基施鋅肥對(duì)馬鈴薯鋅含量及塊莖品質(zhì)的影響

杜 平，張海清，李 磊，趙竹青，劉新偉

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部馬鈴薯生物學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

鋅（Zn）是人類及動(dòng)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素[1]。人體缺鋅會(huì)導(dǎo)致免疫力下降，消化功能、生殖功能及視覺功能障礙，并引發(fā)一系列疾病[2]。目前，鋅缺乏是世界性的公共營(yíng)養(yǎng)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界范圍內(nèi)將近30億人存在不同程度的缺鋅問題[3]，在中國(guó)，有將近1億人缺鋅[4]，而人體76%的鋅來源于植物性食品[5]，因此，增加農(nóng)作物可食部位的鋅濃度，通過植物食品供鋅被認(rèn)為是解決人體缺鋅問題的重要途徑[6,7]。施用鋅肥是目前提高作物鋅含量的一種簡(jiǎn)單而有效的方法，大大提高了糧食和營(yíng)養(yǎng)安全。馬鈴薯是僅次于小麥、水稻、玉米的世界第四大糧食作物，產(chǎn)量高且營(yíng)養(yǎng)豐富，在人們的飲食中發(fā)揮著重要作用[8,9]，通過基施鋅肥能否有效提高馬鈴薯塊莖鋅含量以及基施鋅肥對(duì)塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響值得探討。本研究通過盆栽試驗(yàn)，探究基施鋅肥對(duì)馬鈴薯鋅含量、鋅積累分配及塊莖主要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，為高品質(zhì)富鋅馬鈴薯生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為‘大西洋’原種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院盆栽場(chǎng)進(jìn)行。每盆裝土12 kg，加0.5 kg 蛭石混勻，設(shè)2 個(gè)處理，即施鋅肥處理（Zn）和不施鋅肥處理（CK），鋅肥采用7水硫酸鋅（ZnSO·47H2O），用量為15 mg/kg土（以Zn計(jì)），與土壤和蛭石充分混勻后放入盆中，每處理重復(fù)6次。氮、磷、鉀肥作為底肥一次性施入，處理間肥底一致，氮用量為5.05 g，N∶P2O∶5K2O=1∶0.6∶1.3，氮肥用尿素（N，46%），磷肥用磷酸三銨（N，21%；P2O5，35%），鉀肥用硫酸鉀（K2O，54%）。盆上沿留5 cm 距離，播種2個(gè)種薯，深度10 cm。1月23日播種，3月1日出苗，6月20日收獲。供試土壤基本理化狀況為pH 5.41，有機(jī)質(zhì)7.58 g/kg，堿解氮35.61 mg/kg，有效磷8.62 mg/kg，速效鉀193.48 mg/kg，有效鋅2.58 mg/kg。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

分別在出苗后25 d（苗期）、出苗后50 d（塊莖膨大期）、出苗后111 d（成熟期）采集樣品，每次4株/處理，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

干物質(zhì)：105 ℃殺青30 min，降溫至65 ℃烘干至恒重，冷卻后稱重；鋅含量：HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度法測(cè)定[10]；還原糖：3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；水溶性總糖：蒽酮比色法測(cè)定；淀粉：HCl 水解-3，5 二硝基水楊酸比色法測(cè)定；游離氨基酸：茚三酮比色法測(cè)定；維生素C：2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定；硝酸鹽：紫外分光光度法測(cè)定[11]；粗蛋白：凱氏定氮法測(cè)定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 計(jì)算公式

器官鋅積累量（mg）=器官鋅含量（mg/kg）×器官干物質(zhì)質(zhì)量（kg）；全株鋅積累量（mg）=地上部（莖和葉）鋅積累量（mg）+地下部（根和塊莖）鋅積累量（mg）；各器官鋅分配率（%）=各器官鋅積累量（mg）/全株鋅積累量（mg）×100；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（根-莖葉）=地上部（莖葉）鋅含量（mg/kg）/根系鋅含量（mg/kg），轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（莖葉-塊莖）=塊莖鋅含量（mg/kg）/地上部（莖葉）鋅含量（mg/kg）。

1.4.2 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 20.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD 法檢驗(yàn)處理間差異顯著性，用Excel 2013 制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鋅對(duì)馬鈴薯各部位鋅含量及鋅素累積分配的影響

2.1.1 施鋅對(duì)馬鈴薯不同生育期各器官鋅含量的影響

施鋅顯著提高了馬鈴薯不同器官的鋅濃度，且隨著生育期的推進(jìn)，馬鈴薯各器官鋅濃度呈現(xiàn)先上升后下降的總體趨勢(shì)（表1）。出苗后25 d，Zn 處理葉、莖及根中鋅含量顯著高于CK。在塊莖膨大期，Zn 處理的效果進(jìn)一步顯現(xiàn)，葉、莖、根和塊莖中鋅濃度分別比CK 處理高出70.24，110.56，89.50 和13.38 mg/kg，至成熟期時(shí)，這種增幅有所下降，但收獲后2 種處理塊莖中的鋅濃度仍表現(xiàn)出顯著差異，Zn 處理比CK 處理高57.66%。在整個(gè)生育期內(nèi)，馬鈴薯各器官鋅濃度大小順序?yàn)榍o＞根＞葉＞塊莖，Zn 處理下馬鈴薯塊莖鋅含量增幅最低。

表1 鋅處理對(duì)不同生育期內(nèi)馬鈴薯各器官鋅濃度的影響（mg/kg）Table 1 Effects of zinc treatment on zinc concentration in organs of potato at different growing stages

2.1.2 施鋅對(duì)馬鈴薯植株鋅素積累量的影響

全生育期內(nèi)，馬鈴薯植株全株鋅累積量隨馬鈴薯正常生長(zhǎng)而逐漸上升，苗期Zn處理全株鋅累積量顯著高于CK，且隨著生育期推進(jìn)，Zn處理鋅累積量增幅大于CK（圖1）。在苗期、塊莖膨大期和成熟期Zn 處理全株鋅累積量依次為0.65，2.10 和3.07 mg/株，分別較CK 增加44.44%、100.00%和169.30%，表明施鋅顯著提高了馬鈴薯全株鋅累積量。

2.1.3 施鋅對(duì)馬鈴薯各生育期不同器官鋅素分配的影響

馬鈴薯莖葉和根中的鋅累積分配比例隨生育期的推進(jìn)而逐漸降低，塊莖中的鋅累積分配比例逐漸增加，Zn 處理降低了塊莖鋅分配比例（圖2）。在施鋅與不施鋅兩種情況下，根向莖葉的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于莖葉向塊莖的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（表2），相差2 倍以上，說明鋅主要集中在馬鈴薯地上部器官中。另外，在不同生育期內(nèi)，施鋅明顯降低了根向莖葉以及莖葉向塊莖的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，使鋅的再分配受到抑制，導(dǎo)致鋅在馬鈴薯根中積累，塊莖鋅分配率下降，但隨著生長(zhǎng)中心由莖葉向塊莖轉(zhuǎn)移，鋅在根中的分配比例呈下降趨勢(shì)，在塊莖中的分配比例呈上升趨勢(shì)，到成熟期Zn 處理和CK 處理塊莖鋅分配比例分別為25.58%和42.66%。

表2 鋅處理對(duì)不同生育期內(nèi)馬鈴薯鋅轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響Table 2 Effects of zinc treatment on translocation factor of zinc in potato at different growth stages

2.2 施鋅對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

收獲后對(duì)馬鈴薯塊莖主要品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果表明（表3），Zn處理顯著提高了馬鈴薯塊莖中還原糖、淀粉、游離氨基酸、維生素C及粗蛋白含量，分別比CK 處理高38.46%，9.33%，25.97%，16.86%，16.17%，并顯著降低了塊莖中硝酸鹽含量，Zn 處理硝酸鹽含量比CK 處理低15.08%，2種處理可溶性糖含量無顯著差異。整體來看，基施鋅肥對(duì)改善馬鈴薯塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有積極作用。

表3 施鋅對(duì)馬鈴薯塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 3 Effects of zinc application on nutritional quality of potato tubers

3 討 論

目前，鋅缺乏問題在世界范圍內(nèi)普遍存在并引起了廣泛關(guān)注[12]，作物缺鋅與人體缺鋅存在直接聯(lián)系[13]。馬鈴薯作為世界上產(chǎn)量最大的非谷物類糧食作物，是人們的重要食物來源之一[8]，探討提高其塊莖鋅含量及改善品質(zhì)的有效措施有其必要的研究意義。施鋅是提高農(nóng)作物可食部位鋅含量的一種有效農(nóng)藝措施，目前已證實(shí)，施鋅可提高小麥和水稻籽粒中的鋅含量，并提高了籽粒中鋅的生物有效性，有利于人體吸收利用[14-16]。為填補(bǔ)中國(guó)在馬鈴薯鋅生物強(qiáng)化研究領(lǐng)域的空白，甘肅省于2013 年啟動(dòng)了馬鈴薯鋅生物強(qiáng)化項(xiàng)目，目前已取得一系列重要成果[17]。前人研究指出，馬鈴薯對(duì)鋅具有一定的富集能力，但鋅富集能力很低，這可能是由馬鈴薯的遺傳特性和生理特性決定的[18]，在整個(gè)生育期內(nèi)，馬鈴薯莖中鋅含量最高，其次是葉，塊莖鋅含量最低[19]，本研究表明基施鋅肥可明顯提高馬鈴薯各器官鋅濃度及全株鋅累積量，各器官鋅濃度大小順序?yàn)榍o＞根＞葉＞塊莖，Zn處理下塊莖鋅濃度比CK提高了57.66%，Kromann 等[20]的研究結(jié)果也顯示，基施鋅肥使馬鈴薯塊莖鋅濃度提高了91.30%，但施鋅降低了鋅在塊莖中的累積分配比例，這與候叔音[21]、孫小龍等[22]進(jìn)行馬鈴薯“拌種+噴施”鋅肥的研究結(jié)果一致。馬振勇等[23]對(duì)馬鈴薯進(jìn)行澆灌及噴施鋅肥的研究結(jié)果也表明，施鋅肥增加了鋅素在莖和根中的分配比例，降低了鋅素在塊莖中的分配比例。

鋅在作物品質(zhì)形成過程中也發(fā)揮著重要作用，其參與植物呼吸作用及多種物質(zhì)代謝過程，并通過酶的作用對(duì)植物碳氮代謝等產(chǎn)生相當(dāng)廣泛的影響[24]。有研究表明，采用適量濃度硫酸鋅浸種能夠促進(jìn)馬鈴薯植株生長(zhǎng)發(fā)育、提升食用品質(zhì)和商品品質(zhì)[25]。在馬鈴薯生育期內(nèi)施用鋅肥能夠增加馬鈴薯塊莖中維生素C、游離氨基酸、可溶性糖、蛋白質(zhì)及淀粉含量，降低馬鈴薯塊莖中還原糖含量[26-28]，這對(duì)提升馬鈴薯塊莖品質(zhì)指標(biāo)十分有利。本研究中，Zn處理下馬鈴薯塊莖淀粉、游離氨基酸、維生素C及粗蛋白含量均較CK 顯著提高，硝酸鹽較CK 顯著下降，但Zn 處理還原糖含量較CK 提高了38.46%。王延明[29]通過馬鈴薯噴施鋅肥的研究結(jié)果也表明，施鋅提高了馬鈴薯塊莖還原糖含量。馬光恕等[30]研究認(rèn)為，施鋅會(huì)提高馬鈴薯葉片中蔗糖磷酸合成酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶以及塊莖蔗糖轉(zhuǎn)化酶和蔗糖合成酶的活性，促進(jìn)馬鈴薯葉片和塊莖中蔗糖、還原糖的合成，這可能是施鋅提高了馬鈴薯塊莖還原糖含量的重要原因。此外，目前施鋅處理下馬鈴薯品質(zhì)變化研究結(jié)果不盡一致，還可能與品種、鋅肥用量、施鋅方式等因素有關(guān)。

綜上所述，基施鋅肥可有效提高馬鈴薯塊莖鋅含量并改善其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。