叶面喷锌对糯玉米生理特性、籽粒锌含量及产量的影响

李宇航,杜天庆,龚 芮,杨舒添,翟红梅,崔福柱,孙 敏,高志强

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

锌是人、动物、植物生长发育的必需元素之一，被称为“生命元素”，其重要性不言而喻[1-2]。锌是六大类功能酶中的辅助因子成分，是植物体内多种酶的活化剂[3-4]，是植物体内蛋白质代谢、核酸合成、激素代谢、光合作用和呼吸作用不可缺少的元素[5]。极度缺锌将严重影响作物生长发育，最终导致减产[6]。同时，缺锌严重危害人体健康，导致免疫功能障碍、智力发育迟缓、认知障碍等，影响人的生长发育[7]。研究表明，成人每天需要摄入锌15～25 mg，儿童需要5～7 mg，粮食作物可食部分的锌含量达到40～50 mg/kg才能满足人体对锌的需求[8-9]。我国的主要粮食作物(水稻、小麦和玉米)籽粒的锌含量主要在13～35 mg/kg，其中玉米籽粒锌含量主要在13.0～16.5 mg/kg，远远低于小麦和水稻籽粒锌含量，也远远低于人体对锌的需求量[10-14]。研究表明，土壤施锌和叶面喷锌均能显著增加作物籽粒锌含量[15-18]；同时也有研究表明，土壤施锌肥有效性偏低，施用锌肥量大，成本高，锌肥的表观利用率低于叶喷锌肥[19]。LI 等[20]研究发现，施锌后小麦籽粒各部分的锌含量存在较大的差异，表现为麸皮>籽粒>白面粉，白面粉的锌含量最低，仅为13.3 mg/kg。白面粉作为主要的食用部分，在施用锌肥后锌含量仍然较低。同样，水稻和玉米等粮食作物也存在可食用部分锌含量远远低于未加工之前的问题。目前，对玉米进行锌生物强化的研究多集中在土施锌肥和普通玉米上，而对糯玉米叶面喷施锌肥的研究较少，且多集中在锌肥施用对糯玉米富锌效果的影响方面[21]；另外关于叶面喷施锌肥对玉米生长发育影响的生理调节机制研究集中在普通玉米和单一品种上[22]，对当前生产中主推糯玉米品种进行横向比较的研究鲜见报道。糯玉米作为鲜食玉米，可食用部分加工少，锌损失量较少，能够保留较多的锌。为此，通过叶面喷施ZnSO4,研究锌对糯玉米生理特性、籽粒锌含量及产量的影响，旨在为糯玉米的锌生物强化及高产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2018年5—10月在山西农业大学农作站(112°48′E、37°36′N)进行。试验地土壤基本理化性状为土壤容重1.34 g/cm3、pH值8.25、有机质含量17.71 g/kg、有效磷含量24.35 mg/kg、碱解氮含量86.33 mg/kg。

供试糯玉米品种为晋糯18、晋糯20、彩甜糯1965、晋单糯41，是山西省内主要推荐种植品种。本试验所用的锌肥为ZnSO4·7H2O(分析纯)，由国药集团化学试剂有限公司提供。

1.2 试验设计

试验采用双因素裂区设计，主区为糯玉米品种：晋糯18(JN18)、晋糯20(JN20)、彩甜糯1965(CTN1965)、晋单糯41(JDN41)；副区为叶面喷锌水平(以纯锌计)：0(Zn0，对照)、0.75 kg/hm2(Zn1)、2.25 kg/hm2(Zn2)、3.75 kg/hm2(Zn3)和5.25 kg/hm2(Zn4)。试验共20个组合，每个组合重复3次，60个小区，小区面积4 m×3 m=12 m2。播前基施复合肥(含养分≥40%,N∶P2O5∶K2O=26∶9∶5)600 kg/hm2，种植密度为54 000株/hm2。分别于7月5日(拔节期—大喇叭口期)、7月18日(大喇叭口期—抽雄期)和8月3日(抽雄期—灌浆期)进行3次叶面喷锌，每次喷施量为总量的1/3。喷施时间选择在晴朗无风的17:00以后，喷施至叶面滴水为止。

在抽雄期，每个小区选取20株典型植株进行套袋授粉，为保证授粉质量，每株重复授粉3次。在散粉23 d后，每个处理选取有代表性的植株10株带回实验室，1/2用于产量测定，1/2用于籽粒锌含量测定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生理指标 于8月3日喷施锌7 d后，选取有代表性植株的穗位叶进行各生理指标的测定。叶绿素含量的测定采用丙酮乙醇混合浸提法[23]，丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[21]，过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法[23]。

1.3.2 籽粒锌含量 糯玉米籽粒用HNO3-H2O2微波消解仪消解，然后用电感耦合等离子体质谱仪(iCAP Q)测定锌含量。

1.3.3 产量 鲜产=单个穗质量×穗数。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理，使用SPSS 20.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 叶面喷锌对糯玉米生理特性的影响

2.1.1 叶绿素含量 由表1可知，4个糯玉米品种平均叶绿素a含量随着喷锌量的增加先增加后减少，Zn3处理最高。就单个糯玉米品种而言，JN18各喷锌处理叶绿素a含量均显著高于对照，Zn1—Zn4处理分别较对照提高了5.30%、11.31%、15.55%、16.61%；JN20各喷锌处理均显著高于对照，Zn1—Zn4处理分别较对照提高了6.61%、7.78%、8.56%、4.67%，但Zn1、Zn2、Zn3处理之间无显著差异；CTN1965表现为各喷锌处理均显著高于对照，且Zn2处理显著高于其他处理，Zn1—Zn4处理分别较对照提高了13.21%、28.77%、16.98%、16.04%；除了Zn1处理外，JDN4各喷锌处理均显著高于对照，Zn1—Zn4处理分别较对照提高了3.45%、7.21%、8.15%、6.90%。4个品种平均叶绿素a含量间差异显著，JDN41最高，表现为JDN41>JN18>JN20>CTN1965。

由表1可知，叶绿素b含量也表现出类似的规律，叶绿素b含量随着喷锌量的增加先增加后减少，除CTN1965在Zn2处理达到最大值外，其余品种均在Zn3处理达到最大值。JN18表现为Zn2与Zn3处理间无显著差异但均显著高于其余处理，Zn1—Zn4处理分别较对照显著提高了36.56%、41.94%、44.09%、29.03%；JN20、JDN41均表现为Zn3处理显著高于其余处理，JN20 Zn1—Zn4处理分别较对照显著提高了22.62%、27.38%、47.62%、13.10%；JDN41 Zn1—Zn4处理分别较对照提高了2.54%、5.08%、8.47%、1.69%，仅Zn4处理差异不显著；CTN1965表现为Zn2处理显著高于其余处理，Zn1—Zn4处理分别较对照提高了8.06%、29.03%、17.74%、4.84%，仅Zn2、Zn3处理差异显著。品种间差异表现为JN18和JDN41显著高于其他2个品种，具体表现为JDN41>JN18>JN20>CTN1965。

表1 叶面喷锌对糯玉米叶绿素含量的影响

2.1.2 MDA含量 MDA含量增加在一定程度上加剧了膜脂过氧化程度，从而造成细胞膜系统的损伤。由表2可知，各糯玉米品种叶片MDA含量均随着喷锌量的增加先下降后升高，JN18、CTN1965、JDN41在Zn3处理达到最低值，JN20在Zn2处理达到了最低值。JN18和CTN1965各处理间无显著差异，但各处理均低于对照；JN20表现为Zn2处理显著低于对照，但与其他处理无显著性差异；JDN41 Zn3处理显著低于其他处理，其余各处理间无显著性差异。JN18、JN20、CTN1965、JDN41 MDA含量最低值较对照分别降低5.62%、11.21%、10.84%、22.73%。

表2 叶面喷锌对糯玉米MDA含量的影响

2.1.3 POD活性 由表3可知，POD活性除JN18随着喷锌量的增加而增加外，其余品种均随着喷锌量的增加先增加后减小，且均在Zn3处理达到最高值。JN18各喷锌处理POD活性均显著高于对照，但各喷锌处理间无显著性差异，Zn1—Zn4处理分别比对照提高27.83%、30.47%、31.09%、34.66%；JN20各喷锌处理POD活性均比对照高，Zn1—Zn4处理提高幅度分别为4.25%、10.79%、21.56%、20.99%；CTN1965各喷锌处理POD活性均比对照高，Zn1—Zn4处理提高幅度分别为2.74%、8.63%、27.63%、16.45%；JDN41 POD活性表现为Zn3处理显著高于其他处理，Zn1—Zn4处理分别比对照提高20.73%、33.61%、42.50%、22.14%。4个糯玉米品种的POD活性对锌的响应不同，JN18和JN20不存在显著性关系，且均显著高于其他品种，CTN1965显著低于其他品种，具体表现为JN20>JN18>JDN41>CTN1965。

表3 叶面喷锌对糯玉米POD活性的影响

2.2 叶面喷锌对糯玉米籽粒锌含量的影响

从表4可以看出，4个糯玉米品种籽粒平均锌含量随着喷锌量的增加而增加，Zn4处理最高。4个品种籽粒平均锌含量间差异显著，表现为JDN41>JN20>CTN1965>JN18。各糯玉米品种籽粒锌含量对喷锌量的响应不同。JN18和JN20均表现为Zn4处理与Zn3处理间差异不显著，但Zn4处理显著高于其他处理，JN18 Zn1—Zn4处理分别比对照提高14.13%、11.88%、19.06%、22.20%；JN20 Zn1—Zn4处理分别比对照提高6.91%、7.34%、13.44%、13.44%。CTN1965和JDN41均表现为Zn4处理显著高于其他处理，Zn1—Zn3处理间无显著性差异，但均显著高于对照，CTN1965 Zn1—Zn4处理分别比对照提高6.35%、6.86%、6.99%、17.56%；JDN41 Zn1—Zn4处理分别比对照提高11.33%、11.15%、14.75%、22.67%。

表4 叶面喷锌对糯玉米籽粒锌含量的影响

表5 糯玉米品种和喷锌量对籽粒锌含量影响的方差分析

2.3 叶面喷锌对糯玉米产量的影响

由表6可知，JN20、CTN1965和JDN41三个品种的产量均随着喷锌量的增加表现为先增加而后下降的趋势，均在Zn3处理达到最高，Zn4处理较其显著下降。JN20、CTN1965、JDN41三个品种的最高产量分别较各自对照提高8.52%、5.13%、11.56%，表明JDN41对锌的吸收利用效率高于其他2个品种。对于JN18来说，Zn4处理产量最高，较对照提高26.83%，可作为高效吸收利用锌的最佳品种。

表6 叶面喷锌对糯玉米产量的影响

3 结论与讨论

玉米是对锌最敏感的作物之一，叶绿素含量、MDA含量、POD活性等生理指标可以反映锌对作物生长发育的影响。前人研究发现，施锌可以有效提高作物的叶绿素含量、POD活性，降低MDA含量，对植株抗逆性的提高有一定促进作用[24]。本研究也发现，适量喷锌能够有效提高糯玉米叶绿素含量、POD活性，降低MDA含量。此外，本研究还发现,不同糯玉米品种上述指标对喷锌的响应不同，喷锌对4个品种叶绿素含量、POD活性、MDA含量增加或降低的幅度存在较大差异，这与蔡鑫鑫[25]的研究结果类似。故今后在玉米施锌肥时，应区别对待不同玉米品种。此外有研究报道，高浓度锌会对植株产生毒害作用，造成光合作用减弱，植株叶片黄化，这可能是因为植物体内锌、铁呈拮抗作用，锌含量过高抑制了作物对铁的吸收[26]。而本试验糯玉米在生长过程中未出现植株中毒现象。此外，低浓度锌比不供锌对玉米生长的抑制作用更大，缺锌症状更明显，细胞膜破坏更加严重[27]。

锌对提高大田作物产量有重要作用，尤其是在缺锌地区。前人研究发现，无论土施锌肥、叶面喷施锌肥还是土施+叶面喷施锌肥均可以提高作物产量，但其增产效果受施肥地区、施用方式、施用量以及作物种类等的影响[14]。不同的供锌水平对作物的增产效果不同,适当的供锌水平可以显著提高作物的产量[15,28]，超高量施锌可能降低作物产量[29]。研究发现，在高锌土壤环境下，施锌对作物增产没有明显影响[30]。本研究结果表明，除JN18产量随着喷锌量的增加而增加外，其余品种产量均呈现出随着喷锌量的增加先增加后减小的趋势。JN20和CTN1965仅仅Zn3处理产量显著高于对照，其余喷锌处理与对照无显著差异；另外2个糯玉米品种总体上各喷锌处理产量均显著高于对照。这可能与品种对锌的敏感程度以及土壤性质有关。研究表明，施锌能明显提高玉米出籽率，降低秃尖长度[31]，这是因为适量施锌能够促进植株叶面指数提高，增强光合作用，同时促进植物根系生长发育，增强植株抗衰老能力，保证植株的正常生长和发育[32]。

本研究发现，叶面喷锌能够提高糯玉米籽粒的锌含量，这与昝亚玲等[33]的研究结果相一致。但施锌水平对不同品种籽粒锌含量的影响不同，4个糯玉米品种喷锌处理籽粒锌含量均显著高于对照，但品种间存在显著差异，这说明不同基因型糯玉米对锌的吸收、转运及积累存在较大差异[34-35]。同时，叶面喷锌虽显著提高了糯玉米籽粒的锌含量，但距离满足人类锌需求仍有不小差距。有研究发现，施加氮肥[36]、培育高锌品种[35]、研发高效锌肥[37]、施加有机肥[38]和增加喷施次数等措施也能够提高籽粒锌含量。这需要今后进一步研究。综合考虑生理特性、锌含量和产量，推荐种植晋糯18、晋单糯41。