施鋅對(duì)不同筋力型小麥產(chǎn)量、氮素積累量和子粒蛋白質(zhì)含量的影響

王巧艷，趙 鵬，劉紅恩，扶海超

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州450002)

鋅是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量元素，具有多種生理功能［1］。施鋅能夠影響小麥的產(chǎn)量［2，3］，并在氮素同化及蛋白質(zhì)合成過程中扮演著重要的角色［4］。鋅也是維持機(jī)體正常生命活動(dòng)所不可缺少的必需微量元素之一，它主要來自于各種外源性物質(zhì)，因此，飲食中鋅營養(yǎng)的不足容易導(dǎo)致人體鋅缺乏［5］。中國大部分耕地土壤中的鋅含量不高，在大量施用氮磷鉀肥的同時(shí)沒有及時(shí)補(bǔ)充微量元素肥料，使得土壤鋅含量銳減。尤其是在北方石灰性土壤上，有效鋅含量較低的狀況非常嚴(yán)重［6］。小麥作為中國北方主要的糧食作物，依其用途可以分為強(qiáng)筋小麥、中筋小麥和弱筋小麥。強(qiáng)筋小麥蛋白質(zhì)含量高且面筋強(qiáng)度大，通常用來制作面包;中筋小麥蛋白質(zhì)含量中等，面筋強(qiáng)度適中，適合制作面條;弱筋小麥蛋白質(zhì)含量和面筋含量低，用來制作餅干［7，8］。衡量小麥品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)是子粒蛋白質(zhì)含量［9］。礦質(zhì)元素對(duì)小麥品質(zhì)有很大的作用，但過去主要集中在大量元素方面，尤其是氮和硫［10］。微量元素對(duì)品質(zhì)方面影響研究很少，但是其影響潛力是已經(jīng)證明的［11］。作物鋅營養(yǎng)正常時(shí)，有利于提高產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)含量［12］。施鋅對(duì)小麥的氮代謝有一定影響，研究表明，施鋅能夠增加植株的氮含量及花后向子粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量［13－15］。氮素是小麥必需的大量元素之一，其吸收、積累和分配狀況直接影響小麥的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的形成［16，17］。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和健康意識(shí)的提高，在保證高產(chǎn)量的同時(shí)，小麥品質(zhì)越來越受到人們關(guān)注。生產(chǎn)高產(chǎn)富鋅、高品質(zhì)小麥意義重大。近年來，有關(guān)施用鋅肥對(duì)小麥植株生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響已有較多報(bào)道［18－21］。但是有關(guān)施鋅對(duì)不同筋力型小麥氮素積累及其子粒蛋白質(zhì)含量的研究卻很少。為此，本研究通過探討盆栽條件下施鋅對(duì)不同筋力型小麥產(chǎn)量，氮積累量及子粒蛋白質(zhì)含量的影響，為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)小麥及科學(xué)合理施用鋅肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)供試材料為小麥，分別為強(qiáng)筋品種鄭麥9023、中筋品種矮抗58和弱筋品種鄭麥004。供試土壤為壤質(zhì)潮土，采自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)。土壤有機(jī)質(zhì)含量為 12.54 g·kg－1，堿解氮、有效鋅、有效磷和速效鉀含量分別為 72.63，0.75，10.84，170.84 mg·kg－1，pH 為 7.81。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2012—2013年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行。采用聚乙烯塑料盆，每盆裝過篩細(xì)土10 kg，在施 P2O5為 90 mg·kg－1，K2O 為 75 mg·kg－1的基礎(chǔ)上，鋅(Zn)設(shè) 5 個(gè)水平:0，5，10，20 和40 mg·kg－1，分別記為 Zn0，Zn5，Zn10，Zn20，Zn40;施氮(N)量為 0.2 g·kg－1;氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，鋅肥為ZnSO4·7H2O，均為分析純級(jí)別。氮肥的50%作為基肥施入，50%于返青期追肥施入。

品種與鋅組合為15個(gè)處理，重復(fù)4次，共60盆。

小麥每盆播種10粒種子，定苗留5株。小麥于2012－10－13播種，2013－06－01收獲。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目和方法

于小麥成熟期取樣，按葉、鞘、莖(倒一節(jié)間、倒二節(jié)間與剩余部分)、穗軸+穎殼及子粒分開，蒸餾水洗凈后，于105℃殺青0.5 h，80℃烘干至質(zhì)量恒定，稱取干物質(zhì)量后粉碎，過篩。樣品氮含量采用H2SO4－H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定，凱氏定氮法的蛋白質(zhì)用含氮量乘以5.83［22］(小麥的換算系數(shù))。

1.4 計(jì)算方法及數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS19.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及方差分析。差異顯著性采用Duncan法檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鋅對(duì)不同筋力型小麥產(chǎn)量的影響

由表1可知，施鋅能夠顯著影響小麥產(chǎn)量。鄭麥9023和矮抗58產(chǎn)量均在鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg·kg－1時(shí)達(dá)到最大，分別為59.24 ，59.48 g·盆－1;在鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg·kg－1時(shí)，鄭麥004的產(chǎn)量達(dá)到最大。與對(duì)照相比，鄭麥9023產(chǎn)量在Zn5，Zn10，Zn20和Zn40處理下分別增加18.82%，20.14%，13.95%，11.24%。矮抗58產(chǎn)量在Zn40處理時(shí)與對(duì)照相比有所下降，鄭麥004產(chǎn)量在Zn20和Zn40處理時(shí)與對(duì)照相比也有所下降。同一施鋅水平下，矮抗58與鄭麥004的產(chǎn)量均高于鄭麥9023。在所有處理中，鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg·kg－1時(shí)鄭麥004產(chǎn)量最高，為66.11 g·盆－1。由此可見，不同品種對(duì)鋅肥的反應(yīng)不同，其中鄭麥004產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)最為明顯。

表1 施鋅對(duì)不同筋力型小麥產(chǎn)量的影響Table 1 The effects of zinc fertilizer application on wheat yield of different wheats g·pot－1

2.2 施鋅對(duì)不同筋力型小麥成熟期各器官氮積累量的影響

由表2可知，隨施鋅量增加，小麥各器官氮積累量增加，表明增施鋅肥可以增加氮素在各器官的積累。在成熟期，鄭麥9023與矮抗58在不同施鋅水平的氮積累量大體上均呈現(xiàn)子粒＞莖＞穗軸+穎殼＞葉＞鞘的趨勢(shì)，鄭麥004則表現(xiàn)為子粒＞莖＞葉＞穗軸+穎殼＞鞘，表明成熟期子粒是主要的氮素積累器官。成熟期子粒氮素積累量受施鋅水平影響，同時(shí)在品種間存在差異。3種筋力型都在Zn10時(shí)達(dá)到最大，但是鄭麥9023最多，矮抗58次之，鄭麥004最少;同一鋅肥處理下，鄭麥004子粒氮含量低于鄭麥9023和矮抗58。說明鄭麥9023和矮抗58子粒積累氮的能力較強(qiáng)。成熟期同一施鋅處理下，鄭麥9023葉與鞘中氮素剩余量最少，矮抗58次之，鄭麥004剩余量最多;莖中氮剩余量以矮抗58最少，鄭麥9023次之，鄭麥004最多。這進(jìn)一步說明葉片等器官中的氮素向子粒轉(zhuǎn)運(yùn)較多，剩余較少。地上器官氮素積累量在品種間的差異，表明鄭麥9023與矮抗58吸收積累氮素的能力比鄭麥004高。

表2 施鋅對(duì)不同筋力型小麥成熟期各器官氮積累量的影響Table 2 The effects of zinc fertilizer application on nitrogen accumulation in each organ of different wheats at maturity μg·pot－1

2.3 施鋅對(duì)不同筋力型小麥子粒蛋白質(zhì)含量的影響

由表3可知，施鋅能夠提高小麥子粒蛋白質(zhì)含量。但是不同品種對(duì)鋅的反應(yīng)不同，同一施鋅水平，除對(duì)照處理，其余處理子粒蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)均為矮抗58＞鄭麥9023＞鄭麥004。鄭麥9023子粒蛋白質(zhì)含量在Zn5和Zn10時(shí)與對(duì)照相比差異顯著，在Zn20和Zn40時(shí)差異不顯著，增施鋅肥較對(duì)照增產(chǎn)3.02% ～13.62%;矮抗58子粒蛋白質(zhì)含量在 Zn10與對(duì)照相比差異顯著，在 Zn5，Zn20，Zn40處理時(shí)差異不顯著，增施鋅肥較對(duì)照提高0.68% ～3.71%;鄭麥004子粒蛋白質(zhì)含量在4個(gè)鋅處理下與對(duì)照相比均差異顯著，增施鋅肥較對(duì)照增產(chǎn)2.39% ～7.48%.3種筋力型小麥均在鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg·kg－1子粒蛋白質(zhì)含量達(dá)到最大值，其中鄭麥9023的子粒蛋白質(zhì)含量最高，為148.86 mg·kg－1，矮抗58 次之，為137.41 mg·kg－1，鄭麥004 含量最低，為 108.51 mg·kg－1。

表3 施鋅對(duì)不同筋力型小麥子粒蛋白質(zhì)含量的影響Table 3 The effects of zinc fertilizer application on grain protein content of different wheatsmg·kg－1

3 結(jié)論與討論

不同筋力型小麥?zhǔn)茕\肥處理的影響，產(chǎn)量、氮素積累和子粒蛋白質(zhì)含量變化不同。

本試驗(yàn)條件下，鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～10 mg·kg－1范圍內(nèi)，3種小麥以鄭麥004在產(chǎn)量方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，鄭麥9023與矮抗58則相對(duì)較弱。鄭麥004產(chǎn)量在施鋅量5和10 mg·kg－1時(shí)分別達(dá)到66.11 和 61.83 mg·盆－1，明顯高于其他 2 個(gè)品種?？梢?，由于遺傳基礎(chǔ)的差異，不同品種對(duì)鋅的敏感性存在差異，這與早前的研究結(jié)果相似［23－24］。

施鋅對(duì)小麥成熟期各器官的氮積累量具有顯著的促進(jìn)作用。小麥氮積累量表現(xiàn)為為子粒＞莖＞葉(穗軸+穎殼)＞穗軸+穎殼(葉)＞鞘。3個(gè)品種小麥的莖、葉、穗軸+穎殼和鞘中氮積累量隨鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先升高后降低。有研究表明，施入鋅肥后，小麥各器官含氮量增加，小麥對(duì)氮的吸收明顯增加［13－15］，與本試驗(yàn)結(jié)果類似。隨施鋅量增加，子粒產(chǎn)量，各器官氮積累量及子粒蛋白質(zhì)含量增加，且品種之間差異明顯。子?？偟渴苄←溨仓旮髌鞴俚e累量的影響［25，26］。子粒產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)與子粒氮含量?jī)?yōu)勢(shì)之間呈負(fù)相關(guān)，說明選擇高的子粒產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)勢(shì)必以降低子粒蛋白質(zhì)含量?jī)?yōu)勢(shì)為代價(jià)［27，28］。鄭麥9023是強(qiáng)筋小麥品種，子粒氮素積累量最高，明顯高于弱筋小麥鄭麥004［29］，表明鄭麥9023和矮抗58氮積累能力較強(qiáng)，且后期轉(zhuǎn)移氮素的強(qiáng)度較大。

小麥子粒中蛋白質(zhì)含量的多少反映了小麥品質(zhì)的優(yōu)劣。礦質(zhì)養(yǎng)分對(duì)小麥品質(zhì)方面的研究已有很多［13，14］，但是，有關(guān)微量元素對(duì)其影響的研究較少，尤其是針對(duì)不同筋力型小麥品種。不同筋力型小麥對(duì)蛋白質(zhì)含量的要求不同，強(qiáng)筋小麥需要較高含量的蛋白質(zhì)，但是對(duì)于弱筋小麥卻不適合，應(yīng)在蛋白質(zhì)含量適中的情況下需要考慮產(chǎn)量因素。缺鋅時(shí)因積累大量酸性氨基酸而抑制蛋白質(zhì)合成，補(bǔ)施鋅肥后蛋白質(zhì)含量提高［30，31］。本研究表明，子粒蛋白質(zhì)含量隨鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在一定程度上會(huì)影響小麥品質(zhì)，韓金玲等［32］也有類似報(bào)道。子粒蛋白質(zhì)含量(氮含量)相對(duì)較高的品種，一般氮吸收或轉(zhuǎn)運(yùn)效率也較高［29］。不施鋅肥3種筋力型小麥子粒蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為矮抗58高于鄭麥9023，鄭麥9023高于鄭麥004，施鋅后3個(gè)品種小麥子粒蛋白質(zhì)含量均有所增加，強(qiáng)筋小麥鄭麥9023施鋅后蛋白質(zhì)含量最高，弱筋小麥鄭麥004含量最低，而中筋小麥矮抗58處于兩者中間。本研究中，強(qiáng)筋品種鄭麥9023子粒氮積累量較高，成熟時(shí)葉和鞘氮?dú)埩袅枯^低，子粒蛋白質(zhì)含量高;弱筋品種鄭麥004子粒蛋白質(zhì)含量(氮含量)較低。說明鋅可能影響氮素合成有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)合成相關(guān)酶活性［33］，且在外界環(huán)境一定時(shí)，施鋅可能改變基因型之間的差異。

在本試驗(yàn)條件下，施鋅可顯著提高小麥產(chǎn)量，成熟期各器官氮積累量和子粒蛋白質(zhì)含量。但是，不同筋力型小麥對(duì)鋅的敏感性不同，子粒產(chǎn)量、各器官氮積累量和子粒蛋白質(zhì)含量在相同鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間存在著差異。較高的鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)3種筋力型小麥存在不同的影響，可能降低小麥子粒產(chǎn)量、成熟期各器官鋅積累量和子粒蛋白質(zhì)含量。3個(gè)品種以強(qiáng)筋型鄭麥9023子粒蛋白質(zhì)含量較高，弱筋型鄭麥004子粒產(chǎn)量較高。在本研究中，鄭麥9023和矮抗58合適的鋅處理為Zn10，鄭麥004為Zn5。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)選擇適宜的鋅肥用量，以滿足不同筋力型小麥品種、不同品質(zhì)性狀對(duì)鋅肥的需求。

［1］ 郭天財(cái)，姚戰(zhàn)軍，王晨陽.水肥運(yùn)籌對(duì)小麥旗葉光合特性及產(chǎn)量的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2004，24(10):1786－1791.

［2］ 韓金玲，楊 晴，周印富，等.旱地施用鋅肥對(duì)冬小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2010，30(2):358－361.

［3］ KHAN H R，MCDONALD G K，RENGEL Z Z.Zn fertilization improves water use efficiency，grain yield and seed Zn content in chickpea［J］.Plant and Soil，2003，249(2):389－400.

［4］ 郭大勇，謝建磊，朱仕貴，等.葉面噴施鋅肥對(duì)生菜各器官中硝酸鹽含量和硝酸還原酶活性的影響［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，17(5):302 －305.

［5］ 胡亞軍，郝明德，杜 健，等.噴施 Ca，F(xiàn)e，Zn元素對(duì)小青菜吸收特性的影響［J］.陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，(1):30－32.

［6］ 買文選，陳 玲，田霄鴻，等.高碳酸鈣條件下供鋅對(duì)不同基因型小麥生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2006，21(6):83 －88.

［7］ PETERSON C J，GRAYBOSCH R A，BAENZIGER P S，et al.Genotype and environment effects on quality characteristics of hard red winter wheat［J］.Crop Sci，1992，32(8):98 －103.

［8］ JOHANSSON E，PRIETO-LINDE M L，SVENSSON G，et al.Influences of cultivar，cultivation year and fertilizer rate on amount of protein groups and amount and size distribution of mono and polymeric proteins in wheat［J］.Journal of Agricultural Science，2003，47(1):275－284.

［9］ 曹衛(wèi)星，郭文善，王龍俊，等.小麥品質(zhì)生理生態(tài)及調(diào)優(yōu)技術(shù)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

［10］ FLYNN A G ，PANOZZO J F，GARDNER W K.The effect of copper deficiency on the baking quality and dough properties of wheat flour［J］.Journal of Cereal Science，1987，34(6):91 －98.

［11］ SHEWRY P R，NAPIER J A ，TATHAM A S.Seed storage proteins，structures and biosynthesis［J］.Plant Cell，1995，21(7):945 －956.

［12］王正銀，胡尚欽，孫彭壽.作物營養(yǎng)與品質(zhì)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［13］郭九信，廖文強(qiáng)，凌寧，等.氮鋅配施對(duì)小麥產(chǎn)量及氮鋅含量的影響［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，36(2):77－82.

［14］韓金玲，李雁鳴，馬春英，等.施鋅對(duì)小麥開花后氮、磷、鉀、鋅積累和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2006，12(3):313 －320.

［15］李軍嶺.氮鋅配施對(duì)小麥產(chǎn)量和氮鋅含量的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)信息，2014，(4):131.

［16］許振柱，于振文，王 東，等.灌溉量對(duì)小麥氮素吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2004，30(10):1002－1007.

［17］曹承富，孔令聰，汪建來，等.施氮量對(duì)強(qiáng)筋和中筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)及養(yǎng)分吸收的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11(1):46 －50.

［18］李 強(qiáng).鋅對(duì)小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響［J］.土壤肥料，2004(1):16－18.

［19］韓金玲，李雁鳴，馬春英.鋅對(duì)冬小麥葉片碳酸酐酶活性的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18(2):21 －25.

［20］茹淑華，張國印，孫世友，等.氮磷鉀與鋅肥配施對(duì)小麥和玉米鋅含量的影響［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，14(9):46－48.

［21］韓金玲，楊 晴，周印富，等.旱地施用鋅肥對(duì)冬小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2010，30(2):358－361.

［22］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［23］胡學(xué)玉，李學(xué)垣，謝振翅.青菜品種鋅效率特性研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，34(2):227 －231.

［24］王慧先，郭俊云，徐衛(wèi)紅，等.不同白菜品種對(duì)鋅的響應(yīng)及鋅利用效率研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17(1):154 －159.

［25］ HOU Y L，BRIEN L，ZHONG G R.Tissue nitrogen and fructan translocation in bread wheat［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué):英文版，2002，1(9):988 －993.

［26］ CAMPBELL C A，DAVIDSON H R，MCCAIG T N.Disposition of nitrogen and soluble sugars in Manitou spring wheat as influenced by N fertilizer，temperature and duration and stage of moisture stress［J］.Can J Plant Sci，1983，63(2):73 －90.

［27］趙萬春，高 翔，魚昌為，等.雜交小麥組織氮積累及含量的雜種優(yōu)勢(shì)［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2004，24(4):43－47.

［28］ CALADERRINI D F，TORRES-LEON S，STAFER G.Consequences of wheat breeding on nitrogen and phosphorus yield，grain nitrogen and phosphorus concentration and associated traits［J］.Annuls of Botany，1995，76(1):315－322.

［29］楊延兵，高榮岐，尹燕枰，等.不同品質(zhì)類型冬小麥子粒產(chǎn)量和品質(zhì)性狀對(duì)氮肥的響應(yīng)［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2004，24(2):97 －102.

［30］石 巖，于振文，位東斌，等.施肥深度對(duì)旱地小麥花后旗葉衰老及產(chǎn)量的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，1999，19(6):139－142.

［31］郭天財(cái)，姚戰(zhàn)軍，王晨陽.水肥運(yùn)籌對(duì)小麥旗葉光合特性及產(chǎn)量的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2004，24(1):1786－1791.

［32］韓金玲，馬春英，楊 晴，等.施鋅對(duì)冬小麥品質(zhì)性狀的影響［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2007，27(1):112 －115.

［33］楊延兵，高榮岐，尹延枰，等.不同基因型小麥子粒蛋白質(zhì)合成動(dòng)態(tài)及相關(guān)酶活性的研究［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，22(3):43 －47.