安麥13 對(duì)微量元素的積累特性研究

薛志偉 周其軍 楊春玲

（安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南安陽 455000）

小麥作為中國重要的糧食作物之一，是北方人民的重要口糧，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品工業(yè)中占有十分重要的地位[1]。隨著人們生活水平的不斷提高，越來越多的人開始關(guān)注食品的營養(yǎng)品質(zhì)。微量元素鐵、錳、鋅、銅對(duì)植株的生長發(fā)育起著十分重要的作用，是植物生長必需而其功能又不能被其他元素所代替的元素。微量元素含量過低影響植株葉綠素合成和正常生長發(fā)育，含量過高則會(huì)引起植株細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量下降，抑制植株生長發(fā)育[2-3]。目前植物因微量元素?cái)z入不足而發(fā)生缺素癥的現(xiàn)象十分普遍，嚴(yán)重的會(huì)影響植株正常生長發(fā)育。

微量元素鐵、錳、鋅、銅對(duì)于人體生長發(fā)育和健康非常重要，在人體內(nèi)具有多方面重要的生理功能[4]。微量元素被人體吸收后，通過與蛋白質(zhì)或其他有機(jī)基團(tuán)結(jié)合，形成酶、激素、維生素等生物大分子，在人體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理生化功能[5]。人體要保持健康，就需要從植物源食物中獲取微量元素在內(nèi)的各種營養(yǎng)。人體一旦缺乏某種微量元素或者營養(yǎng)失衡，就會(huì)引發(fā)隱性饑餓[6]。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織公布的一項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，全球約20 億人正在遭受隱性饑餓，中國隱性饑餓人口達(dá)3 億。小麥籽粒中微量元素含量的適宜范圍報(bào)道屢見不鮮，但結(jié)果略有不同。西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院根據(jù)我國居民飲食特點(diǎn)，參照中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)公布的成年人微量元素參考攝入量和谷物攝取量、我國現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及多名專家學(xué)者提出的小麥籽粒微量元素適宜含量，綜合分析推薦得出小麥微量元素適宜含量范圍[7]：小麥籽粒鐵為50～140mg/kg，錳為22～50mg/kg，鋅為40～50mg/kg，銅為3～10mg/kg。

安麥13 是安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所以中育9307 為母本、周麥22 為父本進(jìn)行雜交配制組合，通過系譜法選育而成的中筋、中熟小麥品種。2021年通過河南省主要農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定（豫審麥20210070），該品種具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗倒伏、根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性廣等優(yōu)良特性，適宜于黃淮南片冬麥區(qū)高肥水地塊早中茬種植[8]。為了科學(xué)指導(dǎo)安麥13 的生產(chǎn)應(yīng)用，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所開展了安麥13 對(duì)土壤中微量元素鐵、錳、鋅、銅的積累特性試驗(yàn)，以期可以更好地了解安麥13 的微量元素積累特性，為安陽市小麥營養(yǎng)育種提供參考資料，進(jìn)一步保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試小麥品種為安麥13，由安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所提供。試驗(yàn)地點(diǎn)為安陽縣永和鄉(xiāng)安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地。地勢平坦，基礎(chǔ)設(shè)施完善，土質(zhì)為粉砂質(zhì)壤土。試驗(yàn)前采集土壤樣品進(jìn)行分析化驗(yàn)，土壤的基本理化性質(zhì)為：pH 值8.07，有機(jī)質(zhì)含量24.05g/kg，全氮1.54g/kg，硝態(tài)氮7.11mg/kg，銨態(tài)氮4.55mg/kg，速效磷19.53mg/kg，速效鉀 175.44mg/kg。

1.2 試驗(yàn)方法試驗(yàn)3 次重復(fù)，小區(qū)長寬為9m×1.6m，周圍留保護(hù)行。試驗(yàn)地每667m2底施復(fù)合肥料（N∶ P2O5∶K2O=17∶20∶5，總養(yǎng)分≥42%）50kg。機(jī)械深耕25～30cm，圓盤耙耙1～2 次，玉米秸稈粉碎全量還田，同時(shí)撒施辛硫磷防治地下害蟲，確保地面平整，田間墑情好，苗齊、苗勻、苗壯。

2020 年10 月15 日播種，3 葉期人工間苗、定苗，12 月24 日澆越冬水。2021 年2 月24 日澆返青水同時(shí)每667m2追施尿素25kg，3 月7 日人工結(jié)合化控除草，使用麥歡和雙氧·氯氟吡防治田間雜草，5 月6 日用聯(lián)苯菊酯3%和啶蟲脒3%微乳劑30g 兌水20L 均勻噴霧防治蚜蟲，6 月9 日收獲。田間管理和病蟲害防治按照當(dāng)?shù)卦耘喙芾砑夹g(shù)模式進(jìn)行。

1.3 樣品采集小麥成熟時(shí)采集植株樣品，用蒸餾水洗凈，每個(gè)樣品分成根、莖、葉、殼、籽粒5 部分，恒溫80℃烘干至恒重后裝入自封袋中，分別進(jìn)行測試。

1.4 微量元素含量檢測及指標(biāo)微量元素鐵、錳、鋅、銅由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研檢測所按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測方法進(jìn)行檢測。

生物富集系數(shù)（BCF）=小麥地上部位元素含量/土壤元素含量

生物轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）=小麥地上部位元素含量/小麥根部元素含量

1.5 數(shù)據(jù)處理采用Excel 2017 軟件對(duì)所獲得的樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微量元素鐵的分布特征鐵作為植物正常生命活動(dòng)所必需的微量礦質(zhì)元素，是葉綠素合成重要且必需的微量元素之一。鐵是光合作用、生物固氮和呼吸作用中細(xì)胞色素和非血紅素鐵蛋白的重要組成物質(zhì)，并在諸多生理代謝方面的氧化還原過程中起著電子傳遞作用[9]。植物源食物中的鐵是人類獲取鐵的主要途徑，植物對(duì)鐵吸收和代謝機(jī)制方面的相關(guān)研究一直是研究的熱點(diǎn)[10]。

安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素鐵含量差別較大（表1）。根中鐵含量最高，籽粒和葉中鐵含量次之，莖和殼中鐵含量較低。根中鐵含量（75.73mg/kg）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于殼中鐵含量（0.48mg/kg）。安麥13 地上各部分（莖、葉、殼、籽粒）的生物富集系數(shù)均低于0.01。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對(duì)微量元素鐵的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.04、0.21、0.01、0.38，轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是籽粒＞葉＞莖＞殼。

表1 鐵元素的含量和分布

2.2 微量元素錳的分布特征錳是一種重要的植物必需微量元素，植物體內(nèi)的錳直接參與光合作用、呼吸作用、蛋白質(zhì)合成等多種生命活動(dòng)[11]。錳在植物體內(nèi)是多種酶的活化劑，它控制著植物體內(nèi)許多氧化-還原體系，可促進(jìn)植株生長并增強(qiáng)抗病性[12]。

對(duì)安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素錳含量和分布系數(shù)分析如表2 所示，葉中微量元素錳含量最高（155.35mg/kg），其次是根（76.14mg/kg）、籽粒（31.89mg/kg）、莖（26.13mg/kg），殼中錳含量最低（22.99mg/kg）。根和葉從土壤中吸收到的錳生物富集系數(shù)僅為0.01，莖、殼和籽粒從土壤中吸收的錳生物富集系數(shù)則小于0.01。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對(duì)微量元素錳的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.34、2.04、0.30、0.42，轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是葉＞籽粒＞莖＞殼。

表2 錳元素的含量和分布

2.3 微量元素鋅的分布特征微量元素鋅在植物體內(nèi)具有重要的營養(yǎng)功能，是植物細(xì)胞中多種酶和重要蛋白結(jié)構(gòu)的輔助因子和活化劑[13]。鋅參與生長素的合成和氮素同化，具有促進(jìn)蛋白質(zhì)代謝、生殖器官的發(fā)育和提高植株抗性等重要功能[14]。

對(duì)安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素鋅含量和分布系數(shù)分析見表3，安麥13 植株籽粒（17.59mg/kg）、根（16.98mg/kg）和葉（13.61mg/kg）中微量元素鋅含量高于殼（7.08mg/kg）和莖（5.39mg/kg）。安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒對(duì)微量元素鋅的生物富集系數(shù)分別為1.36、0.43、1.09、0.57、1.41，富集能力由強(qiáng)到弱的順序是籽粒＞根＞葉＞殼＞莖。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對(duì)微量元素鋅的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.32、0.80、0.42、1.04，轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是籽粒＞葉＞殼＞莖。

表3 鋅元素的含量和分布

2.4 微量元素銅的分布特征微量元素銅在植物體內(nèi)的功能是多方面的。銅是多種酶的組成成分，在生物系統(tǒng)中起著獨(dú)特的催化作用。植物中的銅對(duì)蛋白質(zhì)代謝及葉綠素的形成有重大影響，具有參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成銅蛋白并參與光合作用的電子傳遞和光合磷酸化，促進(jìn)花器官發(fā)育等重要功能[15]。當(dāng)土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高或者氮有效性較高的情況下，會(huì)影響植株吸收銅元素[16]。

安麥13 植株根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素銅含量差別不大（表4），根（3.84mg/kg）、籽粒（3.03mg/kg）和葉（2.92mg/kg）中含量略高于殼（1.40mg/kg）和莖（1.12mg/kg）。安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒對(duì)微量元素銅的生物富集系數(shù)分別為0.90、0.26、0.69、0.33、0.71，富集能力由強(qiáng)到弱的順序是根＞籽粒＞葉＞殼＞莖。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對(duì)微量元素銅的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.29、0.76、0.37、0.79，轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是籽粒＞葉＞殼＞莖。

表4 銅元素的含量和分布

2.5 鐵、錳、鋅、銅含量的相關(guān)性分析對(duì)安麥13不同器官中微量元素鐵、錳、鋅、銅含量進(jìn)行相關(guān)分析（表5），結(jié)果表明，安麥13 植株根、莖、葉、殼、籽粒中鐵含量與錳、鋅、銅含量呈正相關(guān)關(guān)系；錳含量與鋅、銅含量呈正相關(guān)關(guān)系；鋅含量與銅含量（r=0.96*）呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

表5 微量元素含量相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

微量元素的含量高低直接影響小麥籽粒的品質(zhì)和營養(yǎng)[17-18]。安麥13 對(duì)微量元素的積累特性試驗(yàn)結(jié)果表明：安麥13 植株中微量元素鐵、錳、鋅、銅含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，其中鋅含量與銅含量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。安麥13 籽粒中微量元素鐵、錳、鋅、銅含量分別為28.97mg/kg、31.89mg/kg、17.59mg/kg、3.03mg/kg，其中鐵、鋅含量偏低，未達(dá)到推薦范圍，錳、銅含量在推薦范圍內(nèi)，與褚宏欣等[7]對(duì)全國1000 余份樣品的研究結(jié)果相同。微量元素鐵、鋅、銅在根和籽粒中含量要高于其他器官，微量元素錳在根和葉中含量要高于其他器官。目前生產(chǎn)上常見提高小麥籽粒產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)措施是在生育后期噴施不同微量元素[19-20]。

安麥13 成熟期根和葉對(duì)土壤中的微量元素錳有很強(qiáng)的吸收富集作用，錳在根和葉中分布系數(shù)分別為24.36%、49.71%。安麥13 成熟期根和籽粒對(duì)土壤中的微量元素鐵、鋅、銅有很強(qiáng)的吸收富集作用，鐵在根和籽粒中分布系數(shù)分別為61.26%、23.44%；鋅在根和籽粒中分布系數(shù)分別為28.00%、29.00%，生物富集系數(shù)分別為1.36、1.41；銅在根和籽粒中分布系數(shù)分別為31.16%、24.59%，生物富集系數(shù)分別為0.90、0.71。

安麥13 成熟期各器官對(duì)微量元素鐵、錳、鋅、銅的轉(zhuǎn)移能力各有不同。轉(zhuǎn)移系數(shù)代表植株從根吸收元素后向其他地上部器官轉(zhuǎn)移的能力。鐵的轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是籽粒＞葉＞莖＞殼，錳的轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是葉＞籽粒＞莖＞殼，鋅和銅的轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱的順序是籽粒＞葉＞殼＞莖。

由于區(qū)域地理、人為因素和栽培管理的差異性，本研究的分析結(jié)果會(huì)存在一定的局限性和片面性，可能是由于土壤理化性質(zhì)，元素背景含量、化學(xué)形態(tài)及生物有效性的不同造成的。為了更好地滿足食品安全和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，建議對(duì)作物在不同種植環(huán)境的元素積累特性展開研究，為農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。