不同粒色小麥籽粒鐵鋅含量和生物有效性及其對(duì)氮磷肥的響應(yīng)

黃 鑫 李耀光 孫 婉 侯俊峰 馬 英 張 劍 馬冬云,3,* 王晨陽,3 郭天財(cái)

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不同粒色小麥籽粒鐵鋅含量和生物有效性及其對(duì)氮磷肥的響應(yīng)

黃 鑫1,**李耀光1,**孫 婉1侯俊峰1馬 英1張 劍2馬冬云1,3,*王晨陽1,3郭天財(cái)1

1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/ 國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心, 河南鄭州 450046;2河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院, 河南鄭州 450046;3河南農(nóng)業(yè)大學(xué)/ 省部共建小麥玉米作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河南鄭州 450046

明確不同粒色小麥籽粒鐵鋅含量和生物有效性及其對(duì)氮磷肥配施的響應(yīng), 對(duì)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)具有重要意義。本文以6個(gè)不同粒色(白粒、紅粒和黑粒)小麥品種為材料, 在大田條件下研究了不同氮磷肥配比(N1: 90 kg N hm–2; N2: 240 kg N hm–2; P1: 60 kg P2O5hm–2; P2: 209 kg P2O5hm–2)對(duì)小麥產(chǎn)量、籽粒鐵鋅含量及其生物有效性的影響。結(jié)果表明, 不同品種籽粒鐵鋅含量和積累量存在年際間差異, 黑粒小麥具有較高的鐵鋅生物有效性。小麥籽粒產(chǎn)量、鐵鋅含量及積累量在N2P1處理下最高; 鐵鋅生物有效性在N2P2或N2P1處理下最高, 兩處理之間沒有顯著差異。紅粒小麥揚(yáng)麥15和揚(yáng)麥22在N2P1水平下籽粒鐵鋅含量及其積累量最高, N2P2次之; 黑粒小麥周黑麥1號(hào)和紫麥1號(hào)在N2P2水平下鐵含量及其積累量最高, N2P1次之; 不同品種的鐵鋅生物有效性多數(shù)在N2P1或N2P2水平下最高, 表明適量增施氮肥, 有利于提高籽粒產(chǎn)量、鐵鋅含量及其生物有效性。在本試驗(yàn)條件下綜合考慮產(chǎn)量和效率, N2P1 (240 kg N hm–2、60 kg P2O5hm–2)處理對(duì)提高產(chǎn)量、增加籽粒鐵鋅含量及其生物有效性效果最佳。

小麥; 氮磷配施; 籽粒產(chǎn)量; 鐵鋅含量; 生物有效性

礦質(zhì)元素鐵鋅與人體健康密切相關(guān), 鐵鋅缺乏引起的“隱性饑餓”已成為影響人類身體健康的重要問題[1-2]。微量營(yíng)養(yǎng)元素缺乏不僅與其在食用谷物中的含量有關(guān), 也與其生物有效性有關(guān)。植酸是一種“抗?fàn)I養(yǎng)因子”, 常與鋅、鐵等離子形成鹽, 造成這些礦質(zhì)元素生物有效性降低[3-4]。小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物, 提高小麥籽粒鐵、鋅元素含量及其生物有效性, 對(duì)解決中國(guó)居民尤其是貧困地區(qū)居民由于鐵鋅缺乏造成的健康問題有重要意義。

小麥籽粒鐵、鋅含量受2~5個(gè)遺傳力中等的基因控制[5], 影響籽粒鐵鋅含量的基因可能位于5B、6A和6B染色體上[5-6]。一些小麥親源種具有高的鐵、鋅含量, 可以作為普通小麥鐵、鋅生物強(qiáng)化的親本材料[7-8]。一些學(xué)者嘗試通過土壤施用或根外追施營(yíng)養(yǎng)元素的方式來提高谷物中鐵、鋅等礦質(zhì)元素含量[9-10]。曹玉賢等[11]研究表明, 在小麥生長(zhǎng)后期噴施鋅肥是提高潛在性缺鋅土壤小麥籽粒鋅含量和生物有效性較為經(jīng)濟(jì)的方式。葉面噴施氮鋅肥可以提高小麥籽粒中鐵鋅含量及其生物有效性[12]。

氮、磷是構(gòu)成生物體的重要必需元素, 施用氮、磷肥既影響小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)性狀, 也對(duì)籽粒鐵、鋅含量有調(diào)控作用。Kutman等[10,13]研究表明, 土壤氮供應(yīng)可顯著提高植株和籽粒中鐵含量, 施用氮肥是提高籽粒鐵、鋅含量的有效農(nóng)藝措施。常旭虹等[14]也報(bào)道在施氮量0~360 kg hm-2范圍內(nèi), 氮肥能促進(jìn)小麥吸收土壤中的鐵、鋅元素。施用磷肥對(duì)小麥鐵、鋅含量的影響與施用氮肥不同, 土壤中高磷含量可以抑制鋅元素從根系向葉片轉(zhuǎn)運(yùn), 從而導(dǎo)致作物鋅缺乏[15]。Ryan等[16]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 磷肥使小麥籽粒中鋅含量下降33%~39%, 而使植酸含量增加19%。買文選等[17]認(rèn)為, 相對(duì)于鋅肥, 磷肥對(duì)小麥籽粒植酸/鋅摩爾比的影響更大。目前, 氮磷肥配施影響小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的研究較多[18-20], 但缺乏氮磷肥配施對(duì)小麥籽粒鐵鋅含量及其生物有效性的研究。

近年來, 有色小麥, 尤其是黑粒小麥, 因其具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而受到消費(fèi)者關(guān)注。黑粒小麥籽粒的蛋白質(zhì)和酚酸含量較高, 并具有抗氧化活性[21-23], 同時(shí), 籽粒的礦質(zhì)元素豐富, 鐵、鉬、鋅等元素比普通白色小麥分別高1348.6%、460.9%和45.0%[24], 是一種高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的新型食品加工原料。本研究以白粒、紅粒和黑粒小麥品種為材料, 研究不同氮磷肥配施方案對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的影響, 以及在不同施肥方案下小麥籽粒中鐵、鋅元素含量及其生物有效性, 為小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2013—2014和2014—2015年度在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教示范園區(qū)進(jìn)行田間試驗(yàn), 試驗(yàn)田土質(zhì)為潮土, 0~20 cm耕層土壤含有機(jī)質(zhì)17.5 g kg-1、全氮0.93 g kg-1、速效磷18.83 mg kg-1、速效鉀252.6 mg kg-1。采用裂區(qū)設(shè)計(jì), 氮磷肥配施處理為主區(qū), 其中氮肥(純N)水平為90 kg hm-2(N1)和240 kg hm-2(N2), 磷肥(P2O5)水平為60 kg hm-2(P1)和209 kg hm-2(P2), 兩者組合共4種配施處理; 品種為副區(qū), 選用白粒(豫麥49-198和鄭麥366)、紅粒(揚(yáng)麥15和揚(yáng)麥22)和黑粒(周黑麥1號(hào)和紫麥1號(hào)) 3種類型共6個(gè)品種。小區(qū)3次重復(fù)。各品種播種期和籽粒灌漿期等信息見附表1。播前施用全部磷肥(磷酸二氫銨, 含P2O561%, 含N 11.8%)和50%氮肥(尿素, 含N 46%), 其余50%氮肥于拔節(jié)期結(jié)合澆水追施。在拔節(jié)和開花期各灌水750 m3hm-2。成熟期取各小區(qū)1 m雙行植株考種, 同時(shí)收獲9 m2樣方, 人工脫粒后測(cè)產(chǎn), 折合為公頃產(chǎn)量。

1.2 籽粒中鐵、鋅含量測(cè)定

采用Cyclotec 1093旋風(fēng)磨(FOSS, 瑞士)磨粉。稱0.2 g全粉, 加10 mL濃HNO3, 在MW800微波消解儀(Aurora, 加拿大)中消解至完全呈均勻溶液, 然后再用2% HNO3定容至10 mL, 最后使用Optima 2100DV ICP-AES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(PerkinsElmer, 美國(guó))測(cè)定溶液中鐵、鋅含量。

1.3 籽粒中植酸含量測(cè)定

參考褚西寧等[25]描述的聯(lián)吡啶方法測(cè)定植酸含量。稱取0.05 g小麥粉, 溶于10 mL提取液(0.02%硫酸鐵銨和 0.2 mol L-1HCl), 煮沸30 min, 4℃冰浴15 min, 然后于4000 ×離心30 min后取上清液, 加聯(lián)吡啶, 測(cè)定519 nm處吸光值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。采用線性模型多因素方差分析方法, 分析品種、肥料處理的影響效應(yīng); 同時(shí)采用Duncan’s多重比較分析不同品種、肥料處理之間差異顯著性。施肥處理和品種對(duì)所有測(cè)試指標(biāo)的影響均達(dá)到顯著水平(附表2); 施肥處理與品種的互作對(duì)千粒重(< 0.05)、籽粒鐵鋅含量、植酸/鐵摩爾比、植酸/鋅摩爾比的影響達(dá)到顯著水平(< 0.01)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒色小麥籽粒產(chǎn)量差異及其對(duì)氮磷肥配施的響應(yīng)

綜合兩年結(jié)果可見, 黑粒小麥品種的穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量低于白粒和紅粒品種。白粒小麥豫麥49-198和鄭麥366穗數(shù)較高, 黑粒小麥周黑麥1號(hào)和紫麥1號(hào)則較低; 豫麥49-198的穗粒數(shù)最低, 顯著低于其他品種; 兩個(gè)黑粒小麥品種的千粒重較低, 尤其是周黑麥1號(hào), 平均38.8 g, 顯著低于其他品種(表1)。

高氮條件下(N2P1和N2P2)穗數(shù)較高, 表明增施氮肥可以提高小麥穗數(shù)。穗粒數(shù)在低氮高磷(N1P2)處理下較低。兩年平均產(chǎn)量以高氮低磷(N2P1)條件下最高, 且顯著高于其他處理; 其次為高氮高磷(N2P2)處理, 產(chǎn)量也顯著高于2個(gè)低氮處理(表2)。高氮處理的產(chǎn)量較高, 與磷肥配施則年份間不盡一致, 初步認(rèn)為N2P1處理有利于小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

2.2 不同粒色小麥籽粒鐵鋅含量和積累量差異及其對(duì)氮磷肥配施的響應(yīng)

黑小麥籽粒鐵鋅含量較高(表3), 特別是紫麥1號(hào)鐵平均含量(56.1 mg kg–1)顯著高于其他品種; 其鋅含量也較高, 平均為37.1 mg kg–1。平均鐵鋅積累量在不同品種之間沒有顯著差異。不同品種鐵鋅含量及積累量存在年際間差異, 其中2014年紫麥1號(hào)鐵含量(63.7 mg kg–1)顯著高于其他品種, 其次為周黑麥1號(hào)(55.0 mg kg–1); 而鋅含量則以周黑麥1號(hào)最高(36.5 mg kg–1), 紫麥1號(hào)次之。2015年周黑麥1號(hào)籽粒鐵含量最高(50.9 mg kg–1), 而紫麥1號(hào)鋅含量最高(38.5 mg kg–1)。2014年鐵鋅積累量分別以紫麥1號(hào)和周黑麥1號(hào)最高; 而2015年則以揚(yáng)麥15鐵積累量最高, 鋅積累量在不同品種之間沒有顯著差異。

表1 不同粒色小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。

Values within the same column followed by a different letter are significantly different at< 0.05. SN: spike number; GNS: grain number per spike; TKW: thousand-kernel weight.

表2 氮磷肥配施對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

N1和N2分別代表施氮(N)量90 kg hm–2和240 kg hm–2, P1和P2分別代表施磷(P2O5)量60 kg hm–2和209 kg hm–2; 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。

N1 and N2 represent N application rate of 90 kg hm–2and 240 kg hm–2, and P1 and P2 represent P2O5application rate of 60 kg hm–2and 209 kg hm–2, respectively; Values within the same column followed by a different letter are significantly different at< 0.05. SN: spike number; GNS: grain number per spike; TKW: thousand-kernel weight.

表3 不同粒色小麥籽粒鐵鋅含量及積累量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。

Values within the same column followed by a different letter are significantly different at< 0.05.

籽粒鐵鋅含量和積累量均在高氮處理下(N2P1和N2P2)較高, 而在低氮處理下(N1P1和N1P2)較低(表4), 表明增施氮肥可以提高籽粒鐵鋅含量及其積累量。在低氮水平(N1)下増施磷肥, 可以提高籽粒鐵含量和積累量; 而高氮(N2)水平下増施磷肥對(duì)鐵含量無顯著影響。籽粒鋅含量和積累量隨著磷肥用量的增加呈下降趨勢(shì)。

表4 氮磷肥配施對(duì)籽粒鐵鋅含量及積累量的影響

N1和N2分別代表施氮(N)量90 kg hm–2和240 kg hm–2, P1和P2分別代表施磷(P2O5)量60 kg hm–2和209 kg hm–2; 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。

N1 and N2 represent N application rate of 90 kg hm–2and 240 kg hm–2, and P1 and P2 represent P2O5application rate of 60 kg hm–2and 209 kg hm–2, respectively. Values within the same column followed by a different letter are significantly different at< 0.05.

不同品種鐵鋅含量和積累量對(duì)氮磷配施的響應(yīng)存在差異(附表3)。2014年所有品種籽粒鐵含量均在N1P1水平下最低, 但不同品種籽粒鐵含量的最高值所要求的氮磷配比不同。2015年也表現(xiàn)為相似的結(jié)果, 其中2個(gè)黑小麥在N2P2處理下籽粒鐵含量顯著高于其他處理, 而揚(yáng)麥15和揚(yáng)麥22則在N2P1水平下較高, 白粒小麥豫麥49-198則表現(xiàn)為N1P1水平顯著低于其他處理。2014年和2015年結(jié)果均表明籽粒鋅含量在N2P1水平下最高。不同品種籽粒鐵鋅積累量分別以N2P1或N2P2處理水平下最高, 但處理之間存在品種以及年際之間的差異顯著性。2014年紫麥1號(hào)在N2P2水平下鐵積累量最高(532.9 g hm–2), 但與N2P1沒有顯著差異; 豫麥49-198在N2P1水平下鋅積累量顯著高于其它處理(327.9 g hm–2)。2015年籽粒鐵鋅積累量均以揚(yáng)麥15在N2P1水平下最高, 分別為511.3 g hm–2和306.8 g hm–2。

2.3 不同粒色小麥籽粒鐵鋅生物有效性差異及其對(duì)氮磷肥配施的響應(yīng)

籽粒中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的生物有效性用植酸/礦質(zhì)元素的摩爾比來估計(jì), 摩爾比越低, 生物有效性越高。黑粒小麥植酸/鋅和植酸/鐵摩爾顯著低于紅粒和白粒小麥, 說明黑粒小麥具有較高的鐵、鋅生物有效性。2013–2014年度兩個(gè)黑小麥品種的植酸/鐵和植酸/鋅摩爾比均顯著低于其他品種; 2014–2015年度僅紫麥1號(hào)的植酸/鋅摩爾比(37.67)顯著低于其他品種(表5)。

不管在低磷水平(P1)還是高磷水平(P2)下, 增施氮肥均顯著降低了植酸/鋅和植酸/鐵的摩爾比(表6), 表明增施氮肥有助于提高籽粒鐵和鋅生物有效性。在低氮水平(N1)下, 增施磷肥顯著降低了植酸/鐵摩爾比, 但增加了植酸/鋅摩爾比; 而在高氮水平(N2)下, 增施磷肥對(duì)鐵和鋅生物有效性沒有顯著影響。

不同品種鐵鋅生物有效性對(duì)氮磷配施的響應(yīng)存在差異(附表2), 其中豫麥49-198在2014年和2015年均在N2P2水平下植酸/鐵和植酸/鋅摩爾比最低; 揚(yáng)麥15年則均在N2P1下最低。兩個(gè)黑小麥品種籽粒植酸/鐵摩爾比則均在N2P2處理下最低, 而植酸/鋅摩爾比則2014年和2015年分別在N2P1和N2P2處理下最低。

表5 不同粒色小麥籽粒鐵鋅生物有效性

PA: 植酸; PA/Fe: 植酸/鐵摩爾比; PA/Zn: 植酸/鋅摩爾比; 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示品種間差異顯著(< 0.05)。

PA: phytic acid; PA/Fe: phytic acid/iron molar ratio; PA/Zn: phytic acid/zinc molar ratio. Values within the same column followed by a different letter are significantly different at< 0.05.

表6 氮磷肥配施對(duì)籽粒鐵鋅生物有效性的影響

N1和N2分別代表施氮(N)量90 kg hm–2和240 kg hm–2, P1和P2分別代表施磷(P2O5)量60 kg hm–2和209 kg hm–2; PA: 植酸; PA/Fe: 植酸/鐵摩爾比; PA/Zn: 植酸/鋅摩爾比; 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。

N1 and N2 represent N application rate of 90 kg hm–2and 240 kg hm–2, and P1 and P2 represent P2O5application rate of 60 kg hm–2and 209 kg hm–2, respectively. PA: phytic acid; PA/Fe: phytic acid/iron molar ratio; PA/Zn: phytic acid/zinc molar ratio; Values within the same column followed by a different letter are significantly different at< 0.05.

3 討論

3.1 不同小麥品種籽粒鐵鋅含量及其生物有效性差異

張勇等[26]對(duì)中國(guó)北方冬麥區(qū)小麥測(cè)定表明, 鐵和鋅含量分別為32.5~65.6 mg kg–1和19.9~43.9 mg kg–1。本研究中鐵鋅含量分別為35.99~77.98 mg kg–1和26.08~42.81 mg kg–1; 不同品種籽粒鐵鋅含量的較大差異為選擇富含礦質(zhì)元素和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的小麥提供了可能。近年來, 黑小麥品種的育成和推廣引起了人們廣泛關(guān)注, 黑小麥(彩麥)籽粒中多種礦質(zhì)元素含量顯著高于普通小麥[27-28]。而郝志等[29]認(rèn)為種皮色素含量與鐵、鋅、銅含量相關(guān)性不顯著, 粒色不能成為判斷小麥籽粒富含鐵鋅等主要有益礦質(zhì)元素的指標(biāo)。本研究?jī)赡暝囼?yàn)結(jié)果平均值表明, 兩個(gè)黑小麥品種具有相對(duì)較高的鐵鋅含量; 但是否所有黑小麥均具有較高的鐵鋅含量需要在相同試驗(yàn)條件下選用較多的品種來進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)本研究中黑小麥籽粒鐵鋅含量最高分別較普通小麥(非黑小麥)高23%和14%, 而已有報(bào)道黑小麥(漯珍1號(hào))籽粒中鐵和鋅含量比普通小麥高1348.6%和45.0%[23],這種差異主要原因可能在于所選用黑小麥品種的不同; 另外一個(gè)原因在于普通對(duì)照品種的選擇; 同時(shí)種植環(huán)境也對(duì)含量有顯著影響。蘇東民等對(duì)漯珍1號(hào)的測(cè)定表明籽粒中鐵鋅含量稍低于對(duì)照[30], 這也進(jìn)一步表明比較不同品種礦質(zhì)元素含量差異應(yīng)該基于相同種植環(huán)境。本研究中黑小麥具有較高的鐵鋅生物有效性, 可以作為一種富含營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食品原料。籽粒產(chǎn)量和鐵鋅含量決定其積累量高低, 2個(gè)黑小麥品種鐵鋅積累量在2014年相對(duì)較高, 但在2015年則低于其他品種, 積累量的這種差異主要在于其產(chǎn)量的下降。在本試驗(yàn)條件下, 2014年黑小麥產(chǎn)量與其他品種并沒有顯著差異, 但在2015年顯著低于其他品種, 這可能是由于2014年灌漿期較長(zhǎng), 籽粒重較高, 而2015年后期溫度較高, 灌漿期較2014年短, 因而粒重下降較明顯; 同時(shí)從產(chǎn)量構(gòu)成分析發(fā)現(xiàn), 黑小麥成穗數(shù)較低, 這也是其產(chǎn)量較低的原因, 因此增加穗數(shù), 保證后期粒重有利于提高黑小麥鐵鋅積累量。

3.2 小麥籽粒鐵鋅含量及其生物有效性對(duì)氮磷肥的響應(yīng)

小麥籽粒礦質(zhì)元素含量受基因型(品種)影響, 同時(shí)栽培措施和種植環(huán)境對(duì)其有顯著的調(diào)控效應(yīng)。常旭虹等[13]認(rèn)為栽培環(huán)境對(duì)小麥籽粒微量元素含量的影響甚至大于遺傳因素。盡管有部分研究結(jié)果表明高氮處理在增加籽粒鋅含量的同時(shí)會(huì)抑制鐵的吸收[31]。但多數(shù)研究者[13-14,32]認(rèn)為増施氮肥顯著提高小麥籽粒鐵鋅含量。本研究結(jié)果表明增施氮肥可以顯著提高籽粒鐵鋅含量, 尤其是在低磷水平下, 這與已有結(jié)果相一致[10]。這主要是由于增加氮供應(yīng)提高了根系對(duì)土壤中鋅的吸收, 并促進(jìn)了鋅從葉向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[33]。Syltie等[34]認(rèn)為單施磷肥能提高籽粒產(chǎn)量和磷鉀含量, 但減少蛋白質(zhì)和鋅含量。本試驗(yàn)在低氮水平下增施磷肥提高籽粒鐵含量, 但在相對(duì)高氮水平下(N2)并沒有明顯的趨勢(shì)。這可能由于在低氮水平下, 增施磷肥可以促進(jìn)植株生長(zhǎng), 相應(yīng)增加鐵吸收; 而在高氮促進(jìn)植株生長(zhǎng)的前提下, 增施磷肥對(duì)鐵吸收或轉(zhuǎn)運(yùn)并沒有明顯促進(jìn)作用; 關(guān)于氮磷肥對(duì)植株鐵吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響有待進(jìn)一步探討。已有研究認(rèn)為土壤中磷元素含量較高可以抑制鋅從根系向莖鞘和葉中轉(zhuǎn)運(yùn)[15-16]。本研究也發(fā)現(xiàn)在相同氮水平下, 増施磷肥籽粒鋅含量有降低趨勢(shì); 鐵和鋅對(duì)于磷肥施用響應(yīng)的差異, 一方面反映了植株對(duì)不同礦質(zhì)元素吸收要求的環(huán)境可能不同, 另一方面也表明合理肥料運(yùn)籌才能達(dá)到籽粒營(yíng)養(yǎng)元素平衡。合理氮磷肥配施對(duì)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有重要作用, 惠曉麗等[35]認(rèn)為相對(duì)與單一氮肥和磷肥, 氮磷配施可以提高小麥籽粒產(chǎn)量和鋅含量, 建議合理氮磷配施(N 160 kg hm–2, P2O5100 kg hm–2)是黃土高原旱地石灰性土壤上實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的較佳施肥方案。在本試驗(yàn)條件下, 多數(shù)小麥品種鋅鐵含量及其積累量均在N2P1條件下最高。河南省高產(chǎn)灌溉農(nóng)田施氮量在0~360 kg N hm–2之間, 小麥籽粒蛋白質(zhì)含量隨施氮量增加而增加, 但綜合考慮高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)(加工品質(zhì))高效的氮肥用量一般在225~270 kg N hm–2; 而90~180 kghm–2是潮土區(qū)小麥高產(chǎn)與環(huán)境友好雙贏的磷肥施用量[36]。本研究不僅在于增加小麥產(chǎn)量、同時(shí)考慮提高籽粒鐵鋅含量和其生物有效性; 已有研究表明增施氮肥可以提高籽粒鐵鋅生物有效性[37]; 但是增施磷肥籽粒植酸含量以及植酸/鋅摩爾比增加[38]。本文所有參試品種鐵鋅生物有效性均在N2P1或N2P2水平下最高(多數(shù)情況下兩者并無顯著差異)。在高磷水平下(P2)籽粒鐵鋅生物有效性并沒有明顯下降, 這可能一是由于高氮提高了籽粒中鐵鋅含量, 二是由于本試驗(yàn)條件土壤有效磷供應(yīng)充足, 過量磷肥并沒有明顯效果。綜合考慮產(chǎn)量、鐵鋅含量、生物有效性以及環(huán)境可持續(xù)性, 以N2P1 (270 kg N hm–2, 60 kg P2O5hm–2)為最佳施肥方案。

4 結(jié)論

品種、氮磷配施及其交互作用對(duì)籽粒鐵、鋅含量及其生物有效性均有顯著影響。黑粒小麥籽粒具有較高的鐵鋅生物有效性。增施氮肥在增加籽粒產(chǎn)量的同時(shí), 提高籽粒鐵鋅含量及其生物有效性。綜合考慮, 以270 kg N hm–2和60 kg P2O5hm–2為研究區(qū)域最佳氮磷配施方案。

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附表1 不同品種在2014和2015年度生育時(shí)期

Supplementary table 1 Developmental stages of wheat cultivars during growing periods in 2014 and 2015

品種Cultivar播期Sowing date(month/day)開花期Flowering date(month/day)收獲期Harvest date(month/day)灌漿期Grain filling duration(d) 2013–2014 豫麥49-198 Yumai 49-19810/164/215/3140 鄭麥366 Zhengmai 36610/164/185/2941 揚(yáng)麥15 Yangmai 1510/234/185/2941 揚(yáng)麥22 Yangmai 2210/234/185/2941 周黑麥1號(hào) Zhouheimai 110/164/215/3140 紫麥1號(hào) Zimai 110/164/215/3140 2014–2015 豫麥49-198 Yumai 49-19810/154/296/335 鄭麥366 Zhengmai 36610/154/255/3136 揚(yáng)麥15 Yangmai 1510/224/255/3136 揚(yáng)麥22 Yangmai 2210/224/255/3136 周黑麥1號(hào) Zhouheimai 110/154/296/335 紫麥1號(hào) Zimai 110/154/296/335

附表2 產(chǎn)量及籽粒鐵鋅含量方差分析(均方)

Supplementary table 2 Variance analysis (mean square) of yield, Fe and Zn contents of wheat grain

變異來源Source穗數(shù)Spike number穗粒數(shù)GNS千粒重TKW產(chǎn)量Yield鐵含量Fe content鋅含量Zn content植酸/鐵PA/Fe植酸/鋅PA/Zn 年份 Year (Y)1944.0350.7*476.8*7812861.2*6070.5**108.9**0.3923.4** 肥料 Fertilization (F)54607.7*246.4*41.6*6809056.7*1519.0**430.6**61.3**1102.7** 品種 Cultivar (C)28771.5*1119.2*202.1*1434103.0*400.9*45.2**40.8**59.4** F×Y12702.4*54.928.7*612532.72017.9**263.7**16.9171.7** Y×C13975.0*54.215.0*674687.9*337.9*26.17.6**75.6** F×C17702.2359.310.4*346523.7479.7**42.9**7.6**23.6** F×Y×C45591.5*314.910.0*456607.8266.0*64.6**6.746.9**

*和**分別表示在0.05和0.01概率水平顯著。

*and**indicate significance at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. GNS: grain number per spike; TKW: thousand-kernel weight; PA: phytic acid.

附表3 氮磷肥配施條件下小麥籽粒鐵、鋅含量和積累量及其生物有效性

Supplementary table 3 Contents and accumulations of Fe and Zn in wheat grains and their bioavailability under combined nitrogen and phosphorus fertilization

品種類型Cultivartype品種名稱Cultivarname處理Treatment鐵含量Fe content(mg kg-1)鋅含量Zn content(mg kg-1)鐵積累量Fe accumulation(g hm-2)鋅積累量Zn accumulation(g hm-2)植酸/鐵PA/Fe植酸/鋅PA/Zn 2013–2014 白粒豫麥49-198N1P138.13 b27.26 d226.7 b162.0 c33.96 a55.13 a White-grainYumai 49-198N2P157.12 a40.43 a463.3 a327.9 a28.92 b47.43 ab N1P256.15 a31.29 cd365.0 a203.4 bc26.63 bc55.47 a N2P256.31 a34.58 b391.0 a240.1 b24.02 c45.40 b 鄭麥366N1P137.68 b36.49 b257.5 c249.3 bc34.36 a41.19 c Zhengmai 366N2P158.90 a38.90 a476.1 a314.4 a25.52 bc44.85 c N1P252.88 a27.43 d354.0 bc183.6 c27.22 b60.92 a N2P262.42 a33.03 c456.0 ab241.3 bc23.62 c51.80 b 紅粒揚(yáng)麥15N1P149.49 b31.85 c342.3 b220.3 c29.76 b53.68 a Red-grainYangmai 15N2P168.24 a39.03 a494.7 a282.9 a22.66 c44.95 b N1P243.45 b32.49 c288.5 b215.7 c32.70 a50.76 a N2P245.47 b37.41 b319.5 b262.9 b32.07 a45.24 b 揚(yáng)麥22N1P140.94 b31.32 c265.0 c202.7 b30.24 a45.90 b Yangmai 22N2P160.04 a36.74 a475.9 a288.8 a20.81 d39.81 c N1P258.85 a27.92 d415.2 ab197.0 b26.80 b65.58 a N2P259.19 a37.94 a356.8 b228.7 b25.39 bc45.99 b 黑粒周黑麥1號(hào)N1P146.28 c36.53 b334.2 c263.8 a32.09 a47.18 a Black-grainZhouheimai 1N2P152.35 b39.46 a362.0 b272.9 a24.69 b38.02 b N1P255.69 b35.58 bc374.4 b239.2 a22.9 bc41.60 ab N2P260.55 a34.23 c498.9 a260.5 a19.21 c42.70 ab 紫麥1號(hào)N1P142.27 b36.76 bc268.9 c233.8 ab32.74 a43.70 b Zimai 1N2P163.66 a40.39 a456.2 ab289.5 a21.73 b39.76 bc N1P271.04 a29.28 c434.1 b178.9 b18.99 bc53.49 a N2P277.98 a35.84 bc532.9 a244.9 ab16.29 c41.15 b

(續(xù)附表3)

品種類型Cultivartype品種名稱Cultivarname處理Treatment鐵含量Fe content(mg kg-1)鋅含量Zn content(mg kg-1)鐵積累量Fe accumulation(g hm-2)鋅積累量Zn accumulation(g hm-2)植酸/鐵PA/Fe植酸/鋅PA/Zn 2014–2015 白粒豫麥49-198N1P135.99 b31.66 a215.2 b189.2 a34.33 a45.29 a White-grainYumai 49-198N2P149.79 a40.68 a328.6 a268.5 a23.69 c33.65 bc N1P251.65 a35.07 a329.1 a223.4 a25.51 bc43.61 a N2P257.34 a38.99 a381.7 a259.0 a17.33 d29.58 c 鄭麥366N1P140.12 b29.16 a231.4 b168.6 b32.38 a51.71 a Zhengmai 366N2P154.13 ab40.04 a391.3 a289.3 a20.94 c32.86 b N1P248.11 ab32.63 a306.6 ab208.0 ab26.14 bc44.73 ab N2P255.48 a38.93 a415.3 a291.2 a20.08 d33.22 b 紅粒揚(yáng)麥15N1P141.11 b30.81 b272.9 b204.5 b31.35 a48.56 a Red-grainYangmai 15N2P168.88 a41.33 a511.3 a306.8 a18.10 b35.03 b N1P246.92 ab31.17 b326.7 b217.0 b29.54 ba51.63 a N2P235.89 b37.48 ab234.5 b244.9 ab32.36 a35.97 b 揚(yáng)麥22N1P138.03 b31.43 b218.0 c180.2 b32.61 a45.81 a Yangmai 22N2P155.16 a39.37 a425.6 a303.7 a21.28 c34.62 b N1P239.06 b29.19 b240.2 b179.5 b31.88 a49.53 a N2P239.94 b36.81 ab269.6 b248.4 ab26.74 c33.68 b 黑粒周黑麥1號(hào)N1P140.68 c36.64 a197.1 c177.5 b32.62 a42.04 ab Black-grainZhouheimai 1N2P150.24 b38.53 a339.7 ab260.5 a23.93 c36.22 b N1P252.62 b27.68 b319.8 b168.2 b23.74 b52.37 a N2P259.95 a37.34 a367.7 a229.0 ab18.04 c33.63 b 紫麥1號(hào)N1P142.01 c31.75 c181.5 b144.0 b31.89 a46.65 a Zimai 1N2P148.98 b42.81 b336.7 a294.3 a21.48 c28.52 b N1P242.86 bc26.0 8c216.2 b131.5 b27.57 ab52.60 a N2P260.30 a53.46 a377.71 a294.9 a17.52 c22.94 b

N1和N2分別代表施氮(N)量90 kg hm-2和240 kg hm-2和P1和P2分別代表施磷(P2O5)量60 kg hm-2和209 kg hm-2。數(shù)據(jù)是小區(qū)重復(fù)的平均值(= 3), 數(shù)據(jù)后不同字母表示相同品種不同處理間差異顯著(< 0.05)。

N1 and N2 represent N application rate of 90 kg hm-2and 240 kg hm-2, and P1 and P2 represent P2O5application rate of 60 kg hm-2and 209 kg hm-2, respectively. Data are the means of plots (= 3). Different letters after means indicate significant difference (< 0.05) among treatments under the same cultivar.

Variation of Grain Iron and Zinc Contents and Their Bioavailability of Wheat Cultivars with Different-colored Grains under Combined Nitrogen and Phosphorus Fertilization

HUANG Xin1,**, LI Yao-Guang1,**, SUN Wan1, HOU Jun-Feng1, MA Ying1, ZHANG Jian2, MA Dong-Yun1,3,*, WANG Chen-Yang1,3, and GUO Tian-Cai1

1Agronomy College / National Engineering Research Center for Wheat, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, Henan, China;2Food and Science Technology College, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, Henan, China;3The National Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science / Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, Henan, China

Six wheat cultivars with different-colored grains (white, red, and black) were used to investigate effects of combined N (N1: 90 kg N ha–1; N2: 240 kg N ha–1) and P (P1: 60 kg P2O5ha–1; P2: 209 kg P2O5ha–1) fertilization on grain yield, Fe and Zn contents and accumulation in grain, and their bioavailability in a two-year field experiment. Black-grain cultivars had a higher average Fe and Zn bioavailability than the red- and white-grain cultivars. Meanwhile, there were inter-annual differences in Fe and Zn contents and accumulation in grains among different wheat cultivars. Maximum grain yield, Fe and Zn contents and accumulation were observed under N2P1 treatment, while highest Fe and Zn bioavailability were observed under N2P2 or N2P1 treatment. Red-grain cultivars Yangmai 15 and Yangmai 22 got the highest Fe and Zn contents, and accumulation amount under N2P1 treatment. Black-grain cultivars Zhouheimai 1 and Zimai 1 got the highest Fe content and accumulation amount under N2P2 treatment, followed by N2P1. Most cultivars had the highest Fe and Zn bioavailability under N2P1 or N2P2 treatment, which indicated that increasing N application results in a higher grain yield, Fe and Zn contents, and their bioavailability. In this experiment, wheat cultivars would benefit from N2P1 treatment in terms of grain yield, Fe and Zn contents, and their bioavailability.

wheat; nitrogen and phosphorus combinations; grain yield; iron and zinc contents; bioavailability

2018-01-30;

2018-07-20;

2018-08-02.

10.3724/SP.J.1006.2018.01506

馬冬云, E-mail: xmzxmdy@126.com**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

E-mail: huangxin920105@163.com

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300400)和河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(162300410137)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300400) and the Natural Science Foundation of Henan Province (162300410137).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180802.0935.002.html