外源鋅、錳對小麥籽粒品質及相關營養(yǎng)元素的影響

中圖分類號：S512.101;S512.104 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）11-0051-08

Zn，Mn 均是作物和人體生長必需的微量元素[1]，不僅在作物光合作用、生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質[2-3]、調節(jié)土壤中重金屬的有效性、抑制作物對重金屬的吸收和轉運4等方面有重要影響，而且可以滿足人們對 Zn，Mn 的營養(yǎng)需求。大量研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的氮、磷、鉀元素通過化肥施用普遍存在過量累積現(xiàn)象，而有機肥施用不足區(qū)域則面臨微量元素系統(tǒng)性匱乏的土壤營養(yǎng)失衡問題[5]。目前，微量元素缺乏已成為農(nóng)作物生產(chǎn)面臨的主要障礙之_[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，通過葉面施用微量營養(yǎng)元素可以顯著促進植株高度增長、葉綠素含量升高、根系發(fā)育優(yōu)化及生物量累積，從而達到增產(chǎn)效果[8]。目前，微量營養(yǎng)元素的精準管理正逐步成為現(xiàn)代高效集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中的關鍵技術手段之—[9]

前人研究發(fā)現(xiàn)， .15kg/hm²ZnSO₄ 能夠促進小麥生長發(fā)育，提高小麥籽粒品質和產(chǎn)量[10]。張良運等研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施質量分數(shù) 0.2% 的 ZnSO₄ ，可以有效減少水稻籽粒中Cd 的積累量[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，噴施質量分數(shù)為 2.5% 左右的 ZnSO₄ ，對油菜鎘積累量的降低效果最明顯[12]。付力成研究發(fā)現(xiàn)，葉面施用鋅肥不僅能夠增強水稻的抗氧化酶活性、提高葉綠素含量，同時還能夠顯著提升植株及其籽粒中的鋅含量[13]。侯賽賽等研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施0.75kg/hm²MnSO₄ 和 4.5kg/hm²ZnSO₄ ，對小麥生長和產(chǎn)量有顯著影響[14]。楊習文研究發(fā)現(xiàn)，灌漿前期噴施鋅肥，可以提高小麥籽粒鋅的營養(yǎng)品質，有效改善以小麥為主要食物來源的缺鋅人群的健康狀況[15]。元振研究發(fā)現(xiàn)，施用微肥可以提高小麥總蛋白質含量，并影響小麥蛋白質組分含量;其中單獨施用 Zn、Mn，均顯著提高了對應元素的含量[16]

主成分分析（principal component analysis，PCA）作為一種統(tǒng)計技術，能夠將多維數(shù)據(jù)集中的多個觀測指標轉化為較少數(shù)量的綜合指標，這些綜合指標能夠有效概括原始變量的主要信息，同時達到數(shù)據(jù)降維與簡化的目的，因此被廣泛認為是綜合評價中常用的方法之—[17-19]。當前，PCA已在多種作物如甘薯[20]、藍莓[21]、水稻[22]、玉米[23]等品質評估中得到了成功應用，并顯示出良好的效果。本研究通過田間盆栽試驗對葉面進行噴施 Z_n/Mn 處理，分析其對小麥籽粒品質、營養(yǎng)元素及加工品質、粉質參數(shù)等的影響，同時基于主成分分析綜合評價外源Z_n/Mn 對強筋小麥品種加工品質和粉質參數(shù)的影響，旨在為優(yōu)質富鋅、富錳小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術支撐，并為保障糧食安全、改善以小麥為主食的人群的微量元素缺乏現(xiàn)狀提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1 試驗概況

以當?shù)刂魍频膹娊钚←溒贩N新麥45為研究材料，于2023—2024年在河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院輝縣試驗基地（ 35^°26^′42^′′N，113^°45^′45^′′E^. 進行試驗。設置盆栽試驗，試驗用土為 0～30cm 土層的沙壤土，土壤理化性質如下：有機質含量為 15.42g/kg 全氮含量為 1.48g/kg ，速效磷含量為 25.45mg/kg 速效鉀含量為 201.85mg/kg，pH 值 =7.1 。試驗共設4個處理，A為CK（清水對照），B為 0.1%MnSO₄ ，C為 0.2%ZnSO₄ ，D為 0.1%MnSO₄+0.2%ZnSO₄ ，每個處理設100盆重復，每盆裝 24kg±1g 土，播種前施等量復合肥（ _{N，P，K} 質量比 =18：22：5 ）。選取粒大飽滿的種子，每盆均勻擺12粒，小麥的田間管理方法遵循當?shù)匦←溙镩g管理制度，在開花期后進行噴施處理，以清水作為對照，每次噴施的溶液量為 200mL 盆，每隔3d噴施1次，共噴施3次。在收獲期收取小麥籽粒，進行分裝標記后，放入超低溫冰箱儲存。

1.2 測定項目與方法

1.2.1小麥籽粒中蛋白含量的測定使用連續(xù)振蕩的方法提取、測定各蛋白組分含量，其中粗蛋白含量使用瑞典波通儀器公司生產(chǎn)的近紅外谷物分析儀（DA7200）進行分析測定。

1.2.2籽粒中元素含量的測定參考GB/T35871—2018《糧油檢驗谷物及其制品中鈣、鉀、鎂、鈉、鐵、磷、鋅、銅、錳、硼、鋇、鉬、鈷、鉻、鋰、鍶、鎳、硫、釩、硒、銣含量的測定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》標準，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定小麥籽粒中 Ca，K，F(xiàn)e，P，Zn，Cu，Mn，Ag Cd，Se，As 等11種元素的含量。本研究定義 Ca，K 、Fe ，P，Zn，Cu，Mn，Se 為有益于人體的微量元素， Ag 、Cd、As為有害元素（參考GB14880《食品營養(yǎng)強化劑使用標準》和歐盟《ROHS指令》進行簡單分類）。

1.2.3小麥籽粒硬度參數(shù)的測定籽粒硬度參數(shù)使用SKCS4100谷物測定儀（瑞典波通儀器公司生產(chǎn)）進行測定。

1.2.4小麥加工品質和粉質參數(shù)的測定用DA7200型近紅外谷物分析儀（瑞典波通儀器公司產(chǎn)品）進行加工品質的測定；測定濕面筋含量時，先用旋風磨（丹麥福斯分析儀器公司）制作全麥粉（參考GB/T14608—1993《小麥粉濕面筋測定法》），再用面筋分析儀測量（瑞典波通儀器公司生產(chǎn)）濕面筋含量；容重的測定參考GB5498—2013（《糧油檢驗容重測定》），使用容重儀（法國肖邦技術公司產(chǎn)品）進行測定；面粉粉質參數(shù)的測定參考GB/T14614—2006（《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定粉質儀法》），使用粉質儀（德國布拉本德公司產(chǎn)品）測定。均重復3次。

1.3 數(shù)據(jù)整理與分析

用Excel統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理，用SPSS21.0進行數(shù)據(jù)分析，用 0rigin 2021 進行相關性分析、PCA及作圖。綜合指標隸屬函數(shù)值按照式（1）進行計算[24-25]；

式中： x_j 為第 j 個綜合指標 （j=1，2，…，n） 5 U（x_j） 為第 j 個綜合指標的隸屬函數(shù)值； x_max 為第 j 個綜合指標的最大值； x_min 為第 j 個綜合指標的最小值。

綜合指標權重按式（2）進行計算[26-27]

式中： w_j 為第 j 個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度即權重； r_j 為各品種第 j 個綜合指標的貢獻率。

小麥品質綜合評價值按式（3）進行計算：

式中：D為不同小麥處理的綜合評價值[28-29]。

2 結果與分析

2.1外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒蛋白組分含量的影響

由表1可以看出，與A處理相比，3種不同處理方式對小麥籽粒蛋白質組分含量均有不同影響。B處理可以提高小麥籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量，同時降低谷蛋白含量；清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量的提高幅度分別為 0.08%.1.32% ！1.58% ，但差異不顯著。C處理可以提高小麥籽粒中醇溶蛋白的含量，提高幅度為 3.78% ，同時可以提高谷蛋白含量，提高幅度為 1.65% 。D處理小麥籽粒中的醇溶蛋白、谷蛋白含量分別較A處理提高0.28% .0.48% ，但處理間差異均不顯著。

2.2外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒元素含量的影響

由圖1可以看出，不同處理對小麥籽粒中的11種元素均有不同影響。與A處理相比，B處理可以提高小麥籽粒中的 K，P，Cu，F(xiàn)e，Zn 等微量元素的含量，提高幅度分別為0. 67% 、1. 01% 、1. 17% ！8.94%.2.70% ，其中 K，F(xiàn)e，Zn 差異達到顯著水平。與A處理相比，C處理可以提高小麥籽粒中的 c_u 、Z_n 含量，提高幅度分別為 1.11%9.44% ，其中 Z_n 差異達到顯著水平。D處理小麥籽粒中Ca、P、Cu、

Fe、Mn、Zn的含量分別較A處理提高 0.80% ！1. 91% ，6.39% （204 .7.54% .0.46% （204號 ，3.99% 。與A處理相比， ^{B，C，D3} 個處理均顯著降低籽粒中的 Ag，As 、Se含量，并且B處理顯著降低小麥籽粒中有害元素Cd的含量。由此看出，3個處理均能在一定程度上提高小麥籽粒中的有益元素含量，減少籽粒中的有害元素含量。

由圖1-d可以看出，小麥籽粒中的各種元素含量相互影響，其中有益元素 Z_n 含量與 Mn 、P、Se、

a—不同處理的K、Ca、P含量；b—不同處理的Cu、Fe、Mn、 Zn 含量；c—不同處理的Ag、As、Se、Cd含量；d—相關性分析熱圖。同一折線圖上的不同小寫字母表示在0.05水平下不同處理間差異顯著，圖2同。*表示在0.05水平顯著相關， ** 表示在0.01水平顯著相關， *** 表示在0.001水平顯著相關，圖3同

Ca，K 含量均呈顯著負相關關系，而 Mn 含量與 c_u 、Fe、Ca含量等均呈顯著正相關關系，P含量與Fe、Ca含量均呈顯著正相關關系，K含量與 Ca，Se 含量均呈顯著正相關。有害元素 Ag 含量與Se、As含量均呈極顯著正相關，Cd含量與 Mn，Cu 含量呈極顯著正相關，As含量與 Ag，Se 含量呈極顯著正相關。

2.3外源 Z_n/Mn 對小麥加工品質的影響

研究發(fā)現(xiàn)，通過采用3種不同的處理方法，可以不同程度地提升小麥籽粒的蛋白質含量、容重、濕面筋含量及水分含量、吸水率、最大拉伸阻力等加工特性。由表2可以看出，與A處理相比，B、C、D3個處理均明顯提高了容重和最大拉伸阻力，C、D2個處理提高了蛋白質含量。C處理的蛋白含量、最大拉伸阻力分別較A處理顯著提高了 1.29% 、11.03% 。與CK（A處理）相比，D處理的蛋白含量、容重、濕面筋含量、水分含量、吸水率、最大拉伸阻力均表現(xiàn)為提高，增幅分別為 1.46%.2.04% 、1.96%0.66%0.27%21.93% ，其中蛋白含量、容重、最大拉伸阻力的差異均達到顯著水平。

2.4外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒硬度的影響

研究結果表明，與A處理相比， _{B，C，D3} 個不同處理對小麥籽粒硬度相關參數(shù)均有不同影響。由圖2可以看出， C，D 這2個處理的籽粒粒重相較于A處理均顯著增加，增幅分別為 4.18% .5.58% 。

B、C、D3個處理的籽粒硬度分別較A處理提高了1.67%0.19%1.40% ，且B、D處理間的差異均達到顯著水平。與A處理相比，C、D處理可以顯著提高小麥籽粒粒徑，提高幅度分別為 1.15%.1.62% 。B、C、D3個處理的籽粒水分含量均較A處理顯著降低。

2.5外源 Z_n/Mn 對小麥粉質參數(shù)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，與A處理相比， _{B，C，D3} 個不同處理對小麥粉質參數(shù)均有一定的改善作用（表3）。與A處理相比，B處理的面團形成時間、面團穩(wěn)定時間增加，粉質質量指數(shù)提高，增幅分別為 2.88% 、0.71%.1.92% ，且面團形成時間存在顯著差異。C處理的面團水分含量、吸水率、面團形成時間、粉質質量指數(shù)分別較A處理提高了 1.29%.0.04% ！0.55%.2.88% ，且面團水分含量的差異達到顯著水平。與CK相比，D處理增加了面粉水分含量，提升了吸水率，延長了面團形成時間，增加了面團的弱化程度，同時縮短了面團穩(wěn)定時間，降低了粉質質量指數(shù)。

2.6外源 Zn/Mn 對小麥籽粒加工品質及粉質參數(shù)影響的主成分分析

相關性熱圖結果顯示，蛋白含量與濕面筋含量、面粉水分含量呈極顯著正相關，而與面團形成時間、穩(wěn)定時間呈顯著負相關。濕面筋含量與面粉水分含量表現(xiàn)出極顯著的正相關性，同時與吸水率呈顯著正相關。面團穩(wěn)定時間與粉質質量指數(shù)存在極顯著正相關，而與弱化度之間則顯示出顯著負相關，弱化度與粉質質量指數(shù)呈極顯著負相關（圖3）。

2.7不同處理下小麥籽粒加工品質與粉質參數(shù)的綜合評價結果

由表4的綜合指標值可知，C處理在PC1、PC2上的得分均較高，D處理在PC3上的得分較高，說明 C，D2 個處理在加工品質及粉質參數(shù)方面的指標優(yōu)于 _A，B 處理。3個不同處理在各個綜合指標上的隸屬函數(shù)值存在顯著差異，在同一綜合指標的PC1方面，C處理的 u（x₁） 值最大，為1.63332，表明C處理在PC1綜合指標上表現(xiàn)出最佳品質，而B處理 u（x₁） 值最小，為-0.73243，說明B處理在PC1綜合指標上表現(xiàn)出的品質較差。對于同一綜合指標PC2而言，C處理的 u（x₂） 值最大，為1.54405，說明C處理在PC2綜合指標上表現(xiàn)出的品質最優(yōu)，而D處理的 u（x₂） 值最小，為-0.60049，說明D處理在PC1綜合指標上表現(xiàn)出的品質相對較差。在同一綜合指標PC3上，D處理的 u（x₃） 值最大，為1.51748，說明D處理在PC3綜合指標上表現(xiàn)出的品質最好，而A處理的 值最小，為-0.78770，說明A處理在PC1綜合指標上表現(xiàn)出的品質最不理想。

經(jīng)計算，3個綜合指標的權重分別為0.44606、0.31232、0.24162（表4）。采用式（3）計算不同處理下小麥品質綜合評價值，同時根據(jù)綜合評價值對不同 Z_n/Mn 處理下小麥籽粒加工品質及相關粉質參數(shù)進行優(yōu)劣排序，順序為 Cgt;Dgt;Bgt;A 。說明C處理 （0.2%ZnSO₄ ）對小麥籽粒加工品質及粉質參數(shù)的效果最好。

3討論與結論

3.1外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒蛋白的影響

小麥籽粒中含量最多的物質是淀粉，其次為蛋白質，二者共同決定了小麥的食品加工品質[30]。李澤鵬研究發(fā)現(xiàn)，外源噴施微量元素在提高小麥的產(chǎn)量的同時，顯著提高了小麥的總蛋白含量[31]。研究發(fā)現(xiàn)，施用錳肥能夠有效提升小麥籽粒中的粗蛋白、面筋含量，進而優(yōu)化其加工品質[32]。此外，Mn與 K，Zn 的合理配合施用，能夠進一步改善冬小麥面團及面粉的品質[33]。在本研究中，與對照相比，3個不同處理都能夠提高小麥籽粒中的蛋白組分含量（包括清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白含量），而對應面粉的面筋含量也顯著增加，進而提高了小麥面筋的品質；同時本研究發(fā)現(xiàn)蛋白質含量與濕面筋含量有顯著的正相關關系。這可能是因為醇溶蛋白、谷蛋白含量與面筋總量有顯著的正相關關系[34]，并且有利于提高烘焙品質。同時，谷蛋白含量可以影響面筋組分[35]，且可以通過提高籽粒中谷氨酰胺合成酶（GS）、谷丙轉氨酶（GPT）的活性來促進其基因高水平表達，以增加籽粒貯藏蛋白含量[36]，從而提高小麥面筋的品質。在本試驗中，外源Z_n 對谷蛋白含量及籽粒蛋白含量的影響較Mn更大，其籽粒中的酶活性及調控機制有待進一步研究。

3.2外源 Z_n/Mn 對小麥籽粒營養(yǎng)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施微量元素是提高小麥、水稻籽粒微量元素含量的有效農(nóng)藝措施[37-38]。楊春霞等研究發(fā)現(xiàn)，適量的葉面鋅肥能夠顯著提高小麥產(chǎn)量及其籽粒鋅含量[39]。Shaaban 等研究指出，葉面噴施微量營養(yǎng)元素（ Zn，Mn 等）可以增加小麥中Fe、 Mn，Zn，Cu 等元素的含量，同時優(yōu)化小麥的營養(yǎng)平衡，進而提升小麥產(chǎn)量[40]。 Zn，Mn 對緩解作物籽粒中的重金屬元素含量也有一定影響，這是由于Zn，Cd 的離子結構極其相似，它們會在植物體內競爭相同的吸附點位，并在植物體內發(fā)生拮抗作用[41]。例如，張良運等報道，葉面噴施質量分數(shù)為0.2% 的 ZnSO₄ ，可以降低水稻籽粒中的Cd含量[42]。陳貴青等研究發(fā)現(xiàn)，噴施 ZnSO₄ 可有效降低辣椒、番茄果實的Cd 質量分數(shù)[43-44]，，施加 Zn，Mn 可以促進小麥生長發(fā)育，顯著緩解Cd的毒害，降低小麥中的Cd含量[4]。本試驗也得出相似結果，即外源 Zn/Mn 可以不同程度地增加小麥籽粒中的有益元素 （Ca，K，P，Cu，F(xiàn)e，Zn，Mn） 含量，同時減少有害元素（ .Ag.Cd.As） 含量，促進小麥籽粒營養(yǎng)物質的形成，且小麥籽粒中的各種營養(yǎng)元素互相影響，存在不同的拮抗或促進關系。其中 Z_n 對Cd有顯著的抑制作用，說明 Z_n 對緩解土壤中Cd的毒害效果最為顯著，并且Cd與 Mn，Cu 呈顯著正相關關系，說明 Mn?cornerCu 與籽粒中的Cd緊密相關，其內部機制有待進一步研究。

3.3外源 Zn/Mn 對小麥加工品質的影響及評價

研究發(fā)現(xiàn)， Mn 可以增加小麥面筋含量，改善面團和面粉品質，并促進小麥中的錳由穗部到籽粒的運輸，有利于小麥對氮素的吸收[45-46]。此外， Mn 與蛋白質代謝也存在一定的關聯(lián)，能夠通過提升小麥中必需氨基酸的含量來優(yōu)化小麥籽粒的品質[47]研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴 Z_n 可以影響小麥面粉的加工品質并顯著改善面包的烘焙品質[48]。減氮 15% 結合ZnSO₄ 與氮磷鉀肥的配合噴施，可以提籽粒、面粉的營養(yǎng)品質，改善人體健康[49]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，處理組能夠不同程度地提升小麥籽粒的蛋白質含量、容重、濕面筋含量、水分吸收率、最大拉伸阻力等加工相關指標，并且有助于改善小麥籽粒的硬度和粉質特性，從而有效提高面粉中的營養(yǎng)成分含量。這些在一定程度上說明，外源 Z_n/Mn 可以促進小麥加工品質的提高，改善烘焙品質，但是其內部機制有待進一步研究。

目前，運用主成分分析、隸屬函數(shù)分析、相關性分析等多元評價法可以較為準確地對小麥[50]、玉米[51]、白菜[52]、梨[53]、獼猴桃[54]等多種作物、水果、蔬菜的多類指標進行整合評價，應用廣泛且相對真實可靠。肖繼兵等運用主成分分析法和隸屬函數(shù)分析法，較為準確地進行了谷子全生育期的耐旱性評價[55]。聶波濤等運用相關性分析、聚類分析、主成分分析等多重分析法，對334份北方春大豆進行分類評價，為挑選優(yōu)質的大豆種質資源提供了有力的參考價值[56]。王洋洋等基于主成分分析方法，準確評價了不同水分處理下冬小麥對晚霜凍害的抗性[7]。畢紅園等通過主成分分析和隸屬函數(shù)法，評價了11個小麥品種的抗旱性，為挑選優(yōu)質的抗旱小麥品種提供了參考依據(jù)[58]。黃偉祥等基于主成分分析方法綜合評價了倒春寒對小麥花后 28d 地上部、地下部生理活性指標的影響[59]。本研究通過主成分分析方法將多個理化指標簡化，并提取了3個主成分，隨后運用隸屬函數(shù)分析、相關性分析等多種方式綜合評價了不同 Zn/Mn 處理對小麥品質及粉質參數(shù)的綜合影響，并對此進行如下最優(yōu)排序：0.2%ZnSO₄gt;0.1%MnSO₄+0.2%ZnSO₄gt;0.1% MnSO₄gt;CK 。結果表明，外源 Z_n 較 Mn 對提高強筋小麥的品質及粉質更具有優(yōu)勢，期待可為外源 Zn Mn 提高作物的營養(yǎng)品質提供參考價值。目前對Zn/Mn 復合施加與單施的對比研究仍不夠深入嚴謹，其內部機制需要進一步討論。

3.4外源 Zn/Mn 對作物內部機制的探討及對人體健康與安全性的思考

抗氧化酶活性的變化和光合系統(tǒng)的穩(wěn)定性均是評價植物耐受逆境脅迫的重要生理指標[60-61] 。研究發(fā)現(xiàn)， MnΩ，ZnΩFeΩCa 等對纖維素酶有激活作用[62]。徐建明等研究發(fā)現(xiàn)，通過葉面施 Z_n 可以提高水稻幼苗根、葉片中的 SOD、POD 活性[63]。趙會君等研究發(fā)現(xiàn)， Cu，Zn 處理可以提高作物葉片的SOD、POD 活性，抑制CAT的活性[64]。 Z_n 與小麥葉綠素、淀粉合成等重要的生理過程緊密相關，適量濃度的 Z_n 可以提高小麥幼苗的光合色素含量，提高光能轉化率，同時提升小麥籽粒胚乳中的 Z_n 含量，改善人體的膳食健康[65-67]。 Mn 在植物體內有激活酶的作用，是含錳超氧化物歧化酶（ Mn-SOD^′， 1的重要組成部分，在作物的光合作用、脂類生物的合成、氧化應激反應中發(fā)揮著輔助功能[68-69]。研究發(fā)現(xiàn)，小麥玉米等重要的糧食作物是鋅、錳等元素進入食物鏈的重要途徑[3，45]，微量元素缺乏會嚴重影響人體健康。目前，對 Zn，Mn 等營養(yǎng)元素應用于基本農(nóng)作物的研究，如何改善以農(nóng)作物為主要食物來源人群的 Zn，Mn 等營養(yǎng)元素缺乏的難題，仍需繼續(xù)攻克。

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