同的變化（圖4-C），T1和T9樣品籽粒中Mg元素的含量相對于CK有所降低，T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8樣品籽粒中Mg元素的含量相對于CK普遍升高，說明葉面噴施Fe、Zn、Se對籽粒中Mg元素含量影響不顯著。

經(jīng)微肥噴施處理后的樣品籽粒中Mn和P元素的含量相對于對照（CK）都顯著性降低（圖4-D和圖4-E），說明葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其組合對小麥籽粒中Mn和P元素的吸收與積累有所抑制。

圖4 不同微肥處理對BJ0045籽粒中微量元素含量的影響

3 討論

目前，已有小麥葉面噴施Fe、Zn、Se肥對籽粒中礦物元素影響的研究報道，但結(jié)果不完全相同。張曉等［24］研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施Fe、Zn、Se 3種微肥均能明顯提高籽粒中相應(yīng)微量元素的含量。張紀元等［25］研究發(fā)現(xiàn)噴施Fe、Zn、Se 3種微肥顯著提高了小麥籽粒中Zn和Se含量但對籽粒中Fe含量無顯著影響。劉敦一等［26］研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施鋅肥能顯著提高小麥籽粒鋅含量，最大升高66.3%。孟麗梅等［27］研究發(fā)現(xiàn)通過葉面噴施Fe、Zn、Se后小麥籽粒中這3種微量元素的含量均有較顯著提高，對籽粒Se含量提高最為明顯。本研究結(jié)果顯示，通過小麥葉面噴施Fe、Zn、Se肥均能顯著提高籽粒中Fe、Zn、Se含量且相對于CK最高分別增加了198.7%、26.7%和1633.3%，其中對籽粒中Fe、Se元素的強化效果最為明顯。推測可能是由于不同的小麥品種對礦物元素的吸收效率不同所致，同時土壤中的礦物元素含量的不同也可能會影響葉片噴施的效果。

已有研究結(jié)果顯示小麥籽粒中Fe、Zn、Se 3種元素的吸收是相互影響的，但相關(guān)機制還不清楚。魯璐等［28］研究發(fā)現(xiàn)小麥籽粒中Zn、Fe 2種元素互相促進吸收，Zn、Fe與Se則相互拮抗。王麗等［29］研究結(jié)果顯示，籽粒中Fe對Zn單向拮抗，Zn與Se，F(xiàn)e與Se相互促進。本研究結(jié)果顯示，葉面噴施不同處理后小麥籽粒中Fe、Zn、Se 3種元素的吸收也是相互影響的，F(xiàn)e與Se相互促進吸收，Zn能夠促進Se與Fe的吸收，Se對Zn有抑制作用。

目前小麥葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其不同組合對籽粒中Ca、Cu、Mg、Mn、P元素含量影響的研究少有報道。楊習(xí)文等［30］研究結(jié)果顯示，小麥拔節(jié)期和揚花期噴Zn對小麥籽粒Cu含量無明顯影響，但灌漿前期和灌漿后期噴Zn會降低其Cu含量，而籽粒Mn含量對噴Zn則無明顯反應(yīng)。劉慶等［31］研究結(jié)果顯示葉面噴Se促進了小麥籽粒P、Fe、Mn、Zn等4種元素的積累，降低了Na在籽粒中的累積，對K、Mg、Cu元素的含量影響不顯著。孫發(fā)宇等［32］研究結(jié)果顯示，葉面噴施高濃度Se處理降低了小麥籽粒中Ca、Mg、Cu、Fe、Mn和S的含量，但提高了Zn的含量。本研究結(jié)果顯示，葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其組合能促進小麥籽粒中Cu元素的吸收與積累，對小麥籽粒中Ca和Mg的影響不大，對Mn和P元素的吸收與積累略有抑制。

4 結(jié)論

葉面噴施Fe、Zn、Se及其組合能顯著增加小麥品種BJ0045籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量。Fe/Zn/Se混合肥的使用能顯著提高小麥籽粒中 Fe、Zn、Se元素的含量。葉面噴施Fe、Zn、Se元素后對小麥籽粒中Ca、Cu、Mg、Mn、P礦物元素有不同的影響。

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