锌与吡虫啉配合喷施对小麦籽粒富锌效果及蛋白质组分的影响

李雅菲，师江澜，吴天琪，王少霞，李雨诺，屈春燕，刘聪慧，宁鹏，田霄鸿

锌与吡虫啉配合喷施对小麦籽粒富锌效果及蛋白质组分的影响

李雅菲，师江澜，吴天琪，王少霞，李雨诺，屈春燕，刘聪慧，宁鹏，田霄鸿*

西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西杨凌 712100

【目的】探讨锌与杀虫剂配合喷施对小麦全粒及面粉富锌效果、蛋白质组分和人体每日吸收总锌（TAZ）的影响，阐明富锌效果存在差异的可能原因，以期为小麦农艺富锌方法提供可靠依据及高效可行的喷施方案。【方法】2016—2018年进行了两年田间试验，试验共设置了6个处理：喷蒸馏水（CK）、喷施0.1%吡虫啉（P）、喷施0.4%ZnSO4·7H2O（Zn）、喷施0.23%甘氨酸锌（GZn）、喷施ZnSO4·7H2O+吡虫啉（ZnP）、喷施甘氨酸锌+吡虫啉（GZnP）。测定小麦全粒、面粉及麸皮中的锌Zn、蛋白质、蛋白质组分、植酸等含量，并计算TAZ。【结果】不同喷施处理籽粒产量无显著差异，但喷锌显著提高籽粒锌携出量以及全粒、面粉和麸皮中锌含量。两季试验中，与CK相比，单独喷锌处理面粉锌含量分别提高了71%、120%，锌与吡虫啉配合喷施增幅为103%、127% 。与单独喷锌处理（Zn、GZn）相比，锌与吡虫啉配合喷施（ZnP、GZnP）不会影响小麦富锌效果，且全粒、面粉中锌含量有增加的趋势，喷ZnSO4·7H2O的富锌效果优于喷甘氨酸锌，其中ZnP处理全粒和面粉中锌含量最高。全粒和面粉中锌含量与蛋白质、醇溶蛋白及谷蛋白含量间分别呈显著正相关。锌与吡虫啉配合喷施显著提高全粒、面粉中蛋白质含量。与CK相比，ZnP和GZnP处理面粉中蛋白质含量两年平均提高了19%和20%。不同喷施处理全粒和面粉中白蛋白、球蛋白组分无明显变化规律，ZnP和GZnP处理全粒和面粉中醇溶蛋白和谷蛋白含量显著提高。喷锌显著提高了小麦中锌的生物有效性，并且ZnP处理全粒及面粉中锌的生物有效性显著高于其他各处理。【结论】选择烟碱类杀虫剂如吡虫啉与ZnSO4·7H2O配合喷施，能提高全粒特别是面粉中蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白含量，从而进一步提高面粉锌含量、锌生物有效性，是一种克服人体缺锌问题且易于实际应用的有效方法。

小麦面粉；叶面喷施；锌；吡虫啉；醇溶蛋白；谷蛋白；锌生物有效性

0 引言

【研究意义】缺锌是人类最严重的微量元素缺乏症之一。锌是人体必需微量元素，在人类神经、生殖和免疫系统以及儿童身体和认知发育方面发挥重要作用[1-2]。缺锌不仅危害人类健康，也增加经济负担[3]。据估计，全世界约1/4的人口面临缺锌问题，20%的5岁以下儿童是缺锌的高危人群，每年约50万名儿童因锌摄入不足死亡[4-5]。2015年10月在巴西举行的第四届国际锌研讨会上认为，解决人类缺锌问题是巨大的挑战[6]。人类主要从饮食中摄取锌，在发展中国家人们日常饮食中高达75%的热量都是来自锌生物有效性非常低的谷类食物[7-8]。目前，最经济有效并且可持续的方法是通过生物强化提高植物食用部分锌含量[9]。小麦作为我国主要粮食作物之一，占每日人均摄取能量的30%，提供约20%的锌源，其营养品质直接影响人体健康[5,10-12]。而我国小麦籽粒锌含量约为38.87 mg·kg-1[5]，与CAKMAK[9]提出的满足人体锌营养健康籽粒锌强化目标值（40—60 mg·kg-1）还有一定差距。预计将来大气CO2浓度上升会使小麦在内的C3作物籽粒中碳水化合物含量增加，蛋白质和锌含量降低[13]。【前人研究进展】在灌浆期叶面喷施少量锌肥，可显著提高潜在缺锌土壤上小麦籽粒锌含量，是小麦籽粒富锌的有效措施[14-16]。但单独喷锌费时费力，并且不能提高籽粒产量进而增加收益，因此难以应用[14-16]。实际生产中常在小麦开花期或灌浆期喷施化学杀虫剂，减轻小麦生长后期频发的虫害[17]，在小麦灌浆期将锌肥与农药配合喷施，既可以提高籽粒锌含量，又不影响病虫害控制效果，是一种投入少收益高的农艺措施[16,18-22]。淀粉胚乳是小麦的中央储藏组织，用来生产面粉。在我国约85%的小麦食品由面粉制成，但锌与农药配合喷施后面粉富锌效果有限，因此提高胚乳组织中锌含量至关重要[21-23]。供锌充足时，施用氮肥能够提高籽粒蛋白质含量，增加锌在籽粒的累积，表明锌氮吸收具有正相关关系[8,24-26]。同时，小麦籽粒蛋白最主要成分－醇溶蛋白和谷蛋白含量也会影响面粉的加工品质[8,27]。【本研究切入点】受环境和品种等因素的影响，关于喷施氨基酸态锌肥和ZnSO4·7H2O对籽粒中蛋白质含量和富锌效果的影响研究结论不一致[15,28]。同时，喷施两种锌肥后小麦籽粒特别是面粉中蛋白质组分变化情况以及富锌效果产生差异的原因尚不清楚。有研究表明化学杀虫剂能够提高弱筋小麦籽粒中醇溶蛋白和谷蛋白含量[29]，锌与杀虫剂配合喷施后小麦全粒及面粉中富锌效果与蛋白质组分间的关系尚未见报道。【拟解决的关键问题】综上所述，本研究将ZnSO4·7H2O、甘氨酸锌（Gly-Zn）和吡虫啉分别配合喷施，进行为期两个生长季的田间试验，研究锌肥与吡虫啉配合喷施对小麦全粒、面粉及麸皮中锌含量、蛋白质组分及锌生物有效性的影响。通过本研究，期望为大田生产中提高小麦籽粒特别是面粉中锌含量和蛋白品质提供切实可行的应用方案。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年10月至2018年7月在西北农林科技大学农作一站（34°17′56″N，108°4′7″E）进行。试验区海拔525 m，年平均气温13℃，属于半湿润易旱区，年均降水量约为600 mm，生长季的月降水量和月平均气温见图1。土壤属黄土母质褐土类土亚类红油土属，类型为土垫旱耕人为土。试验开始前耕层（0—20 cm）土壤基本理化性质为pH 8.32（水土比为2.5﹕1）、有机质18.94 g·kg-1、全氮0.97 g·kg-1、速效磷9.06 mg·kg-1、速效钾140.1 mg·kg-1，CaCO365.1 g·kg-1，DTPA-Zn 0.72 mg·kg-1。供试土壤中有效锌处于潜在缺锌水平[21]。

试验共设计6个处理，分别为喷施蒸馏水（CK）、吡虫啉（P）、ZnSO4·7H2O（Zn）、Gly-Zn（GZn）、ZnSO4·7H2O+吡虫啉（ZnP）、Gly-Zn+吡虫啉（GZnP）。上述处理中P处理仅进行一年试验（2017—2018小麦生长季），其余处理均进行两年试验（2016—2018小麦生长季）。喷施所用微量元素肥料均为分析纯，吡虫啉、ZnSO4·7H2O和Gly-Zn的喷施浓度分别为0.1%、0.4%和0.23%（w/v），所有喷施处理均加入0.01%（v/v）吐温-20作为表面活性剂。采用完全随机区组设计，田间共设置4个区组。

在两个小麦生长季，均采用冬小麦-夏休闲种植模式。供试小麦（L.）品种为小偃22，分别于2016、2017年10月中旬播种，2017、2018年6月初收获。播种量150 kg·hm-2，小区面积为6 m×9.9 m = 59.4 m2，每小区播种30行，行距为20 cm，播种深度5 cm。氮肥采用尿素，施用量为120 kg N·hm-2；磷肥采用过磷酸钙，施用量为100 kg P2O5·hm-2；有机肥（当地腐熟羊粪）30 000 kg·hm-2。所有肥料均作底肥，在小麦播种前一次性撒施于土壤表面后用旋耕机翻入土壤。开始喷施前，分别在每个小区画出6个喷施微区（1 m×2 m），每个喷施微区间隔约2 m，喷施采用容积为330 mL的小型手动喷雾器（规格8 cm×22 cm），于小麦开花后第7天和第14天傍晚均匀喷施于小麦穗及叶片，每个喷施微区每次喷300 mL。田间试验的其他管理措施与当地大田管理措施一致。

图1 2016—2018年小麦生长季月降雨量和月平均气温

1.2 采样与测定

于成熟期收获各微区全部小麦，人工脱粒后测产。全粒用高通量组织研磨仪（北京鼎昊源科技有限公司，TL2020）粉碎后储存。另取100 g籽粒，用小型实验磨（Quadrumat Junior mill, Brabender, Duisburg, Germany）磨制成面粉和麸皮（出粉率为57%—64%）。

小麦籽粒锌含量的测定：称取0.5 g粉碎样品，于马弗炉中600℃灰化6 h，用5 mL 1﹕1（v/v）HNO3溶解后定容至50 mL，用原子吸收分光光度法（PE- PinAAcle 900F火焰原子吸收光谱仪）测定。样品的消解和测定过程均加入空白和国家标准物质进行质量控制（GWB08503c，Zn=（41.1±2.0）mg·kg-1），分析过程中锌回收率均为95%—105%。小麦籽粒氮含量的测定：经H2SO4-H2O2消煮，用流动分析仪测定全氮（Auto Analyzer 3-AA3连续流动分析仪），全粒、面粉和麸皮分别以氮含量乘以5.83、5.7和6.31计算蛋白质含量。蛋白质组分采用连续提取法测定，依次用超纯水、5%NaCl溶液、75%乙醇溶液和0.2% NaOH溶液提取白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。提取的蛋白组分用半微量凯氏定氮法测定其氮含量，全粒和面粉分别以各组分氮含量乘以5.83和5.7计算蛋白组分的蛋白质含量[30]。籽粒植酸的测定参考WANG等[22]方法：用10% Na2SO4和0.2 mol·L-1HCl溶液浸提，FeCl3沉淀植酸铁，通过原子吸收光谱仪测定浸提液中铁的浓度（CFe），计算出植酸含量。

1.3 计算公式

人体每日吸收总锌（total daily-absorbed zinc，TAZ）用于估算籽粒和面粉中锌的生物有效性：

TAZ=0.5×65×100×{Amax+TDZ+KR×（1+）-

式中，TDZ（mmol Zn·d-1）是假设成人每日食用242.3 g小麦粉作为锌和植酸（PA）的唯一来源；TDP（mmol PA·d-1）是根据每日摄入的植酸（PA）的含量得出；Amax、KR和KP分别表示最大吸收量（0.091）、锌受体结合反应的平衡常数（0.680）和Zn-PA结合反应的平衡解离常数（0.033）。

1.4 统计分析

试验数据均用Microsoft Excel 2010、Origin 2018、DPS 7.05版和IBM SPSS Statistics 24统计软件进行作图分析。分别对小麦产量与全粒锌含量，全粒或面粉中锌与蛋白质含量、锌与各蛋白质组分作皮尔逊相关分析；对同一年不同处理间全粒和面粉的蛋白质组分含量进行单因素方差分析；其余指标均采用重复测量（年份）单因素方差分析。处理间差异显著性采用LSD法进行多重比较（＞0.05）。

2 结果

2.1 小麦产量、籽粒锌携出量及锌含量

所有指标年际间变化显著（表1）。处理间和年际与处理间籽粒锌携出量，全粒、面粉、麸皮锌含量、锌生物有效性均变化显著，处理间麸皮蛋白质含量也变化显著，其余指标无显著差异。

两个生长季中，不同处理间小麦籽粒产量无显著差异（图2），2016—2017年小麦籽粒产量较2017—2018年增加9.3%。喷锌（Zn、GZn、ZnP、GZnP）处理籽粒锌携出量显著提高（图2）。与CK相比，Zn和GZn处理，2016—2017年的籽粒锌携出量分别增加了0.67和0.51倍，2017—2018年分别增加了1.30和0.88倍。2016—2018年，锌与吡虫啉配合喷施（ZnP、GZnP），与CK相比籽粒锌携出量显著提高，与单独喷锌（Zn、GZn）相比籽粒锌携出量无显著差异。2017—2018年CK、单独喷锌和锌与吡虫啉配合喷施籽粒锌携出量分别比2016—2017年高21%、59%和43%。

如图3所示，小麦全粒、面粉及麸皮中锌含量在年际间差异显著。喷锌显著提高小麦成熟期全粒、面粉及麸皮中的锌含量。2016—2017年，Zn和GZn处理全粒锌含量与CK相比（22.08 mg·kg-1）增幅为90%和66%；锌与吡虫啉配合喷施和单独喷锌全粒锌含量间无显著差异。2017—2018年，Zn和GZn处理全粒锌含量与CK相比（32.00 mg·kg-1）增幅为136%和119%；P与CK处理全粒锌含量接近；锌与吡虫啉配合喷施与单独喷锌相比，全粒锌含量有增加的趋势。2016—2018年，ZnP处理全粒锌含量最高，分别为43.24和81.00 mg·kg-1，同时Zn、ZnP处理小麦全粒锌含量分别高于GZn、GZnP处理。两个生长季，麸皮平均锌含量分别比面粉中高653%、676%，面粉和麸皮中锌含量变化规律与全粒相似，锌含量最高均为ZnP处理，该处理2016—2017、2017—2018年面粉锌含量分别为14.84和22.75 mg·kg-1。

表1 试验测定指标的显著性效应分析

n.s.为无显著差异（＞0.05） n.s.: Not significant (＞0.05)

处理：CK（喷施蒸馏水）、P（吡虫啉）、Zn（ZnSO4·7H2O）、GZn（Gly-Zn）、ZnP（ZnSO4·7H2O+吡虫啉）、GZnP（Gly-Zn+吡虫啉）。图3、4、5、6、7、8、9同。星号表示该指标在年际间呈显著差异，其中***表示P＜0.001，**表示P＜0.01；柱上不同小写字母表示每一生长季处理间差异显著（P＜0.05）。图3、5、9同

2016—2018年，不喷锌组（CK、P）籽粒产量与全粒锌含量间线性拟合方程为=-2.33+43.07，两者间无相关性（＞0.05）；喷锌组（Zn、GZn、ZnP、GZnP）中籽粒产量与全粒锌含量间线性拟合方程为=-15.66+148.23，两者间呈显著负相关（2=0.56，＜0.01）（图4）。

图3 不同喷施处理小麦全粒、面粉和麸皮中锌含量

**：P＜0.01，n.s.：无显著差异Not significant

2.2 小麦籽粒蛋白质含量及与锌含量间的关系

2016—2018年，Zn、GZn与CK相比，以及ZnP、GZnP与Zn、GZn相比，小麦全粒、面粉和麸皮中蛋白质含量均有增加的趋势（图5）。ZnP与GZnP处理间，蛋白质含量无显著差异；锌与吡虫啉配合喷施与CK相比，蛋白质含量显著增加，两季面粉中分别提高了16%和19%，但2016—2017年GZnP麸皮蛋白质含量与CK无显著差异。因此，锌与吡虫啉配合喷施显著提高了小麦全粒和面粉中蛋白质含量。

如图6所示，根据两季试验的数据，在不喷锌组（CK、P）、单独喷锌组（Zn、GZn）及锌+吡虫啉组（ZnP、GZnP）中全粒和面粉锌含量与蛋白质含量间均呈显著正相关（2为0.57—0.79，＜0.01）。

2.3 籽粒蛋白质组分及与锌含量间的关系

如图7所示，2016—2017年单独喷锌后小麦全粒醇溶蛋白含量高于CK。2017—2018年，与CK相比，GZn处理的醇溶蛋白含量显著提高，Zn处理无显著差异。两个生长季中，ZnP和GZnP处理全粒醇溶蛋白含量均显著高于CK，第一季ZnP、GZnP分别为CK的1.63、1.71倍，第二季分别为1.22、1.28倍。Zn与GZn间，以及ZnP与GZnP间，全粒醇溶蛋白无显著差异。2016—2018年，与CK相比，单独喷锌对全粒谷蛋白含量无影响，锌与吡虫啉配合喷施显著提高其含量。ZnP处理全粒谷蛋白含量在两个生长季中均为最高，与CK相比分别增加了26.7%、20.1%。

图5 不同喷施处理小麦全粒、面粉和麸皮中蛋白质含量

**: P＜0.01

柱上不同小写字母表示同一生长季同一组分处理间差异显著（P＜0.05）。图8同

Zn、GZn、ZnP和GZnP处理的面粉中醇溶蛋白含量均显著高于CK，且与单独喷锌相比，ZnP和GZnP醇溶蛋白有增加的趋势（图8）。锌与吡虫啉配合喷施面粉谷蛋白含量均显著高于CK，两季分别提高了0.28、0.30倍。可能由于环境因子的改变[31]，不同处理小麦全粒和面粉中白蛋白与球蛋白组分无明显变化规律，但2016—2018年，锌与吡虫啉配合喷施显著提高小麦全粒和面粉中醇溶蛋白及谷蛋白含量。

两个生长季中，小麦全粒和面粉锌含量与醇溶蛋白和谷蛋白组分呈显著正相关，与白蛋白和球蛋白组分关系较小。全粒锌含量与谷蛋白间的相关性更强，面粉锌含量与醇溶蛋白间的相关性更强（表2）。

2.4 锌与吡虫啉配合喷施对小麦籽粒锌生物有效性的影响

锌的生物有效性采用三变量模型进行估算[32]。小麦面粉中平均锌的生物有效性在年际间存在极显著差异（图9-b）。两个生长季中，与CK相比，P处理（仅一季）对面粉中锌的生物有效性无影响，单独喷锌、锌与吡虫啉配合喷施显著提高面粉中锌的生物有效性。2016—2017年，GZn和ZnP处理面粉中锌的生物有效性显著高于其余处理，与CK相比分别增加了111%和132%；2017—2018年ZnP处理面粉中锌的生物有效性最高，与CK相比增加了160%，Zn和ZnP处理TAZ达到3 mg·d-1的强化目标[32]。与面粉相比，全粒（图9-a）及麸皮（图9-c）中锌的生物有效性减小，但变化趋势与面粉中相似。

表2 小麦全粒、面粉锌含量与蛋白组分间的皮尔逊相关系数

图8 不同喷施处理对小麦面粉蛋白质组分含量的影响

图9 小麦全粒、面粉和麸皮中TAZ含量

3 讨论

3.1 锌与吡虫啉配合喷施后小麦籽粒富锌效果

叶面喷施锌肥是小麦籽粒富锌最有效的生物强化措施，是解决以谷类作物为基本饮食的人口缺锌问题的重要方法[24,33]。将锌与同样需要在小麦开花期或灌浆前期使用的杀虫剂配合喷施是一种经济可行的农艺措施[14,34]。喷杀虫剂的主要目的是防治虫害，从而提高小麦产量，根据虫害的程度不同，喷杀虫剂后小麦可增产2%—30%[35]。在本研究中，单独喷吡虫啉和锌与吡虫啉配合喷施小麦产量无显著差异（图2）。因为锌与杀虫剂配合后在杀虫剂的药效上没有拮抗作用，同时，这两年的小麦生长季无明显虫害发生[22, 33]。

与喷蒸馏水相比，所有喷锌处理均能显著提高籽粒锌含量，并且锌与杀虫剂配合喷施处理小麦全粒及面粉中锌含量均高于对应的单独喷锌处理（图3）。除2017年喷施Gly-Zn各处理外，其余单独喷锌或锌与农药配合喷施处理全粒锌含量均达到了籽粒富锌标准（40—60 mg·kg-1），这与前人在小麦上进行的锌与农药配合喷施的结果一致[16, 21]。但田间管理措施、作物基因型、土壤以及其他的环境因素会对小麦产量和锌含量产生影响，产量的大幅增加会使籽粒中必需营养元素如锌的含量显著降低[14,18,36-38]。2017年小麦籽粒产量较2018年平均高9.3%，小麦全粒和面粉中锌含量分别低46%和42%。这可能是由于2018年寒潮降温天气使小麦遭遇冻害减产，但锌的吸收量受影响较小，从而籽粒中锌含量增加[22]。此外，喷锌能够显著提高籽粒锌携出量，而单独喷锌和锌与吡虫啉配合喷施籽粒锌携出量无显著差异，说明锌与农药配合喷施不影响喷锌对小麦籽粒锌累积的促进效果。综合来看，在不同环境及试验条件下的结果均表明，叶面喷施锌肥或与杀虫剂配合施用是提高小麦籽粒锌水平的高效农艺措施[14,18-19,39]。

在本研究条件下，不喷锌组中小麦产量与锌含量间无相关性；当供锌充足时，即在喷锌组中，产量与锌含量间呈显著负相关（图4）。这一结果说明，在自然或田间条件下，籽粒锌主要受来源的限制，籽粒中锌主要是营养器官累积的锌通过再转移途径进入籽粒[14,33]。因此，叶面喷锌是籽粒富锌的重要方法[14,18,21-22,33]。在这种做法下，籽粒锌主要受籽粒内部因素的影响[8,40-41]。

3.2 锌与吡虫啉配合喷施小麦籽粒富锌的可能机制

吡虫啉可以使植株中游离氨基酸和可溶性蛋白质含量显著增加，并且提高小麦籽粒中蛋白质含量[42-43]。开花后喷施锌肥，配体与锌结合将锌载入籽粒后，可代谢转化为蛋白质，从而促进氮素向籽粒中的累积，提高小麦籽粒中蛋白质含量[15,27]。但部分结果也显示，喷施这两种锌肥对小麦籽粒蛋白质含量无显著影响[21,28]。基因、环境因子和种植方式的不同均会对小麦籽粒蛋白质含量造成影响[31]。在本试验条件下，单独喷锌或吡虫啉后小麦全粒和面粉中蛋白质含量有增加的趋势，而锌与吡虫啉配合喷施显著提高了蛋白质含量（图5）。

植物中锌主要与低分子量的金属螯合物以及金属结合蛋白结合[44-45]。在糊粉层和胚中，锌主要与磷共位，锌与植酸复合物是籽粒中锌的主要存在形式之一。而磷被严格限制在糊粉层中，在胚乳中植酸的浓度很低。但锌存在于整个籽粒中，因此在胚乳中还存在其他的锌结合形式[46]。当供锌充足时，小麦籽粒锌氮吸收具有协同作用[8,25]。本研究中的相关分析也表明，小麦全粒和面粉中锌含量与蛋白质含量呈显著正相关，与前人研究结果一致（图6）。ZnSO4·7H2O+吡虫啉处理全粒和面粉中锌含量最高（图3）。已有研究表明，锌进入胚乳过程存在两种障碍：穗轴与籽粒间，以及籽粒内部母体和子代组织间[40]。使用XFM和70Zn稳定同位素标记发现，锌从腹沟维管组织向胚乳的转运，转运细胞和胚乳空腔分离母体和子代组织[40,47]，以及锌从糊粉层运输到胚乳[8]，是后者锌转运的瓶颈。烟酰胺（NA）是锌卸载和移动的重要含氮化合物，可与锌结合作为配体，促进锌向胚乳中的转运，在这一过程中，黄色条纹样蛋白基因9（YSL9）和烟酰胺合成酶基因（NAS）高度表达[48]。同时在糊粉层细胞中，锌载入液泡需要转运蛋白协助[49-50]。因此，蛋白质总量会影响配体和转运蛋白“库”的大小，是影响淀粉胚乳锌含量的重要因素之一[8,25,46,51]。

OSBORNE等[52]根据蛋白质的溶解性不同，将小麦籽粒蛋白质分为白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，而小麦蛋白中含量最高的储藏蛋白（醇溶蛋白和谷蛋白）占小麦蛋白总量的70%—80%。有研究表明，锌与蛋白质二硫化物异构酶（PDI）结合作为PDI的辅因子参与生理活动，而在种子胚乳形成中PDI可以促进储藏蛋白的折叠，PDIL1-1参与内质网上谷蛋白前体的成熟过程，开花后施锌使谷蛋白各亚基表达量增加，谷蛋白含量提高[53-55]。裴雪霞等[42]发现吡虫啉对储藏蛋白的含量影响较大。在本研究中，与CK相比，锌与吡虫啉配合喷施小麦全粒及面粉中醇溶蛋白和谷蛋白组分均显著增加（图7、图8）。65Zn同位素示踪技术发现，锌主要分布在谷蛋白组分中，这表明小麦籽粒锌累积主要与储藏蛋白有关[8,56]。本研究结果也表明，小麦全粒和面粉中锌含量与醇溶蛋白及谷蛋白组分呈显著正相关（表2）。这可能是锌与吡虫啉配合喷施富锌效果最优的原因。然而，ZnP与GZnP处理小麦全粒及面粉富锌效果不同，但醇溶蛋白和谷蛋白组分无显著差异（图3、图7、图8）。亚糊粉层主要由α-、ω-醇溶蛋白和低分子量谷蛋白亚基（LMW- GS）组成，而中心胚乳主要是γ-醇溶蛋白和高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）占主导地位[57]，而中心胚乳中积累的锌更多，表明锌主要与储藏蛋白中的γ-醇溶蛋白以及HMW-GS结合[8,58]；并且乙二醛酶、蛋白二硫化物异构酶、谷氧还蛋白、半胱氨酸-1过氧化物酶和烯醇酶等蛋白质对锌的储存非常重要[8,58]。我们猜测，叶面喷施ZnSO4·7H2O和Gly-Zn后小麦籽粒富锌效果产生差异的原因可能与这些蛋白含量改变相关，有待进一步研究。

ZnSO4·7H2O+吡虫啉与单独喷ZnSO4·7H2O相比，增加了籽粒中氮含量，从而促进了籽粒对锌的吸收。因此，根据文献[59-61]整理绘制了小麦中锌的运输途径（图10）。

图10 小麦中锌运输途径[59-61]

3.3 锌与吡虫啉配合喷施对小麦籽粒锌生物有效性的影响

小麦籽粒含有多酚和植酸等抗营养物质，与锌结

合后可降低锌在食物中的溶解度，并限制锌在人体中的生物利用率[62]。根据面粉中锌含量、植酸含量、成人每日面粉摄入量等因素，可定量估计锌的生物有效性，提出成人的生理需锌量为3—4 mg·d-1[32,63]。本研究中，喷锌后小麦锌的生物有效性显著提高，但仅在2018年因作物减产籽粒锌含量增加，喷施ZnSO4·7H2O和ZnSO4·7H2O+吡虫啉这两个处理的面粉中锌生物有效性达到目标值（3—4 mg·d-1），而多数处理均低于该值（图9）。因此，需要进一步解决怎样将更多的锌转移至人类可食用的淀粉胚乳中的问题。

4 结论

在灌浆期叶面喷施锌肥可显著提高小麦全粒、面粉及麸皮中的锌含量。喷施ZnSO4·7H2O的富锌效果优于甘氨酸锌（Gly-Zn）。与单独喷施锌肥相比，锌与吡虫啉配合喷施全粒及面粉中锌含量有增加的趋势，ZnSO4·7H2O+吡虫啉处理全粒及面粉中锌含量最高，锌生物有效性显著高于其他处理。锌与吡虫啉配合喷施能够显著提高全粒、面粉中蛋白质、醇溶蛋白和谷蛋白含量，锌含量与蛋白质、醇溶蛋白及谷蛋白含量呈正相关。因此，选择能够提高籽粒氮含量的烟酰类杀虫剂与锌配合喷施，可以进一步提高籽粒富锌效果，从而有助于克服人体缺锌问题，是一种投入少效益高的农艺措施。

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Effects of Combined Foliar Application of Zinc with Imidacloprid on Zinc Enrichment and Protein Components Content in Wheat Grain

LI YaFei, SHI JiangLan, WU TianQi, WANG ShaoXia, LI YuNuo, QU ChunYan, LIU CongHui, NING Peng, TIAN XiaoHong*

College of Natural Resource and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agro- environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi

【Objective】The aim of this study was to investigate the effects of combined foliar application of zinc (Zn) and pesticide on Zn concentration, protein components content, and the estimated Zn bioavailability intake (TAZ) in whole grain and flour of wheat plants, and to clarify the possible reasons for the differences in Zn enrichment. This study was conducted to provide a basis and highly cost-effective approach for grain Zn fortification agronomic strategies in wheat plants. 【Method】The consecutive two-season field experiments were conducted during 2016 and 2018 with six treatments, i.e., foliar application of distilled water (CK), 0.1% imidacloprid (P), 0.4% ZnSO4·7H2O (Zn), 0.23% glycine zinc (Gly-Zn, GZn), ZnSO4·7H2O+imidacloprid (ZnP), glycine zinc+imidacloprid (GZnP). The concentration of Zn, protein, protein components, and phytic acid in whole grain, flour, and bran were determined, and the TAZ was calculated. 【Result】There was no significant difference in grain yield among different treatments. But, the grain Zn uptake and Zn concentration substantially increased in whole grain, flour and bran by foliar spray of Zn. Compared with CK, the foliar Zn application alone resulted in a 71% and 120% increase of Zn concentration in flour in 2017 and 2018, respectively; the foliar spray of Zn plus imidacloprid resulted in a 103% and 127% increase in 2017 and 2018, respectively. Compared with foliar Zn application alone, foliar spray of Zn plus imidacloprid did not affect the Zn enrichment in wheat, and the Zn concentration was increased in whole grain and flour. Compared with the foliar application ofGly-Zn, the foliar application of ZnSO4·7H2O significantly enhanced grain Zn concentration, while the Zn concentration was the highest in whole grain and flour within foliar ZnP application. A positive correlation was found between Zn concentration and the concentration of protein, gliadin and glutenin in whole grain and flour, respectively. The Zn plus imidacloprid treatment increased the protein concentration in whole grain and flour. Compared with CK, foliar application of ZnP and GZnP resulted in a 19% and 20% increase of protein concentration in flour during 2016 and 2018. There was no significant difference in the albumin and globulin content in whole grain and flour among different treatments. The contents of gliadin and glutenin in whole grain and flour were significantly increased by foliar application of ZnP and GZnP. Foliar Zn application obviously improved grain Zn bioavailability, and the Zn bioavailability was the highest in whole grain and flour under foliar ZnP application treatment.【Conclusion】The ZnSO4·7H2O plus imidacloprid treatment significantly increased the concentration of Zn, protein, gliadin, and glutenin and Zn bioavailability in whole grain and flour. Therefore, combining foliar application of Zn and neonicotinoid insecticide could enhance protein concentration and further improve Zn concentration and Zn bioavailability in wheat grain, so this was an effective and useful practice to overcome human Zn deficiency.

flour; foliar application; Zn; imidacloprid; gliadin; glutenin; Zn bioavailability

2020-12-30；

2021-04-14

国家自然科学基金（31672233，31801929）

李雅菲，E-mail：1525671107@qq.com。通信作者田霄鸿，E-mail：txhong@hotmail.com

（责任编辑 李云霞）