硅鎂鋅肥改善稻米品質(zhì)的研究進(jìn)展

魏曉東 張亞東 宋雪梅 王才林

摘要： 稻米品質(zhì)受遺傳因素、環(huán)境條件和栽培條件的影響，合理的栽培技術(shù)和肥料運(yùn)籌能有效提升稻米品質(zhì)。硅、鎂、鋅是除氮、磷、鉀等大量元素外應(yīng)用于水稻較多的元素，對水稻的生長發(fā)育具有重要作用。本文概述了硅肥、鎂肥、鋅肥施用對水稻生長發(fā)育中的作用，重點(diǎn)綜述了硅、鎂、鋅在稻米品質(zhì)形成中的生理功能，以及對稻米外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)、食味品質(zhì)、安全品質(zhì)的影響，提出了今后的研究重點(diǎn)，為水稻的優(yōu)質(zhì)栽培提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 稻米品質(zhì);硅肥;鎂肥;鋅肥

中圖分類號： S143.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-4440（2021）03-0783-06

Research progress on rice quality improvement by applying silicon-magnesium-zinc fertilizer

WEI Xiao-dong， ZHANG Ya-dong， SONG Xue-mei， WANG Cai-lin

（Institute of Food Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Jiangsu High Quality Rice Research and Development Center/Nanjing Branch of Chinese National Center for Rice Improvement， Nanjing 210014，China）

Abstract： Rice quality is affected by genetic factors， environmental conditions and cultivation conditions， reasonable cultivation techniques and fertilizer management can improve rice quality effectively. Silicon， magnesium and zinc fertilizers， which play important roles in the growth and development of rice are much more applied to rice cultivation besides macroelements such as nitrogen， phosphorus and potassium. In this paper， the roles of silicon， magnesium and zinc fertilizers in the growth and development of rice were summarized， the physiological functions of silicon， magnesium and zinc in the formation of rice grain quality， as well as the effects on appearance quality， processing quality， taste quality and safety quality of rice grain were mainly reviewed. The focus of future research was put forward to provide a reference for high-quality cultivation of rice.

Key words： rice quality;silicon fertilizer;magnesium fertilizer;zinc fertilizer

水稻作為全球最重要的糧食作物之一，世界50%以上的人口均以其為主食[1]。中國是農(nóng)業(yè)大國，水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展備受重視。隨著社會的發(fā)展，人們生活水平得到提高，對稻米品質(zhì)的要求也逐漸提高[2]。肥料施用在一定程度上影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。水稻除了需要氮、磷、鉀等大量元素外，還需要硅、鎂、鋅等中微量元素。關(guān)于硅、鎂、鋅改善稻米品質(zhì)已有大量研究報道，但缺乏相關(guān)總結(jié)。本文綜述了近年來應(yīng)用硅、鎂、鋅改善稻米品質(zhì)的相關(guān)研究進(jìn)展，以期為水稻優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 硅肥對水稻生長的作用

1.1 硅肥對水稻生長發(fā)育的影響

水稻是喜硅作物，硅是水稻所需的重要營養(yǎng)元素之一，其作用僅次于氮、磷、鉀[3]。硅在水稻莖或葉中的含量高達(dá)10%～15%，高于其他農(nóng)作物體內(nèi)的硅含量。硅對水稻的生長和發(fā)育作用較大，在水稻生長發(fā)育過程中需要從土壤中不斷地吸收硅元素，以滿足自身生長代謝的需要。每生產(chǎn)100 kg水稻籽粒，需吸收22 kg硅，一個生長季節(jié)1 hm2高產(chǎn)水稻可以吸收土壤中1 125～1 950 kg的二氧化硅[4]。如果水稻成熟期莖葉中有效硅含量低于10%，則認(rèn)為水稻缺硅。水稻如果缺硅，其苗期葉片就會披垂，灌漿期易倒伏，功能葉會提前死亡，光合作用受影響，生育后期出現(xiàn)早衰，使得產(chǎn)量減少，品質(zhì)降低。硅肥不僅能夠增加產(chǎn)量，還可以增加水稻的抗折力，使其抗倒伏能力提高。趙海成等[5]研究發(fā)現(xiàn)施用硅肥可以使水稻基部節(jié)間硅化程度增加，增加細(xì)胞壁的厚度，使水稻葉片直立，減少葉片之間的遮蔭率從而提高光能利用率，增加莖稈的抗折力，減少倒伏。硅肥能夠調(diào)節(jié)水稻自身的營養(yǎng)，促進(jìn)正常的生長代謝活動，在生長發(fā)育后期增加功能葉片中葉綠素含量，從而增強(qiáng)水稻光合作用及光合產(chǎn)物的積累[6]。

1.2 硅肥對水稻抗逆性的影響

施用硅肥可以提高水稻的抗旱、抗病蟲害、耐鹽脅迫和耐重金屬脅迫的能力，增強(qiáng)水稻在逆境中的生存能力[7]。Kumar等[8]發(fā)現(xiàn)硅的施用降低了植株相對含水量，增加了脯氨酸含量、過氧化氫酶和過氧化物酶的活性，提高了水稻的抗旱能力。Wang等[9]發(fā)現(xiàn)在干旱條件下施用硅肥可以緩解水稻膜蛋白復(fù)合物的降解。雷雨等[10]發(fā)現(xiàn)硅在細(xì)胞壁內(nèi)沉淀會使其細(xì)胞壁增厚，阻礙病原菌侵入水稻體內(nèi)。Yan等[11]發(fā)現(xiàn)硅可以減輕鹽離子毒性和滲透約束，減少植株地上部分鈉的吸收和增加根系中鈉的含量來減輕鈉離子毒性，提高水稻的鹽脅迫耐受性。彭華等[12]和YU等[13]研究發(fā)現(xiàn)，對鎘脅迫下的水稻施用硅肥后，重金屬離子被土壤吸附的能力增強(qiáng)，并有利于重金屬離子發(fā)生鰲合反應(yīng)，降低其在土壤中的有效性，抑制重金屬離子向地上部分運(yùn)輸，減輕重金屬脅迫。

1.3 硅肥對稻米品質(zhì)的影響

稻米品質(zhì)包括外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)、食味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和安全品質(zhì)。近年來，許多研究結(jié)果都表明，硅肥在提高和改善稻米品質(zhì)方面具有重要作用。稻米的外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)在施用硅肥后可以得到顯著改善。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為施用硅肥能夠提高水稻的糙米率、精米率及整精米率，使稻米的堊白度和堊白率下降，提高其加工和外觀品質(zhì)[2，14]。張國良[15]認(rèn)為，硅肥用量0～300 kg/hm2時，硅肥施用量與精米率、整精米率呈正相關(guān)，而與堊白度和堊白率呈負(fù)相關(guān)。王遠(yuǎn)敏[16]則發(fā)現(xiàn)硅肥用量在60～120 kg/hm2時，加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)均下降，這可能和水稻的品種特性及當(dāng)?shù)赝寥罈l件有關(guān)。硅肥也能在一定程度上改善食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。稻米食味品質(zhì)的主要指標(biāo)有直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、膠稠度、糊化溫度、食味值和RVA值。米飯質(zhì)地的硬度、凝聚性和黏度等多項物理特性與稻米中直鏈淀粉含量密切相關(guān)，直鏈淀粉含量過高或過低均會使米飯品質(zhì)變差[17-18]，稻米中蛋白質(zhì)含量的下降可使其食味品質(zhì)得到改善[19-21]。稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量受硅的影響隨品種和施用時期的不同會出現(xiàn)差異。丁王梅等[22]的研究結(jié)果表明，孕穗期施用硅肥能夠增加稻米直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量，而王力等[2]則認(rèn)為在倒二葉期施用硅肥會使蛋白質(zhì)含量下降，直鏈淀粉含量上升。商全玉等[14]認(rèn)為適量施用硅肥能增加稻米蛋白質(zhì)含量，直鏈淀粉含量則無顯著變化，而張國良[15]發(fā)現(xiàn)施用硅肥可引起稻米直鏈淀粉含量的下降以及蛋白質(zhì)含量的增加。稻米食味品質(zhì)與RVA譜特征值密切相關(guān)，適量施用硅肥能使稻米最高黏度、膠稠度和崩解值提高，降低糊化溫度和消減值，提高食味值，從而提高其蒸煮食味品質(zhì)。Liu等[23]發(fā)現(xiàn)在孕穗期施用硅肥能夠提高稻米中鋅、鈣、鎂和蛋白質(zhì)含量以及天冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、丙氨酸、酪氨酸、精氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸等氨基酸的含量，表明在一定時期稻米的營養(yǎng)品質(zhì)可通過施用硅肥來提高。Wang等[24]研究了6個水稻品種在鎘、鉛、鈷污染土壤上葉面噴施有機(jī)和無機(jī)納米硅對水稻重金屬積累的影響，發(fā)現(xiàn)施用硅肥降低了水稻中重金屬的含量，特別是有毒鎘在籽粒中的含量，這表明納米硅對水稻的重金屬毒性有明顯的緩解作用，施用硅肥能夠降低水稻籽粒中鎘含量，提高稻米的安全品質(zhì)[25]。

2 鎂肥對水稻生長的作用

2.1 鎂肥對水稻生長發(fā)育的影響

鎂作為中量元素的代表之一，在水稻的不同發(fā)育過程中是不可或缺的[26]。鎂參與葉綠素的合成，進(jìn)而影響著水稻的光合作用以及能量代謝。葉片缺鎂后會發(fā)生葉片變黃的現(xiàn)象，并伴有老葉焦?fàn)罹砬θ~出現(xiàn)黃色條斑的現(xiàn)象[27]，這主要是由于缺鎂導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)遭到破壞，使葉綠素合成受阻[28-29]。鎂還可以催化植物體內(nèi)多種酶促反應(yīng)[30]，例如，鎂可以催化磷酸轉(zhuǎn)移酶發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)磷酸鹽在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高水稻對磷的吸收利用率[31]。水稻穗數(shù)和結(jié)實率的增加是鎂對水稻產(chǎn)量影響的主要表現(xiàn)。錢永德[32]研究發(fā)現(xiàn)，少量施用鎂肥能夠增加穗數(shù)和每穗粒數(shù)，鎂充足還會增強(qiáng)水稻的光合作用及產(chǎn)物的積累，使得粒質(zhì)量增加，從而提高水稻產(chǎn)量。

2.2 鎂肥對稻米品質(zhì)的影響

合理施用鎂肥能夠改善稻米品質(zhì)。多數(shù)研究者認(rèn)為施用鎂肥會提高稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。研究結(jié)果[33-34]表明，鎂肥可以提高水稻糙米率、精米率及整精米率，周立軍等[35]認(rèn)為鎂肥能夠降低堊白度和堊白率。錢永德等[36]認(rèn)為施鎂量與稻米的堊白率成反比，與整精米率成正比。李軍等[37]認(rèn)為施穗肥時可以通過追施鎂肥來提高稻米糙米率、精米率及整精米率，降低堊白度和堊白粒率。稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量受鎂肥的影響隨品種不同而異，但總的來說施用鎂肥可以使稻米的食味值得到提高。劉顯爽等[34]認(rèn)為施用鎂肥可以增加稻米中蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量。鎂肥追肥時期不同也會造成不同的結(jié)果。一般施基肥時施用鎂肥會增加稻米中蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量，而分蘗期和孕穗期追施鎂肥會降低稻米中蛋白質(zhì)含量、增加直鏈淀粉含量[37]。一般認(rèn)為，食味值高的稻米具有較高的最高黏度、熱漿黏度和崩解值，較低的冷膠黏度、回復(fù)值和消減值。楊文祥等[38]研究發(fā)現(xiàn)施用鎂肥后RVA譜中的最終黏度、回復(fù)值及消減值降低，且最高黏度、熱漿黏度及崩解值明顯上升，施用鎂肥提高了稻米的食味品質(zhì);李軍等[37]認(rèn)為南粳9108穗期追施鎂肥，能夠使稻米的消減值降低，崩解值升高，最終黏度顯著降低，食味值得以優(yōu)化。此外，鎂肥也能提高稻米的營養(yǎng)安全品質(zhì)。增施鎂肥能夠顯著增加稻米中氮、鎂、鋅、錳、鈣、銅等元素的含量，提高稻米營養(yǎng)品質(zhì)[37]。降低重金屬在水稻中的積累也可通過施用鎂肥來實現(xiàn)。杜文琪[39]研究外源鎂對鎘在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累的影響，發(fā)現(xiàn)鎘和鎂在根系中存在拮抗作用，在孕穗期和分蘗期施用鎂肥會降低根系對鎘的吸收，降低糙米中鎘含量，提高水稻抵抗鎘脅迫的能力。

3 鋅肥對水稻生長的作用

3.1 鋅肥對水稻生長發(fā)育的影響

鋅是植物健康生長的必需元素，如果葉片的鋅含量低于15 μg/g，就有可能缺鋅。但鋅的含量不是越多越好，當(dāng)含量超過0.4 mg/g時，就會產(chǎn)生毒害作用[40]。水稻是對鋅較敏感的植物，缺鋅會延緩水稻生長發(fā)育，降低水稻的抗逆能力，減少分蘗數(shù)而降低產(chǎn)量。鋅是多種酶的活化劑，能對酶起到催化、激活的作用，也可以保持蛋白質(zhì)的原有結(jié)構(gòu)。植物生長發(fā)育過程中CO2的固定、生物膜的維持、蛋白質(zhì)的合成、生長素的合成和花粉粒的形成等都會受到含鋅酶的調(diào)控[41]。水稻中的碳酸酐酶（CA）是與光合作用密切相關(guān)的一種酶，張凱岳[42]研究了鋅對水稻碳酸酐酶和光合作用的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)通過葉面噴施硫酸鋅可以提高CA的活性，進(jìn)而促進(jìn)水稻的凈光合速率，提高水稻的光合作用。還有研究結(jié)果表明，鋅是鋅指蛋白的重要組成成分，核酸與鋅指蛋白相互作用會影響植物基因的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)植物的生長[43]。因此鋅對于水稻抵御外界脅迫、抵抗病蟲害，促進(jìn)其生長發(fā)育具有重要作用。

3.2 鋅肥對稻米品質(zhì)的影響

施用鋅肥可以明顯改善稻米品質(zhì)。王力等[2]研究了施用鋅肥對優(yōu)良食味粳稻稻米品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)施用鋅肥可以使稻米的精米率和整精米率明顯提高，降低糙米率、堊白度和堊白率，說明施用鋅肥可以改善稻米的外觀品質(zhì)和加工品質(zhì);劉健等[44]也發(fā)現(xiàn)葉面噴施硫酸鋅可以降低稻米的堊白度和堊白率，提高稻米的外觀品質(zhì);黃錦霞等[45]的研究結(jié)果表明，鋅肥之所以使稻米的外觀品質(zhì)得到改善，主要是由于鋅肥的施用提高了稻米中氮的含量，使得細(xì)胞內(nèi)核糖核酸、核糖體和RNA含量增加，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成，使籽粒充實堅硬，整精米率提高，堊白度和堊白率降低，最終稻米外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)得以提高。施用鋅肥對稻米的蒸煮品質(zhì)也有重要影響，主要表現(xiàn)在稻米的膠稠度、堿消值、糙米率和直鏈淀粉含量的變化。王力等[2]的研究結(jié)果表明，在倒二葉期追施鋅肥能夠提高南粳9108的膠稠度、最高黏度、崩解值、口感和食味值。徐巡軍等[46]的研究結(jié)果表明，施用鋅肥可以使稻米的膠稠度、堿消值、糙米率增加，稻米的直鏈淀粉的含量降低，稻米的營養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)提高，這主要是由于施用鋅肥使水稻的光合作用增強(qiáng)，對碳水化合物轉(zhuǎn)化酶具有活化作用，從而提高稻米品質(zhì)。

鋅肥還有一項重要的作用就是能夠增加稻米香味，目前已開展大量研究。Lei 等[47]研究發(fā)現(xiàn)，鋅肥可以通過提高脯氨酸轉(zhuǎn)化成2-AP（2-乙?；?1-吡咯啉）的效率來提高稻米的香味。Mo等[48]也獲得了相同的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)鋅可以誘導(dǎo)脯氨酸濃度和脯氨酸脫氫酶活性增加，提高2-AP含量，有助于促進(jìn)稻米香氣的形成。Luo等[49]發(fā)現(xiàn)孕穗期噴施外源氯化鋅能夠增加香稻籽粒中2-AP含量。此外，有研究結(jié)果表明，施用鋅肥能明顯降低糙米對鎘的積累， Fahad等[50]的研究結(jié)果表明，這可能是由于鋅和鎘之間存在拮抗作用，植物組織中鋅濃度的增加會影響鎘在組織細(xì)胞中的轉(zhuǎn)移，從而降低了鎘向籽粒中的遷移率。

4 硅、鎂、鋅復(fù)合使用對稻米品質(zhì)的影響

目前關(guān)于硅肥、鎂肥、鋅肥單獨(dú)施用的研究比較多，3種元素共同施用的研究相對較少。張莉萍等[51]的研究發(fā)現(xiàn)，硅肥、鎂肥、鋅肥交互配施可以提高稻米的糙米率，降低堊白率，在一定范圍內(nèi)可以改善空育131的外觀品質(zhì)，每667 m2高效硅酸鈉10 kg、鎂1 kg、鋅1 kg是硅、鎂、鋅復(fù)合肥的最佳施用量[51];石孝均等[52]的研究結(jié)果表明，硅肥鎂肥配施會使水稻籽粒中氮、鉀、硅、鎂的含量提高，增加籽粒中蛋白質(zhì)的含量，能夠改善稻米的營養(yǎng)品質(zhì)。李軍等[37]的研究結(jié)果表明，孕穗期鎂肥、鋅肥配施能夠改善南粳9108的加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，但是外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)都比鎂肥、鋅肥單獨(dú)施用差。王力等[2]也認(rèn)為硅肥鋅肥的配施能夠顯著提高南粳9108的外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)和食味品質(zhì)，且在倒四葉期施用最佳。3種元素配施不僅可以發(fā)揮每一種元素對水稻生長發(fā)育的促進(jìn)作用，還交互影響水稻對元素的吸收，共同調(diào)節(jié)養(yǎng)分供應(yīng)，改良水稻植株的營養(yǎng)狀況，使稻米品質(zhì)得以改善。

5 展望

隨著人民生活水平的提高，稻米品質(zhì)越來越受到人們的關(guān)注。稻米品質(zhì)受品種遺傳因素、土壤、氣候等方面的影響[53]，合理的栽培技術(shù)和肥料運(yùn)籌能有效提升稻米品質(zhì)。除氮、磷、鉀等大量元素外，硅、鎂、鋅是水稻上應(yīng)用較多的元素，它們對水稻的生長發(fā)育和品質(zhì)提升都具有重要作用。合理施用硅肥、鎂肥、鋅肥，可以提高稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和安全品質(zhì)，但不同研究者的結(jié)論不盡一致。不同品種以及不同地域?qū)υ耘嗟囊笠膊煌?，因此今后需要進(jìn)一步系統(tǒng)地研究硅肥、鎂肥、鋅肥對改善稻米品質(zhì)的作用、最佳施用時期和施用量及其在不同品種間作用的差異，針對不同品種和不同地域確定合適的施用量和施用時期，以達(dá)到最佳的品質(zhì)提升效果。另外，需要針對不同品種研究硅、鎂、鋅等各種元素與氮、磷、鉀的最佳配比，使產(chǎn)量和品質(zhì)達(dá)到最佳平衡，在提升品質(zhì)的同時，獲得最佳產(chǎn)量。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）