不同品種粳稻的鋅強化方法研究

范小琴，董思奇，邵宇輝，焉 莉，馮國忠，王 寅，高 強

（吉林農業大學資源與環境學院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續利用重點實驗室，吉林 長春 130118）

鋅是人體不可缺少的營養元素，對蛋白質代謝、胰島素生成和免疫功能有重要作用。缺鋅嚴重會影響人的智力、食欲和生殖機能等［1-2］，必須在膳食中加以補充［3］，提高主要糧食作物稻米中的鋅含量與生物有效性是較為經濟有效且易于推行的辦法。水稻作為人類的主要食物，是人體鋅的重要來源［4-5］，提高稻米的鋅含量對強化人體健康具有重要意義。國際上已經把提高微量元素含量作為作物育種的主要目標之一，并在水稻上已做了相關研究［2，6］。目前農藝生物強化法是一種應用比較普遍的提升谷物鋅含量的方法，效果顯著且實用［7］。其中，土壤施鋅和葉面噴施比較常用。土壤施鋅不僅能顯著提高水稻各部位的鋅含量和稻米鋅累積量［8］，還可以增加水稻產量；與土施鋅肥相比，葉面噴施在產量提升上無顯著效果，但能使鋅素滲透到胚乳和胚中，更有效地提高鋅素到稻谷中的運輸效率，從而有效改善谷物中的鋅含量［9-10］。另外有研究表明，不同水稻基因型在吸收利用鋅素方面存在極大差異，不僅表現在不同品種對鋅肥施用的反應有影響，而且在植株體內鋅素的分配與利用也有明顯差異［11］。本研究選取吉林省9個優質粳稻品種進行不同鋅肥施用方式試驗，篩選鋅高效利用水稻品種并確定最佳施鋅方式，旨在提高吉林省粳稻的鋅含量，實現人體鋅強化的目標。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年5～10月在吉林省吉林市永吉縣岔路河鎮隆源恒成號合作社水稻種植基地（43.73°N，125.94°E）進行，該區域屬溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫4.9℃，有效積溫2 794℃，全年日照時數2 500～2 800 h，年均降水量650～750 mm。供試土壤類型為草甸黑土，其基本理化性狀如下：pH值5.54，堿解氮（N）105.7 mg·kg-1，有效磷（P）23.7 mg·kg-1，速效鉀（K）274.8 mg·kg-1，有機質 29.9 g·kg-1，有效鋅（HCl-Zn）0.83 mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試水稻為吉洋1號、吉農大899、吉農大809、平粳8號、吉粳515、吉粳302、吉宏6號、長粳717和稻花香2號，均為當地常用水稻品種；供試肥料為15-15-15的復合肥、尿素（46% N）、氯化鉀（60% K2O）、七水硫酸鋅（23% Zn）。

1.3 試驗設計

每個品種設不施鋅肥對照（Zn 0 kg·hm-2，FP）、土壤施鋅（Zn 30 kg·hm-2，S）、土壤施鋅（Zn 30 kg·hm-2）+孕穗期噴施0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SB）、土壤施鋅（Zn 30 kg·hm-2）+揚花期噴施 0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SF）、土壤施鋅（Zn 30 kg·hm-2）+孕穗期和揚花期各噴施0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SBF）， 共5個處理，各處理3次重復，小區面積為35 m2，密度為18萬穴·hm-2。所有處理的N、P2O5、K2O 施用量分別為165、75、100 kg·hm-2，采用當地習慣進行水分及病蟲害管理。鋅肥噴施處理分別在水稻的孕穗期（7月14日）和開花期（8月6日）進行，每次噴施量為800 L·hm-2，噴施時間為晴朗無風的傍晚，噴施時使所有葉片全部濕潤但不形成水滴流走，不進行葉面噴施鋅肥的處理（FP和S）均噴施等量的蒸餾水。同年9月28日收獲。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤樣品采集及養分測定

在施肥前（4月7日）和收獲后（10月20日）采集試驗田0～20 cm的表層土壤樣品，用以分析土壤pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、鋅的有效濃度（HCl浸提，原子吸收分光光度法測定）。

1.4.2 植株樣品采集及養分測定

水稻成熟后，在每個小區采集具有代表性的3穴，將植株的地上部分為秸稈、穎殼和稻米3部分。樣品洗凈后于105℃殺青30 min，75℃烘至恒重后，谷粒用糙米機（JLG-45）出糙，不銹鋼樣品粉碎機（DFT-50）粉碎樣品。植株不同部位的全鋅含量采用HNO3-HClO4（4∶1）混合酸消解，原子吸收分光光度計（TAS-990，普析，中國）法測定［12］。標準樣品來自中國天津傲然精細化工研究所（GB/T 602-2002）。

1.4.3 水稻產量及構成因素測定

在測產區域選取具有代表性的3 m2收割，并對水稻進行脫粒，測定其重量及含水量，折算水稻產量，同時調查有效穗數、穗粒數、千粒重、結實率等產量構成因素。

1.4.4 數據處理與分析

采用SPSS 25.0 和Excel 2016對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 鋅肥施用方式對不同水稻品種的產量及產量構成因素的影響

由表1可見，不同水稻品種間產量差異極顯著，有效穗數、穗粒數、千粒重和結實率的差異極顯著；施用鋅肥只對吉洋1號、吉粳302和稻花香2號的產量有影響，主要體現在有效穗數和結實率的增加上，但不同施鋅方式在不同品種間的增產效果不同。吉洋1在SB和SF處理中產量分別為9 212和9 137 kg·hm-2，顯著高于FP處理，增產率分別為9.6%和8.7%，SF處理中有效穗數增加顯著，S和SBF處理無顯著增產效果；吉粳302在SF處理中的產量為9 897 kg·hm-2，顯著高于FP、S處理，SB和SBF處理顯著高于FP處理，與S處理無顯著差異，3個噴施處理中穗粒數顯著下降，結實率顯著上升；稻花香2號在SF和SBF處理中的產量分別為8 228和8 119 kg·hm-2，顯著高于FP，增產率分別為8.7%和7.3%，而S和SB處理中產量無顯著提升，3個噴施處理中穗粒數下降，SF處理中穗粒數顯著高于FP，在4個施用鋅肥的處理中結實率顯著提高；其余品種在不同施鋅方式中產量無顯著差異。

表1 施鋅方式對不同品種水稻的產量及產量構成因素的影響

續表

2.2 鋅肥施用方式對不同品種稻米鋅含量的影響

根據GB/T 5009.14和NY 861-2004標準，所有品種稻米鋅含量都低于50 mg·kg-1，屬于正常范圍。由表2可見，各水稻品種間稻米的鋅含量差異顯著。各水稻品種稻米的鋅含量在18.1～29.3 mg·kg-1之間；吉洋1號、吉農大809、吉粳302、吉宏6號、長粳717和稻花香2號的最高鋅含量在27.4～29.3 mg·kg-1之間，為高鋅品種；吉農大899最高鋅含量為26.7 mg·kg-1，為中鋅品種；平粳8號和吉粳515最高鋅含量分別為23.6和22.7 mg·kg-1，為低鋅品種。在不施鋅條件下，吉農大899、平粳8號和吉粳515的鋅含量較低，分別為18.7、18.1和19.0 mg·kg-1；吉宏6號最高，鋅含量為25.4 mg·kg-1。鋅肥葉面噴施能顯著提高稻米中的鋅含量，鋅肥土施結合孕穗期和揚花期能使所有品種的稻米鋅含量達到最高。吉農大809、平粳8號和吉粳515在3個噴施處理（SB、SF、SBF）中的稻米鋅含量無明顯差異，吉粳302和稻花香2號在揚花期進行鋅肥葉面噴施（SF）的稻米鋅含量顯著高于孕穗期噴施（SB），兩個時期均噴施對進一步提升其鋅含量無顯著作用；吉洋1號和長粳717在孕穗期和揚花期進行鋅肥葉面噴施（SBF）的鋅含量達到最高。在所有處理中，吉洋1號的鋅含量最高，為29.3 mg·kg-1；不同品種的稻米鋅含量在施用鋅后平均增幅為18.0%；S、SB、SF和SBF 4種鋅肥施用方式的稻米鋅含量較不施鋅處理分別提高了8.3%、17.4%、19.5%和27.0%；其中，吉宏6號的平均增幅為5.3%，能在低鋅條件下保持較高的鋅吸收能力，屬于耐低鋅品種；吉粳515、吉粳302、長粳717和稻花香2號為10%～15%，鋅強化能力一般；吉洋1號、吉農大899、吉農大809和平粳8號為21.1%～29.3%，在不施鋅條件下，稻米鋅含量較低，當補充外源鋅營養后，鋅離子活度對其影響較大，稻米鋅含量大幅度提升，為鋅敏感品種。

表2 鋅肥施用方式對不同品種稻米鋅含量的影響

3 討論

本試驗結果表明，與不施鋅肥對照相比，僅鋅肥土施對水稻產量的提升并沒有顯著作用，吉洋1號、吉粳302和稻花香在鋅肥土施結合孕穗期或揚花期葉面噴施時產量提升顯著，主要表現為有效穗數和結實率的增加上，而在鋅肥土施充足的基礎上，噴施鋅肥對吉粳302以外的品種的產量無進一步提升作用，這與郭九信等［8］、Naik等［13］、Phattarakul等［14］、黃炳成等［15］、王孝忠等［16］、郭九信等［17］、Pandey等［18］、楊秀霞等［19］的研究類似。由于本試驗地塊屬于鋅肥有效區（有效態鋅含量0.5～ 1.0 mg·kg-1）［20］，水稻潛在缺鋅而無缺鋅癥狀，不同水稻品種對鋅的敏感程度不一，土壤中施入充足鋅肥后，鋅不再是作物生長的限制因子［7］，再進行葉面噴施，對水稻的增產效果不顯著，但葉面噴施與鋅肥土施相比能夠更有效地提高水稻籽粒的鋅含量［17］。因此，在關注鋅肥對水稻產量的影響之外，還需研究不同鋅肥施用方式對籽粒鋅含量的影響。

本試驗發現，在不施用鋅肥的條件下，稻米的鋅含量為18.1～25.4 mg·kg-1。根據WHO和FAO的建議，人體每日膳食攝入量為12～15 mg，結合中國營養學會推薦日大米攝入量（300～500 g）可得出大米的鋅含量為24～50 mg·kg-1，方能滿足人體鋅需要量［21］。因此不施鋅條件下，只有吉宏6號能達到其標準，而其他品種只能通過施鋅來實現稻米的鋅強化以達到建議攝入標準。本試驗結果表明，同一水稻品種在不同的鋅肥施用方式下，富鋅效果不同，在與不施鋅肥對照相比，鋅肥土施結合孕穗期或揚花期葉面噴施能顯著提高稻米的鋅含量，兩次噴施后鋅含量最高，而鋅肥土施條件下只有部分品種稻米的鋅含量達到顯著提高。大量研究發現葉面噴施鋅肥對于水稻鋅含量的提升效果高于鋅肥土施［22-26］，這與鋅在土壤中的有效性以及其在植物中的轉運能力有關。鋅從土壤到稻米的轉運是一個復雜的長距離運輸過程，ZnSO4·7H2O進入土壤后與土壤成分反應，部分被鈍化無效。Zn2+被根部吸收，再通過木質部進入貯藏組織、葉片，然后通過韌皮部進入稻谷，Zn2+的轉移與速度受韌皮部汁液的pH值濃度、螯合過程等影響［27-28］；葉面噴施則減少了植物體中鋅往稻米的轉運距離，直接從葉片向稻米、莖稈，甚至是向根部進行轉移，進而大大地提高了鋅肥施用的生物有效性［17］。比較不同品種施鋅后籽粒鋅濃度的變化發現，不同品種在鋅肥施用后鋅濃度的增加幅度存在顯著差異，這與不同品種對鋅的吸收能力以及再轉運能力有關［29-30］。本試驗通過分析還發現稻米的鋅強化程度與稻米鋅含量呈負相關，在不施鋅情況下的鋅含量與施鋅后鋅含量為顯著負相關關系，說明稻米本身鋅含量是影響其強化程度的原因之一，與前人研究結果一致［31-33］。

4 結論

在本試驗條件下，鋅肥土施對大多數水稻品種的增產效果不明顯，鋅肥土施結合葉面噴施能顯著提高稻米中的鋅含量，而不同時期的噴施效果以及施用方式的選擇因品種而異。吉洋1號、吉粳302和稻花香2號適宜在揚花期或孕穗和揚花期進行葉面噴施，吉宏6號適宜在孕穗期或孕穗期和揚花期進行葉面噴施，其余品種選擇任意一種噴施方式即可。吉洋1號稻米鋅含量最高，吉農大809的鋅強化程度最高。綜上所述，選擇富鋅高產品種，鋅肥土施結合適當生育期葉面噴施，可促進增產和鋅吸收，實現水稻高產優質種植。