葉面噴施鉬鋅肥對(duì)冬小麥籽粒品質(zhì)的影響

劉春奎,李紫琳,胡承孝,賈 琳,張博瑩,劉紅恩,孫學(xué)成,譚啟玲

(1.新型肥料湖北省工程實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心,湖北 武漢 430070;2.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 鄭州 450001;3.小麥玉米作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河南 鄭州 450046;4.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,河南 鄭州 450002)

0 引言

【研究意義】鉬是小麥生長(zhǎng)過(guò)程中的必需營(yíng)養(yǎng)元素,對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育和籽粒品質(zhì)具重要影響。在世界范圍內(nèi),土壤缺鉬比較普遍,特別是酸性土壤容易缺鉬,中國(guó)約50%耕地缺鉬[1]。鋅是小麥生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素,我國(guó)乃至世界部分小麥種植區(qū)缺鋅[2-3]。小麥作為人類的主要糧食作物之一,是人體攝入蛋白質(zhì)、微量元素和熱量的重要來(lái)源[4]。小麥籽粒品質(zhì)的優(yōu)劣對(duì)人體健康有重要影響,對(duì)日常飲食以面食為主的群體健康影響較大[5]。因此,研究鉬鋅肥對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤缺鉬會(huì)引起小麥產(chǎn)量和品質(zhì)下降[6]。施鉬可以提高小麥對(duì)鉬肥的吸收效率[7];能夠有效提高冬小麥葉片硝酸還原酶活性、葉綠素含量和凈光合速率,使冬小麥籽粒產(chǎn)量增加[8]。隨著鉬施用量增加,小麥籽粒中鉬含量顯著增加,施用鉬可以顯著提高小麥產(chǎn)量和籽粒中總蛋白質(zhì)含量[9]。缺鋅會(huì)造成小麥代謝受阻,生長(zhǎng)緩慢,籽粒品質(zhì)下降[10]。在缺鋅條件下,如果當(dāng)季補(bǔ)鋅可促進(jìn)小麥根系發(fā)育和生長(zhǎng),提高小麥籽粒品質(zhì)[11]。噴施鋅肥可以提高小麥籽粒的沉淀值、濕面筋量和穩(wěn)定時(shí)間,從而提高小麥的品質(zhì)[12]。噴施鋅肥能夠顯著提高冬小麥籽粒的鋅濃度和鋅累積量,有效改善小麥鋅營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[13]。土壤施用鋅肥,能夠顯著提高冬小麥葉片抗氧化酶活性,提高冬小麥籽粒產(chǎn)量[8]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】國(guó)內(nèi)外有關(guān)單獨(dú)施鉬、單獨(dú)施鋅對(duì)冬小麥籽粒品質(zhì)等方面的研究較多,但是鉬鋅配施對(duì)冬小麥籽粒品質(zhì)影響的研究相對(duì)較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用葉面噴施鉬鋅肥,研究單獨(dú)施鉬、單獨(dú)施鋅和鉬鋅配施對(duì)冬小麥籽粒品質(zhì)的影響,以期通過(guò)合理施用鉬肥、鋅肥達(dá)到改善冬小麥籽粒品質(zhì)的目的,為優(yōu)質(zhì)冬小麥生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以河南省民權(quán)縣龍?zhí)伶?zhèn)吳堂村民權(quán)高效現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)農(nóng)田(115.08°E,34.61°N)、河南省南陽(yáng)市臥龍區(qū)英莊鎮(zhèn)前英莊村農(nóng)田(112.43°E,32.77°N)、河南省方城縣趙河鎮(zhèn)半坡店村農(nóng)田(112.83°E,33.14°N)冬小麥種植田塊為試驗(yàn)對(duì)象,各試驗(yàn)點(diǎn)供試小麥品種及土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 各試驗(yàn)點(diǎn)供試小麥品種及土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties and tested wheat varieties at different test sites

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)開(kāi)展葉面噴施鉬、鋅肥試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),葉面噴施設(shè)4個(gè)處理,處理1(CK)：噴施清水;處理2(Mo處理)：噴施0.10%鉬肥(鉬有效含量);處理3(Zn處理)：噴施0.10%鋅肥(鋅有效含量);處理4(Mo+Zn處理)：噴施0.10%鉬肥+0.10%鋅肥。肥源為鉬酸銨〔(NH4)6Mo7O24·4H2O〕和硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)。每個(gè)處理重復(fù)4次,共16個(gè)小區(qū),小區(qū)面積24 m2(4 m×6 m),試驗(yàn)田四周設(shè)保護(hù)區(qū)。分別于小麥越冬期和拔節(jié)期進(jìn)行葉面噴施。以0.01% (v/v) Tween 20作為表面活性劑[14],使用手動(dòng)高壓噴霧器于無(wú)風(fēng)、無(wú)雨條件下進(jìn)行葉面噴施[8]。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的濃度要求,每次施用量750 L/hm2,均勻噴施小麥葉片。試驗(yàn)點(diǎn)其他肥料的施用和田間管理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

主要測(cè)定冬小麥籽粒中粗蛋白含量、蛋白組分含量、淀粉含量、鉬含量和鋅含量。冬小麥成熟時(shí),各小區(qū)選取有代表性1 m雙行冬小麥樣品進(jìn)行人工收割。冬小麥樣品收獲后完成晾曬、脫粒、考種、粉碎等工作。使用濃硫酸消化冬小麥籽粒樣品[15],采用自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定冬小麥籽粒樣品蛋白氮含量,冬小麥籽粒粗蛋白含量通過(guò)籽粒蛋白氮含量計(jì)算(籽粒粗蛋白含量=5.70×籽粒蛋白氮含量)[16]。采用連續(xù)提取法分別獲得清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白溶液,測(cè)定各蛋白組分含量[17]。采用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定冬小麥籽粒中支鏈淀粉和直鏈淀粉含量[18]。采用示波極譜法測(cè)定冬小麥籽粒中鉬含量[19],使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定冬小麥籽粒中鋅含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理冬小麥籽粒的淀粉含量

從表2看出,不同處理對(duì)冬小麥籽粒支鏈淀粉、淀粉總量和直鏈淀粉/支鏈淀粉的影響存在一定差異。第1年,方城試驗(yàn)點(diǎn),冬小麥籽粒支鏈淀粉和淀粉總量各處理均表現(xiàn)為Zn>Mo>Mo+Zn>CK,支鏈淀粉和淀粉總量Zn、Mo、Mo+Zn處理均顯著高于CK,其中,支鏈淀粉較CK分別提高7.26%、6.88%和6.74%,淀粉總量較CK分別提高6.50%、5.93%和5.74%;民權(quán)試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒中支鏈淀粉含量和淀粉總量均表現(xiàn)為Zn>Mo>Mo+Zn>CK,Zn、Mo和Mo+Zn處理冬小麥籽粒支鏈淀粉含量較CK分別增加6.90%、6.27%和5.23%,淀粉總量分別增加6.53%、6.19%、4.80%。第2年,方城試驗(yàn)點(diǎn),各處理冬小麥籽粒支鏈淀粉含量和淀粉總量均表現(xiàn)為Mo+Zn>Zn>Mo>CK,與CK相比,Mo+Zn處理冬小麥籽粒支鏈淀粉含量和淀粉總量分別增加6.96%和5.51%;不同處理冬小麥籽粒直鏈淀粉/支鏈淀粉比值表現(xiàn)為Mo>CK>Zn>Mo+Zn;南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),各處理冬小麥籽粒支鏈淀粉含量和淀粉總量均表現(xiàn)為Mo>Zn>Mo+Zn>CK,Mo、Zn和Mo+Zn處理冬小麥籽粒支鏈淀粉含量分別較CK提高7.57%、6.78%和5.67%,淀粉總量分別較CK提高6.31%、5.97%和4.85%?？傮w看,在小麥生長(zhǎng)期間,葉面單獨(dú)施鉬、單獨(dú)施鋅和鉬鋅配施均能顯著提高冬小麥籽粒支鏈淀粉含量和淀粉總量。

表2 不同處理冬小麥淀粉組分及其含量Table 2 Content of different starch components in grains of winter wheat under different treatments

2.2 不同處理冬小麥籽粒的粗蛋白及組分含量

2.2.1 粗蛋白含量 由表3看出,多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)冬小麥籽粒粗蛋白含量Mo+Zn處理高于CK。第1年,方城試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒粗蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo和Mo+Zn處理分別較CK高7.39%和7.76%,差異顯著(P<0.05)。第2年,南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒粗蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>CK>Mo>Zn,Mo+Zn處理顯著高于Mo和Zn處理。

表3 不同處理冬小麥籽粒的粗蛋白含量Table 3 Crude protein content in grains of winter wheat under different treatments %

2.2.2 蛋白組分含量 從表4看出,不同試驗(yàn)點(diǎn)不同處理冬小麥籽粒清蛋白含量無(wú)顯著差異,而多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同處理冬小麥籽粒醇溶蛋白、麥谷蛋白含量差異顯著。第1年,民權(quán)試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒醇溶蛋白含量表現(xiàn)為Mo>Mo+Zn>Zn>CK,Mo和Mo+Zn處理醇溶蛋白含量較CK分別增加9.21%和5.78%;麥谷蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo+Zn和Mo處理較CK分別增加6.49%和6.11%,且與CK差異顯著;方城試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒麥谷蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo、Zn和Mo+Zn處理分別較CK提高9.35%、7.61%和10.21%。第2年,南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),各處理醇溶蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>CK>Zn>Mo,Mo+Zn處理較CK提高4.37%;麥谷蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo+Zn處理較CK提高6.52%,且與其余處理差異顯著;方城試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒醇溶蛋白含量表現(xiàn)為Mo+Zn>CK>Zn>Mo,Mo+Zn處理顯著高于Mo和Zn處理;麥谷蛋白含量依次為Mo>Mo+Zn>Zn>CK,Mo和Mo+Zn處理分別較CK提高6.26%和5.08%?？傮w看,鉬鋅配施能增加冬小麥籽粒醇溶蛋白和麥谷蛋白含量,有效調(diào)節(jié)冬小麥籽粒中蛋白組分含量。

表4 不同處理冬小麥籽粒的蛋白組分含量Table 4 Content of protein components in grains of winter wheat under different treatments mg/g

2.3 不同處理冬小麥籽粒的鉬和鋅含量

從表5看出,不同處理冬小麥籽粒的鉬與鋅含量存在一定差異。

表5 不同處理冬小麥籽粒的鉬和鋅含量Table 5 Mo and Zn content in grains of winter wheat under different treatments mg/kg

2.3.1 冬小麥籽粒鉬含量 不同試驗(yàn)點(diǎn)不同處理冬小麥籽粒鉬含量在0.21～0.42 mg/kg。第1年,南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒鉬含量表現(xiàn)為Mo>Mo+Zn>CK>Zn,Mo和Mo+Zn處理分別較CK提高35.71%和25.00%;方城試驗(yàn)點(diǎn),冬小麥籽粒鉬含量表現(xiàn)為Mo>Mo+Zn>CK>Zn,Mo和Mo+Zn處理分別較CK提高20.69%和10.34%;民權(quán)試驗(yàn)點(diǎn),冬小麥籽粒鉬含量表現(xiàn)為Mo>Mo+Zn>Zn>CK,Mo和Mo+Zn處理分別較CK提高35.48%和25.81%。第2年,南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),各處理冬小麥籽粒鉬含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Mo>CK>Zn,Mo和Mo+Zn處理分別較CK提高26.09%和39.13%;方城試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒鉬含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Mo>CK>Zn,Mo和Mo+Zn處理分別較CK提高25.00%和28.13%?？傮w看,單獨(dú)施鉬、鉬鋅配施能顯著提高冬小麥籽粒鉬含量。

2.3.2 冬小麥籽粒鋅含量 不同處理冬小麥籽粒鋅含量在19.98～29.40 mg/kg。第1年,南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),各處理冬小麥籽粒鋅含量表現(xiàn)為Zn>Mo+Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn處理分別較CK提高24.84%和21.95%;方城試驗(yàn)點(diǎn),冬小麥籽粒鋅含量表現(xiàn)為Mo+Zn>Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn處理分別較CK提高16.69%和18.11%;民權(quán)試驗(yàn)點(diǎn),籽粒鋅含量表現(xiàn)為Zn>Mo+Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn處理分別較CK提高9.42%和3.65%。第2年,南陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒鋅含量表現(xiàn)為Zn>Mo+Zn>Mo>CK,Zn和Mo+Zn處理分別較CK提高14.32%和12.26%;方城試驗(yàn)點(diǎn),不同處理冬小麥籽粒鋅含量表現(xiàn)為Zn>Mo+Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn處理分別較CK提高15.6%和13.77%,且與CK和Mo處理差異顯著。總體看,鉬鋅配施和單獨(dú)施鋅均能顯著增加冬小麥籽粒鋅含量。

3 討論

小麥品質(zhì)包括加工品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)2個(gè)方面,小麥加工品質(zhì)是指小麥籽粒制粉及面粉對(duì)制作不同食品的適應(yīng)性;小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是指小麥籽粒蛋白質(zhì)、淀粉、氨基酸含量及其組分的平衡程度,蛋白質(zhì)、淀粉的含量和性質(zhì)決定小麥制品的優(yōu)劣[21]。淀粉是小麥籽粒主要成分,淀粉組分與含量對(duì)小麥和面粉的品質(zhì)有較大影響。淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成,小麥籽粒中淀粉組分的變化會(huì)影響面條等食品品質(zhì)。測(cè)定小麥淀粉含量的方法主要有碘藍(lán)比色法、碘電位滴定法以及堿液分散法等,雙波長(zhǎng)比色法是一種簡(jiǎn)便快捷的測(cè)定淀粉含量的方法,能較準(zhǔn)確測(cè)定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量[22]。研究采用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定鋅鉬肥處理冬小麥籽粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量,結(jié)果表明,鉬鋅肥施用能有效提高冬小麥籽粒中支鏈淀粉含量,在一定程度上能增加淀粉總量,能調(diào)節(jié)冬小麥籽粒中直鏈淀粉與支鏈淀粉的比值,單獨(dú)施鉬肥、單獨(dú)施鋅肥和鉬鋅肥配施使冬小麥籽粒中支鏈淀粉含量較CK(施用清水)分別提高0.79%～7.56%、2.99%～7.27%和4.53%～6.97%,淀粉總量分別提高0.93%～6.32%、2.47%～6.54%和3.23%～5.75%;不同處理間直鏈淀粉含量差異不顯著,與金玉紅等[23]研究的小麥品種間淀粉總量的差異主要是支鏈淀粉含量差異引起的結(jié)論一致,表明直鏈淀粉是小麥固有特性,不受環(huán)境變化影響。

冬小麥灌漿期葉面噴施鉬、鋅、鎂肥能促進(jìn)冬小麥生育后期的氮素代謝,有利于小麥氮素轉(zhuǎn)化和蛋白質(zhì)的形成,從而為改善小麥品質(zhì)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[24]。施鋅能提高小麥[25]、水稻[26]、玉米[27]等谷類作物蛋白質(zhì)含量,改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。漬澇脅迫條件下,單獨(dú)噴施鉬肥、鋅肥和鋅鉬配施能使玉米籽粒的粗蛋白和氨基酸含量分別提高8.25%～9.69%和10.71%～14.29%[28]。有研究表明,鉬鋅與不同肥料配施對(duì)改善大白菜品質(zhì)有重要影響,鉬+鋅+復(fù)合肥在提高大白菜莖葉中蛋白質(zhì)和可溶性糖含量方面效果優(yōu)于鉬+復(fù)合肥[29]。硼鉬鋅配合對(duì)甘藍(lán)型油菜品質(zhì)有積極的影響,鉬鋅、硼鋅和硼鉬鋅配施處理,有利于提高甘藍(lán)型油菜菜籽蛋白質(zhì)含量,在提高菜籽含油量、兼顧其蛋白質(zhì)含量、改善油分品質(zhì)等方面,以硼鉬鋅配合效果最好[30]。單施鉬、鋅能增加油菜籽粒蛋白質(zhì)含量,而單施硼會(huì)降低蛋白質(zhì)含量,硼與鉬、鋅配施時(shí)蛋白質(zhì)含量下降不明顯,鉬、鋅配施顯著增加籽粒蛋白質(zhì)含量[31]。葉面噴施硼鉬鋅對(duì)改善大豆品質(zhì)有重要作用,鉬鋅、硼鋅和硼鉬鋅處理均有利于提高大豆的蛋白質(zhì)含量,噴施鋅肥能有效增加蛋白質(zhì)含量,鉬與氮代謝有密切關(guān)系,鉬可以提高作物中蛋白質(zhì)含量[32]。

葉面噴施試驗(yàn)條件下,不同處理冬小麥籽粒蛋白含量為10.83%～14.41%,已有學(xué)者測(cè)定了70多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的小麥樣品籽粒蛋白質(zhì)含量為10.90%～19.20%[33]。不同試驗(yàn)條件小麥籽粒蛋白質(zhì)含量差異主要由土壤、氣候、品種等方面的影響造成[34],缺鉬會(huì)降低冬小麥籽粒中醇溶蛋白和谷蛋白含量[35]。研究表明,葉面配施鉬鋅使冬小麥籽粒醇溶蛋白含量較CK增加3.40%～10.52%,使冬小麥籽粒麥谷蛋白含量增加5.08%～10.20%,說(shuō)明葉面配施鉬鋅對(duì)于改善冬小麥籽粒蛋白組分含量有重要影響。有研究表明,施鋅會(huì)影響小麥籽粒中谷蛋白的結(jié)構(gòu)和流變性質(zhì)[36],對(duì)面粉中麥谷蛋白含量有較大影響[37]。

單獨(dú)施鉬使冬小麥籽粒鉬含量較CK提高0.06～0.11 mg/kg,鉬鋅配施使冬小麥籽粒鉬含量增加0.03～0.09 mg/kg,增幅10.34%～39.13%。魏文學(xué)等[38]采用拌種方式施入鉬酸銨,使小麥面粉含鉬量大幅度提高。有研究表明,在小麥拔節(jié)中期和末期進(jìn)行葉面噴施鋅肥,能使小麥籽粒鋅含量提高5.2 mg/kg,增幅為17.5%[39]。在陜西關(guān)中地區(qū),土施或葉面噴施鋅肥可不同程度提高小麥籽粒鋅含量,葉面噴施鋅肥的效果優(yōu)于土施[40]。葉面噴施鋅肥是一種有效提高小麥籽粒鋅含量的措施[41]。研究表明,鉬鋅配施冬小麥籽粒鋅含量較CK增加0.88～4.34 mg/kg,增幅3.65%～18.11%。在本研究中,不同處理冬小麥籽粒鋅含量為19.98～29.40 mg/kg,該鋅含量仍低于推薦鋅含量(40～60 mg/kg)[42]。因此,在冬小麥生產(chǎn)中應(yīng)注意合理施用鋅肥,加強(qiáng)富鋅冬小麥品種的選育,以進(jìn)一步提高冬小麥籽粒鋅含量。

4 結(jié)論

葉面單獨(dú)施鉬、單獨(dú)施鋅和鉬鋅配施能有效提高冬小麥籽粒支鏈淀粉含量,在一定程度上能增加冬小麥籽粒淀粉總量;鉬鋅配施能有效提高冬小麥籽粒醇溶蛋白和麥谷蛋白含量。與CK(清水)相比,鉬鋅配施使冬小麥籽粒鉬含量提高0.03～0.09 mg/kg、鋅含量增加0.88～4.34 mg/kg,葉面噴施鉬鋅肥在冬小麥生產(chǎn)上具有一定的應(yīng)用價(jià)值。