花后5天噴施鋅肥有效提高小麥籽粒營養(yǎng)和加工品質(zhì)

董 明，王 琪，周 琴，蔡 劍，王 笑，戴廷波，姜 東

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與生產(chǎn)管理重點實驗室/江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210095）

鋅 (Zn) 是維持人體健康所必需的營養(yǎng)元素，缺鋅會導(dǎo)致人體生長遲緩、免疫功能紊亂[1-2]，鋅缺乏已成為威脅人類健康的第五大因素[3]。鋅也是農(nóng)作物生長發(fā)育必需的微量元素，世界范圍內(nèi)約一半的禾谷類作物生長在潛在缺鋅的土壤上[4]。劉錚對我國土壤有效鋅 (DTPA-Zn) 含量進行分級和評價，認為土壤缺鋅臨界值為0.5 mg/kg，并將土壤有效鋅含量按照 ＜ 0.5、0.5～1.0、1.1～2.0、2.1～5.0、 ＞ 5.0 mg/kg分為很低、低、中等、高、很高五個水平[5]。根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn)，我國小麥和水稻主要產(chǎn)區(qū)的石灰性土壤及一些水稻土均屬缺鋅土壤，這嚴重影響了作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成。缺鋅土壤可通過施用鋅肥提高小麥籽粒鋅含量和產(chǎn)量[6]，以葉面噴施鋅肥的提高效果較好[7-8]。有研究表明，鋅肥的噴施時期對鋅在小麥籽粒中的富集起著至關(guān)重要的作用，小麥生長后期噴施鋅肥對小麥籽粒鋅含量和積累量的提高幅度更大[9]。鋅對氮的吸收利用有明顯的促進作用，土壤不缺鋅時施用鋅肥對小麥的產(chǎn)量影響不大，但是能夠提高籽粒中的氮含量[7,10]，還能夠增加小麥植株地上部的氮含量；增施氮肥也能夠促進籽粒對鋅的吸收，這表明氮鋅吸收具有正相關(guān)關(guān)系[11]。小麥籽粒蛋白的最主要成分是醇溶蛋白和麥谷蛋白，兩者含量的多少決定了面團的彈性和延展性，從而影響小麥籽粒的加工品質(zhì)。但噴施鋅肥對小麥的加工品質(zhì)影響還缺少研究。本研究分別在小麥拔節(jié)期和花后5天進行葉面噴施鋅肥處理，研究了葉面施鋅對小麥籽粒鋅含量和蛋白質(zhì)積累的影響，以及對面粉品質(zhì)和面包烘焙品質(zhì)的影響，以明確鋅對小麥籽粒品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，為鋅肥的合理施用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2013—2014年和2014—2015年小麥生長季進行，地點分別位于南京市浦口區(qū)湯泉鎮(zhèn)湯泉農(nóng)場 (118°27′E、32°05′N) 和安徽省滁州市姑塘村(118°30′E、32°32′N)。供試土壤為黏質(zhì)壤土，前茬為水稻。土壤堿解氮分別為57.02 mg/kg和41.42 mg/kg，速效鉀分別為288.07 mg/kg和99.47 mg/kg，有效磷分別為40.30 mg/kg和14.87 mg/kg，有效鋅[二乙基三胺五乙酸 (DTPA)-Zn]含量分別為3.46 mg/kg和0.83 mg/kg。供試品種為揚麥16。播種時間分別為2013年10月29日和2014年10月17日，播種密度為240 × 104plant/hm2，行間距20 cm，播前施純N 120、P2O5120、K2O 150 kg/hm2，一次性作基肥施入，拔節(jié)期追施純N 120 kg/hm2。其他管理同大田栽培。

試驗設(shè)不噴施鋅肥 (CK)、拔節(jié)期噴施鋅肥 (JS)和花后5天 (5DAA) 噴施鋅肥三個處理，小區(qū)長4 m、寬3 m。鋅肥以硫酸鋅的形式葉面施用，用量為2 kg/hm2，噴施濃度0.2%，對照噴施等量清水。每處理噴施兩次，兩次噴施間隔一天。試驗為完全隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 植株樣品的采集和處理 開花期選擇同日開花、長勢一致植株掛牌標(biāo)記，分別在開花期和成熟期取樣，按照莖、葉、穎殼、籽粒分樣，105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重。之后用萬能粉碎機磨樣，其中籽粒樣品為全麥粉，磨樣后樣品保存?zhèn)溆?，用于植株氮含量等指?biāo)的測定。

1.2.2 面粉樣品的采集和處理 成熟期按照1米雙行收獲，手工脫粒。籽粒曬干后室溫貯藏一個月完成后熟。籽粒磨粉前按照《NY/T 1094.1—2006小麥實驗制粉第一部分：設(shè)備、樣品制備和潤麥》進行潤麥，采用ZS70-II型實驗?zāi)シ蹤C (河北涿州市糧油機械廠) 磨粉，YFS-08驗粉篩 (0.15 mm) 過篩，出粉率為70%左右。此部分樣品用于營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)指標(biāo)的測定。

1.2.3 面粉蛋白質(zhì)及組分含量的測定 蛋白質(zhì)組分測定采用連續(xù)提取法測定，依次用蒸餾水、10%NaCl溶液、70%乙醇和0.2%NaOH溶液提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白。提取的蛋白組分和總蛋白用半微量凱氏定氮法測定其氮含量[12]，以氮含量乘以5.7計算蛋白質(zhì)含量。

1.2.4 GMP含量測定 參照Weegels等[13]和孫輝等[14]的方法，稍作改變。稱取樣品0.05 g于10 mL離心管中，加入1 mL 1.5%的SDS提取液，常溫下15500 g離心15 min，棄上清液，雙縮脲法測定殘余物中氮含量作為GMP含量近似值。

1.2.5 高/低分子量麥谷蛋白亞基 (HMW-GS/LMWGS) 含量的測定 稱取樣品80 mg于2 mL離心管中，加1 mL樣品提取液A (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0)，立即振蕩5 min，65℃水浴30 min后10000 rpm離心5 min，倒掉上清。加入樣品提取液B (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0；50%異丙醇、20% SDS、2% DTT) 1 mL，震蕩、水浴、離心、倒掉上清。加入樣品提取液C (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0；50%異丙醇、20% SDS、1.4% 4-VP) 1 mL，震蕩、水浴、離心。轉(zhuǎn)移200 μL上清至2 mL離心管中，加入200 μL谷蛋白提取液 (0.5 mol/L Tris-HCl，pH 6.8；5% β-巰基乙醇、0.2% SDS、40% 蔗糖、0.2%溴酚藍)，100℃水浴5 min，10000 rpm離心5 min，上清液即為HMW-GS和LMW-GS。SDSPAGE電泳采用北京六一儀器廠生產(chǎn)的DYY-28D型電泳裝置。分離膠濃度12.5%，濃縮膠濃度為4%，膠厚1 mm，24個上樣孔，每隔兩孔點一個樣，每個樣品點樣15 μL。每板電流30 mA。電泳完畢后，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%考馬斯亮藍R-250) 染色4～6 h，用脫色液 (25%乙醇、8%乙酸) 脫色2 h以上至背景澄清透明。用美國伯樂公司生產(chǎn)的VersaDoc蛋白凝膠成像系統(tǒng)對凝膠進行掃描，使用Quantity One軟件進行定量分析。

1.2.6 鋅含量的測定 樣品鋅含量采用HNO3-H2O2方法消煮。稱取樣品0.2 g至消煮管中，加入HNO3-H2O2(4∶1) 混合液5 mL，靜置12 h以上，用江蘇宜興生產(chǎn)的LNK-872型多功能快速消化器消煮至溶液蒸干。冷卻至室溫加入5% HNO3溶液8 mL，70℃封口水浴2～3 h，渦旋、靜置，至溶液澄清后轉(zhuǎn)移至10 mL離心管，用ICP-OES(PerkinElmer OPTIMA 210DV) 對樣品進行測定。

1.2.7 面包的制作及測定方法 面包制作及感官品質(zhì)測定按照《GB/T 14611-2008 小麥粉面包品質(zhì)試驗直接發(fā)酵法》進行。面包出爐冷卻后，用菜籽置換法[15]測定面包體積。從面包中間切下三片25 mm厚的切片，采用Stable Micro Systems TA.XT Plus物性測試儀對面包質(zhì)地進行TPA測試，使用探頭P/32，測前測試速度2 mm/s，測后速度1 mm/s，壓縮程度50%，數(shù)據(jù)采集速率200 p/s，停留時間5 s。面包感官品質(zhì)測定，組織6名品評員，對面包感官品質(zhì)性狀進行打分。

1.3 計算方法和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

開花期各器官氮積累量 = 開花期各器官氮含量 ×開花期各器官干物質(zhì)重；

成熟期各器官氮積累量 = 成熟期各器官氮含量 ×成熟期各器官干物質(zhì)重；

花后氮同化量 = 成熟期各器官氮積累量 - 開花期各器官氮積累量；

對籽粒氮積累的貢獻率 = 花后氮同化量 (花前氮積累量)/成熟期籽粒氮積累量 × 100%；

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2010進行整理，用SAS 9.0軟件進行方差分析，并用LSD法對處理間進行差異顯著性比較，采用Sigmaplot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面鋅肥對小麥面粉鋅含量的影響

兩年數(shù)據(jù)表明，葉面噴施鋅肥提高了小麥面粉的鋅含量 (圖1A)。拔節(jié)期施鋅處理在2014—2015年試驗中顯著增加面粉鋅含量 (P ＜ 0.05)，比對照提高了37.9%?；ê?天噴施效果在兩年試驗中均顯著高于對照 (P ＜ 0.05)，分別比對照提高了51.6%和61.6%。

2.2 葉面鋅肥對小麥面粉蛋白質(zhì)含量的影響

兩年數(shù)據(jù)表明，葉面噴施鋅肥能夠提高小麥面粉的蛋白質(zhì)含量 (圖1B)。拔節(jié)期噴鋅處理在2014—2015年顯著增加面粉總蛋白質(zhì)含量 (P ＜ 0.05)，增幅為3.8%。花后5天施鋅處理兩年均顯著高于對照 (P ＜ 0.05)，并高于拔節(jié)期施鋅處理。與對照比較，花后5天噴施鋅肥處理在兩年試驗中分別增加10.5%和10.0%。

葉面噴施鋅肥能夠增加小麥面粉蛋白組分的含量，花后5天噴鋅處理能夠顯著增加谷蛋白含量(P ＜ 0.05，圖2)。對于醇溶蛋白和谷蛋白，花后5天噴施鋅肥處理增幅大于拔節(jié)期噴施鋅肥處理。與對照比較，花后5天噴鋅處理小麥面粉醇溶蛋白含量的增幅在2014—2015年為11.8%，谷蛋白含量在兩年試驗中增幅分別為13.8%和13.3%。

圖1 不同生育期施鋅對小麥面粉鋅含量和蛋白質(zhì)含量的影響Fig. 1 Effect of spraying Zn at different growth stages on Zn contents and protein contents in wheat flour

圖2 不同生育期施鋅對小麥面粉蛋白組分含量的影響Fig. 2 Effect of spraying Zn at different growth stages on the contents of protein components in wheat flour

2.3 葉面鋅肥對小麥面粉麥谷蛋白大聚合體 (GMP)含量的影響

兩年試驗結(jié)果表明，噴施鋅肥能夠提高面粉GMP含量，花后5天施鋅處理提高效果顯著 (P ＜0.05，圖3)。與對照比較，花后5天噴施鋅肥處理小麥面粉GMP含量兩年分別提高了18.7%和12.5%。

2.4 葉面鋅肥對小麥面粉高/低分子量麥谷蛋白亞基 (HMW-GS/LMW-GS) 含量的影響

兩年試驗研究顯示，葉面噴施鋅肥能夠提高小麥面粉HMW-GS和LMW-GS的含量 (圖4)。與對照比較，花后5天施鋅處理能夠顯著增加2014—2015年HMW-GS含量 (P ＜ 0.05)，增幅為27.4%。

2.5 葉面鋅肥對成熟期小麥氮含量和積累量的影響

葉面噴施鋅肥能夠影響小麥植株氮含量和氮素轉(zhuǎn)運量，噴施鋅肥后小麥葉片的氮含量顯著高于對照處理 (P ＜ 0.05，表1)。穎殼和籽粒的氮含量提高，但對不同時期施鋅響應(yīng)不同。莖的氮含量也高于對照，但差異不顯著。不同時期噴施處理比較，花后5天噴施處理的小麥各器官氮含量高于拔節(jié)期噴施處理，葉片中差異顯著 (P ＜ 0.05)，而其他器官無顯著差異。氮積累量趨勢表現(xiàn)基本一致。

圖3 不同生育期施鋅對小麥面粉GMP含量的影響Fig. 3 Effect of spraying Zn at different growth stages on GMP contents in wheat flour

圖4 不同生育期施鋅對小麥面粉高/低分子量麥谷蛋白亞基含量的影響Fig. 4 Effect of spraying Zn at different growth stages on HMW-GS and LMW-GS contents in wheat flour

表1 2014—2015年不同處理小麥成熟期植株各器官氮含量、積累量和氮素轉(zhuǎn)運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

與對照比較，花后5天噴施鋅肥處理的小麥花后氮素同化量增幅顯著 (P ＜ 0.05，表1)，提高32.2%。拔節(jié)期噴施鋅肥處理的小麥花前氮素轉(zhuǎn)運量增幅顯著 (P ＜ 0.05)，升高15.6%。該結(jié)果表明花后5天噴施鋅肥能夠促進花后同化氮素在籽粒中的積累，從而提高小麥籽粒氮素含量。

2.6 葉面鋅肥對加工品質(zhì)的影響

2.6.1 葉面鋅肥對面筋含量及SDS-沉降值的影響 葉面噴施鋅肥能夠顯著提高面粉的干面筋含量、濕面筋含量 (P ＜ 0.05，表2)。與拔節(jié)期噴施鋅肥比較，花后5天噴施鋅肥在2014～2015年顯著增加了濕面筋含量 (P ＜ 0.05)，但干面筋含量和面筋指數(shù)在拔節(jié)期噴施和花后5天噴施處理間沒有顯著差異。施鋅后，SDS-沉降值也有增加，在2013—2014年花后5天噴施處理與對照差異顯著。

2.6.2 葉面鋅肥對面包體積、質(zhì)構(gòu)特性及感官品質(zhì)的影響 本試驗研究結(jié)果表明，噴施鋅肥后，面包體積增大 (圖5)，硬度和咀嚼性減小，處理間差異顯著(P ＜ 0.05，表3)。與對照比較，拔節(jié)期噴施鋅肥面包體積增大16.3%，硬度降低13.5%，咀嚼性降低6.8%?；ê?天噴施鋅肥面包體積增大20.0%，硬度和咀嚼性分別降低26.2%和24.5%。施鋅對面包的彈性、回復(fù)性、內(nèi)聚力以及感官品質(zhì)的影響雖不顯著但均呈增高的趨勢 (表3)。與拔節(jié)期噴施鋅肥相比，花后5天噴施鋅肥對面包體積及質(zhì)構(gòu)特性的影響更為顯著。

表2 不同生育期噴鋅小麥面粉面筋含量及SDS-沉降值Table 2 Gluten contents and SDS-sedimentation value in wheat flour affected by spraying stages

圖5 不同噴鋅處理的面包切片F(xiàn)ig. 5 Sliced bread affected by Zn application

表3 2014—2015年不同生育期施鋅對面包體積及質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effect of spraying Zn at different growth stages on volume and textural properties of bread in 2014-2015

3 討論

小麥作為人體熱量的重要來源，面粉中鋅含量的多少在很大程度上影響人體攝入鋅的數(shù)量。鋅在韌皮部具有較強的移動性，葉面噴施鋅肥有利于鋅從營養(yǎng)器官向小麥籽粒中的轉(zhuǎn)運[16]，提高籽粒鋅含量。在本試驗條件下，拔節(jié)期和花后5天噴施鋅肥均能夠提高小麥面粉中的鋅含量，尤其花后5天噴鋅顯著高于對照?？梢娀ê笫┯娩\肥較花前施用鋅肥更有利于鋅在籽粒中的積累，與前人大多數(shù)研究結(jié)果一致[17]。

葉面噴施鋅肥對小麥籽粒中氮的積累具有明顯的促進作用。本試驗條件下，花后5天噴鋅處理顯著提高了小麥面粉總蛋白質(zhì)含量。比較小麥植株花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素同化量發(fā)現(xiàn)，花后5天噴施鋅肥處理，花后氮素同化量提高達90.5%，表明花后施鋅能夠促進開花后氮素向籽粒中的積累，與韓金玲等[10]的研究結(jié)果一致。有研究顯示，氮鋅吸收具有協(xié)同作用[11,16,18]。煙酰胺 (NA) 是鋅在小麥韌皮部中卸載和移動重要的含氮化合物，可與鋅結(jié)合為NA-Zn從珠心突起進入小麥籽粒[19]。大量鋅以NA-Zn形式進入小麥籽粒，NA在籽粒中代謝可轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，這可能是噴施鋅肥提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的原因之一。

醇溶蛋白和麥谷蛋白為籽粒貯藏蛋白，其含量的高低和亞基的組成影響到小麥營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)的優(yōu)劣。本研究結(jié)果表明，噴鋅提高了面粉中醇溶蛋白、麥谷蛋白以及高/低分子量麥谷蛋白亞基含量，花后5天噴鋅處理能夠顯著增加面粉谷蛋白含量。有研究表明，鋅與蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶 (PDI) 結(jié)合并作為PDI的輔因子參與生理活動[20-21]，而PDI可以促進麥谷蛋白進一步折疊聚集，易于形成谷蛋白大聚合體。董心久[22]的研究也表明，花后施鋅能夠使谷蛋白各亞基的表達量增加，表達時間提前。

面筋中醇溶蛋白能賦予面團延展性，麥谷蛋白能賦予面團彈性。噴鋅提高了小麥面粉醇溶蛋白和麥谷蛋白含量，進而影響小麥面粉的加工品質(zhì)。本研究結(jié)果顯示，噴施鋅肥處理面包體積和比容顯著增大，硬度及咀嚼性顯著降低。面包體積與比容一般與面包烘焙品質(zhì)正相關(guān)，硬度與咀嚼性一般與面包烘烤品質(zhì)呈負相關(guān)，可見噴施鋅肥顯著改善了面包的烘焙品質(zhì)。與拔節(jié)期噴施相比，花后5天噴施改善效果更為明顯。趙新等[23]研究指出，面包體積與蛋白質(zhì) (面筋) 含量呈正相關(guān)關(guān)系，而蛋白質(zhì)含量與面包硬度和咀嚼性呈負相關(guān)關(guān)系[24]。蛋白中尤其以谷蛋白作用更大，谷蛋白由高/低分子量的麥谷蛋白亞基構(gòu)成，高分子量谷蛋白亞基的作用具有累加性，含量越高，面粉的烘焙品質(zhì)越好[24]。可見鋅肥通過提高小麥高分子量麥谷蛋白亞基的含量，影響面筋性質(zhì)，從而提高了小麥的烘焙品質(zhì)，使得面包的食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)有所改善。

4 結(jié)論

葉面噴施鋅肥提高了籽粒鋅含量，提高了蛋白質(zhì)、GMP和HMW-GS含量，改善了面包的烘焙品質(zhì)，其中花后5天噴施鋅肥處理比拔節(jié)期噴施作用更顯著，鋅通過促進氮素吸收改善籽粒品質(zhì)。

參 考 文 獻：

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