外源鋅、錳對小麥籽粒品質及相關營養元素的影響

中圖分類號：S512.101;S512.104 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）11-0051-08

Zn，Mn 均是作物和人體生長必需的微量元素[1]，不僅在作物光合作用、生長發育、產量和品質[2-3]、調節土壤中重金屬的有效性、抑制作物對重金屬的吸收和轉運4等方面有重要影響，而且可以滿足人們對 Zn，Mn 的營養需求。大量研究發現，土壤中的氮、磷、鉀元素通過化肥施用普遍存在過量累積現象，而有機肥施用不足區域則面臨微量元素系統性匱乏的土壤營養失衡問題[5]。目前，微量元素缺乏已成為農作物生產面臨的主要障礙之_[6-7]。研究發現，通過葉面施用微量營養元素可以顯著促進植株高度增長、葉綠素含量升高、根系發育優化及生物量累積，從而達到增產效果[8]。目前，微量營養元素的精準管理正逐步成為現代高效集約化農業生產體系中的關鍵技術手段之—[9]

前人研究發現， .15kg/hm²ZnSO₄ 能夠促進小麥生長發育，提高小麥籽粒品質和產量[10]。張良運等研究發現，葉面噴施質量分數 0.2% 的 ZnSO₄ ，可以有效減少水稻籽粒中Cd 的積累量[1]。有研究發現，噴施質量分數為 2.5% 左右的 ZnSO₄ ，對油菜鎘積累量的降低效果最明顯[12]。付力成研究發現，葉面施用鋅肥不僅能夠增強水稻的抗氧化酶活性、提高葉綠素含量，同時還能夠顯著提升植株及其籽粒中的鋅含量[13]。侯賽賽等研究發現，葉面噴施0.75kg/hm²MnSO₄ 和 4.5kg/hm²ZnSO₄ ，對小麥生長和產量有顯著影響[14]。楊習文研究發現，灌漿前期噴施鋅肥，可以提高小麥籽粒鋅的營養品質，有效改善以小麥為主要食物來源的缺鋅人群的健康狀況[15]。元振研究發現，施用微肥可以提高小麥總蛋白質含量，并影響小麥蛋白質組分含量;其中單獨施用 Zn、Mn，均顯著提高了對應元素的含量[16]

主成分分析（principal component analysis，PCA）作為一種統計技術，能夠將多維數據集中的多個觀測指標轉化為較少數量的綜合指標，這些綜合指標能夠有效概括原始變量的主要信息，同時達到數據降維與簡化的目的，因此被廣泛認為是綜合評價中常用的方法之—[17-19]。當前，PCA已在多種作物如甘薯[20]、藍莓[21]、水稻[22]、玉米[23]等品質評估中得到了成功應用，并顯示出良好的效果。本研究通過田間盆栽試驗對葉面進行噴施 Z_n/Mn 處理，分析其對小麥籽粒品質、營養元素及加工品質、粉質參數等的影響，同時基于主成分分析綜合評價外源Z_n/Mn 對強筋小麥品種加工品質和粉質參數的影響，旨在為優質富鋅、富錳小麥生產提供理論依據和技術支撐，并為保障糧食安全、改善以小麥為主食的人群的微量元素缺乏現狀提供參考依據。

1材料與方法

1.1 試驗概況

以當地主推的強筋小麥品種新麥45為研究材料，于2023—2024年在河南省新鄉市農業科學院輝縣試驗基地（ 35^°26^′42^′′N，113^°45^′45^′′E^. 進行試驗。設置盆栽試驗，試驗用土為 0～30cm 土層的沙壤土，土壤理化性質如下：有機質含量為 15.42g/kg 全氮含量為 1.48g/kg ，速效磷含量為 25.45mg/kg 速效鉀含量為 201.85mg/kg，pH 值 =7.1 。試驗共設4個處理，A為CK（清水對照），B為 0.1%MnSO₄ ，C為 0.2%ZnSO₄ ，D為 0.1%MnSO₄+0.2%ZnSO₄ ，每個處理設100盆重復，每盆裝 24kg±1g 土，播種前施等量復合肥（ _N，P，K 質量比 =18：22：5 ）。選取粒大飽滿的種子，每盆均勻擺12粒，小麥的田間管理方法遵循當地小麥田間管理制度，在開花期后進行噴施處理，以清水作為對照，每次噴施的溶液量為 200mL 盆，每隔3d噴施1次，共噴施3次。在收獲期收取小麥籽粒，進行分裝標記后，放入超低溫冰箱儲存。

1.2 測定項目與方法

1.2.1小麥籽粒中蛋白含量的測定使用連續振蕩的方法提取、測定各蛋白組分含量，其中粗蛋白含量使用瑞典波通儀器公司生產的近紅外谷物分析儀（DA7200）進行分析測定。

1.2.2籽粒中元素含量的測定參考GB/T35871—2018《糧油檢驗谷物及其制品中鈣、鉀、鎂、鈉、鐵、磷、鋅、銅、錳、硼、鋇、鉬、鈷、鉻、鋰、鍶、鎳、硫、釩、硒、銣含量的測定電感耦合等離子體發射光譜法》標準，采用電感耦合等離子體發射光譜法測定小麥籽粒中 Ca，K，Fe，P，Zn，Cu，Mn，Ag Cd，Se，As 等11種元素的含量。本研究定義 Ca，K 、Fe ，P，Zn，Cu，Mn，Se 為有益于人體的微量元素， Ag 、Cd、As為有害元素（參考GB14880《食品營養強化劑使用標準》和歐盟《ROHS指令》進行簡單分類）。

1.2.3小麥籽粒硬度參數的測定籽粒硬度參數使用SKCS4100谷物測定儀（瑞典波通儀器公司生產）進行測定。

1.2.4小麥加工品質和粉質參數的測定用DA7200型近紅外谷物分析儀（瑞典波通儀器公司產品）進行加工品質的測定；測定濕面筋含量時，先用旋風磨（丹麥福斯分析儀器公司）制作全麥粉（參考GB/T14608—1993《小麥粉濕面筋測定法》），再用面筋分析儀測量（瑞典波通儀器公司生產）濕面筋含量；容重的測定參考GB5498—2013（《糧油檢驗容重測定》），使用容重儀（法國肖邦技術公司產品）進行測定；面粉粉質參數的測定參考GB/T14614—2006（《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定粉質儀法》），使用粉質儀（德國布拉本德公司產品）測定。均重復3次。

1.3 數據整理與分析

用Excel統計軟件進行數據統計與整理，用SPSS21.0進行數據分析，用 0rigin 2021 進行相關性分析、PCA及作圖。綜合指標隸屬函數值按照式（1）進行計算[24-25]；

式中： x_j 為第 j 個綜合指標 （j=1，2，…，n） 5 U（x_j） 為第 j 個綜合指標的隸屬函數值； x_max 為第 j 個綜合指標的最大值； x_min 為第 j 個綜合指標的最小值。

綜合指標權重按式（2）進行計算[26-27]

式中： w_j 為第 j 個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度即權重； r_j 為各品種第 j 個綜合指標的貢獻率。

小麥品質綜合評價值按式（3）進行計算：

式中：D為不同小麥處理的綜合評價值[28-29]。

2 結果與分析

2.1外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒蛋白組分含量的影響

由表1可以看出，與A處理相比，3種不同處理方式對小麥籽粒蛋白質組分含量均有不同影響。B處理可以提高小麥籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量，同時降低谷蛋白含量；清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量的提高幅度分別為 0.08%.1.32% ！1.58% ，但差異不顯著。C處理可以提高小麥籽粒中醇溶蛋白的含量，提高幅度為 3.78% ，同時可以提高谷蛋白含量，提高幅度為 1.65% 。D處理小麥籽粒中的醇溶蛋白、谷蛋白含量分別較A處理提高0.28% .0.48% ，但處理間差異均不顯著。

2.2外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒元素含量的影響

由圖1可以看出，不同處理對小麥籽粒中的11種元素均有不同影響。與A處理相比，B處理可以提高小麥籽粒中的 K，P，Cu，Fe，Zn 等微量元素的含量，提高幅度分別為0. 67% 、1. 01% 、1. 17% ！8.94%.2.70% ，其中 K，Fe，Zn 差異達到顯著水平。與A處理相比，C處理可以提高小麥籽粒中的 c_u 、Z_n 含量，提高幅度分別為 1.11%9.44% ，其中 Z_n 差異達到顯著水平。D處理小麥籽粒中Ca、P、Cu、

Fe、Mn、Zn的含量分別較A處理提高 0.80% ！1. 91% ，6.39% （204 .7.54% .0.46% （204號 ，3.99% 。與A處理相比， ^B，C，D3 個處理均顯著降低籽粒中的 Ag，As 、Se含量，并且B處理顯著降低小麥籽粒中有害元素Cd的含量。由此看出，3個處理均能在一定程度上提高小麥籽粒中的有益元素含量，減少籽粒中的有害元素含量。

由圖1-d可以看出，小麥籽粒中的各種元素含量相互影響，其中有益元素 Z_n 含量與 Mn 、P、Se、

a—不同處理的K、Ca、P含量；b—不同處理的Cu、Fe、Mn、 Zn 含量；c—不同處理的Ag、As、Se、Cd含量；d—相關性分析熱圖。同一折線圖上的不同小寫字母表示在0.05水平下不同處理間差異顯著，圖2同。*表示在0.05水平顯著相關， ** 表示在0.01水平顯著相關， *** 表示在0.001水平顯著相關，圖3同

Ca，K 含量均呈顯著負相關關系，而 Mn 含量與 c_u 、Fe、Ca含量等均呈顯著正相關關系，P含量與Fe、Ca含量均呈顯著正相關關系，K含量與 Ca，Se 含量均呈顯著正相關。有害元素 Ag 含量與Se、As含量均呈極顯著正相關，Cd含量與 Mn，Cu 含量呈極顯著正相關，As含量與 Ag，Se 含量呈極顯著正相關。

2.3外源 Z_n/Mn 對小麥加工品質的影響

研究發現，通過采用3種不同的處理方法，可以不同程度地提升小麥籽粒的蛋白質含量、容重、濕面筋含量及水分含量、吸水率、最大拉伸阻力等加工特性。由表2可以看出，與A處理相比，B、C、D3個處理均明顯提高了容重和最大拉伸阻力，C、D2個處理提高了蛋白質含量。C處理的蛋白含量、最大拉伸阻力分別較A處理顯著提高了 1.29% 、11.03% 。與CK（A處理）相比，D處理的蛋白含量、容重、濕面筋含量、水分含量、吸水率、最大拉伸阻力均表現為提高，增幅分別為 1.46%.2.04% 、1.96%0.66%0.27%21.93% ，其中蛋白含量、容重、最大拉伸阻力的差異均達到顯著水平。

2.4外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒硬度的影響

研究結果表明，與A處理相比， _B，C，D3 個不同處理對小麥籽粒硬度相關參數均有不同影響。由圖2可以看出， C，D 這2個處理的籽粒粒重相較于A處理均顯著增加，增幅分別為 4.18% .5.58% 。

B、C、D3個處理的籽粒硬度分別較A處理提高了1.67%0.19%1.40% ，且B、D處理間的差異均達到顯著水平。與A處理相比，C、D處理可以顯著提高小麥籽粒粒徑，提高幅度分別為 1.15%.1.62% 。B、C、D3個處理的籽粒水分含量均較A處理顯著降低。

2.5外源 Z_n/Mn 對小麥粉質參數的影響

研究發現，與A處理相比， _B，C，D3 個不同處理對小麥粉質參數均有一定的改善作用（表3）。與A處理相比，B處理的面團形成時間、面團穩定時間增加，粉質質量指數提高，增幅分別為 2.88% 、0.71%.1.92% ，且面團形成時間存在顯著差異。C處理的面團水分含量、吸水率、面團形成時間、粉質質量指數分別較A處理提高了 1.29%.0.04% ！0.55%.2.88% ，且面團水分含量的差異達到顯著水平。與CK相比，D處理增加了面粉水分含量，提升了吸水率，延長了面團形成時間，增加了面團的弱化程度，同時縮短了面團穩定時間，降低了粉質質量指數。

2.6外源 Zn/Mn 對小麥籽粒加工品質及粉質參數影響的主成分分析

相關性熱圖結果顯示，蛋白含量與濕面筋含量、面粉水分含量呈極顯著正相關，而與面團形成時間、穩定時間呈顯著負相關。濕面筋含量與面粉水分含量表現出極顯著的正相關性，同時與吸水率呈顯著正相關。面團穩定時間與粉質質量指數存在極顯著正相關，而與弱化度之間則顯示出顯著負相關，弱化度與粉質質量指數呈極顯著負相關（圖3）。

2.7不同處理下小麥籽粒加工品質與粉質參數的綜合評價結果

由表4的綜合指標值可知，C處理在PC1、PC2上的得分均較高，D處理在PC3上的得分較高，說明 C，D2 個處理在加工品質及粉質參數方面的指標優于 _A，B 處理。3個不同處理在各個綜合指標上的隸屬函數值存在顯著差異，在同一綜合指標的PC1方面，C處理的 u（x₁） 值最大，為1.63332，表明C處理在PC1綜合指標上表現出最佳品質，而B處理 u（x₁） 值最小，為-0.73243，說明B處理在PC1綜合指標上表現出的品質較差。對于同一綜合指標PC2而言，C處理的 u（x₂） 值最大，為1.54405，說明C處理在PC2綜合指標上表現出的品質最優，而D處理的 u（x₂） 值最小，為-0.60049，說明D處理在PC1綜合指標上表現出的品質相對較差。在同一綜合指標PC3上，D處理的 u（x₃） 值最大，為1.51748，說明D處理在PC3綜合指標上表現出的品質最好，而A處理的 值最小，為-0.78770，說明A處理在PC1綜合指標上表現出的品質最不理想。

經計算，3個綜合指標的權重分別為0.44606、0.31232、0.24162（表4）。采用式（3）計算不同處理下小麥品質綜合評價值，同時根據綜合評價值對不同 Z_n/Mn 處理下小麥籽粒加工品質及相關粉質參數進行優劣排序，順序為 Cgt;Dgt;Bgt;A 。說明C處理 （0.2%ZnSO₄ ）對小麥籽粒加工品質及粉質參數的效果最好。

3討論與結論

3.1外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒蛋白的影響

小麥籽粒中含量最多的物質是淀粉，其次為蛋白質，二者共同決定了小麥的食品加工品質[30]。李澤鵬研究發現，外源噴施微量元素在提高小麥的產量的同時，顯著提高了小麥的總蛋白含量[31]。研究發現，施用錳肥能夠有效提升小麥籽粒中的粗蛋白、面筋含量，進而優化其加工品質[32]。此外，Mn與 K，Zn 的合理配合施用，能夠進一步改善冬小麥面團及面粉的品質[33]。在本研究中，與對照相比，3個不同處理都能夠提高小麥籽粒中的蛋白組分含量（包括清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白含量），而對應面粉的面筋含量也顯著增加，進而提高了小麥面筋的品質；同時本研究發現蛋白質含量與濕面筋含量有顯著的正相關關系。這可能是因為醇溶蛋白、谷蛋白含量與面筋總量有顯著的正相關關系[34]，并且有利于提高烘焙品質。同時，谷蛋白含量可以影響面筋組分[35]，且可以通過提高籽粒中谷氨酰胺合成酶（GS）、谷丙轉氨酶（GPT）的活性來促進其基因高水平表達，以增加籽粒貯藏蛋白含量[36]，從而提高小麥面筋的品質。在本試驗中，外源Z_n 對谷蛋白含量及籽粒蛋白含量的影響較Mn更大，其籽粒中的酶活性及調控機制有待進一步研究。

3.2外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒營養的影響

研究發現，葉面噴施微量元素是提高小麥、水稻籽粒微量元素含量的有效農藝措施[37-38]。楊春霞等研究發現，適量的葉面鋅肥能夠顯著提高小麥產量及其籽粒鋅含量[39]。Shaaban 等研究指出，葉面噴施微量營養元素（ Zn，Mn 等）可以增加小麥中Fe、 Mn，Zn，Cu 等元素的含量，同時優化小麥的營養平衡，進而提升小麥產量[40]。 Zn，Mn 對緩解作物籽粒中的重金屬元素含量也有一定影響，這是由于Zn，Cd 的離子結構極其相似，它們會在植物體內競爭相同的吸附點位，并在植物體內發生拮抗作用[41]。例如，張良運等報道，葉面噴施質量分數為0.2% 的 ZnSO₄ ，可以降低水稻籽粒中的Cd含量[42]。陳貴青等研究發現，噴施 ZnSO₄ 可有效降低辣椒、番茄果實的Cd 質量分數[43-44]，，施加 Zn，Mn 可以促進小麥生長發育，顯著緩解Cd的毒害，降低小麥中的Cd含量[4]。本試驗也得出相似結果，即外源 Zn/Mn 可以不同程度地增加小麥籽粒中的有益元素 （Ca，K，P，Cu，Fe，Zn，Mn） 含量，同時減少有害元素（ .Ag.Cd.As） 含量，促進小麥籽粒營養物質的形成，且小麥籽粒中的各種營養元素互相影響，存在不同的拮抗或促進關系。其中 Z_n 對Cd有顯著的抑制作用，說明 Z_n 對緩解土壤中Cd的毒害效果最為顯著，并且Cd與 Mn，Cu 呈顯著正相關關系，說明 Mn?cornerCu 與籽粒中的Cd緊密相關，其內部機制有待進一步研究。

3.3外源 Zn/Mn 對小麥加工品質的影響及評價

研究發現， Mn 可以增加小麥面筋含量，改善面團和面粉品質，并促進小麥中的錳由穗部到籽粒的運輸，有利于小麥對氮素的吸收[45-46]。此外， Mn 與蛋白質代謝也存在一定的關聯，能夠通過提升小麥中必需氨基酸的含量來優化小麥籽粒的品質[47]研究發現，葉面噴 Z_n 可以影響小麥面粉的加工品質并顯著改善面包的烘焙品質[48]。減氮 15% 結合ZnSO₄ 與氮磷鉀肥的配合噴施，可以提籽粒、面粉的營養品質，改善人體健康[49]。本研究發現，與對照相比，處理組能夠不同程度地提升小麥籽粒的蛋白質含量、容重、濕面筋含量、水分吸收率、最大拉伸阻力等加工相關指標，并且有助于改善小麥籽粒的硬度和粉質特性，從而有效提高面粉中的營養成分含量。這些在一定程度上說明，外源 Z_n/Mn 可以促進小麥加工品質的提高，改善烘焙品質，但是其內部機制有待進一步研究。

目前，運用主成分分析、隸屬函數分析、相關性分析等多元評價法可以較為準確地對小麥[50]、玉米[51]、白菜[52]、梨[53]、獼猴桃[54]等多種作物、水果、蔬菜的多類指標進行整合評價，應用廣泛且相對真實可靠。肖繼兵等運用主成分分析法和隸屬函數分析法，較為準確地進行了谷子全生育期的耐旱性評價[55]。聶波濤等運用相關性分析、聚類分析、主成分分析等多重分析法，對334份北方春大豆進行分類評價，為挑選優質的大豆種質資源提供了有力的參考價值[56]。王洋洋等基于主成分分析方法，準確評價了不同水分處理下冬小麥對晚霜凍害的抗性[7]。畢紅園等通過主成分分析和隸屬函數法，評價了11個小麥品種的抗旱性，為挑選優質的抗旱小麥品種提供了參考依據[58]。黃偉祥等基于主成分分析方法綜合評價了倒春寒對小麥花后 28d 地上部、地下部生理活性指標的影響[59]。本研究通過主成分分析方法將多個理化指標簡化，并提取了3個主成分，隨后運用隸屬函數分析、相關性分析等多種方式綜合評價了不同 Zn/Mn 處理對小麥品質及粉質參數的綜合影響，并對此進行如下最優排序：0.2%ZnSO₄gt;0.1%MnSO₄+0.2%ZnSO₄gt;0.1% MnSO₄gt;CK 。結果表明，外源 Z_n 較 Mn 對提高強筋小麥的品質及粉質更具有優勢，期待可為外源 Zn Mn 提高作物的營養品質提供參考價值。目前對Zn/Mn 復合施加與單施的對比研究仍不夠深入嚴謹，其內部機制需要進一步討論。

3.4外源 Zn/Mn 對作物內部機制的探討及對人體健康與安全性的思考

抗氧化酶活性的變化和光合系統的穩定性均是評價植物耐受逆境脅迫的重要生理指標[60-61] 。研究發現， MnΩ，ZnΩFeΩCa 等對纖維素酶有激活作用[62]。徐建明等研究發現，通過葉面施 Z_n 可以提高水稻幼苗根、葉片中的 SOD、POD 活性[63]。趙會君等研究發現， Cu，Zn 處理可以提高作物葉片的SOD、POD 活性，抑制CAT的活性[64]。 Z_n 與小麥葉綠素、淀粉合成等重要的生理過程緊密相關，適量濃度的 Z_n 可以提高小麥幼苗的光合色素含量，提高光能轉化率，同時提升小麥籽粒胚乳中的 Z_n 含量，改善人體的膳食健康[65-67]。 Mn 在植物體內有激活酶的作用，是含錳超氧化物歧化酶（ Mn-SOD^′， 1的重要組成部分，在作物的光合作用、脂類生物的合成、氧化應激反應中發揮著輔助功能[68-69]。研究發現，小麥玉米等重要的糧食作物是鋅、錳等元素進入食物鏈的重要途徑[3，45]，微量元素缺乏會嚴重影響人體健康。目前，對 Zn，Mn 等營養元素應用于基本農作物的研究，如何改善以農作物為主要食物來源人群的 Zn，Mn 等營養元素缺乏的難題，仍需繼續攻克。

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