山東省近60年主推冬小麥微量礦質(zhì)元素變化

謝連杰 李娜娜 王海云

摘要：選取近60年來，山東省連續(xù)3年推廣面積較大的36個冬小麥品種為試驗材料，探究不同年代冬小麥品種在土壤肥力存在差異條件下籽粒、穎殼和莖葉中的銅、錳、鐵、鋅等4種微量元素含量。結(jié)果表明，不同肥力條件下4種微量元素含量高肥處理高于低肥處理的年代出現(xiàn)的較多。微量礦質(zhì)元素在冬小麥籽粒、莖葉和穎殼中含量表現(xiàn)為Cu元素含量呈現(xiàn)出籽粒>莖葉>穎殼，Mn元素含量表現(xiàn)為莖葉>籽粒>穎殼，F(xiàn)e元素含量表現(xiàn)為莖葉>穎殼>籽粒，Zn元素含量表現(xiàn)為籽粒>穎殼>莖葉。冬小麥籽粒中銅、錳、鐵、鋅等4種微量元素含量范圍分別為4.79～6.14、32.55～44.07、37.24～59.56、25.74～37.40 mg/kg。

關(guān)鍵詞：冬小麥;微量礦質(zhì)元素;年代;肥力;器官;含量變化

中圖分類號： S512.1+10.1 ?文獻標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0132-05

微量礦質(zhì)元素是維持人體正常生命活動所必需的物質(zhì)之一，以其獨特的生理特性通過食物鏈直接或間接地成為影響人體健康的重要因素[1]。目前，人們的膳食習(xí)慣及在生活方式中對精、細、白的過分追求，導(dǎo)致礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏日趨嚴(yán)重[2]。如何借助農(nóng)藝措施改進或作物遺傳改良，讓生產(chǎn)出的糧食營養(yǎng)富集從而滿足人類營養(yǎng)與健康的需要，已成為當(dāng)今國際作物科學(xué)研究的一個新領(lǐng)域[3]。

銅（Cu）、錳（Mn）、鐵（Fe）、鋅（Zn）等4種微量元素是人類營養(yǎng)和健康必需的微量礦質(zhì)元素[4-5]。4種元素都參與人體許多重要酶的合成、活化和生理作用。銅在細胞的分裂與分化、紅細胞的成熟和釋放、膠原與彈性蛋白的合成、能量代謝，以及在造血功能、內(nèi)分泌功能、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)等多方面都具有重要的生理生化作用。錳是硫酸軟骨素合成酶的必需輔助因子，與軟骨素的代謝、結(jié)締組織發(fā)育，以及鈣、磷代謝關(guān)系密切。鐵是合成血紅蛋白、肌紅蛋白的重要原料，參與細胞色素氧化酶、過氧化酶的合成代謝。鋅元素能影響細胞的分裂、生長和再生，還具有改善食欲及消化功能的作用。

前人關(guān)于冬小麥微量礦質(zhì)元素的研究側(cè)重點不盡相同，有的研究特定區(qū)域、土壤和環(huán)境差異對礦質(zhì)元素含量的影響[6-8]，有的研究不同肥力或是其他處理方式對小麥礦質(zhì)金屬元素的影響[9-10]。但是針對不同年代不同肥力冬小麥銅、錳、鐵、鋅等4種微量元素的不同器官含量研究較少。

本研究以山東省近60年品種更替過程中的36個主推冬小麥品種為材料，測定不同年代不同肥力條件下微量礦質(zhì)元素銅、錳、鐵、鋅等在小麥籽粒、穎殼、莖葉中的含量，研究分析不同年代大面積推廣冬小麥品種的礦質(zhì)元素效率演化規(guī)律，探究土壤肥力對不同年代主推冬小麥礦質(zhì)元素的調(diào)控效應(yīng)，以期為新品種選育和栽培措施改良進而有效提高籽粒礦質(zhì)元素含量，從而為解決我國居民礦質(zhì)營養(yǎng)元素攝入不足的狀況提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取36個山東省近60年來連續(xù)3年推廣面積（超過6.67萬hm2）較大的冬小麥品種為試驗材料，詳見表1。

1.2 試驗設(shè)計與管理措施

試驗于2014年9月至2015年7月于德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗農(nóng)場進行。按單因子唯一差異原則，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計。設(shè)置高肥和低肥2個試驗區(qū)域，高肥區(qū)域土壤養(yǎng)分有機質(zhì)含量為1.8%，全氮含量為0.60 g/kg，有效磷含量為34 mg/kg，有效鉀含量為88 mg/kg;低肥區(qū)域土壤養(yǎng)分有機質(zhì)含量為0.8%，全氮含量為0.41 g/kg，有效磷含量為10 mg/kg，有效鉀含量為63 mg/kg。

36份冬小麥品種分別按小區(qū)種植，小區(qū)為9 m2的正方形小區(qū)，株距5 cm，行距38 cm，3次重復(fù)。播種前統(tǒng)一施底肥[純氮（N） 120 kg/hm2、P2O5 110 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2]，拔節(jié)中期追施純N 120 kg/hm2，分別于越冬期、撥節(jié)期和開花期各澆水1次。

1.3 樣品選取與處理方法

收獲期在每個小區(qū)中隨機選取120個單莖，按不同器官分成籽粒、莖葉、穎殼等3個部分，在 105 ℃ 烘箱內(nèi)快速殺青30 min，在70 ℃烘箱中烘干。籽粒采用3100型磨粉機研磨為全面粉，莖葉和穎殼分別用40目小型植株粉碎機粉碎研磨。

Cu、Mn、Fe和Zn元素含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年代不同肥力條件下籽粒中銅、錳、鐵、鋅元素含量

由圖1可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥籽粒中的Cu元素含量在20世紀(jì)60年代、70年代、90年代和21世紀(jì)高肥處理高于低肥處理，在50年代和80年代低肥處理高于高肥處理。不同年代的冬小麥籽粒中Cu元素含量基本呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。高肥條件下最高含量出現(xiàn)在60年代的主推品種中，低肥條件下最高含量出現(xiàn)在50年代推廣品種中;最低含量均出現(xiàn)在80年代。

由圖2可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥籽粒中的Mn元素含量在20世紀(jì)50年代、70年代、80年代、90年代和21世紀(jì)高肥處理高于低肥處理，在60年代低肥處理高于高肥處理。不同年代的主推冬小麥呈現(xiàn)相同的倒“S”形變化趨勢。最高含量均出現(xiàn)在50年代主推的品種中;最低含量均出現(xiàn)在21世紀(jì)。

由圖3可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥籽粒中的Fe元素含量，在20世紀(jì)60年代、80年代和90年代高肥處理高于低肥處理，在50年代、70年代和21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代的主推冬小麥中Fe元素含量基本呈現(xiàn)“W”形曲線變化的趨勢。高肥處理最高含量出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，低肥出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代;最低值均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。

由圖4可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥籽粒中Zn元素含量在20世紀(jì)60年代、70年代、80年代、 90年代和21世紀(jì)高肥處理高于低肥處理，在50年代低肥處理高于高肥處理。不同年代的小麥籽粒中Zn元素含量基本呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。高肥處理最高含量出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代;最低值均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。

2.2 不同年代不同肥力條件下穎殼中的銅、錳、鐵、鋅元素含量

由圖5可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥穎殼中Cu元素含量在20世紀(jì)60年代、70年代、80年代和90年代高肥處理高于低肥處理，在50年代和21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代穎殼中Cu元素含量差異較小。高肥處理最高含量出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，低肥處理出現(xiàn)在21世紀(jì);最低值均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。

由圖6可以看出，不同肥力條件下穎殼中Mn元素含量在20世紀(jì)50年代、60年代、70年代和80年代高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代穎殼中Mn元素含量呈現(xiàn)倒“S”形變化趨勢。高肥處理最高含量出現(xiàn)在80年代，低肥處理出現(xiàn)在90年代;最低含量均出現(xiàn)在21世紀(jì)。

由圖7可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥穎殼中Fe元素含量在20世紀(jì)60年代、70年代、21世紀(jì)高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)50年代、80年代、90年代低肥處理高于高肥處理。不同年代穎殼中Fe元素含量基本呈現(xiàn)“W”形曲線變化趨勢。最高含量在均出現(xiàn)在21世紀(jì);高肥處理最低含量出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。

由圖8可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥穎殼中Zn元素含量在20世紀(jì)50年代、 60相同年代、80年代高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)70年代、90年代、21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代之間穎殼中Zn元素含量基本呈現(xiàn)“M”形曲線變化趨勢。最高含量在高肥和低肥處理中均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代;高肥處理最低含量出現(xiàn)在21世紀(jì)，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。

2.3 不同年代不同肥力條件下莖葉中銅、錳、鐵、鋅元素含量

由圖9可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥莖葉中Cu元素含量在20世紀(jì)50年代、60年代、70年代和80年代高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代之間基本呈現(xiàn)倒“S”形曲線變化趨勢。高肥處理最高含量出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代;最低含量均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。

由圖10可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥莖葉中Mn元素含量在20世紀(jì)50年代和70年代高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)60年代、80年代、90年代和21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代之間呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。最高含量均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代;低肥處理最低含量出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，高肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。

由圖11可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥莖葉中Fe元素含量在20世紀(jì)50年代、70年代、90年代和21世紀(jì)高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)60年代和80年代低肥處理高于高肥處理。不同年代之間基本呈現(xiàn)倒“S”形曲線變化趨勢。高肥處理最高含量出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代;高肥處理最低含量出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代。

由圖12可以看出，不同肥力條件下主推冬小麥莖葉中Zn元素含量在20世紀(jì)60年代、70年代、90年代高肥處理高于低肥處理，在20世紀(jì)50年代、80年代和21世紀(jì)低肥處理高于高肥處理。不同年代之間呈“W”形曲線變化趨勢。高肥處理最高含量出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，低肥處理出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代;最低含量均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。

2.4 不同年代不同肥力條件下不同器官中Cu、Mn、Fe、Zn元素含量

由表2可以看出，不同肥力主推冬小麥中Cu元素含量均呈現(xiàn)出籽粒>莖葉>穎殼的情況。籽粒中高肥處理最高含量和最低含量均低于低肥處理;穎殼中高肥處理最高含量和最低含量均高于低肥處理;莖葉中高肥處理最高含量高于低肥處理，高肥處理最低含量低于低肥處理。Cu元素在籽粒中的含量為4.79～6.14 mg/kg，在穎殼中的含量為2.06～2.34 mg/kg，在莖葉中的含量為2.45～3.08 mg/kg。

不同肥力主推冬小麥中Mn元素含量基本呈現(xiàn)莖葉>籽粒>穎殼的情況。籽粒和穎殼中的最高含量和最低含量均為高肥處理高于低肥處理;莖葉中則為最高含量和最低含量均為低肥處理高于高肥處理。Mn元素在籽粒中的含量為32.55～44.07 mg/kg，在穎殼中的含量為29.62～44.37 mg/kg，在莖葉中的含量為38.18～75.44 mg/kg。

不同肥力主推冬小麥中Fe元素含量呈現(xiàn)出莖葉>穎殼>籽粒的情況。籽粒中Fe元素高肥處理最高含量和最低含量均高于低肥處理;穎殼中高肥處理最高含量高于低肥處理，高肥處理最低含量低于低肥處理;莖葉高肥處理最高含量低于低肥處理，高肥處理最低含量高于低肥處理。Fe元素在籽粒中的含量為37.24～59.56 mg/kg，在穎殼中的含量為 262.52～469.84 mg/kg，在莖葉中的含量為350.57～651.35 mg/kg。

不同肥力冬小麥中Zn元素含量呈現(xiàn)出籽粒>穎殼>莖葉的情況。籽粒中Zn元素含量高肥處理最高含量低于低肥處理最高含量，高肥處理最低含量高于低肥處理最低含量;穎殼中高肥處理最高含量低于低肥處理最高含量;莖葉中高肥處理最高含量和最低含量均高于低肥處理。Zn元素在籽粒中的含量為25.74～37.40 mg/kg，在穎殼中的含量為8.19～12.65 mg/kg，在莖葉中的含量為7.20～10.71 mg/kg。

3 討論與結(jié)論

由表3可以看出，不同肥力條件下4種微量元素含量高肥處理高于低肥處理的年代出現(xiàn)的較多。不同肥力條件對4種元素的籽粒、穎殼和莖葉的最高含量和最低含量影響各不相同。前人研究結(jié)果表明，小麥植株中礦質(zhì)元素吸收及利用效率對肥料構(gòu)成和施肥量響應(yīng)程度不同[11]。施肥水平高，主要來源于吸收效率;可用礦質(zhì)含量低，主要來源于利用效率[12];但只要有限的礦質(zhì)被利用，即可滿足礦質(zhì)利用效率高的品種的需要[13]。

不同器官微量礦質(zhì)元素含量表現(xiàn)為Cu元素含量呈現(xiàn)出籽粒>莖葉>穎殼的情況，Mn元素含量基本是莖葉>籽粒>穎殼，F(xiàn)e元素含量呈現(xiàn)莖葉>穎殼>籽粒的現(xiàn)象，Zn元素含量呈現(xiàn)籽粒>穎殼>莖葉的情況。

籽粒作為人類食用部分，其中的銅、錳、鐵、鋅等4種微量礦質(zhì)元素的含量最值得關(guān)注。本研究結(jié)果中籽粒中Cu元素含量范圍為4.79～6.14 mg/kg，Mn元素含量范圍為32.55～44.07 mg/kg，F(xiàn)e元素含量范圍為37.24～59.56 mg/kg，Zn元素含量范圍為25.74～37.40 mg/kg;這與郭明慧等研究山西中部地區(qū)小麥籽粒中銅、錳、鐵、鋅的平均含量分別為6.89、38.44、38.19、29.30 mg/kg[14]基本相同，本研究中Cu元素含量稍低。

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