不同品種粳稻的鋅強(qiáng)化方法研究

范小琴，董思奇，邵宇輝，焉 莉，馮國(guó)忠，王 寅，高 強(qiáng)

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130118）

鋅是人體不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)蛋白質(zhì)代謝、胰島素生成和免疫功能有重要作用。缺鋅嚴(yán)重會(huì)影響人的智力、食欲和生殖機(jī)能等［1-2］，必須在膳食中加以補(bǔ)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(jīng)濟(jì)有效且易于推行的辦法。水稻作為人類(lèi)的主要食物，是人體鋅的重要來(lái)源［4-5］，提高稻米的鋅含量對(duì)強(qiáng)化人體健康具有重要意義。國(guó)際上已經(jīng)把提高微量元素含量作為作物育種的主要目標(biāo)之一，并在水稻上已做了相關(guān)研究［2，6］。目前農(nóng)藝生物強(qiáng)化法是一種應(yīng)用比較普遍的提升谷物鋅含量的方法，效果顯著且實(shí)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(chǎn)量；與土施鋅肥相比，葉面噴施在產(chǎn)量提升上無(wú)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(yùn)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(xiàn)在不同品種對(duì)鋅肥施用的反應(yīng)有影響，而且在植株體內(nèi)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(gè)優(yōu)質(zhì)粳稻品種進(jìn)行不同鋅肥施用方式試驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)人體鋅強(qiáng)化的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年5～10月在吉林省吉林市永吉縣岔路河鎮(zhèn)隆源恒成號(hào)合作社水稻種植基地（43.73°N，125.94°E）進(jìn)行，該區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫4.9℃，有效積溫2 794℃，全年日照時(shí)數(shù)2 500～2 800 h，年均降水量650～750 mm。供試土壤類(lèi)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(jī)質(zhì) 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(hào)、吉農(nóng)大899、吉農(nóng)大809、平粳8號(hào)、吉粳515、吉粳302、吉宏6號(hào)、長(zhǎng)粳717和稻花香2號(hào)，均為當(dāng)?shù)爻Ｓ盟酒贩N；供試肥料為15-15-15的復(fù)合肥、尿素（46% N）、氯化鉀（60% K2O）、七水硫酸鋅（23% Zn）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)品種設(shè)不施鋅肥對(duì)照（Zn 0 kg·hm-2，F(xiàn)P）、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(yáng)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(yáng)花期各噴施0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SBF）， 共5個(gè)處理，各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為35 m2，密度為18萬(wàn)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(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行水分及病蟲(chóng)害管理。鋅肥噴施處理分別在水稻的孕穗期（7月14日）和開(kāi)花期（8月6日）進(jìn)行，每次噴施量為800 L·hm-2，噴施時(shí)間為晴朗無(wú)風(fēng)的傍晚，噴施時(shí)使所有葉片全部濕潤(rùn)但不形成水滴流走，不進(jìn)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(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤樣品采集及養(yǎng)分測(cè)定

在施肥前（4月7日）和收獲后（10月20日）采集試驗(yàn)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(jī)質(zhì)、鋅的有效濃度（HCl浸提，原子吸收分光光度法測(cè)定）。

1.4.2 植株樣品采集及養(yǎng)分測(cè)定

水稻成熟后，在每個(gè)小區(qū)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(jī)（JLG-45）出糙，不銹鋼樣品粉碎機(jī)（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(jì)（TAS-990，普析，中國(guó)）法測(cè)定［12］。標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)自中國(guó)天津傲然精細(xì)化工研究所（GB/T 602-2002）。

1.4.3 水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素測(cè)定

在測(cè)產(chǎn)區(qū)域選取具有代表性的3 m2收割，并對(duì)水稻進(jìn)行脫粒，測(cè)定其重量及含水量，折算水稻產(chǎn)量，同時(shí)調(diào)查有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.4.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 25.0 和Excel 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋅肥施用方式對(duì)不同水稻品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可見(jiàn)，不同水稻品種間產(chǎn)量差異極顯著，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率的差異極顯著；施用鋅肥只對(duì)吉洋1號(hào)、吉粳302和稻花香2號(hào)的產(chǎn)量有影響，主要體現(xiàn)在有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加上，但不同施鋅方式在不同品種間的增產(chǎn)效果不同。吉洋1在SB和SF處理中產(chǎn)量分別為9 212和9 137 kg·hm-2，顯著高于FP處理，增產(chǎn)率分別為9.6%和8.7%，SF處理中有效穗數(shù)增加顯著，S和SBF處理無(wú)顯著增產(chǎn)效果；吉粳302在SF處理中的產(chǎn)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(wú)顯著差異，3個(gè)噴施處理中穗粒數(shù)顯著下降，結(jié)實(shí)率顯著上升；稻花香2號(hào)在SF和SBF處理中的產(chǎn)量分別為8 228和8 119 kg·hm-2，顯著高于FP，增產(chǎn)率分別為8.7%和7.3%，而S和SB處理中產(chǎn)量無(wú)顯著提升，3個(gè)噴施處理中穗粒數(shù)下降，SF處理中穗粒數(shù)顯著高于FP，在4個(gè)施用鋅肥的處理中結(jié)實(shí)率顯著提高；其余品種在不同施鋅方式中產(chǎn)量無(wú)顯著差異。

表1 施鋅方式對(duì)不同品種水稻的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

續(xù)表

2.2 鋅肥施用方式對(duì)不同品種稻米鋅含量的影響

根據(jù)GB/T 5009.14和NY 861-2004標(biāo)準(zhǔn)，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(jiàn)，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(hào)、吉農(nóng)大809、吉粳302、吉宏6號(hào)、長(zhǎng)粳717和稻花香2號(hào)的最高鋅含量在27.4～29.3 mg·kg-1之間，為高鋅品種；吉農(nóng)大899最高鋅含量為26.7 mg·kg-1，為中鋅品種；平粳8號(hào)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(nóng)大899、平粳8號(hào)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(hào)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(jié)合孕穗期和揚(yáng)花期能使所有品種的稻米鋅含量達(dá)到最高。吉農(nóng)大809、平粳8號(hào)和吉粳515在3個(gè)噴施處理（SB、SF、SBF）中的稻米鋅含量無(wú)明顯差異，吉粳302和稻花香2號(hào)在揚(yáng)花期進(jìn)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(gè)時(shí)期均噴施對(duì)進(jìn)一步提升其鋅含量無(wú)顯著作用；吉洋1號(hào)和長(zhǎng)粳717在孕穗期和揚(yáng)花期進(jìn)行鋅肥葉面噴施（SBF）的鋅含量達(dá)到最高。在所有處理中，吉洋1號(hào)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(hào)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(zhǎng)粳717和稻花香2號(hào)為10%～15%，鋅強(qiáng)化能力一般；吉洋1號(hào)、吉農(nóng)大899、吉農(nóng)大809和平粳8號(hào)為21.1%～29.3%，在不施鋅條件下，稻米鋅含量較低，當(dāng)補(bǔ)充外源鋅營(yíng)養(yǎng)后，鋅離子活度對(duì)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(duì)不同品種稻米鋅含量的影響

3 討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，與不施鋅肥對(duì)照相比，僅鋅肥土施對(duì)水稻產(chǎn)量的提升并沒(méi)有顯著作用，吉洋1號(hào)、吉粳302和稻花香在鋅肥土施結(jié)合孕穗期或揚(yáng)花期葉面噴施時(shí)產(chǎn)量提升顯著，主要表現(xiàn)為有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加上，而在鋅肥土施充足的基礎(chǔ)上，噴施鋅肥對(duì)吉粳302以外的品種的產(chǎn)量無(wú)進(jìn)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(lèi)似。由于本試驗(yàn)地塊屬于鋅肥有效區(qū)（有效態(tài)鋅含量0.5～ 1.0 mg·kg-1）［20］，水稻潛在缺鋅而無(wú)缺鋅癥狀，不同水稻品種對(duì)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(zhǎng)的限制因子［7］，再進(jìn)行葉面噴施，對(duì)水稻的增產(chǎn)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(guān)注鋅肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響之外，還需研究不同鋅肥施用方式對(duì)籽粒鋅含量的影響。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(jù)WHO和FAO的建議，人體每日膳食攝入量為12～15 mg，結(jié)合中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)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(mǎn)足人體鋅需要量［21］。因此不施鋅條件下，只有吉宏6號(hào)能達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)，而其他品種只能通過(guò)施鋅來(lái)實(shí)現(xiàn)稻米的鋅強(qiáng)化以達(dá)到建議攝入標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)結(jié)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(duì)照相比，鋅肥土施結(jié)合孕穗期或揚(yáng)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(dá)到顯著提高。大量研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施鋅肥對(duì)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(zhuǎn)運(yùn)能力有關(guān)。鋅從土壤到稻米的轉(zhuǎn)運(yùn)是一個(gè)復(fù)雜的長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程，ZnSO4·7H2O進(jìn)入土壤后與土壤成分反應(yīng)，部分被鈍化無(wú)效。Zn2+被根部吸收，再通過(guò)木質(zhì)部進(jìn)入貯藏組織、葉片，然后通過(guò)韌皮部進(jìn)入稻谷，Zn2+的轉(zhuǎn)移與速度受韌皮部汁液的pH值濃度、螯合過(guò)程等影響［27-28］；葉面噴施則減少了植物體中鋅往稻米的轉(zhuǎn)運(yùn)距離，直接從葉片向稻米、莖稈，甚至是向根部進(jìn)行轉(zhuǎn)移，進(jìn)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(fā)現(xiàn)，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(duì)鋅的吸收能力以及再轉(zhuǎn)運(yùn)能力有關(guān)［29-30］。本試驗(yàn)通過(guò)分析還發(fā)現(xiàn)稻米的鋅強(qiáng)化程度與稻米鋅含量呈負(fù)相關(guān)，在不施鋅情況下的鋅含量與施鋅后鋅含量為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明稻米本身鋅含量是影響其強(qiáng)化程度的原因之一，與前人研究結(jié)果一致［31-33］。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，鋅肥土施對(duì)大多數(shù)水稻品種的增產(chǎn)效果不明顯，鋅肥土施結(jié)合葉面噴施能顯著提高稻米中的鋅含量，而不同時(shí)期的噴施效果以及施用方式的選擇因品種而異。吉洋1號(hào)、吉粳302和稻花香2號(hào)適宜在揚(yáng)花期或孕穗和揚(yáng)花期進(jìn)行葉面噴施，吉宏6號(hào)適宜在孕穗期或孕穗期和揚(yáng)花期進(jìn)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(hào)稻米鋅含量最高，吉農(nóng)大809的鋅強(qiáng)化程度最高。綜上所述，選擇富鋅高產(chǎn)品種，鋅肥土施結(jié)合適當(dāng)生育期葉面噴施，可促進(jìn)增產(chǎn)和鋅吸收，實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種植。