花后5天喷施锌肥有效提高小麦籽粒营养和加工品质

董 明，王 琪，周 琴，蔡 剑，王 笑，戴廷波，姜 东

（南京农业大学农学院/农业部作物生理生态与生产管理重点实验室/江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏南京 210095）

锌 (Zn) 是维持人体健康所必需的营养元素，缺锌会导致人体生长迟缓、免疫功能紊乱[1-2]，锌缺乏已成为威胁人类健康的第五大因素[3]。锌也是农作物生长发育必需的微量元素，世界范围内约一半的禾谷类作物生长在潜在缺锌的土壤上[4]。刘铮对我国土壤有效锌 (DTPA-Zn) 含量进行分级和评价，认为土壤缺锌临界值为0.5 mg/kg，并将土壤有效锌含量按照 ＜ 0.5、0.5～1.0、1.1～2.0、2.1～5.0、 ＞ 5.0 mg/kg分为很低、低、中等、高、很高五个水平[5]。根据这个标准，我国小麦和水稻主要产区的石灰性土壤及一些水稻土均属缺锌土壤，这严重影响了作物产量和品质形成。缺锌土壤可通过施用锌肥提高小麦籽粒锌含量和产量[6]，以叶面喷施锌肥的提高效果较好[7-8]。有研究表明，锌肥的喷施时期对锌在小麦籽粒中的富集起着至关重要的作用，小麦生长后期喷施锌肥对小麦籽粒锌含量和积累量的提高幅度更大[9]。锌对氮的吸收利用有明显的促进作用，土壤不缺锌时施用锌肥对小麦的产量影响不大，但是能够提高籽粒中的氮含量[7,10]，还能够增加小麦植株地上部的氮含量；增施氮肥也能够促进籽粒对锌的吸收，这表明氮锌吸收具有正相关关系[11]。小麦籽粒蛋白的最主要成分是醇溶蛋白和麦谷蛋白，两者含量的多少决定了面团的弹性和延展性，从而影响小麦籽粒的加工品质。但喷施锌肥对小麦的加工品质影响还缺少研究。本研究分别在小麦拔节期和花后5天进行叶面喷施锌肥处理，研究了叶面施锌对小麦籽粒锌含量和蛋白质积累的影响，以及对面粉品质和面包烘焙品质的影响，以明确锌对小麦籽粒品质的调控效应，为锌肥的合理施用提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2013—2014年和2014—2015年小麦生长季进行，地点分别位于南京市浦口区汤泉镇汤泉农场 (118°27′E、32°05′N) 和安徽省滁州市姑塘村(118°30′E、32°32′N)。供试土壤为黏质壤土，前茬为水稻。土壤碱解氮分别为57.02 mg/kg和41.42 mg/kg，速效钾分别为288.07 mg/kg和99.47 mg/kg，有效磷分别为40.30 mg/kg和14.87 mg/kg，有效锌[二乙基三胺五乙酸 (DTPA)-Zn]含量分别为3.46 mg/kg和0.83 mg/kg。供试品种为扬麦16。播种时间分别为2013年10月29日和2014年10月17日，播种密度为240 × 104plant/hm2，行间距20 cm，播前施纯N 120、P2O5120、K2O 150 kg/hm2，一次性作基肥施入，拔节期追施纯N 120 kg/hm2。其他管理同大田栽培。

试验设不喷施锌肥 (CK)、拔节期喷施锌肥 (JS)和花后5天 (5DAA) 喷施锌肥三个处理，小区长4 m、宽3 m。锌肥以硫酸锌的形式叶面施用，用量为2 kg/hm2，喷施浓度0.2%，对照喷施等量清水。每处理喷施两次，两次喷施间隔一天。试验为完全随机区组设计，每个处理3次重复。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 植株样品的采集和处理 开花期选择同日开花、长势一致植株挂牌标记，分别在开花期和成熟期取样，按照茎、叶、颖壳、籽粒分样，105℃杀青30 min，70℃烘干至恒重。之后用万能粉碎机磨样，其中籽粒样品为全麦粉，磨样后样品保存备用，用于植株氮含量等指标的测定。

1.2.2 面粉样品的采集和处理 成熟期按照1米双行收获，手工脱粒。籽粒晒干后室温贮藏一个月完成后熟。籽粒磨粉前按照《NY/T 1094.1—2006小麦实验制粉第一部分：设备、样品制备和润麦》进行润麦，采用ZS70-II型实验磨粉机 (河北涿州市粮油机械厂) 磨粉，YFS-08验粉筛 (0.15 mm) 过筛，出粉率为70%左右。此部分样品用于营养品质和加工品质指标的测定。

1.2.3 面粉蛋白质及组分含量的测定 蛋白质组分测定采用连续提取法测定，依次用蒸馏水、10%NaCl溶液、70%乙醇和0.2%NaOH溶液提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白。提取的蛋白组分和总蛋白用半微量凯氏定氮法测定其氮含量[12]，以氮含量乘以5.7计算蛋白质含量。

1.2.4 GMP含量测定 参照Weegels等[13]和孙辉等[14]的方法，稍作改变。称取样品0.05 g于10 mL离心管中，加入1 mL 1.5%的SDS提取液，常温下15500 g离心15 min，弃上清液，双缩脲法测定残余物中氮含量作为GMP含量近似值。

1.2.5 高/低分子量麦谷蛋白亚基 (HMW-GS/LMWGS) 含量的测定 称取样品80 mg于2 mL离心管中，加1 mL样品提取液A (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0)，立即振荡5 min，65℃水浴30 min后10000 rpm离心5 min，倒掉上清。加入样品提取液B (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0；50%异丙醇、20% SDS、2% DTT) 1 mL，震荡、水浴、离心、倒掉上清。加入样品提取液C (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0；50%异丙醇、20% SDS、1.4% 4-VP) 1 mL，震荡、水浴、离心。转移200 μL上清至2 mL离心管中，加入200 μL谷蛋白提取液 (0.5 mol/L Tris-HCl，pH 6.8；5% β-巯基乙醇、0.2% SDS、40% 蔗糖、0.2%溴酚蓝)，100℃水浴5 min，10000 rpm离心5 min，上清液即为HMW-GS和LMW-GS。SDSPAGE电泳采用北京六一仪器厂生产的DYY-28D型电泳装置。分离胶浓度12.5%，浓缩胶浓度为4%，胶厚1 mm，24个上样孔，每隔两孔点一个样，每个样品点样15 μL。每板电流30 mA。电泳完毕后，用12%三氯乙酸溶液固定12h以上，然后用染色液(40%乙醇、7%乙酸、0.1%考马斯亮蓝R-250) 染色4～6 h，用脱色液 (25%乙醇、8%乙酸) 脱色2 h以上至背景澄清透明。用美国伯乐公司生产的VersaDoc蛋白凝胶成像系统对凝胶进行扫描，使用Quantity One软件进行定量分析。

1.2.6 锌含量的测定 样品锌含量采用HNO3-H2O2方法消煮。称取样品0.2 g至消煮管中，加入HNO3-H2O2(4∶1) 混合液5 mL，静置12 h以上，用江苏宜兴生产的LNK-872型多功能快速消化器消煮至溶液蒸干。冷却至室温加入5% HNO3溶液8 mL，70℃封口水浴2～3 h，涡旋、静置，至溶液澄清后转移至10 mL离心管，用ICP-OES(PerkinElmer OPTIMA 210DV) 对样品进行测定。

1.2.7 面包的制作及测定方法 面包制作及感官品质测定按照《GB/T 14611-2008 小麦粉面包品质试验直接发酵法》进行。面包出炉冷却后，用菜籽置换法[15]测定面包体积。从面包中间切下三片25 mm厚的切片，采用Stable Micro Systems TA.XT Plus物性测试仪对面包质地进行TPA测试，使用探头P/32，测前测试速度2 mm/s，测后速度1 mm/s，压缩程度50%，数据采集速率200 p/s，停留时间5 s。面包感官品质测定，组织6名品评员，对面包感官品质性状进行打分。

1.3 计算方法和数据统计分析

开花期各器官氮积累量 = 开花期各器官氮含量 ×开花期各器官干物质重；

成熟期各器官氮积累量 = 成熟期各器官氮含量 ×成熟期各器官干物质重；

花后氮同化量 = 成熟期各器官氮积累量 - 开花期各器官氮积累量；

对籽粒氮积累的贡献率 = 花后氮同化量 (花前氮积累量)/成熟期籽粒氮积累量 × 100%；

所有数据均采用Excel 2010进行整理，用SAS 9.0软件进行方差分析，并用LSD法对处理间进行差异显著性比较，采用Sigmaplot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 叶面锌肥对小麦面粉锌含量的影响

两年数据表明，叶面喷施锌肥提高了小麦面粉的锌含量 (图1A)。拔节期施锌处理在2014—2015年试验中显著增加面粉锌含量 (P ＜ 0.05)，比对照提高了37.9%。花后5天喷施效果在两年试验中均显著高于对照 (P ＜ 0.05)，分别比对照提高了51.6%和61.6%。

2.2 叶面锌肥对小麦面粉蛋白质含量的影响

两年数据表明，叶面喷施锌肥能够提高小麦面粉的蛋白质含量 (图1B)。拔节期喷锌处理在2014—2015年显著增加面粉总蛋白质含量 (P ＜ 0.05)，增幅为3.8%。花后5天施锌处理两年均显著高于对照 (P ＜ 0.05)，并高于拔节期施锌处理。与对照比较，花后5天喷施锌肥处理在两年试验中分别增加10.5%和10.0%。

叶面喷施锌肥能够增加小麦面粉蛋白组分的含量，花后5天喷锌处理能够显著增加谷蛋白含量(P ＜ 0.05，图2)。对于醇溶蛋白和谷蛋白，花后5天喷施锌肥处理增幅大于拔节期喷施锌肥处理。与对照比较，花后5天喷锌处理小麦面粉醇溶蛋白含量的增幅在2014—2015年为11.8%，谷蛋白含量在两年试验中增幅分别为13.8%和13.3%。

图1 不同生育期施锌对小麦面粉锌含量和蛋白质含量的影响Fig. 1 Effect of spraying Zn at different growth stages on Zn contents and protein contents in wheat flour

图2 不同生育期施锌对小麦面粉蛋白组分含量的影响Fig. 2 Effect of spraying Zn at different growth stages on the contents of protein components in wheat flour

2.3 叶面锌肥对小麦面粉麦谷蛋白大聚合体 (GMP)含量的影响

两年试验结果表明，喷施锌肥能够提高面粉GMP含量，花后5天施锌处理提高效果显著 (P ＜0.05，图3)。与对照比较，花后5天喷施锌肥处理小麦面粉GMP含量两年分别提高了18.7%和12.5%。

2.4 叶面锌肥对小麦面粉高/低分子量麦谷蛋白亚基 (HMW-GS/LMW-GS) 含量的影响

两年试验研究显示，叶面喷施锌肥能够提高小麦面粉HMW-GS和LMW-GS的含量 (图4)。与对照比较，花后5天施锌处理能够显著增加2014—2015年HMW-GS含量 (P ＜ 0.05)，增幅为27.4%。

2.5 叶面锌肥对成熟期小麦氮含量和积累量的影响

叶面喷施锌肥能够影响小麦植株氮含量和氮素转运量，喷施锌肥后小麦叶片的氮含量显著高于对照处理 (P ＜ 0.05，表1)。颖壳和籽粒的氮含量提高，但对不同时期施锌响应不同。茎的氮含量也高于对照，但差异不显著。不同时期喷施处理比较，花后5天喷施处理的小麦各器官氮含量高于拔节期喷施处理，叶片中差异显著 (P ＜ 0.05)，而其他器官无显著差异。氮积累量趋势表现基本一致。

图3 不同生育期施锌对小麦面粉GMP含量的影响Fig. 3 Effect of spraying Zn at different growth stages on GMP contents in wheat flour

图4 不同生育期施锌对小麦面粉高/低分子量麦谷蛋白亚基含量的影响Fig. 4 Effect of spraying Zn at different growth stages on HMW-GS and LMW-GS contents in wheat flour

表1 2014—2015年不同处理小麦成熟期植株各器官氮含量、积累量和氮素转运Table 1 Effect of spraying Zn at different growth stages on N concentrations and accumulation amounts in organs of wheat at the maturity and N transport amount of wheat from the anthesis to maturity in 2014-2015

与对照比较，花后5天喷施锌肥处理的小麦花后氮素同化量增幅显著 (P ＜ 0.05，表1)，提高32.2%。拔节期喷施锌肥处理的小麦花前氮素转运量增幅显著 (P ＜ 0.05)，升高15.6%。该结果表明花后5天喷施锌肥能够促进花后同化氮素在籽粒中的积累，从而提高小麦籽粒氮素含量。

2.6 叶面锌肥对加工品质的影响

2.6.1 叶面锌肥对面筋含量及SDS-沉降值的影响 叶面喷施锌肥能够显著提高面粉的干面筋含量、湿面筋含量 (P ＜ 0.05，表2)。与拔节期喷施锌肥比较，花后5天喷施锌肥在2014～2015年显著增加了湿面筋含量 (P ＜ 0.05)，但干面筋含量和面筋指数在拔节期喷施和花后5天喷施处理间没有显著差异。施锌后，SDS-沉降值也有增加，在2013—2014年花后5天喷施处理与对照差异显著。

2.6.2 叶面锌肥对面包体积、质构特性及感官品质的影响 本试验研究结果表明，喷施锌肥后，面包体积增大 (图5)，硬度和咀嚼性减小，处理间差异显著(P ＜ 0.05，表3)。与对照比较，拔节期喷施锌肥面包体积增大16.3%，硬度降低13.5%，咀嚼性降低6.8%。花后5天喷施锌肥面包体积增大20.0%，硬度和咀嚼性分别降低26.2%和24.5%。施锌对面包的弹性、回复性、内聚力以及感官品质的影响虽不显著但均呈增高的趋势 (表3)。与拔节期喷施锌肥相比，花后5天喷施锌肥对面包体积及质构特性的影响更为显著。

表2 不同生育期喷锌小麦面粉面筋含量及SDS-沉降值Table 2 Gluten contents and SDS-sedimentation value in wheat flour affected by spraying stages

图5 不同喷锌处理的面包切片Fig. 5 Sliced bread affected by Zn application

表3 2014—2015年不同生育期施锌对面包体积及质构特性的影响Table 3 Effect of spraying Zn at different growth stages on volume and textural properties of bread in 2014-2015

3 讨论

小麦作为人体热量的重要来源，面粉中锌含量的多少在很大程度上影响人体摄入锌的数量。锌在韧皮部具有较强的移动性，叶面喷施锌肥有利于锌从营养器官向小麦籽粒中的转运[16]，提高籽粒锌含量。在本试验条件下，拔节期和花后5天喷施锌肥均能够提高小麦面粉中的锌含量，尤其花后5天喷锌显著高于对照。可见花后施用锌肥较花前施用锌肥更有利于锌在籽粒中的积累，与前人大多数研究结果一致[17]。

叶面喷施锌肥对小麦籽粒中氮的积累具有明显的促进作用。本试验条件下，花后5天喷锌处理显著提高了小麦面粉总蛋白质含量。比较小麦植株花前氮素转运量和花后氮素同化量发现，花后5天喷施锌肥处理，花后氮素同化量提高达90.5%，表明花后施锌能够促进开花后氮素向籽粒中的积累，与韩金玲等[10]的研究结果一致。有研究显示，氮锌吸收具有协同作用[11,16,18]。烟酰胺 (NA) 是锌在小麦韧皮部中卸载和移动重要的含氮化合物，可与锌结合为NA-Zn从珠心突起进入小麦籽粒[19]。大量锌以NA-Zn形式进入小麦籽粒，NA在籽粒中代谢可转化为蛋白质，这可能是喷施锌肥提高小麦籽粒蛋白质含量的原因之一。

醇溶蛋白和麦谷蛋白为籽粒贮藏蛋白，其含量的高低和亚基的组成影响到小麦营养品质和加工品质的优劣。本研究结果表明，喷锌提高了面粉中醇溶蛋白、麦谷蛋白以及高/低分子量麦谷蛋白亚基含量，花后5天喷锌处理能够显著增加面粉谷蛋白含量。有研究表明，锌与蛋白质二硫键异构酶 (PDI) 结合并作为PDI的辅因子参与生理活动[20-21]，而PDI可以促进麦谷蛋白进一步折叠聚集，易于形成谷蛋白大聚合体。董心久[22]的研究也表明，花后施锌能够使谷蛋白各亚基的表达量增加，表达时间提前。

面筋中醇溶蛋白能赋予面团延展性，麦谷蛋白能赋予面团弹性。喷锌提高了小麦面粉醇溶蛋白和麦谷蛋白含量，进而影响小麦面粉的加工品质。本研究结果显示，喷施锌肥处理面包体积和比容显著增大，硬度及咀嚼性显著降低。面包体积与比容一般与面包烘焙品质正相关，硬度与咀嚼性一般与面包烘烤品质呈负相关，可见喷施锌肥显著改善了面包的烘焙品质。与拔节期喷施相比，花后5天喷施改善效果更为明显。赵新等[23]研究指出，面包体积与蛋白质 (面筋) 含量呈正相关关系，而蛋白质含量与面包硬度和咀嚼性呈负相关关系[24]。蛋白中尤其以谷蛋白作用更大，谷蛋白由高/低分子量的麦谷蛋白亚基构成，高分子量谷蛋白亚基的作用具有累加性，含量越高，面粉的烘焙品质越好[24]。可见锌肥通过提高小麦高分子量麦谷蛋白亚基的含量，影响面筋性质，从而提高了小麦的烘焙品质，使得面包的食味品质和营养品质有所改善。

4 结论

叶面喷施锌肥提高了籽粒锌含量，提高了蛋白质、GMP和HMW-GS含量，改善了面包的烘焙品质，其中花后5天喷施锌肥处理比拔节期喷施作用更显著，锌通过促进氮素吸收改善籽粒品质。

参 考 文 献：

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