拔節(jié)期土壤施鋅對(duì)小麥籽粒中鋅生物有效性影響評(píng)估①

王張民，潘 斐，劉 琦，袁林喜，段增強(qiáng)，尹雪斌*

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拔節(jié)期土壤施鋅對(duì)小麥籽粒中鋅生物有效性影響評(píng)估①

王張民1,2，潘 斐1，劉 琦1，袁林喜1，段增強(qiáng)2，尹雪斌1*

(1 江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心，江蘇蘇州 215123；2土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008)

本研究通過2012—2013及2013—2014兩個(gè)年度的田間試驗(yàn)，在小麥(揚(yáng)麥-16)的拔節(jié)期土壤施加高用量的鋅肥，通過植酸/鋅摩爾比法，對(duì)小麥籽粒進(jìn)行了鋅生物有效性評(píng)價(jià)，每公頃施ZnSO4·7H2O的量達(dá)到300 kg能顯著提高小麥籽粒鋅含量，小麥籽粒鋅含量達(dá)到60 mg/kg以上，小麥籽粒植酸/鋅摩爾比顯著降低，植酸/鋅摩爾比最大可降低至15以下，表明小麥鋅強(qiáng)化后籽粒中鋅的生物有效性得到顯著提高。

小麥；鋅肥；籽粒鋅含量；植酸/鋅摩爾比；生物有效性

小麥籽粒中的鋅等微量元素含量以及其生物有效性與人體微量元素的攝入量有著密切的關(guān)系[1-2]。在全球范圍內(nèi)，小麥籽粒的鋅含量介于16 ~ 142 mg/kg之間[3]。在中國各個(gè)地區(qū)的小麥籽粒間，含量也存在較大的差異。東北地區(qū)的小麥籽粒鋅含量一般較高，平均含量有36.9 mg/kg，西南以及華中地區(qū)的小麥籽粒平均鋅含量為31.5 mg/kg，而華北以及華東地區(qū)的小麥籽粒鋅含量次之，平均為29.5 mg/kg，我國西北地區(qū)栽培出的小麥籽粒鋅含量則最低，平均鋅含量僅為27.1 mg/kg[4]。小麥籽粒中的鋅含量受到諸多因素的影響，包括小麥基因型、土壤環(huán)境、氣候等眾多因素[5-7]，這些因素直接或間接影響著植物對(duì)鋅的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)以及再分配。

小麥籽粒中鋅的生物有效性也是影響人類對(duì)鋅攝入的一個(gè)重要因素。小麥籽粒中有一些物質(zhì)能夠促進(jìn)人體對(duì)鋅的吸收，如一些含半胱氨酸的肽、維生素A、β胡蘿卜素等能提高食品中鋅的生物利用率[8]。但是，仍有大量的物質(zhì)會(huì)降低食物中鋅的生物有效性，如植酸，磷酸鹽，某些蛋白中的羧基、草酸、不溶性纖維以及一些重金屬離子等[9-11]。有研究發(fā)現(xiàn)，白豆的白蛋白提取物會(huì)對(duì)鋅的吸收存在抑制作用[12]。植酸是環(huán)己六醇六磷酸酯，小麥籽粒中的鋅極易受到植酸的影響，植酸分子中的磷酸基能與鋅緊密結(jié)合，從而降低鋅的溶出率。而肌醇磷酸酯與鋅的結(jié)合能力受到磷酸基的數(shù)目的影響，當(dāng)磷酸基數(shù)目減少后，這種結(jié)合力將被減弱。因此，植酸與鋅的摩爾比往往被用來評(píng)價(jià)食品中鋅的生物有效性[13-14]。一般認(rèn)為，影響鋅吸收的植酸/鋅摩爾比的臨界值為15[15-17]，植酸/鋅摩爾比超過15時(shí)，鋅的吸收將受到嚴(yán)重抑制，低于5時(shí)則對(duì)鋅的吸收完全沒有影響[18]。小麥籽粒中的植酸含量一般介于6 ~ 10 g/kg之間[19]，而小麥籽粒中的植酸/鋅摩爾比往往都超過20[20]。由此可見，小麥籽粒中高的植酸含量和植酸/鋅摩爾比是影響其中鋅吸收利用的關(guān)鍵因素，降低植酸含量并降低植酸/鋅摩爾比是提高植物性食品鋅生物有效性的可行性手段。

本文通過在小麥拔節(jié)期施用不同用量的鋅肥研究小麥籽粒的鋅強(qiáng)化效果，同時(shí)測定了小麥籽粒的植酸含量，并計(jì)算出植酸/鋅摩爾比，以此來評(píng)估鋅強(qiáng)化后的小麥籽粒中鋅的生物有效性特征，為鋅的農(nóng)業(yè)生物營養(yǎng)強(qiáng)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田基本情況

田間試驗(yàn)在江蘇省如皋市典型小麥種植區(qū)進(jìn)行。如皋市地處江蘇省中部偏東側(cè)，位于長江三角洲北翼，屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，雨水充沛，試驗(yàn)區(qū)長期實(shí)行一年兩茬稻-麥輪作種植模式。試驗(yàn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[21]進(jìn)行分析(表1)。

表1 試驗(yàn)田基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法與處理

試驗(yàn)于2012年10月至2014年6月在江蘇省如皋市丁堰鎮(zhèn)小麥試驗(yàn)田中進(jìn)行，該地區(qū)采用稻麥輪作的栽培模式，供試小麥品種為春性中熟中筋品種“揚(yáng)麥-16號(hào)”，是江蘇省蘇中、蘇北地區(qū)的推廣使用品種。

2012—2013年度，小麥播種前，大田施用60 kg/hm2N(尿素)+60 kg/hm2P2O5(過磷酸鈣)+120 kg/hm2K2O(氯化鉀)作為基肥。小麥于2012年11月7日播種，播種量為187.5 ~ 195 kg/hm2，在小麥春后分蘗拔節(jié)期追施120 kg/hm2N(尿素)。鋅肥于2013年3月10日(拔節(jié)階段)施用，設(shè)置3個(gè)處理梯度T1、T2、T3：分別施用300、600、900 kg/hm2ZnSO4·7H2O(Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%)；施肥處理組外設(shè)置一個(gè)空白對(duì)照組(T0)，除不施用鋅肥外，其余操作均等同施肥處理組。試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積50 m2(1.25 m × 40 m)，每個(gè)處理組3次重復(fù)。田間栽培管理按大田常規(guī)操作進(jìn)行。

2013—2014年度，小麥播種前，大田施用60 kg/hm2N(尿素)+ 60 kg/hm2P2O5(過磷酸鈣)+120 kg/hm2K2O(氯化鉀)作為基肥。小麥于2013年10月28日播種，播種量為187.5 ~ 195 kg/hm2，在小麥春后分蘗拔節(jié)期追施120 kg/hm2N(尿素)。鋅肥于2014年2月25日(拔節(jié)階段)施用，設(shè)置5個(gè)處理梯度T1、T2、T3、T4、T5：分別施用300、600、900、1 200、1 500 kg/hm2ZnSO4·7H2O(Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%)；施肥處理組外設(shè)置一個(gè)空白對(duì)照組(T0)，除不施用鋅肥外，其余操作均等同施肥處理組。試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積50 m2(1.25 m × 40 m)，每個(gè)處理組3次重復(fù)。田間栽培管理按大田常規(guī)操作進(jìn)行。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品的采集 2012—2013年度的小麥試驗(yàn)中，于2013年6月2日采集小麥籽粒樣品；2013—2014年度的小麥試驗(yàn)中，于2014年5月29日采集小麥籽粒樣品。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集小麥成熟穗50個(gè)作為一個(gè)混合樣，每個(gè)小區(qū)取3個(gè)平行樣。樣品采集后，將小麥籽粒從麥穗中分離，隨后反復(fù)用清水洗凈，并用去離子水沖洗后，于110 ℃殺青，60 ℃烘干48 h恒重后稱干重。用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎后，過60目篩，密封、保存留待分析。

1.3.2 鋅含量的測定 鋅含量采用HNO3︰HClO4(4︰1)混酸-電熱板消解，原子吸收光譜儀(PE Analyst 700)進(jìn)行測定[21]。樣品檢測過程以植物標(biāo)樣GBW07603 (GSV-2)進(jìn)行質(zhì)量控制，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，方法回收率不低于95%。

1.3.3 植酸含量測定方法(火焰原子吸收測鐵法) 植酸含量的測定原理是小麥籽粒中的植酸與Fe3+結(jié)合生成沉淀，通過測定沉淀中的鐵含量計(jì)算植酸含量。具體步驟為：準(zhǔn)確稱取0.3 g樣品，置于50 ml塑料離心管內(nèi)，加10 ml 0.2 mol/L HCl，室溫下震蕩提取2 h，10 000 r/min離心10 min后取上清液；取2.5 ml上清液，加入2 ml 0.2% 水合FeCl3溶液，沸水浴30 min，冷卻后10 000 r/min離心10 min后棄去上清液；用5 ml 18.2 MΩ/cm去離子水沖洗兩次，加入3 ml 1.5 mol/L NaOH溶液，充分振蕩2 min，10 000 r/min離心10 min，棄去上清液；加入3 ml 0.5 mol/L HCl溶液，形成FeCl3溶液并定容至25ml，用火焰原子吸收光譜儀(PE AAnalyst 700)測定鐵濃度。每個(gè)樣品平行測定3次，方法加標(biāo)回收率為95.6% ~ 104.3%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

式中：PA為小麥籽粒植酸含量(g/kg)；1為0.2 mol/L 的HCl加入體積 (10 ml)；2為最終定容體積(25 ml)；3為移取的上清液體積(2.5 ml)；Fe為上機(jī)檢測的鐵濃度(mg/L)；為稱取樣品的重量(g)；PA/Zn為植酸/鋅摩爾比；Zn為小麥籽粒鋅含量(mg/kg)；660、55.8和65分別為植酸、鐵和鋅的摩爾質(zhì)量；4.2為植酸與鐵的結(jié)合系數(shù)；1 000為單位換算系數(shù)，

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析(多重比較采用Duncan法)，采用Origin 7.5 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鋅對(duì)小麥籽粒鋅含量的影響

拔節(jié)期施用不同用量鋅肥處理，小麥籽粒中鋅含量的分析結(jié)果見圖1。2012—2013年度試驗(yàn)中，小麥成熟時(shí)籽粒的鋅含量隨著鋅肥用量的提高而顯著上升。未施加鋅肥時(shí)(T0)，小麥籽粒鋅含量為46.0 mg/kg；當(dāng)施用300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T1)，鋅含量顯著上升至63.2 mg/kg；進(jìn)一步增加鋅肥施用量至600 kg/hm2(T2)，其鋅含量并沒有得到提高，穩(wěn)定在63.4 mg/kg；而當(dāng)施鋅量提高至900 kg/hm2時(shí)(T3)，其鋅含量繼續(xù)上升至70.2 mg/kg。

(T0、T1、T2、T3、T4、T5分別對(duì)應(yīng)文中0、300、600、900、1 200、1 500 kg/hm2ZnSO4·7H2O處理；同一年度小麥籽粒鋅含量小寫字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)，下圖同)

2013—2014年度試驗(yàn)中，小麥成熟時(shí)籽粒的鋅含量隨著鋅肥用量的提高而顯著上升。未施加鋅肥時(shí)(T0)，小麥籽粒鋅含量為31.9 mg/kg；當(dāng)施用300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T1)，其鋅含量顯著上升至58.0 mg/kg；進(jìn)一步增加鋅肥施用量至600 kg/hm2時(shí)(T2)，其鋅含量進(jìn)一步小幅提高至68.0 mg/kg；而當(dāng)施鋅量繼續(xù)提高時(shí)，小麥籽粒鋅含量的提升幅度不明顯，在施鋅量達(dá)到900、1 200和1 500 kg/hm2時(shí)(T3、T4、T5)，其鋅含量僅分別小幅上升至68.7、69.9、71.6 mg/kg。

2.2 施鋅對(duì)小麥籽粒植酸含量的影響

拔節(jié)期施用不同用量鋅肥處理，小麥籽粒中植酸含量的分析結(jié)果見圖2。2012—2013年度試驗(yàn)中，小麥成熟時(shí)籽粒的植酸含量隨著鋅肥用量的提高而呈現(xiàn)小幅下降的趨勢。未施加鋅肥時(shí)(T0)，小麥籽粒植酸平均含量為12.2 g/kg；當(dāng)施用300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T1)，其植酸含量小幅下降至11.1 g/kg；進(jìn)一步增加鋅肥施用量至600 kg/hm2時(shí)(T2)，其植酸含量并沒有發(fā)生顯著變化，為11.4 g/kg；而繼續(xù)提高施鋅量至900 kg/hm2(T3)后，小麥籽粒中植酸的含量又呈現(xiàn)小幅下降的趨勢，為10.9 g/kg。

圖2 施鋅后小麥籽粒植酸含量

2013—2014年度試驗(yàn)中，小麥成熟時(shí)籽粒的植酸含量隨著鋅肥用量的提高同樣呈現(xiàn)小幅下降的趨勢。未施加鋅肥時(shí)(T0)，小麥籽粒植酸平均含量為9.9 g/kg；當(dāng)施用300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T1)，其植酸含量沒有變化；而施加600、900、1 200 kg/hm2鋅肥時(shí)(T2、T3、T4)，其平均植酸含量分別下降至9.6、9.1、9.3 g/kg；進(jìn)一步增加鋅肥施用量至1 500 kg/hm2時(shí)(T5)，其植酸的含量進(jìn)一步顯著下降，低至8.5 g/kg。

2.3 施鋅對(duì)小麥籽粒植酸/鋅摩爾比的影響

拔節(jié)期施用不同用量鋅肥處理，小麥籽粒中植酸/鋅摩爾比的分析結(jié)果見圖3。2012—2013年度試驗(yàn)中，整體表現(xiàn)為施用鋅肥處理后，小麥籽粒的植酸/鋅摩爾比呈下降趨勢。未施加鋅肥時(shí)，小麥籽粒中植酸與鋅的摩爾比為26.2，而施用300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T1)，其平均植酸/鋅摩爾比大幅下降至17.3；進(jìn)一步增加鋅肥施用量至600 kg/hm2時(shí)，其植酸/鋅摩爾比并沒有顯著變化；而當(dāng)施鋅量提高至900 kg/hm2時(shí)(T3)，其植酸/鋅摩爾比進(jìn)一步下降至15.3。

2013—2014年度試驗(yàn)中，隨著施用鋅肥量的增加，小麥籽粒的植酸/鋅摩爾比呈下降趨勢。未施加鋅肥時(shí)，小麥籽粒中植酸與鋅的摩爾比為30.7；而施用300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T1)，其平均植酸/鋅摩爾比大幅下降至16.7；進(jìn)一步增加鋅肥施用量至600 kg/hm2時(shí)，其平均植酸/鋅摩爾比則下降至14.0；當(dāng)施鋅量提高至900、1 200 kg/hm2時(shí)(T3、T4)，小麥籽粒的植酸/鋅摩爾比小幅下降，分別降至13.1、13.2；而當(dāng)施用1 500 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)(T5)，其植酸/鋅摩爾比進(jìn)一步下降至12.9。

圖3 施鋅后小麥籽粒植酸/鋅摩爾比

3 討論

3.1 施鋅對(duì)小麥籽粒鋅含量的影響

在2012—2013年度試驗(yàn)中，拔節(jié)期施鋅量達(dá)900 kg/hm2ZnSO4·7H2O能使得小麥籽粒鋅含量提高至70.2 mg/kg。2013—2014年度試驗(yàn)中，鋅肥施加量進(jìn)一步提高，最高僅能使得小麥籽粒鋅含量提高至71.6 mg/kg。從兩期的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)期土施300 ~ 1 500 kg/hm2ZnSO4·7H2O均可使得小麥籽粒鋅含量得到顯著提升，總體從約30 ~ 45 mg/kg提升至60 mg/kg。目前，有很多研究通過向土壤施加鋅肥的農(nóng)業(yè)鋅強(qiáng)化方式來探究施鋅對(duì)小麥籽粒鋅的強(qiáng)化效果，本研究結(jié)果與大量研究一致，即土施鋅肥能夠顯著提高小麥籽粒中的鋅含量[22-25]。雖然施鋅可以提高小麥籽粒的鋅含量，但是在目前的研究中，鋅含量能提高的上限卻是有限的。在Wang等人[26]的研究中，進(jìn)行了為期兩年的小麥鋅強(qiáng)化研究，在施加50 kg/hm2鋅肥(ZnSO4·7H2O)的情況下，小麥籽粒中的鋅含量在第一年的試驗(yàn)中僅從18.8 mg/kg提高到19.5 mg/kg，而在第二年中，從23.1 mg/kg提高到29.1 mg/kg；而在郭九信等人[27]的試驗(yàn)中，小麥田中鋅肥的施加量被提高到150 kg/hm2，在這樣高的鋅肥用量下，小麥籽粒鋅含量也沒能超過50 mg/kg。

然而，小麥籽粒中的鋅含量必須提高到40 ~ 45 mg/kg才能對(duì)人們的健康產(chǎn)生顯著的影響[28]，國際農(nóng)業(yè)研究咨詢小組(CGIAR)也建議需將小麥籽粒鋅含量提升一倍[29]，但Cakmak[23]認(rèn)為小麥籽粒鋅含量只有強(qiáng)化到60 mg/kg以上時(shí)才能滿足人們對(duì)于鋅的需求。在本試驗(yàn)中，我們設(shè)定了高于一般鋅肥用量的高施鋅梯度，鋅施加量的進(jìn)一步提高也進(jìn)一步提升了小麥籽粒的鋅含量，但最小的300 kg/hm2ZnSO4·7H2O的施鋅量即可使得小麥籽粒鋅含量提升至60 mg/kg，這個(gè)施肥量相比于試驗(yàn)中其他更高梯度的施肥量具有最大的經(jīng)濟(jì)效果。

3.2 施鋅對(duì)小麥籽粒植酸含量和植酸/鋅摩爾比的影響

2012—2013年度的試驗(yàn)中，拔節(jié)期土施900 kg/hm2ZnSO4·7H2O能使得小麥籽粒植酸含量下降至10.9 g/kg。2013—2014年度的試驗(yàn)中，鋅肥施加量進(jìn)一步提高，最高能使得小麥籽粒植酸含量下降至8.5 mg/kg。從兩期的試驗(yàn)結(jié)果來看，土壤施鋅均顯著降低了小麥籽粒中的植酸含量，這與Erdal 等人[30]的結(jié)果一致。小麥籽粒中70% 的磷是以占據(jù)小麥籽粒重量1% 的植酸鹽的形式存在[31]。Lolas 等人[32]的研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒中的植酸含量和磷含量之間呈現(xiàn)極高的正相關(guān)關(guān)系，兩者之間的線性關(guān)系可通過下述方程表述：

總磷含量(%，干重)= 0.096+0.3×植酸含量(%，干重)= 0.968 2

由此可見，小麥籽粒中的磷和植酸含量之間可以通過上述方程進(jìn)行換算。因此，我們也推測，在本試驗(yàn)中，小麥籽粒中的磷含量也隨著施鋅量的增加而顯著降低。

Erdal 等人[30]在缺鋅土壤上進(jìn)行的早期試驗(yàn)中，選擇了20個(gè)小麥品種(系)用來進(jìn)行鋅強(qiáng)化試驗(yàn)，當(dāng)施加23 kg/hm2Zn后，小麥籽粒中的磷和鋅含量都受到鋅肥施加量的影響而顯著下降，小麥籽粒中磷含量從3.9 g/kg下降至3.5 g/kg，而植酸含量則從10.7 g/kg下降至9.1 g/kg，這被認(rèn)為是由于施鋅帶來的增產(chǎn)而導(dǎo)致的稀釋效應(yīng)引起的。在嚴(yán)重缺鋅的土壤上，鋅的缺乏導(dǎo)致植物吸收更多的鋅，從而可以導(dǎo)致植酸含量的上升[33-34]。但是，在潛在缺鋅土壤上土施50 kg/hm2ZnSO4·7H2O(23% Zn)卻并沒有導(dǎo)致小麥籽粒中磷和植酸含量的下降[35]，這可能是由于土壤本底有效鋅含量還不是很低，而施加的鋅的量也不是很高或是被土壤有機(jī)質(zhì)、Mg2+、HCO3–和Na+固定或影響[36-37]，以至于施加到土壤中的鋅無法顯著提高土壤有效鋅含量。

由此看來，土壤施鋅對(duì)小麥籽粒中的磷和植酸含量的影響不但受到土壤有效鋅背景值的影響，還和鋅的施加量有關(guān)。也就是說，在嚴(yán)重缺鋅的土壤上，施加鋅肥可導(dǎo)致小麥籽粒中磷和植酸含量的顯著下降；而在潛在缺鋅的土壤上，施加小用量的鋅肥并不能對(duì)小麥籽粒中的磷和植酸含量產(chǎn)生顯著影響。而在本試驗(yàn)更高的土壤有效鋅含量的土壤中，施加更高用量的鋅肥同樣可以顯著降低小麥籽粒的磷和植酸含量。施鋅對(duì)小麥籽粒中磷和植酸含量的影響也歸因于產(chǎn)量增加帶來的稀釋效應(yīng)以及土壤缺鋅刺激植物對(duì)磷的吸收作用；此外，在鋅的脅迫下，小麥植株或許還有其獨(dú)特的調(diào)節(jié)磷和植酸的方法，土壤中磷被土施的過量鋅鹽固定而造成磷無法被植物吸收也可能是造成小麥籽粒磷和植酸含量下降的原因。

植酸/鋅摩爾比常常被用來衡量植酸對(duì)鋅的影響程度，小麥籽粒中過高的植酸/鋅摩爾比會(huì)抑制小麥籽粒中鋅的生物有效性。小麥籽粒中的植酸/鋅摩爾比往往都超過20[20]。而一般認(rèn)為，影響鋅吸收的植酸/鋅摩爾比的臨界值為15[15-17]，植酸/鋅摩爾比超過15時(shí)，鋅的吸收將受到嚴(yán)重抑制，低于5時(shí)則對(duì)鋅的吸收完全沒有影響[18]。

在本試驗(yàn)的對(duì)照組小麥籽粒中，植酸/鋅摩爾比達(dá)到了26.2和30.7，小麥籽粒中鋅的生物有效性將嚴(yán)重受到植酸的影響。而施鋅后，小麥籽粒中的植酸/鋅摩爾比均隨著施鋅量呈現(xiàn)顯著下降的趨勢。在拔節(jié)期施加鋅肥后，當(dāng)施鋅量不超過300 kg/hm2ZnSO4·7H2O時(shí)，小麥籽粒的植酸/鋅摩爾比高于15；而提高鋅施用量后，小麥籽粒的植酸/鋅摩爾比繼續(xù)下降，但最終均高于13，可見拔節(jié)期繼續(xù)提高施鋅量并不能顯著提高小麥籽粒中鋅的生物有效性。

在較低的鋅肥施用量下，小麥籽粒中鋅的生物有效性仍然較低，而更高的鋅肥施用量能顯著提高小麥籽粒中鋅的生物有效性。雖然植酸/鋅摩爾比被廣泛用于評(píng)價(jià)作物籽粒中鋅的生物可利用性，但從營養(yǎng)學(xué)研究的角度來看，這個(gè)指標(biāo)僅僅是從膳食營養(yǎng)的角度評(píng)價(jià)籽粒的鋅供給能力，不足以直觀反映營養(yǎng)物質(zhì)被機(jī)體吸收利用的情況，這就需要具體的動(dòng)物試驗(yàn)來驗(yàn)證。

4 結(jié)論

在兩期的試驗(yàn)中，通過土施300 ~ 1 500 kg/hm2ZnSO4·7H2O(Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%)，小麥籽粒中的鋅含量得到顯著的提高，與施鋅量之間總體呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；小麥籽粒的鋅含量總體從對(duì)照組的約30 ~ 45 mg/kg提升至60 mg/kg。小麥經(jīng)過鋅的農(nóng)業(yè)生物營養(yǎng)強(qiáng)化后，其籽粒中植酸和植酸/鋅摩爾比與鋅肥的施加量之間均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。小麥籽粒中的植酸含量最多可從對(duì)照組的9.9 ~ 12.2 g/kg下降至8.5 g/kg。對(duì)照組中，植酸/鋅摩爾比達(dá)到了26.2、30.7，大大超過了嚴(yán)重影響鋅吸收性的臨界值15；而拔節(jié)期施鋅肥能使植酸/鋅摩爾比最低下降至13，小麥籽粒中鋅的生物有效性得到提高。從本研究的各個(gè)方面綜合考慮，通過土壤施加鋅肥的方式來提高小麥籽粒的鋅含量是一套可行的鋅的農(nóng)業(yè)營養(yǎng)強(qiáng)化策略，對(duì)于鋅缺乏人群通過食物補(bǔ)鋅具有重要作用，也對(duì)其他作物中鋅的農(nóng)業(yè)生物營養(yǎng)強(qiáng)化具有指導(dǎo)意義。

[1] Wessells K R, Brown K H. Estimating the global prevalence of zinc deficiency: Results based on zinc availability in national food supplies and the prevalence of stunting[J]. Plos One, 2012, 7(8): e50568

[2] Wang Z M, Liu Q, Pan F, et al. Effects of increasing rates of zinc fertilization on phytic acid and phytic acid/zinc molar ratio in zinc bio-fortified wheat[J]. Field Crops Research, 2015, 184: 58–64

[3] Monasterio I, Graham R D. Breeding for trace minerals in wheat[J]. Food and Nutrition Bulletin, 2000, 21: 393–396

[4] Liu H, Wang Z H, Li F C, et al. Grain iron and zinc concentrations of wheat and their relationships to yield in major wheat production areas in China[J]. Field Crops Research, 2014, 156: 151–160

[5] Wissuwa M, Ismail A M, Graham R D. Rice grain zinc concentrations as affected by genotype, native soil-zinc availability, and zinc fertilization[J]. Plant and Soil, 2008, 306(1/2): 37–48

[6] Hajiboland R, Beiramzadeh N. Rhizosphere properties of rice genotypes as influenced by anoxia and availability of zinc and iron[J]. Pesquisa Agropecuaria Brasileira, 2008, 43(5): 613–622

[7] Prasad B, Kumar M, Prasad J. Direct and residual effect of organic wastes and zinc-sulfate on zinc availability under cropping sequence of wheat (triticum-aestivum Rice (Oryza-Sativa) in calcareous soil[J]. Indian Journal of Agricultural Sciences, 1989, 59(5): 300–305

[8] White P J, Broadley M R. Biofortification of crops with seven mineral elements often lacking in human diets - iron, zinc, copper, calcium, magnesium, selenium and iodine[J]. New Phytologist, 2009, 182: 49–84

[9] Lott J N A, Ockenden I, Raboy V, et al. Phytic acid and phosphorus in crop seeds and fruits: A global estimate[J]. Seed Science Research, 2000, 10(1): 11–33

[10] Schlegel P, Nys Y, Jondreville C. Zinc availability and digestive zinc solubility in piglets and broilers fed diets varying in their phytate contents, phytase activity and supplemented zinc source[J]. Animal, 2010, 4(2): 200–209

[11] 李秀麗. 供鋅對(duì)小麥籽粒不同脫皮組分中鋅生物有效性的影響[D]. 陜西楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2011

[12] Carnovale E, Lugaro E, Lombardi-Boecia G, et al. Phytic acid in faba bean and pea: Effect on protein availability[J]. Cereal Chemistry, 1998, 65: 114–117

[13] Morris E R, Ellis R. Usefulness of the dietary phytic acid/zinc molar ratio as an index of zinc bioavailability to rats and humans[J]. Biological Trace Element Research, 1989, 19: 107–117

[14] Kwun I S, Kwon C S. Dietary molar ratios of phytate: Zinc and millimolar ratios of phytatecalcium: Zinc in South Koreans[J]. Biological Trace Element Research, 2000, 75: 29–41

[15] Turnlund J R, King J C, Keyes W R, et al. A stable isotope study of zinc absorption in young men: Effects on phytate and R-cellulose[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 1984, 40: 1071–1077

[16] Gargari B P, Mahboob S, Razavieh S V. Content of phytic acid and its mole ratio to zinc in flour and breads consumed in Tabriz Iran[J]. Food Chemistry, 2007, 100: 1115–1119

[17] Ryan M H, McInerney J K, Record I R, et al. Zinc bioavailability in wheat grain in relation to phosphorus fertilizer, crop sequence and mycorrhizal fungi[J]. Journal of The Science of Food and Agriculture, 2008, 88: 1208– 1216

[18] 韓宗輝, 王振林. 可利用鋅的攝入量與食物中植酸含量的關(guān)系[J]. 國外醫(yī)學(xué)地理分冊, 2006, 27(1): 28–29, 48

[19] Febles C, Arias A, Hardisson A, et al. Phytic acid level in wheat flours[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 36(1): 19–23

[20] 曹玉賢, 田霄鴻, 楊習(xí)文, 等. 土施和噴施鋅肥對(duì)冬小麥子粒鋅含量及生物有效性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(6): 1394–1401

[21] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000

[22] 郝明德, 魏孝榮, 黨廷輝, 等. 旱地長期施用鋅肥對(duì)小麥吸鋅及產(chǎn)量的影響[J]．生態(tài)環(huán)境, 2003, 12(1): 46–48

[23] Cakmak I. Enrichment of cereal grains with zinc: Agronomic or genetic biofortification? [J]. Plant Soil, 2008, 302: 1–17

[24] Cakmak I. Biofortification of cereal grains with zinc through fertilizer strategy[J]. Annals of Nutrition and Metabolism, 2009, 55: 377

[25] Cakmak I. Enrichment of fertilizers with zinc: An excellent investment for humanity and crop production in India[J]. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 2009, 23: 281–289

[26] Wang J W, Mao H, Zhao H B, et al. Different increases in maize and wheat grain zinc concentrations caused by soil and foliar applications of zinc in Loess Plateau, China[J]. Field Crops Research, 2012, 135: 89–96

[27] 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

[28] Ortiz-Monasterio J I, Palacios-Rojas N, Meng E, et al. Enhancing the mineral and vitamin content of wheat and maize through plant breeding[J]. Journal of Cereal Science, 2007, 46: 293–307

[29] Bouis H E, Graham R D, Welch R M. The Consultative group on international agricultural research (CGIAR) micronutrients project: Justification and objectives[J]. Food and Nutrition Bulletin, 2000, 21(4): 374–381

[30] Erdal I, Yilmaz A, Taban S. Phytic acid and phosphorus concentrations in seeds of wheat cultivars grown with and without zinc fertilization[J]. Journal of Plant Nutrition, 2002, 25(1): 113–127

[31] Lott J N A. Accumulation of seed reserves of phosphorus and other minerals // Murray D R. Seed physiology[M]. Sydney, Australia: Academic Press, 1984, 1: 154–196

[32] Lolas G M, Palamidis N, Markakis P. The phytic acid-total phosphorus relationship in barley, oats, soybeans, and wheat[J]. Cereal Chemistry, 1976, 53(6): 867–871

[33] Cakmak I, Marschner H. Mechanism of phosphorus induced zinc deficiency in cotton. I. Zinc deficiency- enhanced uptake rate of phosphorus[J]. Physiologia Plantarum, 1986, 68: 483–490

[34] Loneragan J F, Grunes D L, Welch R M, et al. Phosphorus accumulation and toxicity in leaves in relation to zinc supply[J]. Soil Science Society of America Journal, 1982, 46: 345–352

[35] Zhang Y Q, Sun Y X, Ye Y L, et al. Zinc biofortification of wheat through fertilizer applications in different locations of China[J]. Field Crops Research, 2012, 125: 1–7

[36] 陸欣春, 鄒文秀, 韓曉增, 等. 黑土鋅有效度的物理化學(xué)研究法[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2016, 53(4): 985–994

[37] 楊思存, 霍琳, 王成寶, 等. 綠洲鹽化潮土有效鋅含量與鹽分離子的相關(guān)性及通徑分析[J]. 土壤, 2017, 49(3): 550–557

Effect of Zinc Application at Jointing Stage on Zinc Bioavailability in Wheat Grain

WANG Zhangmin1,2, PAN Fei1, LIU Qi1, YUAN Linxi1, DUAN Zengqiang2, YIN Xuebin1*

(1 Jiangsu Bio-Engineering Research Center for Selenium, Suzhou, Jiangsu 215123, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

In this study, a two-year field experiment was conducted and the molar ratio of phytic acid/zinc was used to explore and assess the effects of zinc (Zn) fertilization on Zn bioavailability in wheat grains (Linn. cv. Yang Mai 16) by applying increasing rates of Zn fertilizers during the jointing stage. The results showed that Zn concentration in wheat grains was significantly increased while the molar ratio of phytic acid/Zn was significantly decreased with increasing rate of Zn fertilizer. Under 300 kg/hm2of ZnSO4·7H2O, Zn concentration in wheat grains was increased to over 60 mg/kg and the molar ratio of phytic acid/Zn decreased to below 15. It indicated that Zn bioavailability in wheat grains is significantly improved when wheat is fortified with Zn.

Wheat; Zinc fertilizer; Zinc concentration in wheat grains; Molar ratio of phytic acid/zinc; Bioavailability

山西省農(nóng)谷建設(shè)科研專項(xiàng)(SXNGJSKYZX201706)和山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(201703D211001-01-02)資助。

(xbyin@ustc.edu.cn)

王張民(1988—)，男，江蘇如皋人，博士，主要從事功能農(nóng)業(yè)研究。E-mail: wzmwzm@mail.ustc.edu.cn

10.13758/j.cnki.tr.2018.06.026

S512；Q945.14；TS202.1

A