玉米不同品種和不同器官微量元素含量比較研究

穆阿麗， 吳 燕， 郭藝璇， 張朋朋， 于新海，付紅蕾， 初曉娜， 李 輝， 楊在賓， 董國(guó)強(qiáng)*

（1.青島市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，山東青島 266100；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東青島 266109；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東泰安 271018）

玉米是最優(yōu)質(zhì)的糧飼兼用作物之一，我國(guó)78%的玉米被用作畜禽飼料的生產(chǎn)與研究（蘇繡峽等，1996）。玉米籽實(shí)作為畜禽飼料，能夠顯著提高肉、蛋、奶的產(chǎn)量和品質(zhì)（王中華等，2012；Ramessar，2008；顧劍新，2005），而玉米秸稈中也含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能在一定程度上替代玉米籽實(shí)發(fā)揮高能飼料的作用（馬飛前等，2015；卞云龍等，2013）。全株玉米中含有豐富的微量元素，人們?cè)谥谱鲃?dòng)物配方時(shí)卻往往忽略了玉米中的微量元素含量，再額外添加動(dòng)物所需的微量元素，這不僅造成了礦物質(zhì)元素的浪費(fèi)，也使環(huán)境受到一定的污染。因此，在我國(guó)“糧改飼”種養(yǎng)結(jié)合的背景下（于康震，2017；鄭瑞強(qiáng)等，2016；張衛(wèi)，2016），本研究旨在對(duì)玉米不同品種類(lèi)型、不同器官中微量元素的含量做比較分析，以期提高玉米不同品種和不同器官中微量元素的利用率，增加玉米的定向利用效益。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料 本研究選取山東省廣泛種植的玉米品種32個(gè)，根據(jù)品種特性分類(lèi)：從淀粉性質(zhì)上包含粉質(zhì)玉米10個(gè)，膠質(zhì)玉米22個(gè)；從籽實(shí)外型上包括馬齒型9個(gè)，半馬齒15個(gè)，硬粒8個(gè)；從成熟時(shí)期包含早熟6個(gè)，中熟7個(gè)和晚熟19個(gè)；從用途上包含普通玉米24個(gè)，飼用玉米4個(gè)和糯玉米4個(gè)。每個(gè)品種選擇5個(gè)地塊，均在各自品種的完熟期收割，取樣進(jìn)行不同品種和不同器官微量元素成分測(cè)定。

1.2 樣本采集 在每個(gè)品種的每個(gè)地塊分別選擇10株玉米，距離地面5 cm處全株刈割。全株玉米進(jìn)行剝離，按籽實(shí)、苞葉、上莖、下莖、上鞘、下鞘、上葉、下葉8個(gè)部分，分別進(jìn)行稱(chēng)新鮮重后，將植株樣本進(jìn)行標(biāo)號(hào)，用網(wǎng)兜分裝，置于陽(yáng)光充足、通風(fēng)良好的環(huán)境中，自然風(fēng)干60 d，稱(chēng)風(fēng)干樣本重。每個(gè)品種分別取自然風(fēng)干的樣本500 g，粉碎過(guò)60目，進(jìn)行必需微量元素銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、鈷（Co）、硒（Se）含量的測(cè)定。

1.3 樣本分析 采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定樣品中多種微量元素含量。

根據(jù)玉米不同器官風(fēng)干基礎(chǔ)微量元素含量及各器官所占全株的比例，計(jì)算不同品種玉米全株微量元素含量；由上述不同品種玉米全株微量元素含量以及玉米種植密度，計(jì)算不同玉米全株微量元素含量。

儀器和設(shè)備：微波消解儀MARS 6（CEM，美國(guó)），配備聚四氟乙烯消解罐（50 mL）。Agilent 7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。配備Agilent ASX-500進(jìn)樣器，ICP-MS MassHunter軟件。

1.4 測(cè)定方法 稱(chēng)取約0.5 g樣品于聚四氟乙烯消解罐，準(zhǔn)確至0.0001 g，加入4 mL HNO3，靜置1 h后，微波消解，消解完全后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，超純水定容。測(cè)定不同品種不同器官中微量元素Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法 采用SAS 9.2軟件進(jìn)行方差及多重比較分析，P＜0.05為差異顯著。使用oneway ANOVA和Duncan’s多重比較分別進(jìn)行分析。以每個(gè)品種5個(gè)不同種植地塊為重復(fù)，進(jìn)行品種間統(tǒng)計(jì)分析，獲得總體均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差（SEM）和P值。以不同類(lèi)型玉米所包含的品種數(shù)為重復(fù)，分別進(jìn)行淀粉性質(zhì)（膠質(zhì)vs粉質(zhì)）、籽實(shí)外型（馬齒vs半馬齒vs硬粒）、成熟性質(zhì)（早熟vs中熟vs晚熟）和用途（糯玉米vs普通vs飼用）之間的統(tǒng)計(jì)分析，獲得相應(yīng)P值。

2 結(jié)果分析

2.1 玉米不同品種不同部位風(fēng)干基礎(chǔ)微量元素含量分析 由表1可知，按照淀粉性質(zhì)、籽實(shí)外形、成熟性質(zhì)和用途分類(lèi)，不同品種玉米全株和秸稈中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量沒(méi)有表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異（P＞0.05）。而只考慮玉米籽實(shí)部分，不同品種間Cu、Fe、Zn、Co含量差異顯著（P＜0.05），粉質(zhì)玉米籽實(shí)中Cu、Fe、Mn、Zn、Co的含量顯著高于膠質(zhì)玉米（P＜0.05）。依據(jù)不同的籽實(shí)外形分類(lèi)，玉米籽實(shí)中Cu、Mn、Zn的含量有顯著性差異（P＜0.05），表現(xiàn)為硬粒＞馬齒＞半馬齒。按照玉米成熟性質(zhì)分類(lèi)方法進(jìn)行比較，F(xiàn)e、Mn、Zn、Co的含量在不同玉米品種之間有顯著差異（P＜0.05），早熟品種＞晚熟品種＞中熟品種。不同用途的玉米Cu、Fe、Co、Se含量有顯著差異（P＜0.05），Cu的含量在不同用途玉米中表現(xiàn)為糯玉米＞飼用玉米＞普通玉米，F(xiàn)e、Co含量為糯玉米＞普通玉米＞飼用玉米，Se含量為普通玉米＞糯玉米＞飼用玉米?？傮w上，玉米籽實(shí)部分，粉質(zhì)玉米中Cu、Fe、Mn、Zn、Co含量較膠質(zhì)玉米分別提高10.1%、15.1%、6.6%、11.6%、31.1%（P＜0.05）；硬粒中Cu、Mn、Zn的含量較半馬齒分別提高15.6%、9.5%、10.8%（P＜0.05）；早熟品種中Fe、Mn、Zn、Co的含量較中熟品種分別提高16.7%、7.8%、11.0%、24.8%（P＜0.05）；糯玉米中Cu含量較普通玉米提高14.9%，F(xiàn)e、Co含量較飼用玉米分別提高23.9%、40.3%，普通玉米的Se含量高達(dá)飼用玉米的2倍（P＜0.05）。由此證明，不同品種玉米籽實(shí)中的必需微量元素含量有一定差異，而秸稈和全株中表現(xiàn)不明顯。

表1 玉米植株風(fēng)干基礎(chǔ)微量元素含量分析

2.2 玉米不同品種全株和非籽實(shí)部分微量元素產(chǎn)量分析 由表2可知，根據(jù)品種、淀粉性質(zhì)、籽實(shí)外形、成熟性質(zhì)和用途分類(lèi)，玉米全株和非籽實(shí)部分Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量沒(méi)有顯著差異（P＞0.05），但必需微量元素Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量在不同用途的全株和非籽實(shí)部分差距較大，表現(xiàn)為飼用玉米＞普通玉米＞糯玉米。由此說(shuō)明，不同玉米品種全株和非籽實(shí)部分必需微量元素產(chǎn)量相差不大，飼用玉米中產(chǎn)量大于普通玉米和糯玉米。

表2 玉米全株和非籽實(shí)部分微量元素產(chǎn)量分析

2.3 玉米不同品種不同器官微量元素產(chǎn)量分析由表3可知，Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se每畝產(chǎn)量在不同玉米品種苞葉、葉片、葉鞘和莖稈四個(gè)不同器官中有顯著差異（P＜0.05）。粉質(zhì)玉米和膠質(zhì)玉米籽實(shí)和葉片中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se產(chǎn)量差異顯著（P＜0.05），粉質(zhì)玉米籽實(shí)中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se產(chǎn)量大于膠質(zhì)玉米，而葉片中膠質(zhì)玉米＞粉質(zhì)玉米；根據(jù)不同籽實(shí)外形分類(lèi)，每畝Cu、Mn、Zn的產(chǎn)量在不同玉米籽實(shí)、葉片和葉鞘中有顯著差異（P＜0.05），F(xiàn)e、Co、Se產(chǎn)量只在葉片和葉鞘中差異顯著（P＜0.05）；按照成熟時(shí)間不同分類(lèi)，早熟品種籽實(shí)中的Fe、Mn、Zn、Co產(chǎn)量比中熟和晚熟玉米品種高（P＜0.05）；而不同用途的玉米品種籽實(shí)Cu、Fe、Co、Se產(chǎn) 量 之 間 有 顯 著 差 異 （P＜0.05），Cu產(chǎn)量表現(xiàn)為飼用玉米＞普通玉米＞糯玉米，F(xiàn)e、Co、Se產(chǎn)量表現(xiàn)為普通玉米＞飼用玉米＞糯玉米。總體上，粉質(zhì)玉米籽實(shí)中Cu、Fe、Mn、Zn、Co產(chǎn)量較膠質(zhì)玉米分別提高7.4%、13.1%、4.5%、9.7%、29.8%（P＜0.05）；半馬齒葉片中微量元素含量較馬齒提高11.4%，硬粒葉鞘中微量元素含量較馬齒提高8.7%；早熟品種Fe、Mn、Zn、Co含量較晚熟品種分別提高27.3%、16.7%、19.3%、17.9%；普通玉米Fe、Co、Se含量較糯玉米分別提高17.0%、18.9%、92.8%。由此說(shuō)明，不同玉米不同器官中必需微量元素含量不同，其主要集中分布在葉片和葉鞘部位。

表3 不同品種不同器官微量元素產(chǎn)量比較分析

2.4 玉米植株不同部位微量元素產(chǎn)量比較分析玉米植株不同部位微量元素產(chǎn)量分布比較分析見(jiàn)圖1～圖3。玉米植株中微量元素大都集中在非籽實(shí)部分。以籽實(shí)中必需微量元素含量為100%，與籽實(shí)中微量元素含量相比較，Cu在玉米非籽實(shí)部分中含量為籽實(shí)的4.9倍，F(xiàn)e為14.5倍，Mn為8.1倍，Zn為1.3倍，Co為16.6倍，Se為1.6倍。非籽實(shí)中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se的產(chǎn)量分布分別較籽實(shí)提高70.6%、89.0%、80.9%、19.5%、90.3%、30.0%。玉米植株不同器官的微量元素分布也不盡相同，由圖3所示，葉鞘中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量最多，其次是葉片，F(xiàn)e和Se在苞葉中也廣泛分布。由此說(shuō)明，必需微量元素最主要的集中部位為玉米植株非籽實(shí)部分。

圖1 玉米植株微量元素含量相對(duì)比較

圖2 玉米植株微量元素產(chǎn)量分布

圖3 玉米植株不同器官微量元素分布比較

3 討論

玉米是糧、經(jīng)、飼為主的兼用作物，玉米秸稈也是一種重要的生產(chǎn)資源，但目前，在飼料生產(chǎn)工業(yè)中，玉米僅僅把籽實(shí)（糧食）作為飼料，忽略了玉米秸稈的利用。玉米秸稈中含有豐富的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、半纖維素和微量元素等（康健，2014），是飼養(yǎng)牲畜的優(yōu)良飼料，對(duì)玉米秸稈進(jìn)行精細(xì)加工處理，制作成高營(yíng)養(yǎng)牲畜飼料，不僅有利于發(fā)展畜牧業(yè)，而且通過(guò)秸稈過(guò)腹還田，更具有良好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

林電等（2007）對(duì)超甜玉米的不同生長(zhǎng)階段、不同部位微量元素的變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明相同時(shí)期不同部分微量元素在組織中的含量存在較大差異。劉藏珍等（1999）研究表明，同一種植物品系不同，都可能造成植物對(duì)微量元素吸收和富集產(chǎn)生差異。隨著玉米種植業(yè)的發(fā)展，新的玉米品種不斷出現(xiàn)，特別是飼用玉米等專(zhuān)用玉米品種的出現(xiàn)，為其開(kāi)發(fā)利用提供了廣闊的前景（李家亮，2016；Beyene，2015；Khonje，2015），本研究通過(guò)選取不同品種玉米，同時(shí)將全株玉米剝離，分成不同器官，對(duì)不同品種和不同器官中的Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)不同器官微量元素含量在品種之間存在顯著差異，微量元素大部分集中于玉米植株非籽實(shí)部分，其中葉片和葉鞘部分顯著高于其他部位，比籽實(shí)中微量元素含量高出幾倍到十幾倍，為綜合考慮分離利用全株玉米各器官提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以增加玉米不同品種和不同器官的定向利用效益。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）不同玉米品種籽實(shí)中的必需微量元素含量有一定差異，而玉米全株和非籽實(shí)部分沒(méi)有表現(xiàn)出差異。（2）根據(jù)品種、淀粉性質(zhì)、籽實(shí)外形、成熟性質(zhì)和用途分類(lèi)不足以區(qū)別不同玉米品種的必需微量元素含量。按用途分類(lèi)，飼用玉米中的微量元素大于普通玉米和糯玉米。（3）不同玉米品種苞葉、葉片、葉鞘和莖稈四個(gè)不同器官中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se每畝產(chǎn)量差異顯著。（4）不同玉米植株中微量元素大都集中在非籽實(shí)部分。玉米非籽實(shí)部分的Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量分別為籽實(shí)的4.9倍、14.5倍、8.1倍、1.3倍、16.6倍和1.6倍。