葉面肥對玉米籽粒中礦物元素的影響分析

李文宗 李衛(wèi)華 徐妙云 王磊

（1. 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院 新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，石河子 832003；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，北京100081）

微量元素在人體與動植物的生長發(fā)育過程中起著重要的作用，但是由于我國地域經(jīng)濟發(fā)展水平的差異，生活習(xí)慣及食品加工方式等因素的影響，最終往往會導(dǎo)致部分人群的“營養(yǎng)不良”即缺乏微量營養(yǎng)素，稱之為“隱形饑餓”［1］。

Fe，Zn，Se三種必須微量元素與人體健康有密切關(guān)系。成人體內(nèi)約有4-5g Fe，其中72%以血紅蛋白、35%以肌紅蛋白、0.2%以其它化合物形式存在，其余為儲備Fe。儲備Fe約占25%，主要以Fe蛋白的形式儲存在肝、脾和骨髓中［2］。Fe在人體代謝過程中有多方面功能，合成血紅蛋白，參與氧的運輸和儲存，參與人體內(nèi)激素的合成，F(xiàn)e還可以促進發(fā)育，增強身體免疫力，調(diào)節(jié)組織呼吸防止疲勞，F(xiàn)e缺乏會嚴重危害人體健康，F(xiàn)e缺乏癥和缺Fe性貧血已經(jīng)成為全球健康問題，導(dǎo)致患者生活質(zhì)量惡化［3-5］。兒童Fe缺乏會造成身高和體重增長緩慢，還可損害兒童的認知能力，這種損傷在補充Fe以后也難以恢復(fù)［6］。

Zn在成人體內(nèi)含量約為2.0-2.5 g，主要聚集在人體的內(nèi)臟、肌肉、血液、骨骼中。Zn參與人體內(nèi)一系列生理代謝，對生長發(fā)育、免疫功能、物質(zhì)代謝和生殖功能等均有重要作用［7-9］。兒童、青少年處于生長發(fā)育期，如果缺Zn會導(dǎo)致發(fā)育不良甚至?xí)?dǎo)致“侏儒癥”和智力發(fā)育不良［10］。成人體內(nèi)缺Zn會導(dǎo)致皮膚粗糙、食欲不振、精神倦怠、青少年男性性腺機能減退、細胞介導(dǎo)的免疫功能障礙以及異常的感覺神經(jīng)變化等［11-12］。

成人體內(nèi)Se總量在3-20 mg，遍布于人體各組織器官和體液中，盡管在體內(nèi)的含量非常低，Se卻起著重要而獨特的作用，因為它是一種被引入蛋白質(zhì)遺傳編碼的因子，作為第21位氨基酸Se代半胱氨酸的組成部分，迄今為止在人類蛋白質(zhì)組中鑒定了25種Se蛋白［13-14］。目前認為有機態(tài)Se才具有生物學(xué)功能，具有抗氧化、調(diào)節(jié)甲狀腺激素代謝、維持維生素C還原態(tài)、抗腫瘤、抗艾滋病和維持正常生育等功能［15-16］。經(jīng)過科學(xué)家?guī)资甑膶嶒炑芯亢蟀l(fā)現(xiàn)，人體的多種疾病都和缺Se有關(guān)系，比如克山病、大骨節(jié)病、貧血、肝炎、糖尿病、癌癥以及腦血管疾病等［17-18］。目前世界上有40多個國家和地區(qū)土壤處于缺Se的水平，我國有一半以上地區(qū)的土壤處于缺Se或低Se狀態(tài)，全球有超過10億人處于Se缺乏狀態(tài)，可見缺Se是一個世界性的問題［19］。植物性食品中的Se是人體Se獲取的重要來源，植物可把土壤環(huán)境中無機形態(tài)的Se轉(zhuǎn)化為生物有機態(tài)Se，其生物活性高，利于人體吸收且安全無副作用［16］，然而在我國很多地區(qū)的人群中僅靠天然植物性食品中的Se并不能滿足人體每天的正常需求量［20］。

鑒于Fe、Zn、Se在人體健康中的重要作用，為了提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量及進一步分析葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其組合對玉米籽粒中Fe、Zn、Se以及其他礦物元素含量的影響，我們使用不同濃度的硫酸亞鐵、硫酸鋅和亞硒酸鈉及其不同組合對京科糯2010（JK2010）進行了葉面噴施處理［21］，并對籽粒中的礦物元素含量進行了分析，旨在為Fe、Zn、Se的生物強化［22］及實際生產(chǎn)應(yīng)用提供新的策略和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

葉面噴施玉米品種為京科糯2010（JK2010），鮮食糯玉米品種，種植于河北廊坊中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所試驗基地，田間管理按常規(guī)方法進行。春播播種至鮮穗采收86 d，株高246.5 cm，穗位91.4 cm。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 京科糯2010（JK2010）種植于河北廊坊中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（萬莊）國際農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，小區(qū)面積180 m2，株行距為30 cm×60 cm。實驗設(shè)計T1（葉面噴施0.2 g/L FeSO4·7H2O Fe肥），T2（葉面噴施 0.5 g/L FeSO4·7H2O Fe肥），T3（葉面噴施0.2 g/L ZnSO4·7H2O Zn肥），T4（葉面噴施 0.5 g/L ZnSO4·7H2O Zn肥），T5（葉面噴施0.02 g/L Na2SeO3Se肥），T6（葉面噴施0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O 混合肥），T7（葉面噴施0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3混合肥），T8（葉面噴施0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3混合肥），T9（葉面噴施0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3混合肥），CK（葉面噴施清水）。

試驗按照隨機區(qū)組法設(shè)計，將不同實驗處理之間有效分離，同時選取生長狀態(tài)好且一致的玉米材料在授粉前的兩個星期，每個星期每個處理噴施一次微肥，共噴施二次。噴施時間為下午六點到七點，葉面噴施均勻到整顆植株的每一片葉片滴水為止，噴施前后兩天天氣晴朗無降雨。

1.2.2 樣品采集與處理 2017年7月26日取JK2010的玉米鮮穗，每個處理隨機取長勢一致的12個鮮穗，剝?nèi)≌麄€鮮穗的玉米籽粒存放于-20℃。將所取籽粒樣品置于60℃烘干箱，烘干至恒重后用研磨儀（上海凈信實業(yè)發(fā)展有限公司）將其研磨成粉末過篩，然后進行元素測定。

1.2.3 測定項目與方法 使用CEM微波消解儀（青島邁可威微波創(chuàng)新科技有限公司），聚四氟乙烯消解罐（上海新諾儀器設(shè)備有限公司），電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）：賽默飛Series XII（賽默飛世爾科技公司），電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：安捷倫 ICP-OES 5100（安捷倫科技有限公司），測定樣品籽粒中 Fe、Zn、Se、Ca、Cu、Mg、Mn、P 8 種元素的含量。

配制不同濃度的Se標準溶液（0.1 μg/L、1.0 μg/L、5.0 μg/L、10.0 μg/L、50.0 μg/L、100.0 μg/L），配制不同濃度的 Fe、Zn、Ca、P、Mg、Cu、Mg、Mn 7種元素混合標準溶液（0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、10.0 mg/L、40 mg/L），建立標準工作曲線。

稱取樣品粉末0.25 g，精確至0.001g，于消解管中，加3 ml硝酸，浸泡過夜，加入2 ml雙氧水，蓋上蓋，再放入微波消解儀內(nèi)，設(shè)置微波系統(tǒng)消解程序（步驟1：設(shè)置溫度120℃，升溫時間5 min，保持時間2 min；步驟2：設(shè)置溫度160℃，升溫時間5 min，保持時間5 min；步驟3：設(shè)置溫度180℃，升溫時間5 min，保持時間5 min；步驟4：設(shè)置溫度190℃，升溫時間5 min，保持時間35 min）開始消解。消解完全結(jié)束后，取出消解管，放置于趕酸儀上，以140℃加熱趕酸至溶液剩余1 mL，取下冷卻至室溫，用水轉(zhuǎn)移入25 mL容量瓶中，定容，混勻備用。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：安捷倫 ICP-OES 5100，測定 Fe、Mg、Ca、Zn、Cu、Mn、P 7種元素的含量，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：ICP-MS賽默飛Series XII測定Se元素的含量。

2 結(jié)果

2.1 葉面噴施Fe、Zn、Se及其組合對玉米籽粒中Fe、Zn、Se元素含量的影響

2.1.1 葉面噴施不同處理的微肥對籽粒中Fe元素含量的影響 為了研究通過葉面噴施Fe、Zn、Se三種微肥對玉米籽粒中Fe元素含量的影響，我們采用不同濃度的三種微肥以及其不同的組合對JK2010進行葉面噴施。T1、T2、T3、T4、T6、T7、T8、T9樣品籽粒中的Fe元素含量相對于CK都有顯著性升高（圖1），T1-T9樣品籽粒中Fe元素含量相對于CK分別增高了14.8%、21.0%、32.1%、18.2%、5.9%、22.2%、32.7%、25.5%和38.6%。以上結(jié)果表明：葉面單獨噴施Fe肥或Zn肥都能明顯提高籽粒中Fe元素的含量，說明葉面噴施Zn肥有利于籽粒中Fe的吸收與積累。葉面單獨噴施Se肥對籽粒中Fe元素的積累影響不大。Fe/Zn、Fe/Se、Zn/Se混合肥以及Fe/Zn/Se混合肥的使用都能顯著性的提高籽粒中Fe元素的含量，尤其是Fe/Zn/Se混合肥效果顯著。

圖1 不同微肥處理條件下JK2010玉米籽粒中Fe元素的含量

2.1.2 葉面噴施不同處理的微肥對籽粒中Zn元素含量的影響 為了研究通過葉面噴施Fe、Zn、Se三種微肥對玉米籽粒中Zn元素含量的影響，我們采用不同濃度的3種微肥及其不同的組合對JK2010進行葉面噴施。T1-T9樣品籽粒中的Zn元素含量相對于CK都有顯著性升高（圖2），分別增高34.1%、18.1%、52.1%、64.7%、26.7%、55.0%、41.4%、58.1%和69.8%。結(jié)果表明：葉面單獨噴施Fe、Zn、Se三種微肥及其組合都能顯著提高籽粒中Zn元素的含量，Se、Fe肥的使用有利于籽粒Zn的吸收與積累。同時我們發(fā)現(xiàn)使用Fe/Zn/Se三者的混合肥使玉米籽粒中Zn元素的含量最高。

圖2 不同微肥處理條件下JK2010玉米籽粒中Zn元素的含量

2.1.3 葉面噴施不同處理的微肥對籽粒中Se元素含量的影響 為了研究通過葉面噴施Fe、Zn、Se三種微肥對玉米籽粒中Se元素含量的影響，我們采用不同濃度的3種微肥以及其不同的組合對JK2010進行葉面噴施。T1-T4樣品籽粒中Se元素的含量相對于CK有明顯降低，分別降低了29.8%、41.7%、67.6%和35.2%；T5、T7、T8、T9樣品籽粒中Se元素的含量相對于CK有顯著性的升高，分別增高了1105.5%、11.2%、316.7%、333.5% 和 1139.9%；T6樣品籽粒中Se元素的含量相對于CK增高11.2%，無顯著性變化（圖3）。結(jié)果表明：葉面單獨噴施Fe、Zn肥對籽粒中Se的積累有抑制作用，但兩者混合噴施時對籽粒中Se的積累并沒有顯著性的影響。葉面單獨噴施Se肥或噴施Se/Zn、Se/Fe、Se/Fe/Zn混合肥時都能極顯著的提高籽粒中Se元素的含量，尤其是使用Fe/Zn/Se三者的混合肥時，籽粒中Se元素的含量最高。

圖3 不同微肥處理條件下JK2010玉米籽粒中Se元素的含量

2.2 葉面噴施Fe、Zn、Se肥對玉米籽粒中其他礦物元素含量的影響

為了分析Fe、Zn、Se肥的使用對玉米籽粒中其它主要礦物元素是否有影響，對不同處理后JK2010玉米籽粒樣品中Ca、Cu、Mn、Mg、P的含量進行了測定。

鈣元素：不同處理后的樣品籽粒中Ca元素的含量相對于對照（CK）都明顯升高（圖4-A），T1-T9樣品籽粒中Ca元素的含量相對于CK分別升高 18.1%、15.1%、18.6%、40.8%、17.3%、23.1%、30.8%、23.1%和31.8%。以上結(jié)果說明葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其組合對玉米籽粒中Ca元素的積累有促進作用。

銅元素：不同處理后的樣品籽粒中Cu元素的含量相對于對照不盡相同（圖4-B），其中T1-T4樣品籽粒中Cu元素的含量相對于CK分別降低46.7%、36.1%、13.8%和27.4%；T5-T9樣品籽粒中Cu元素的含量相對于CK分別升高10.7%、22.8%、20.7%、10.3%和3.1%。結(jié)果說明：葉面單獨噴施Fe、Zn肥能降低籽粒中Cu元素的含量，但當(dāng)葉面噴施Fe/Zn混合肥時對籽粒中Cu元素的積累有部分的促進作用。葉面單獨噴施Se肥或噴施Fe/Zn/Se三混肥對籽粒中Cu元素的含量都沒有顯著性的影響。

鎂元素：不同處理后的樣品籽粒中Mg元素的含量除了T9樣品沒有顯著性的差異以外，其他處理相對于對照（CK）都有升高（圖4-C），T1-T9樣品籽粒中Mg元素的含量相對于CK分別升高12.5%、10.1%、10.8%、14.1%、11.2%、12.6%、11.9%、10.4%和0.9%。說明葉面單獨噴施Fe、Zn、Se肥或噴施Fe/Zn、Fe/Se、Zn/Se雙混肥對玉米籽粒中Mg元素的積累略有促進，但總體上看影響不大。

錳元素：不同處理后的樣品籽粒中Mn元素的含量除了T7樣品籽粒中Mn元素的含量明顯的升高（11.7%）以外，其他處理相對于對照（CK）差異不明顯（圖4-D），說明總體上Mn元素受Fe、Zn、Se肥的影響不大。

磷元素：不同處理后的樣品籽粒中P元素的含量除了T9樣品沒有顯著性的差異以外，其他處理相對于對照（CK）都顯著升高（圖4-E），其中T1-T8樣品籽粒中P元素的含量相對于CK分別升高13.4%、9.5%、11.5%、11.6%、7.4%、7.9%、7.1%和6.2%，T9樣品籽粒中P元素的含量相對于CK降低0.1%。說明葉面單獨噴施Fe、Zn、Se肥或噴施Fe/Zn、Fe/Se、Zn/Se雙混肥對玉米籽粒中P元素的積累略有促進，但總體上看影響不大。

3 討論

目前，玉米葉面噴施Fe、Zn、Se肥對籽粒中礦物元素影響的研究報道相對較少。昝亞玲等［23］研究報道，葉面噴施Fe、Zn、Se時，玉米籽粒Fe、Zn、Se含量明顯增加。張紀元等［24］研究報道，噴施Fe、Zn、Se 3種微肥對小麥籽粒中Fe含量無顯著影響，但顯著提高了籽粒的Zn和Se含量。劉春菊等［25］研究報道，葉面噴施Se肥可以提高鮮食玉米中的Se富集量。孟麗梅等［26］研究報道，通過葉面噴施Fe、Zn、Se后小麥籽粒中這3種微量元素的含量均有較顯著提高，對籽粒Se含量提高最為明顯。本研究結(jié)果顯示，通過葉面噴施Fe、Zn、Se肥能顯著提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se含量且相對于CK最高分別增加了38.6%，69.8%，1139.9%。

圖4 不同微肥處理對JK2010籽粒中Ca（A）、Cu（B）、Mn（C）、Mg（D）、P（E）元素含量的影響

目前通過玉米葉面噴施Fe、Zn、Se肥對籽粒中Fe、Zn、Se 3種元素的互相吸收影響機制還不明確。王麗等［27］研究報道，小麥籽粒中Fe、Zn、Se 3種元素的吸收相互影響，F(xiàn)e對Zn單向拮抗，Zn與Se，F(xiàn)e與Se相互促進。魯璐等［28］研究報道，小麥中Fe、Zn、Se 3種元素的吸收會相互影響，其中Zn、Fe兩種元素互相促進吸收，Zn、Fe與Se則相互拮抗。本研究結(jié)果顯示，玉米籽粒中Fe、Zn、Se 3種元素的吸收亦相互影響，F(xiàn)e與Zn相互促進吸收，Se單向促進Zn的吸收，F(xiàn)e與Zn都對Se的積累有抑制作用。

葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其不同組合對籽粒中Ca、Cu、Mg、Mn、P元素含量的影響的研究也少有報道。尚慶茂等［29］研究報道，增加營養(yǎng)液中的Se水平促進了生菜對磷的吸收。李登超等［30］研究發(fā)現(xiàn)施Se肥降低了磷含量。本研究結(jié)果顯示，葉面噴施Fe、Zn、Se肥及其組合能促進玉米籽粒中Ca元素的積累，對籽粒中Cu元素的積累比較復(fù)雜，對玉米籽粒中Mn、Mg、P等元素的含量影響不大。本實驗研究結(jié)果為玉米礦物元素吸收轉(zhuǎn)運機制的相關(guān)研究提供了新的數(shù)據(jù)，為作物營養(yǎng)強化提供給了新的思路。

4 結(jié)論

通過葉面噴施Fe、Zn、Se及其組合能顯著增加玉米籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量，達到了在玉米籽粒中強化Fe、Zn、Se的目的。通過對不同噴施組合處理方法的研究，發(fā)現(xiàn)Fe/Zn/Se混合肥在提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se含量的效果最好。

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