不同品种粳稻的锌强化方法研究

范小琴，董思奇，邵宇辉，焉 莉，冯国忠，王 寅，高 强

（吉林农业大学资源与环境学院/吉林省商品粮基地土壤资源可持续利用重点实验室，吉林 长春 130118）

锌是人体不可缺少的营养元素，对蛋白质代谢、胰岛素生成和免疫功能有重要作用。缺锌严重会影响人的智力、食欲和生殖机能等［1-2］，必须在膳食中加以补充［3］，提高主要粮食作物稻米中的锌含量与生物有效性是较为经济有效且易于推行的办法。水稻作为人类的主要食物，是人体锌的重要来源［4-5］，提高稻米的锌含量对强化人体健康具有重要意义。国际上已经把提高微量元素含量作为作物育种的主要目标之一，并在水稻上已做了相关研究［2，6］。目前农艺生物强化法是一种应用比较普遍的提升谷物锌含量的方法，效果显著且实用［7］。其中，土壤施锌和叶面喷施比较常用。土壤施锌不仅能显著提高水稻各部位的锌含量和稻米锌累积量［8］，还可以增加水稻产量；与土施锌肥相比，叶面喷施在产量提升上无显著效果，但能使锌素渗透到胚乳和胚中，更有效地提高锌素到稻谷中的运输效率，从而有效改善谷物中的锌含量［9-10］。另外有研究表明，不同水稻基因型在吸收利用锌素方面存在极大差异，不仅表现在不同品种对锌肥施用的反应有影响，而且在植株体内锌素的分配与利用也有明显差异［11］。本研究选取吉林省9个优质粳稻品种进行不同锌肥施用方式试验，筛选锌高效利用水稻品种并确定最佳施锌方式，旨在提高吉林省粳稻的锌含量，实现人体锌强化的目标。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年5～10月在吉林省吉林市永吉县岔路河镇隆源恒成号合作社水稻种植基地（43.73°N，125.94°E）进行，该区域属温带大陆性季风气候区，年均气温4.9℃，有效积温2 794℃，全年日照时数2 500～2 800 h，年均降水量650～750 mm。供试土壤类型为草甸黑土，其基本理化性状如下：pH值5.54，碱解氮（N）105.7 mg·kg-1，有效磷（P）23.7 mg·kg-1，速效钾（K）274.8 mg·kg-1，有机质 29.9 g·kg-1，有效锌（HCl-Zn）0.83 mg·kg-1。

1.2 供试材料

供试水稻为吉洋1号、吉农大899、吉农大809、平粳8号、吉粳515、吉粳302、吉宏6号、长粳717和稻花香2号，均为当地常用水稻品种；供试肥料为15-15-15的复合肥、尿素（46% N）、氯化钾（60% K2O）、七水硫酸锌（23% Zn）。

1.3 试验设计

每个品种设不施锌肥对照（Zn 0 kg·hm-2，FP）、土壤施锌（Zn 30 kg·hm-2，S）、土壤施锌（Zn 30 kg·hm-2）+孕穗期喷施0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SB）、土壤施锌（Zn 30 kg·hm-2）+扬花期喷施 0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SF）、土壤施锌（Zn 30 kg·hm-2）+孕穗期和扬花期各喷施0.5% ZnSO4·7H2O（Zn 0.92 kg·hm-2，SBF）， 共5个处理，各处理3次重复，小区面积为35 m2，密度为18万穴·hm-2。所有处理的N、P2O5、K2O 施用量分别为165、75、100 kg·hm-2，采用当地习惯进行水分及病虫害管理。锌肥喷施处理分别在水稻的孕穗期（7月14日）和开花期（8月6日）进行，每次喷施量为800 L·hm-2，喷施时间为晴朗无风的傍晚，喷施时使所有叶片全部湿润但不形成水滴流走，不进行叶面喷施锌肥的处理（FP和S）均喷施等量的蒸馏水。同年9月28日收获。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤样品采集及养分测定

在施肥前（4月7日）和收获后（10月20日）采集试验田0～20 cm的表层土壤样品，用以分析土壤pH值、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、锌的有效浓度（HCl浸提，原子吸收分光光度法测定）。

1.4.2 植株样品采集及养分测定

水稻成熟后，在每个小区采集具有代表性的3穴，将植株的地上部分为秸秆、颖壳和稻米3部分。样品洗净后于105℃杀青30 min，75℃烘至恒重后，谷粒用糙米机（JLG-45）出糙，不锈钢样品粉碎机（DFT-50）粉碎样品。植株不同部位的全锌含量采用HNO3-HClO4（4∶1）混合酸消解，原子吸收分光光度计（TAS-990，普析，中国）法测定［12］。标准样品来自中国天津傲然精细化工研究所（GB/T 602-2002）。

1.4.3 水稻产量及构成因素测定

在测产区域选取具有代表性的3 m2收割，并对水稻进行脱粒，测定其重量及含水量，折算水稻产量，同时调查有效穗数、穗粒数、千粒重、结实率等产量构成因素。

1.4.4 数据处理与分析

采用SPSS 25.0 和Excel 2016对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 锌肥施用方式对不同水稻品种的产量及产量构成因素的影响

由表1可见，不同水稻品种间产量差异极显著，有效穗数、穗粒数、千粒重和结实率的差异极显著；施用锌肥只对吉洋1号、吉粳302和稻花香2号的产量有影响，主要体现在有效穗数和结实率的增加上，但不同施锌方式在不同品种间的增产效果不同。吉洋1在SB和SF处理中产量分别为9 212和9 137 kg·hm-2，显著高于FP处理，增产率分别为9.6%和8.7%，SF处理中有效穗数增加显著，S和SBF处理无显著增产效果；吉粳302在SF处理中的产量为9 897 kg·hm-2，显著高于FP、S处理，SB和SBF处理显著高于FP处理，与S处理无显著差异，3个喷施处理中穗粒数显著下降，结实率显著上升；稻花香2号在SF和SBF处理中的产量分别为8 228和8 119 kg·hm-2，显著高于FP，增产率分别为8.7%和7.3%，而S和SB处理中产量无显著提升，3个喷施处理中穗粒数下降，SF处理中穗粒数显著高于FP，在4个施用锌肥的处理中结实率显著提高；其余品种在不同施锌方式中产量无显著差异。

表1 施锌方式对不同品种水稻的产量及产量构成因素的影响

续表

2.2 锌肥施用方式对不同品种稻米锌含量的影响

根据GB/T 5009.14和NY 861-2004标准，所有品种稻米锌含量都低于50 mg·kg-1，属于正常范围。由表2可见，各水稻品种间稻米的锌含量差异显著。各水稻品种稻米的锌含量在18.1～29.3 mg·kg-1之间；吉洋1号、吉农大809、吉粳302、吉宏6号、长粳717和稻花香2号的最高锌含量在27.4～29.3 mg·kg-1之间，为高锌品种；吉农大899最高锌含量为26.7 mg·kg-1，为中锌品种；平粳8号和吉粳515最高锌含量分别为23.6和22.7 mg·kg-1，为低锌品种。在不施锌条件下，吉农大899、平粳8号和吉粳515的锌含量较低，分别为18.7、18.1和19.0 mg·kg-1；吉宏6号最高，锌含量为25.4 mg·kg-1。锌肥叶面喷施能显著提高稻米中的锌含量，锌肥土施结合孕穗期和扬花期能使所有品种的稻米锌含量达到最高。吉农大809、平粳8号和吉粳515在3个喷施处理（SB、SF、SBF）中的稻米锌含量无明显差异，吉粳302和稻花香2号在扬花期进行锌肥叶面喷施（SF）的稻米锌含量显著高于孕穗期喷施（SB），两个时期均喷施对进一步提升其锌含量无显著作用；吉洋1号和长粳717在孕穗期和扬花期进行锌肥叶面喷施（SBF）的锌含量达到最高。在所有处理中，吉洋1号的锌含量最高，为29.3 mg·kg-1；不同品种的稻米锌含量在施用锌后平均增幅为18.0%；S、SB、SF和SBF 4种锌肥施用方式的稻米锌含量较不施锌处理分别提高了8.3%、17.4%、19.5%和27.0%；其中，吉宏6号的平均增幅为5.3%，能在低锌条件下保持较高的锌吸收能力，属于耐低锌品种；吉粳515、吉粳302、长粳717和稻花香2号为10%～15%，锌强化能力一般；吉洋1号、吉农大899、吉农大809和平粳8号为21.1%～29.3%，在不施锌条件下，稻米锌含量较低，当补充外源锌营养后，锌离子活度对其影响较大，稻米锌含量大幅度提升，为锌敏感品种。

表2 锌肥施用方式对不同品种稻米锌含量的影响

3 讨论

本试验结果表明，与不施锌肥对照相比，仅锌肥土施对水稻产量的提升并没有显著作用，吉洋1号、吉粳302和稻花香在锌肥土施结合孕穗期或扬花期叶面喷施时产量提升显著，主要表现为有效穗数和结实率的增加上，而在锌肥土施充足的基础上，喷施锌肥对吉粳302以外的品种的产量无进一步提升作用，这与郭九信等［8］、Naik等［13］、Phattarakul等［14］、黄炳成等［15］、王孝忠等［16］、郭九信等［17］、Pandey等［18］、杨秀霞等［19］的研究类似。由于本试验地块属于锌肥有效区（有效态锌含量0.5～ 1.0 mg·kg-1）［20］，水稻潜在缺锌而无缺锌症状，不同水稻品种对锌的敏感程度不一，土壤中施入充足锌肥后，锌不再是作物生长的限制因子［7］，再进行叶面喷施，对水稻的增产效果不显著，但叶面喷施与锌肥土施相比能够更有效地提高水稻籽粒的锌含量［17］。因此，在关注锌肥对水稻产量的影响之外，还需研究不同锌肥施用方式对籽粒锌含量的影响。

本试验发现，在不施用锌肥的条件下，稻米的锌含量为18.1～25.4 mg·kg-1。根据WHO和FAO的建议，人体每日膳食摄入量为12～15 mg，结合中国营养学会推荐日大米摄入量（300～500 g）可得出大米的锌含量为24～50 mg·kg-1，方能满足人体锌需要量［21］。因此不施锌条件下，只有吉宏6号能达到其标准，而其他品种只能通过施锌来实现稻米的锌强化以达到建议摄入标准。本试验结果表明，同一水稻品种在不同的锌肥施用方式下，富锌效果不同，在与不施锌肥对照相比，锌肥土施结合孕穗期或扬花期叶面喷施能显著提高稻米的锌含量，两次喷施后锌含量最高，而锌肥土施条件下只有部分品种稻米的锌含量达到显著提高。大量研究发现叶面喷施锌肥对于水稻锌含量的提升效果高于锌肥土施［22-26］，这与锌在土壤中的有效性以及其在植物中的转运能力有关。锌从土壤到稻米的转运是一个复杂的长距离运输过程，ZnSO4·7H2O进入土壤后与土壤成分反应，部分被钝化无效。Zn2+被根部吸收，再通过木质部进入贮藏组织、叶片，然后通过韧皮部进入稻谷，Zn2+的转移与速度受韧皮部汁液的pH值浓度、螯合过程等影响［27-28］；叶面喷施则减少了植物体中锌往稻米的转运距离，直接从叶片向稻米、茎秆，甚至是向根部进行转移，进而大大地提高了锌肥施用的生物有效性［17］。比较不同品种施锌后籽粒锌浓度的变化发现，不同品种在锌肥施用后锌浓度的增加幅度存在显著差异，这与不同品种对锌的吸收能力以及再转运能力有关［29-30］。本试验通过分析还发现稻米的锌强化程度与稻米锌含量呈负相关，在不施锌情况下的锌含量与施锌后锌含量为显著负相关关系，说明稻米本身锌含量是影响其强化程度的原因之一，与前人研究结果一致［31-33］。

4 结论

在本试验条件下，锌肥土施对大多数水稻品种的增产效果不明显，锌肥土施结合叶面喷施能显著提高稻米中的锌含量，而不同时期的喷施效果以及施用方式的选择因品种而异。吉洋1号、吉粳302和稻花香2号适宜在扬花期或孕穗和扬花期进行叶面喷施，吉宏6号适宜在孕穗期或孕穗期和扬花期进行叶面喷施，其余品种选择任意一种喷施方式即可。吉洋1号稻米锌含量最高，吉农大809的锌强化程度最高。综上所述，选择富锌高产品种，锌肥土施结合适当生育期叶面喷施，可促进增产和锌吸收，实现水稻高产优质种植。