邵运辉，张盼盼，马 耕，卢红芳，王丽芳，王晨阳，李向东，岳俊芹，秦 峰

(1.河南省农业科学院 小麦研究所，河南 郑州 450002；2.河南农业大学 农学院/国家小麦工程技术研究中心，河南 郑州 450046；3.河南省农业科学院 粮食作物研究所，河南 郑州 450002)

锌是人体生长发育所必需的微量元素[1-2]，锌营养不足会引起生长发育停滞、智力和免疫力下降等问题。据统计，全球约1/3的人口面临缺锌问题，尤其在以谷类作物为主要饮食来源的低收入国家[3]，主要原因是饮食中锌摄入量不足和饮食单一化。小麦是我国三大粮食作物之一，也是人体锌摄入的主要来源。然而，目前，我国主要麦区春、冬小麦籽粒锌含量平均分别为30.4、30.3 mg/kg[2]，远低于人体正常锌需求量，易引起锌摄入量不足等问题。因此，提高我国小麦籽粒锌含量，改善小麦品质，对于解决人体锌营养问题有重要意义。

提高籽粒锌含量和有效性的重要措施是锌生物强化[4-5]，包括培育富锌品种和优化农田栽培管理措施。育种工作耗时长、成本高，施用锌肥等农艺措施则是一种提高籽粒锌含量的快速有效方法。研究表明，施锌后小麦植株叶、茎、颖壳和籽粒中锌含量显著提高，其增幅大小与施锌方式、施用时期、施用量以及土壤中锌含量状况等密切相关[6-7]。如喷施锌肥较土施锌肥对提高小麦籽粒锌含量的效果更明显[8-9]。小麦灌浆前期是喷施锌肥提高籽粒锌含量的最佳时期[10]。研究还发现，施用氮肥对小麦籽粒锌的吸收、转运和累积也有显著影响，施氮可以提高小麦植株对锌的吸收、锌向籽粒的转运量，不同器官中锌浓度和锌累积量随施氮量的增加而提高[11-14]。与单施氮肥或单施锌肥处理相比，氮锌肥配施对提高小麦籽粒锌含量的效果更明显，钾锌肥配施也能显著提高小麦叶片和籽粒中锌含量，而施用磷肥则减弱这种趋势[15-16]。另外，锌肥与生物刺激素或农药配合喷施，也能增强小麦籽粒锌生物强化[17]。可见，氮锌肥配施是提高小麦籽粒锌含量最有效的措施。但是，目前关于氮锌肥配施在小麦上的研究大多集中于其对小麦植株吸收、积累、转运、分配等方面的影响[5，15，18-19]，关于其对小麦籽粒结构锌含量的影响研究很少，尤其关于氮锌肥配施对小麦籽粒由外到内不同部位锌的累积、分配、转运研究尚未见报道。为此，采用大田试验，以高产小麦品种豫麦49-198为材料，研究氮锌肥配施对小麦籽粒及其不同部位氮锌含量、累积量和分配的影响，并分析籽粒不同部位间氮锌含量的关系，以期为进一步实现小麦籽粒胚乳的锌生物强化和氮锌肥优化管理提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2014—2016年在河南省温县祥云镇(34°92′N、112°99′E)进行。供试土壤为褐土，养分含量见表1。

试验材料为当地高产小麦品种豫麦49-198。氮、锌、磷、钾肥分别为尿素(含N 46%)、七水硫酸锌(分析纯)、过磷酸钙(含P2O512%)和硫酸钾(含K2O 52%)。

表1 供试土壤养分含量Tab.1 The nutrient content of tested soil

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计，主因素为施锌水平，分别是0(Zn0)、9.60 kg/hm2(Zn1)；副因素为施氮水平，分别为0(N0)、240 kg/hm2(N1)，共4个处理。每个处理重复5次，共20个小区，小区面积为6.1 m×2.5 m。其中，氮处理试验小区为自2010年开始进行的氮肥减施定位试验区。磷、钾肥的施用量均为150 kg/hm2。1/2氮肥、全部的磷钾肥在翻地前撒入地表，翻耕入土，其余1/2氮肥于拔节期施入。锌肥(3 g/L)为喷施，分别在小麦拔节期、抽穗期、开花期和灌浆中期各喷施1次，喷施量为0.08 L/m2，对照喷施等量的蒸馏水，时间选择在下午或傍晚，以保证喷施效果。两季小麦大田试验时间分别为2014年10月25日—2015年06月03日和2015年10月17日—2016年06月04日。小麦播种密度为320万株/hm2，病虫害防治和补灌水等管理措施同大田生产。

1.3 样品采集与测定

在小麦成熟期，每小区中央取6 m2进行收获，籽粒风干后称质量，按照含水量13%计产。对风干籽粒均匀取约200 g进行润麦(含水量14%)，利用德国Hamburg公司生产的Streckel & Schrader磨样机，结合豫麦49-198籽粒大小、硬度等特性，把控对籽粒进行分层磨样的时间，将籽粒从外到内分成7个部位，质量分别占7%、6%、7%、10%、10%、10%、50%，定义为F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7层，出粉率95%～98%。其中，F1、F2、F3层分别为种皮、糊粉层、次糊粉层，F4—F6层为淀粉、胚乳过渡层，F7层为淀粉胚乳中心层，也是最能代表胚乳的部位。将籽粒及其分层部位装入自封袋中，做好相应标记。利用H2SO4-H2O2消解，连续流动分析仪(AA3)测定全氮含量；利用HNO3-H2O2消解，原子吸收分光光度计测定全锌含量。

1.4 数据处理

采用Excel 2010 和SPSS 22统计分析软件进行数据整理与统计分析，采用LSD和Duncan’s多重比较法分析处理间差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 氮锌肥配施对小麦籽粒产量、氮和锌含量的影响

从表2可以看出，小麦籽粒产量平均为7.51 t/hm2，施锌处理对籽粒产量无显著差异。与N0处理相比，施氮后产量极显著提高了91.7%，其中在Zn0处理和Zn1处理下分别极显著提高了92.4%和91.1%。籽粒氮含量表现出同样趋势，2个年份Zn0处理和Zn1处理下，N1处理较N0处理籽粒氮含量分别极显著提高了67.9%和54.2%。氮锌肥配施对籽粒锌含量的影响达到显著水平。Zn1处理下籽粒锌含量为35.7 mg/kg，较Zn0处理极显著提高了49.3%。与N0处理相比，N1处理下籽粒锌含量提高了13.3%，2个年份在Zn0和Zn1处理下分别提高了16.8%和11.1%。这表明，在小麦生产过程中，增施氮锌肥对提高小麦籽粒产量、氮和锌含量有明显作用。

表2 氮锌肥配施对小麦籽粒产量、氮和锌含量的影响Tab.2 Effect of N and Zn application on the yield,N and Zn contents of wheat grain

2.2 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位氮和锌含量的影响

表3显示了氮锌配施对小麦籽粒7个部位氮含量的影响，各层氮含量表现为F2、F3>F4>F1、F5、F6>F7，其中F2和F3层籽粒氮含量平均为28.43 g/kg，较F7层高出75.0%。施锌对籽粒氮含量无显著影响，施氮对籽粒氮含量影响显著或者极显著，其中以F3层最明显。与N0处理相比，N1处理F1—F7层氮含量分别提高了25.5%、49.4%、54.7%、50.0%、44.1%、41.6%、29.2%。

氮锌配施对小麦籽粒7个部位锌含量的影响如表4所示。从F1至F7层，籽粒锌含量逐渐降低，与F1层相比，F7层锌含量降低了77.3%。施锌对籽粒各部位锌含量的影响总体上均达极显著水平，与Zn0处理相比，Zn1处理F1—F7层锌含量分别提高了54.6%、45.0%、46.4%、52.3%、59.3%、52.1%、56.0%。除2014—2015年F2、F7层Zn1水平，2015—2016年F1层Zn0水平及F5、F7层Zn1水平外，施氮对籽粒锌含量的影响均不显著。其中，2014—2015年F2、F7层Zn1水平下N1处理比N0处理分别提高24.0%、16.7%；2015—2016年F1层Zn0水平下和F7层Zn1水平下，N1处理比N0处理分别提高6.4%和51.6%。因此，在大田试验中，施用锌肥可显著提高小麦籽粒各层次中的锌含量，以淀粉胚乳层增幅最高。

表3 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位氮含量的影响Tab.3 Effect of N and Zn application on the N content in each fraction of wheat grain g/kg

表4 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位锌含量的影响Tab.4 Effect of N and Zn application on the Zn content in each fraction of wheat grain mg/kg

2.3 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位氮和锌累积量的影响

由表5可以看出，F1—F7层氮累积量分别是10.69、12.59、14.53、18.76、16.54、14.79、58.09 kg/hm2。施锌对籽粒各部位氮含量总体上无显著影响，施氮对籽粒各部位氮含量的影响极显著。与N0处理相比，N1处理下籽粒各部位氮累积量均极显著提高，其中以F3层提高幅度最高，为1.92倍。2个年份Zn0条件下，N0处理F1—F7层氮累积量分别为6.29、6.67、7.41、9.87、8.88、8.01、33.57 kg/hm2， N1处理较其提高了1.30～1.92倍；Zn1条件下，N1处理籽粒各部位氮累积量较N0处理提高1.41～1.92倍。

氮锌肥配施对小麦籽粒各部位锌累积量的影响如表6所示，籽粒各部位锌累积量以F7层最高，平均为56.01 g/hm2，以F5和F6层较低。施氮极显著影响籽粒各部位的锌累积量，施锌总体上显著或极显著影响籽粒各部位氮累积量。与Zn0处理相比，Zn1处理F1—F7层锌累积量分别提高60.0%、50.2%、50.1%、54.4%、62.9%、54.7%、63.6%。N0处理F1—F7层锌累积量分别为22.69、18.71、17.39、18.72、14.75、11.37、33.42 g/hm2，N1处理较其提高了90.24%～134.18%。与Zn0条件相比，Zn1条件下N1处理较N0处理提高各层次锌累积量的幅度更大，以F7层表现最明显。如2个年份Zn0条件下N0处理F7层锌累积量为27.44 g/hm2，N1处理较N0处理提高了1.09倍；而Zn1条件下，N1处理F7层锌累积量为99.64 g/hm2，较N0处理提高了1.52倍。表明在小麦生长过程中，施用氮锌肥均能够显著提高籽粒各层次的锌累积量，从而提高小麦籽粒锌的营养价值。

表5 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位氮累积量的影响Tab.5 Effect of N and Zn application on the N accumulation in each fraction of wheat grain kg/hm2

表6 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位锌累积量的影响Tab.6 Effect of N and Zn application on the Zn accumulation in each fraction of wheat grain g/hm2

2.4 氮锌肥配施对小麦籽粒各部位氮和锌分配比例的影响

从图1可以看出，籽粒各部位氮分配比例表现为F7层最高，为40.40%，F1和F2层较低，分别为7.49%和8.48%。施锌对籽粒各部位氮的分配均无明显影响，施氮明显改变了氮在籽粒各部位的分配比例。N0处理F1—F7层氮的分配比例分别为7.86%、8.15%、9.17%、12.11%、11.00%、9.96%、 41.75%，N1处理F1和F7层的分配比例分别降至7.12%和39.05%，而F3和F4层分别增加至10.25%和13.13%。2个年份施氮对F1和F3层的影响分别在Zn0处理下和Zn1处理下表现得更明显。如Zn0条件下，N0处理F1层氮分配比例为7.80%，而N1处理较其显著降低了12.6%；Zn1条件下，N0处理F3层氮分配比例为9.15%，而N1处理较其提高了12.2%。表明施氮可以促进氮向糊粉层的转运和积累。

由图2可以看出，F7层锌分配比例最高，为26.20%，明显高于F6层，其他层中锌分配比例无明显差异。施锌处理对锌在籽粒各部位的分配比例无明显影响。施氮后，F7层锌分配比例提高了14.3%，而F1、F3、F4、F5和F6层降低了4.6%～6.3%。与Zn0条件相比，N0和N1处理间的差异在Zn1条件下表现得更明显。如2个年份Zn0条件下，N0处理F7层锌分配比例平均为24.52%，N1处理较其提高了10.7%；而在Zn1条件下，N0处理F7层锌分配比例平均为24.28%，N1处理较其提高了18.0%。表明施锌可以同步提高籽粒各层次中锌的累积量，不影响各层次锌的分配比例，而施氮能够促使锌从籽粒外部向内部转移，这为小麦优质加工提供了理论参考。

2.5 小麦产量与籽粒各部位氮、锌含量的关系

籽粒产量和各部位氮、锌含量的相关性分析结果如表7所示，籽粒产量与籽粒氮含量、籽粒各部位氮含量均呈极显著正相关性，籽粒及其各部位氮含量之间、锌含量之间的相关性也均达极显著水平。除此以外，籽粒、F1层、F5层氮含量与F7层锌含量均呈显著或极显著相关性，对其做回归性分析，结果如图3所示。籽粒氮含量和F5层氮含量与F7层锌含量之间回归分析的P值均大于0.05，而F1层氮含量(y)与F7层锌含量(x)之间的回归方程为y=0.025x2-0.487x+22.24，其中R2为0.347。

表7 小麦产量与籽粒各部位氮、锌含量的相关性Tab.7 Correlation between yield and nitrogen and zinc contents in each fraction of wheat grain

3 结论与讨论

3.1 氮锌肥配施对小麦籽粒锌含量的影响

研究发现，从20世纪90年代至今，全球小麦籽粒锌含量平均从39.6 mg/kg下降至29.1 mg/kg[20]。不同小麦品种间籽粒锌含量存在较大差异[21-22]。目前，我国主要麦区春、冬小麦籽粒锌含量分别平均为30.4、30.3 mg/kg[2]。CAKMAK[23]认为，小麦籽粒锌含量为40～60 mg/kg时，才能保障以小麦为主食人群的锌营养。因此，提高小麦籽粒锌含量对补充我国人体锌营养有重要意义。

锌被小麦植株根系吸收后，转移到韧皮部运输至地上部，营养器官中的锌能够通过韧皮部再转运至籽粒中累积起来。大田生产中，氮锌肥配施能够显著提高小麦籽粒中锌含量[24-25]。本研究发现，施氮后籽粒锌含量提高了13.3%。这是因为施氮能增强根系生长能力，同时活化小麦根系周围微生物，提高根系对锌的吸收能力；另外，施氮还能提高小麦根系和地上部运输锌的含氮化合物量，提高锌转运中的尼克酰胺和麦根酸的合成酶的表达量，进而增强小麦植株地上部对锌的运转和累积。施锌对小麦籽粒锌含量的增加更明显，尤其是在潜在缺锌土壤上，其效果更显著[26]。因此，在我国小麦生产中，氮锌肥配施是提高小麦籽粒锌含量的一项有效措施。

3.2 氮锌肥配施对小麦籽粒内部氮和锌分布的影响

氮、锌元素在小麦籽粒中的分布不均匀。研究发现，锌含量在籽粒糊粉层最高，胚居中，胚乳最低，种皮、糊粉层、胚、胚乳中锌累积量分别占籽粒总累积量的24%、47%、11%、18%，并且同一部位不同位置锌含量也不相同，胚乳中靠近糊粉层的锌含量高于胚乳内侧，胚外侧盾片的锌含量高于胚中间位置[27-29]。本研究将小麦籽粒从外向内分为7层，发现锌含量从外向内逐渐降低，其中F1和F2层锌含量平均为68.36 mg/kg，而F7层仅为15.66 mg/kg。与以往研究[27-29]不同，本研究中的试验对象为高产品种豫麦49-198，胚乳质量较高，锌累积量也较高，籽粒中锌累积量在胚乳中分配比例较高，为26.20%，F1、F2和F3层锌分配比例共为42.10%，F6层最低，为8.00%。

锌肥施用后，小麦籽粒各层中锌累积量提高50.1%～63.6%，但籽粒中各层次锌的分配比例无明显变化。施氮后，籽粒F7层中锌的分配比例提高了14.3%，而其他各层锌分配比例均有不同程度的降低。这表明施氮能够促使锌从籽粒外部向内部转移。本研究还发现，氮在籽粒各层的分配比例也不一致，以F7层最高，F6层最低。施氮后F3层中氮分配比例有所增加，而F1和F7层中略有下降，这表明，施氮有促使籽粒中氮素向糊粉层集中的趋势。

3.3 籽粒内部各部位氮、锌含量间的相关性

选择籽粒及其有代表性的部位F1、F3、F5和F7层，研究其氮、锌含量间的相关性，首次发现胚乳中心层中锌含量与籽粒、种皮和过渡层中的氮含量呈显著或极显著正相关性，甚至与种皮中的氮含量的回归关系达显著水平。这表明籽粒胚乳中的锌含量与外侧种皮和过渡层中的氮含量有密切关系。事实上，锌从韧皮部转运至籽粒后，再在籽粒中转运分配到各个部位，锌需要通过腹部维管束和胚乳腔后，才能进入胚乳。由于维管束和胚乳细胞间没有共质体连接，来自维管束的锌，首先转运至胚乳腔，之后通过糊粉层细胞进入胚乳。结合本研究结果，推测籽粒外侧种皮中的氮可以促进维管束的锌尽可能转运至胚乳腔，此过程的生理和分子机制需进一步研究。

综合分析，在我国小麦生产中，氮锌肥配施能够提高小麦籽粒产量和锌含量，尤其能够增加籽粒胚乳中锌含量和累积量，提高锌在胚乳中的分配比例，是提高小麦籽粒锌营养和解决人体锌缺乏问题的有效方法。