施锌对不同筋力型小麦产量、氮素积累量和子粒蛋白质含量的影响

王巧艳，赵 鹏，刘红恩，扶海超

(河南农业大学资源与环境学院，河南郑州450002)

锌是作物生长发育必需的微量元素，具有多种生理功能［1］。施锌能够影响小麦的产量［2，3］，并在氮素同化及蛋白质合成过程中扮演着重要的角色［4］。锌也是维持机体正常生命活动所不可缺少的必需微量元素之一，它主要来自于各种外源性物质，因此，饮食中锌营养的不足容易导致人体锌缺乏［5］。中国大部分耕地土壤中的锌含量不高，在大量施用氮磷钾肥的同时没有及时补充微量元素肥料，使得土壤锌含量锐减。尤其是在北方石灰性土壤上，有效锌含量较低的状况非常严重［6］。小麦作为中国北方主要的粮食作物，依其用途可以分为强筋小麦、中筋小麦和弱筋小麦。强筋小麦蛋白质含量高且面筋强度大，通常用来制作面包;中筋小麦蛋白质含量中等，面筋强度适中，适合制作面条;弱筋小麦蛋白质含量和面筋含量低，用来制作饼干［7，8］。衡量小麦品质的一项重要指标是子粒蛋白质含量［9］。矿质元素对小麦品质有很大的作用，但过去主要集中在大量元素方面，尤其是氮和硫［10］。微量元素对品质方面影响研究很少，但是其影响潜力是已经证明的［11］。作物锌营养正常时，有利于提高产品中的蛋白质含量［12］。施锌对小麦的氮代谢有一定影响，研究表明，施锌能够增加植株的氮含量及花后向子粒的转运量［13－15］。氮素是小麦必需的大量元素之一，其吸收、积累和分配状况直接影响小麦的生长、产量及品质的形成［16，17］。随着经济发展和健康意识的提高，在保证高产量的同时，小麦品质越来越受到人们关注。生产高产富锌、高品质小麦意义重大。近年来，有关施用锌肥对小麦植株生长及产量的影响已有较多报道［18－21］。但是有关施锌对不同筋力型小麦氮素积累及其子粒蛋白质含量的研究却很少。为此，本研究通过探讨盆栽条件下施锌对不同筋力型小麦产量，氮积累量及子粒蛋白质含量的影响，为培育高产、优质小麦及科学合理施用锌肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验供试材料为小麦，分别为强筋品种郑麦9023、中筋品种矮抗58和弱筋品种郑麦004。供试土壤为壤质潮土，采自河南农业大学科教园区。土壤有机质含量为 12.54 g·kg－1，碱解氮、有效锌、有效磷和速效钾含量分别为 72.63，0.75，10.84，170.84 mg·kg－1，pH 为 7.81。

1.2 试验设计

盆栽试验于2012—2013年在河南农业大学科教园区进行。采用聚乙烯塑料盆，每盆装过筛细土10 kg，在施 P2O5为 90 mg·kg－1，K2O 为 75 mg·kg－1的基础上，锌(Zn)设 5 个水平:0，5，10，20 和40 mg·kg－1，分别记为 Zn0，Zn5，Zn10，Zn20，Zn40;施氮(N)量为 0.2 g·kg－1;氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾，锌肥为ZnSO4·7H2O，均为分析纯级别。氮肥的50%作为基肥施入，50%于返青期追肥施入。

品种与锌组合为15个处理，重复4次，共60盆。

小麦每盆播种10粒种子，定苗留5株。小麦于2012－10－13播种，2013－06－01收获。

1.3 测试项目和方法

于小麦成熟期取样，按叶、鞘、茎(倒一节间、倒二节间与剩余部分)、穗轴+颖壳及子粒分开，蒸馏水洗净后，于105℃杀青0.5 h，80℃烘干至质量恒定，称取干物质量后粉碎，过筛。样品氮含量采用H2SO4－H2O2消煮，凯氏定氮法测定，凯氏定氮法的蛋白质用含氮量乘以5.83［22］(小麦的换算系数)。

1.4 计算方法及数据分析

采用Excel和SPSS19.0软件进行试验数据分析及方差分析。差异显著性采用Duncan法检验。

2 结果与分析

2.1 施锌对不同筋力型小麦产量的影响

由表1可知，施锌能够显著影响小麦产量。郑麦9023和矮抗58产量均在锌质量分数为10 mg·kg－1时达到最大，分别为59.24 ，59.48 g·盆－1;在锌质量分数为5 mg·kg－1时，郑麦004的产量达到最大。与对照相比，郑麦9023产量在Zn5，Zn10，Zn20和Zn40处理下分别增加18.82%，20.14%，13.95%，11.24%。矮抗58产量在Zn40处理时与对照相比有所下降，郑麦004产量在Zn20和Zn40处理时与对照相比也有所下降。同一施锌水平下，矮抗58与郑麦004的产量均高于郑麦9023。在所有处理中，锌质量分数为5 mg·kg－1时郑麦004产量最高，为66.11 g·盆－1。由此可见，不同品种对锌肥的反应不同，其中郑麦004产量优势最为明显。

表1 施锌对不同筋力型小麦产量的影响Table 1 The effects of zinc fertilizer application on wheat yield of different wheats g·pot－1

2.2 施锌对不同筋力型小麦成熟期各器官氮积累量的影响

由表2可知，随施锌量增加，小麦各器官氮积累量增加，表明增施锌肥可以增加氮素在各器官的积累。在成熟期，郑麦9023与矮抗58在不同施锌水平的氮积累量大体上均呈现子粒＞茎＞穗轴+颖壳＞叶＞鞘的趋势，郑麦004则表现为子粒＞茎＞叶＞穗轴+颖壳＞鞘，表明成熟期子粒是主要的氮素积累器官。成熟期子粒氮素积累量受施锌水平影响，同时在品种间存在差异。3种筋力型都在Zn10时达到最大，但是郑麦9023最多，矮抗58次之，郑麦004最少;同一锌肥处理下，郑麦004子粒氮含量低于郑麦9023和矮抗58。说明郑麦9023和矮抗58子粒积累氮的能力较强。成熟期同一施锌处理下，郑麦9023叶与鞘中氮素剩余量最少，矮抗58次之，郑麦004剩余量最多;茎中氮剩余量以矮抗58最少，郑麦9023次之，郑麦004最多。这进一步说明叶片等器官中的氮素向子粒转运较多，剩余较少。地上器官氮素积累量在品种间的差异，表明郑麦9023与矮抗58吸收积累氮素的能力比郑麦004高。

表2 施锌对不同筋力型小麦成熟期各器官氮积累量的影响Table 2 The effects of zinc fertilizer application on nitrogen accumulation in each organ of different wheats at maturity μg·pot－1

2.3 施锌对不同筋力型小麦子粒蛋白质含量的影响

由表3可知，施锌能够提高小麦子粒蛋白质含量。但是不同品种对锌的反应不同，同一施锌水平，除对照处理，其余处理子粒蛋白质含量表现均为矮抗58＞郑麦9023＞郑麦004。郑麦9023子粒蛋白质含量在Zn5和Zn10时与对照相比差异显著，在Zn20和Zn40时差异不显著，增施锌肥较对照增产3.02% ～13.62%;矮抗58子粒蛋白质含量在 Zn10与对照相比差异显著，在 Zn5，Zn20，Zn40处理时差异不显著，增施锌肥较对照提高0.68% ～3.71%;郑麦004子粒蛋白质含量在4个锌处理下与对照相比均差异显著，增施锌肥较对照增产2.39% ～7.48%.3种筋力型小麦均在锌质量分数为10 mg·kg－1子粒蛋白质含量达到最大值，其中郑麦9023的子粒蛋白质含量最高，为148.86 mg·kg－1，矮抗58 次之，为137.41 mg·kg－1，郑麦004 含量最低，为 108.51 mg·kg－1。

表3 施锌对不同筋力型小麦子粒蛋白质含量的影响Table 3 The effects of zinc fertilizer application on grain protein content of different wheatsmg·kg－1

3 结论与讨论

不同筋力型小麦受锌肥处理的影响，产量、氮素积累和子粒蛋白质含量变化不同。

本试验条件下，锌质量分数在0～10 mg·kg－1范围内，3种小麦以郑麦004在产量方面表现出明显优势，郑麦9023与矮抗58则相对较弱。郑麦004产量在施锌量5和10 mg·kg－1时分别达到66.11 和 61.83 mg·盆－1，明显高于其他 2 个品种。可见，由于遗传基础的差异，不同品种对锌的敏感性存在差异，这与早前的研究结果相似［23－24］。

施锌对小麦成熟期各器官的氮积累量具有显著的促进作用。小麦氮积累量表现为为子粒＞茎＞叶(穗轴+颖壳)＞穗轴+颖壳(叶)＞鞘。3个品种小麦的茎、叶、穗轴+颖壳和鞘中氮积累量随锌质量分数的增加先升高后降低。有研究表明，施入锌肥后，小麦各器官含氮量增加，小麦对氮的吸收明显增加［13－15］，与本试验结果类似。随施锌量增加，子粒产量，各器官氮积累量及子粒蛋白质含量增加，且品种之间差异明显。子粒总氮量受小麦植株各器官氮积累量的影响［25，26］。子粒产量优势与子粒氮含量优势之间呈负相关，说明选择高的子粒产量优势势必以降低子粒蛋白质含量优势为代价［27，28］。郑麦9023是强筋小麦品种，子粒氮素积累量最高，明显高于弱筋小麦郑麦004［29］，表明郑麦9023和矮抗58氮积累能力较强，且后期转移氮素的强度较大。

小麦子粒中蛋白质含量的多少反映了小麦品质的优劣。矿质养分对小麦品质方面的研究已有很多［13，14］，但是，有关微量元素对其影响的研究较少，尤其是针对不同筋力型小麦品种。不同筋力型小麦对蛋白质含量的要求不同，强筋小麦需要较高含量的蛋白质，但是对于弱筋小麦却不适合，应在蛋白质含量适中的情况下需要考虑产量因素。缺锌时因积累大量酸性氨基酸而抑制蛋白质合成，补施锌肥后蛋白质含量提高［30，31］。本研究表明，子粒蛋白质含量随锌质量分数的增加均呈现先增加后减少的趋势，在一定程度上会影响小麦品质，韩金玲等［32］也有类似报道。子粒蛋白质含量(氮含量)相对较高的品种，一般氮吸收或转运效率也较高［29］。不施锌肥3种筋力型小麦子粒蛋白质含量表现为矮抗58高于郑麦9023，郑麦9023高于郑麦004，施锌后3个品种小麦子粒蛋白质含量均有所增加，强筋小麦郑麦9023施锌后蛋白质含量最高，弱筋小麦郑麦004含量最低，而中筋小麦矮抗58处于两者中间。本研究中，强筋品种郑麦9023子粒氮积累量较高，成熟时叶和鞘氮残留量较低，子粒蛋白质含量高;弱筋品种郑麦004子粒蛋白质含量(氮含量)较低。说明锌可能影响氮素合成有关的酶及蛋白质合成相关酶活性［33］，且在外界环境一定时，施锌可能改变基因型之间的差异。

在本试验条件下，施锌可显著提高小麦产量，成熟期各器官氮积累量和子粒蛋白质含量。但是，不同筋力型小麦对锌的敏感性不同，子粒产量、各器官氮积累量和子粒蛋白质含量在相同锌质量分数之间存在着差异。较高的锌质量分数对3种筋力型小麦存在不同的影响，可能降低小麦子粒产量、成熟期各器官锌积累量和子粒蛋白质含量。3个品种以强筋型郑麦9023子粒蛋白质含量较高，弱筋型郑麦004子粒产量较高。在本研究中，郑麦9023和矮抗58合适的锌处理为Zn10，郑麦004为Zn5。因此，在实际生产中，应选择适宜的锌肥用量，以满足不同筋力型小麦品种、不同品质性状对锌肥的需求。

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