大田條件下水稻鋅營養(yǎng)強(qiáng)化方法探究及效果評估①

劉 琦，王張民，潘 斐，袁林喜，尹雪斌*

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大田條件下水稻鋅營養(yǎng)強(qiáng)化方法探究及效果評估①

劉 琦1,2,3，王張民1,2,3，潘 斐1,2,3，袁林喜1,2,3，尹雪斌1,2,3*

(1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026；2 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院功能農(nóng)業(yè)工程中心聯(lián)合實驗室，合肥 230088；3江蘇省硒生物工程研究中心，江蘇蘇州 215123)

通過田間試驗，在水稻(華粳7號)分蘗期及揚(yáng)花期進(jìn)行施鋅處理，研究在高施鋅水平下水稻各器官鋅含量的變化。結(jié)果表明，水稻各器官鋅含量隨施鋅量的增加而增加，其中莖的增幅最大，葉次之。莖、葉、穗鋅含量最高可分別達(dá)到666.7、461.6、185.5 mg/kg。分蘗期施鋅最多可使水稻糙米鋅含量提高28.7%，而揚(yáng)花期施鋅最多可提高142.6%。由重復(fù)試驗得出，揚(yáng)花期施鋅可穩(wěn)定提高糙米鋅含量，在水稻鋅營養(yǎng)強(qiáng)化能力及穩(wěn)定性上，揚(yáng)花期施鋅優(yōu)于分蘗期。通過食用經(jīng)強(qiáng)化后的大米，居民每日鋅膳食攝入量可達(dá)到中國營養(yǎng)學(xué)會推薦的12.5 mg。本研究結(jié)果對通過土施鋅肥實現(xiàn)水稻籽粒鋅水平的提升及解決我國居民普遍存在的鋅營養(yǎng)攝入不足的現(xiàn)狀具有理論和實際的指導(dǎo)意義。

田間試驗；土壤追肥；水稻；鋅營養(yǎng)強(qiáng)化

鋅被譽(yù)為“生命的火花”，是植物和動物正常生長發(fā)育所必需的微量元素。人體中有80余種酶含有鋅，分布在人體所有的器官中[1]。已有研究證明鋅參與核酸和蛋白質(zhì)的代謝過程，人體缺鋅會引起一系列的病變，如孕婦缺鋅可能導(dǎo)致胎兒畸形；兒童缺鋅會影響生長發(fā)育，甚至出現(xiàn)呆小癥；成人缺鋅會使免疫功能下降[2-4]。為預(yù)防我國居民缺鋅癥的發(fā)生，最新的《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量(DRIs)2013》表明，我國成年男性鋅的每日推薦攝入量為12.5 mg，女性為7.5 mg。

自1982年我國新疆喀什等地發(fā)現(xiàn)缺鋅綜合癥以來，越來越多的觀察表明，缺鋅癥多在以谷類為主食的居民中流行[5]。我國是個典型的以谷類為主食的國家，約有2/3的居民以大米為主食，平均每人每年消費(fèi)大米62 ~ 190 kg，大米提供了我國居民70% 的熱量、65% 的蛋白質(zhì)和大部分微量元素(如鋅)。我國居民膳食鋅主要來源于以大米為主的谷類食物，而近年來谷類食物在人們?nèi)粘Ｉ攀持兴急壤氏陆第厔?，使得我國成人平均鋅攝入量由12.3 mg/d減少到11.5 mg/d[6-7]，低于中國營養(yǎng)學(xué)會所推薦的12.5 mg/d，長此以往，我國居民可能面臨鋅營養(yǎng)缺乏的潛在威脅。大米作為我國居民的鋅營養(yǎng)主要來源，科學(xué)家們認(rèn)為開發(fā)富鋅水稻可能是改善人類鋅營養(yǎng)缺乏的一個有效途徑[8-11]。

生物營養(yǎng)強(qiáng)化是通過基因工程、生物育種、農(nóng)藝措施等技術(shù)手段提高現(xiàn)有農(nóng)作物中能為人體吸收利用的微量元素的含量，是解決“隱性饑餓”的一種經(jīng)濟(jì)而有效的途徑。但是由于常規(guī)育種耗時長、費(fèi)用高，而基因工程技術(shù)帶來的生物安全問題尚有爭議，因此，通過合理施用鋅肥已成為快速安全有效達(dá)到鋅營養(yǎng)強(qiáng)化目的的首選方法。

適量施鋅可以提高水稻光合作用強(qiáng)度，促進(jìn)其生長發(fā)育[12]，在氮磷鉀和有機(jī)肥施用充足的情況下增施鋅肥，能有效提高土壤中有效鋅的含量，改善水稻農(nóng)藝性狀，增加水稻產(chǎn)量[13-15]。目前施鋅肥的方式主要有土施和葉面噴施兩種，而土壤施鋅被認(rèn)為是供給作物鋅元素最直接有效的方法[16]。長期施用鋅肥不僅可以使鋅在土壤中有明顯的累積[17]，還可以增加作物根際有效鋅的供應(yīng)，提高作物籽粒中的鋅含量，改善其營養(yǎng)狀況[18]。趙麗等[19]在分蘗期每公頃追施24 kg鋅肥時，水稻糙米中鋅含量最高可達(dá)22.0 mg/kg，相比對照組增加了20.9%，在同等鋅供應(yīng)水平下，水稻中的鋅含量主要由水稻品種本身決定[20]，不同品種的水稻對鋅的敏感性也不同[21]。在低水平鋅供應(yīng)條件下，鋅首先滿足生殖器官的生長需要[22]，而低鋅水稻籽粒中的鋅含量在高濃度鋅供應(yīng)條件下也能與富鋅水稻達(dá)到同一水平[23]。一般而言，作物對鋅的忍耐程度越高，富鋅能力也越強(qiáng)[24]。鋅對水稻的毒害較小，作為營養(yǎng)元素被水稻吸收后主要積蓄在莖部[25]，因而水稻能在ZnSO4·H2O施用量為3 600 kg/hm2的土壤中正常生長，且其吸收累積鋅量和土壤施鋅量呈正相關(guān)[26]。

研究表明，將糙米加工成精米的過程中，大米中鋅元素會較大程度地流失[27]，糙米中鋅含量甚至可達(dá)到精米的6倍之多[28]。基于低施鋅量強(qiáng)化的水稻籽粒中鋅含量的水平極其依賴于水稻本身的品種，普通品種水稻在該條件下籽粒中鋅含量的提高幅度很有限，加上大米加工過程中鋅營養(yǎng)的流失，決定了低施鋅水平對于居民膳食鋅攝入量的提高并不顯著。因此通過增大施鋅量來提高水稻籽粒鋅含量的方式需要予以研究。

基于以上問題，本研究旨在田間試驗條件下，通過在水稻分蘗期及揚(yáng)花期土施鋅肥，研究在高施鋅水平下，水稻主要器官及可食用部分鋅含量的變化特征，期望找出效果更佳的施鋅量和施鋅時期，為通過傳統(tǒng)施肥方式實現(xiàn)水稻鋅營養(yǎng)強(qiáng)化提供理論基礎(chǔ)，并研究加工過程對鋅流失的影響，評估其對居民膳食鋅攝入量提升的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗地點選在江蘇省如皋市丁堰鎮(zhèn)，該地屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫為15.1 ℃，年均降水量為1 074 mm。試驗區(qū)長期實行一年兩茬稻-麥輪作種植模式，試驗區(qū)土壤基本理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[29]進(jìn)行分析，土壤pH為7.6，有機(jī)質(zhì)含量為16.6 g/kg，有效磷含量為14.5 mg/kg，速效鉀含量為78.2 mg/kg，總鋅含量為63.5 mg/kg，有效鋅含量為1.0 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試水稻品種為“華粳7號”，試驗于2013年5月至10月在如皋市丁堰鎮(zhèn)水稻試驗田進(jìn)行。5月29日播種，6月20日插秧，秧齡22 d。鋅肥分別于有效分蘗初期(7月10日)及揚(yáng)花盛期(8月26日)以根外追施ZnSO4·7H2O的方式添加，分蘗期時鋅肥在施用尿素后均勻撒施于試驗田中，揚(yáng)花期時鋅肥均勻撒施在試驗田中。分蘗期設(shè)置5個處理組F1、F2、F3、F4、F5，每公頃分別施用鋅肥60、120、180、240、300 kg(以Zn計)；揚(yáng)花期設(shè)置5個處理組Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，每公頃分別施用鋅肥60、120、180、240、300 kg(以Zn計)。處理組外設(shè)置一個空白對照組(CK)，該組除不施鋅肥外，其余操作均與施肥處理組相同。試驗隨機(jī)區(qū)組排列，每個小區(qū)面積100 m2，每個處理組3次重復(fù)。各小區(qū)田埂用塑料薄膜進(jìn)行包裹隔離，田間栽培管理按大田常規(guī)操作進(jìn)行。本課題組于2014年同期在如皋市丁堰鎮(zhèn)做了一次重復(fù)試驗，組別設(shè)置和施鋅量與上述相同。(下文中除特別說明外，所述施鋅量數(shù)據(jù)均為以Zn計)

1.3 樣品采集及處理

在水稻成熟時(10月17日)進(jìn)行采樣，采樣時在每個小區(qū)隨機(jī)采集水稻植株20支作為一個混合樣，每個小區(qū)取3個平行樣，將所采集植株樣品分為莖、葉、穗三部分。以相同方法額外采集兩組水稻穗，其中一組進(jìn)行脫殼處理獲得糙米，另一組以稻谷形式到大米加工廠進(jìn)行加工獲得精米。將所采集樣品反復(fù)用清水沖洗，再用去離子水沖洗后，于110 ℃殺青，60 ℃烘48 h至恒重，籽粒用不銹鋼礱谷機(jī)進(jìn)行脫殼，得到糙米，各組織用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎，過60目篩，密封保存，待進(jìn)行鋅含量檢測。

鋅含量檢測采用HNO3:HClO4(4:1)混酸-電熱板消解，原子吸收光譜儀(PE Analyst 700)進(jìn)行測定[28]。樣品檢測過程中以植物標(biāo)樣GBW07603(GSV-2)進(jìn)行質(zhì)量控制，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，方法回收率98.8%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)結(jié)果利用Excel軟件進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計。各處理組之間采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行ANOVA (Duncan’s法) 顯著性差異檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻成熟期植株各器官鋅分布

本試驗條件下，水稻在分蘗期和揚(yáng)花期分別經(jīng)施鋅處理后，生長過程中未觀察到任何鋅過量導(dǎo)致的不良影響，與吳金桂等[26]對水稻具備高耐鋅能力的報道一致。各組水稻成熟后各器官中的鋅含量如表1所示。

表1 分蘗期和揚(yáng)花期施鋅后水稻成熟期各器官中鋅含量(mg/kg)

注：表中同行數(shù)據(jù)大寫字母不同表示處理間差異達(dá)＜0.01顯著水平；每組樣品重復(fù)= 3。表中字母F代表分蘗期，Y代表揚(yáng)花期。

由表1可知，對照組水稻器官鋅含量差別不大。在分蘗期施鋅后，隨著施鋅量的增加，莖和葉中鋅含量隨施鋅量的增加顯著增加。而于分蘗期施鋅60 kg/hm2時，穗和糙米中的鋅含量相比對照組并無顯著增加；施鋅量為120和180 kg/hm2時，穗和糙米中鋅含量也并不會隨施鋅量的增加而顯著地增加；但施鋅量為300 kg/hm2時，穗中鋅含量相比施鋅量為240 kg/hm2時會再次顯著地增加，而糙米中并沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。水稻在分蘗期經(jīng)高鋅水平處理后，各器官中鋅含量與施鋅量有一定的正相關(guān)關(guān)系，在本試驗條件下，莖、葉、穗和糙米中鋅含量最多分別為施鋅量為300 kg/hm2處理組的126.4、53.8、37.8 mg/kg和施鋅量為240 kg/hm2處理組的31.4 mg/kg，分別達(dá)到對照組的5.2倍、1.3倍、1.8倍、1.3倍，且各器官鋅含量高低分布呈現(xiàn)為莖>葉>穗>糙米。

與分蘗期施鋅相似，在揚(yáng)花期施鋅后，莖和葉中鋅含量隨著施鋅量的增加而顯著增加；但施鋅量為120、180、240 kg/hm2時，穗和糙米中鋅含量并無顯著增加，但進(jìn)一步增加施鋅量至300 kg/hm2時，糙米和穗中鋅含量再次出現(xiàn)顯著增加。同樣地，水稻在揚(yáng)花期經(jīng)高鋅水平處理后，各器官中鋅含量與施鋅量有一定的正相關(guān)關(guān)系，在本試驗條件下，莖、葉、穗、糙米中鋅含量最多分別為施鋅量為300 kg/hm2處理組的666.7、461.6、185.5、59.2 mg/kg，分別達(dá)到對照組的27.4倍、19.6倍、8.7倍、2.4倍，且各器官鋅含量高低分布呈現(xiàn)為莖>葉>穗>糙米。

在同等施鋅水平下，分別于分蘗期和揚(yáng)花期施鋅對水稻各器官鋅含量的影響是不盡相同的，表2為揚(yáng)花期、分蘗期施鋅后水稻各器官鋅含量比值。

表2 揚(yáng)花期、分蘗期施鋅后水稻各器官鋅含量比值

由表2可知，在同等施鋅水平下，相比于分蘗期施鋅，揚(yáng)花期施鋅能更顯著地提高水稻各器官的鋅含量，其中以莖和葉兩器官最為明顯，最高可分別提高6.7倍和9.7倍。當(dāng)施鋅量為60 kg/hm2和120 kg/hm2時，揚(yáng)花期施鋅處理組的水稻穗中鋅含量為分蘗期施鋅處理組的2.5倍左右；當(dāng)進(jìn)一步增加施鋅量時，這一數(shù)字可穩(wěn)定在4 ~ 5之間。當(dāng)施鋅量為180 ~ 240 kg/hm2時，揚(yáng)花期施鋅處理組的水稻糙米中鋅含量約為分蘗期施鋅處理組的1.5倍，當(dāng)進(jìn)一步增加施鋅量時，該比值增大。由此可初步判斷，就水稻器官鋅含量增加幅度而言，揚(yáng)花期是更好的施鋅處理時期，且在同等施鋅水平下，經(jīng)揚(yáng)花期施鋅處理后，水稻糙米中鋅含量約是分蘗期施鋅處理后的1.4 ~ 2.0倍。

本研究小組于2014年在江蘇省如皋市丁堰鎮(zhèn)設(shè)計了一次重復(fù)試驗，兩次試驗地點相鄰，田間土壤理化性質(zhì)及天氣條件相當(dāng)，試驗布設(shè)及樣品處理方法相同，最終收獲糙米鋅含量結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，兩次試驗對照組水稻中糙米鋅含量相當(dāng)，且隨著施鋅量的增加，糙米中鋅含量變化趨勢相似。同樣的，在同一施鋅水平下，揚(yáng)花組水稻糙米鋅含量顯著高于分蘗組。而新復(fù)極差多重比較結(jié)果顯示，兩次試驗中，在揚(yáng)花期施鋅時水稻糙米中鋅含量之間并無顯著差異，而在分蘗期施鋅時水稻糙米中鋅含量出現(xiàn)了不同程度的差異性。說明相比分蘗期施鋅，于揚(yáng)花期施鋅不僅更有利于糙米中鋅的累積，同時穩(wěn)定性更好，因此通過在揚(yáng)花期施鋅以提高糙米中鋅含量的方式優(yōu)于分蘗期施鋅。

(圖中大寫字母不同表示同一處理不同年份間差異達(dá)P < 0.01顯著水平；每組樣品重復(fù)n = 3)

2.2 加工精度對大米鋅含量的影響

本研究選擇了一款東風(fēng)井關(guān)牌碾米機(jī)，該碾米機(jī)共有15個手動調(diào)節(jié)檔位1 ~ 15，隨著檔位數(shù)字的增加，經(jīng)加工后的水稻籽粒碾減率會增加。本研究通過5個檔位對收獲的富鋅水稻進(jìn)行加工，期望得到富鋅大米經(jīng)不同精度加工后的鋅含量變化特征，其結(jié)果如圖2所示。

(圖中大寫字母不同表示不同加工精度組間差異達(dá)P < 0.01顯著水平；每組樣品重復(fù)n = 3)

本次所選富鋅大米為前述試驗中經(jīng)施鋅強(qiáng)化后的大米，圖2中橫坐標(biāo)檔位表示精加工程度，數(shù)字越大表示精度越高，碾減率越高。其中經(jīng)1檔和4檔加工后的大米仍保留著部分糙米特征，口感粗糙，色澤泛黃，不適宜直接食用；經(jīng)7檔和10檔加工后的大米已達(dá)到精米水平，色澤和口感可達(dá)到人們要求，可直接食用，而當(dāng)?shù)厥惺鄞竺锥嘟?jīng)7檔或10檔加工。由圖2可知，該組水稻糙米中鋅含量為28.0 mg/kg，經(jīng)1檔加工后鋅含量為25.4 mg/kg，下降了9.3%；經(jīng)7檔加工后鋅含量為23.7 mg/kg，相比糙米下降了15.4%；而經(jīng)15檔加工后其鋅含量為20.0 mg/kg，相比糙米下降了28.6%。由此可知，隨著加工精度的提高，大米中保留的鋅含量會顯著降低。

3 討論

3.1 不同施鋅量對水稻各器官鋅含量的影響

水稻對土壤中鋅的吸收與土壤中鋅濃度有關(guān)，水稻根細(xì)胞吸收鋅有兩個過程，即分泌根系分泌物將土壤中的鋅離子活化，再通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將鋅離子轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞[30]。進(jìn)入水稻體內(nèi)的鋅會通過木質(zhì)部的運(yùn)輸、韌皮部的再轉(zhuǎn)運(yùn)及韌皮部的裝載等過程分布到水稻的各個器官中[31]。水稻各器官中的鋅含量均與土壤中的鋅濃度有關(guān)，而在不影響水稻正常生長的前提下施用不同量的鋅肥必然會對水稻各器官中的鋅含量產(chǎn)生不同的影響。

趙麗等[19]研究了在較低施鋅水平下，水稻中的鋅含量分布特點，其對照組中水稻鋅含量分布表現(xiàn)為葉>莖>糙米，而在水稻生長過程中的分蘗期和灌漿期施用一定量的外源鋅后水稻鋅含量分布表現(xiàn)為莖>葉>糙米。而在本試驗條件下，對照組中水稻鋅含量分布表現(xiàn)為糙米>莖＞葉，在分蘗期和揚(yáng)花期施鋅后水稻鋅含量分布表現(xiàn)為莖＞葉＞糙米，與上述結(jié)果類似。趙麗等[19]試驗地土壤特征與本試驗相似，且采樣時間極為接近，但施用鋅肥的量有較大差距(趙麗等最高施鋅量為8 kg/hm2)，通過二者結(jié)果的對比可能可以發(fā)現(xiàn)較大跨度的施鋅量對水稻各器官鋅含量分布的影響特征。

當(dāng)分蘗期施鋅達(dá)到6 kg/hm2時，水稻中的鋅分布即表現(xiàn)為莖>葉＞糙米[19]；趙麗等[19]于分蘗期施鋅24 kg/hm2時，莖、葉、糙米中鋅含量分別可達(dá)到134.9、36.8、22.0 mg/kg，分別為對照組的4.3倍、1.3倍、1.2倍；而在本試驗條件下，施鋅300 kg/hm2時，該數(shù)據(jù)分別為126.4、53.8、29.6 mg/kg，分別是對照組的5.2倍、1.3倍、1.3倍。當(dāng)于揚(yáng)花期施鋅時，水稻中鋅分布同樣表現(xiàn)為莖>葉＞糙米，但趙麗等[19]于揚(yáng)花期施鋅24 kg/hm2時，莖、葉、糙米中鋅含量分別為47.3、47.1、23.6 mg/kg，分別為對照組的1.5倍、1.7倍、1.3倍；而在本試驗條件下，施鋅300 kg/hm2時，該數(shù)據(jù)分別為666.7、461.6、59.2 mg/kg，為對照組的27.4倍、19.6倍、2.4倍。由此可知，在分蘗期施鋅時，增加施鋅量對于水稻各器官中鋅含量的增加并無顯著作用，而在揚(yáng)花期施鋅時，增加施鋅量對于水稻莖和葉中的鋅含量增加有極大的促進(jìn)作用，但是對于糙米中的鋅含量增加的促進(jìn)作用有限。研究表明，在較低水平鋅供應(yīng)條件下，水稻中的鋅首先滿足生殖器官的生長需要，而隨著施鋅量的增加，鋅則在代謝活性相對較弱的營養(yǎng)器官(如莖和葉)中積累[22]，且向在中等供鋅能力土壤中種植的農(nóng)作物供給外源鋅不一定能顯著增加作物籽粒中的鋅含量[32]。因而一味地增加施鋅量并不一定能顯著地提高水稻各器官中的鋅含量，但在適當(dāng)?shù)乃旧L時期增加施鋅量可在一定程度上顯著提高水稻各器官中的鋅含量。

3.2 不同施鋅時期對水稻各器官鋅含量的影響特征

在水稻生長的關(guān)鍵時期施加一定量的鋅肥可在一定程度上增加水稻莖、葉、穗中的鋅含量，且鋅含量的增加與施鋅量呈現(xiàn)一種正相關(guān)關(guān)系。Phattarakul等[33]在水稻田中每公頃基施50 kg ZnSO4·7H2O發(fā)現(xiàn)，水稻糙米中鋅含量可提高2.4%；而趙麗等[19]在水稻分蘗期和灌漿期內(nèi)追施等量ZnSO4·7H2O時，水稻糙米中鋅含量增加幅度高于Phattarakul等的結(jié)果，說明在分蘗期和灌漿期施鋅相比基施鋅肥更有利于水稻糙米中鋅的累積。在高供鋅水平下，水稻植株地上部分的鋅含量可提高近16倍之多，糙米鋅含量也能比對照組提高58.6% 之多[34]。而在本試驗條件下，當(dāng)揚(yáng)花期施鋅300 kg/hm2時，水稻莖中鋅含量可提高26.3倍，糙米中鋅含量也比對照組增加了142.6%，同時，是分蘗期施用等量鋅的5.3倍和2.0倍。

水稻根部主要以離子態(tài)形式吸收土壤中的鋅，而鋅離子在進(jìn)入到植株內(nèi)部后需經(jīng)歷木質(zhì)部運(yùn)輸、韌皮部運(yùn)輸、韌皮部卸載等過程進(jìn)入籽粒中儲存，而韌皮部的卸載過程被認(rèn)為是籽粒鋅積累受限制的重要瓶頸[23]。在低供鋅水平條件下，鋅首先滿足生殖器官的生長需要，此時鋅可通過韌皮部從老葉向新生組織轉(zhuǎn)運(yùn)，并且在缺鋅情況下轉(zhuǎn)運(yùn)量遠(yuǎn)大于高鋅條件下的運(yùn)輸，該過程中，韌皮部的鋅必須被木質(zhì)部周圍的活細(xì)胞從“源”組織(如莖等)運(yùn)輸?shù)健皫臁苯M織中(如種子)[23,35]；當(dāng)鋅過量時會對植株產(chǎn)生毒害作用，造成細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)破壞，同時會影響植物生理功能，對植物造成遺傳毒害等[36]，在植株鋅含量超過自身所需時，植物體內(nèi)的CDF轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族可將過量的鋅運(yùn)出細(xì)胞，或?qū)⑵溥M(jìn)行區(qū)域化隔離至細(xì)胞壁和液泡中，避免其進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，起到保護(hù)細(xì)胞的作用[37-38]，因而在高供鋅水平條件下，鋅會優(yōu)先在代謝活性較弱的營養(yǎng)器官(如莖、葉等)中積累[22]。由此可知，水稻植株對于自身的鋅含量具有一套復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，以保證植株的正常生長發(fā)育。

由于水稻對自身鋅含量的調(diào)節(jié)是需要一定時間過程的，因此在不同時期添加外源鋅對于植株中鋅含量會產(chǎn)生不同的影響，這可能是造成在同等施鋅水平下，施鋅時期相對越接近成熟期，水稻各器官鋅含量，特別是籽粒中的鋅含量越高的原因。在研究富鋅水稻突變體和普通水稻品種在不同鋅水平處理下的籽粒鋅含量時發(fā)現(xiàn)，富鋅水稻在低水平鋅供應(yīng)時就能在籽粒中富集較多的鋅，但后期的鋅供應(yīng)不足對其影響較大，而普通水稻在高濃度鋅供應(yīng)條件下其籽粒鋅含量也能達(dá)到富鋅水稻的水平[23]。由此可知，對于水稻而言，其籽粒中鋅含量與生長后期的鋅供應(yīng)水平有一定的關(guān)系，而在水稻生長前期施鋅，如基肥和分蘗期施鋅，對于水稻各器官的鋅含量影響有限，且受水稻自身調(diào)控機(jī)制和可能的外界條件改變的影響較大。就本研究條件而言，在更接近成熟期的揚(yáng)花期施鋅的試驗組中的水稻各器官中鋅含量均顯著高于分蘗期施用等量鋅的試驗組，且揚(yáng)花組水稻最終收獲籽粒中鋅含量的穩(wěn)定性顯著強(qiáng)于分蘗組。因此，揚(yáng)花期是更佳的施鋅時期。

3.3 加工方法對稻米鋅含量的影響

我國居民膳食鋅攝入主要來源于米面及其制品，其中大米占33.7%[7]。近年來，人們對于大米的口感和外觀要求越來越高，使得大米的加工程度越來越精細(xì)，導(dǎo)致營養(yǎng)素含量豐富的皮層和米胚在加工過程中被不同程度地破壞，進(jìn)而造成營養(yǎng)素的嚴(yán)重?fù)p失。對云南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供的208份水稻的研究表明，糙米鋅含量平均為23.0 mg/kg，而精米的鋅含量平均為18.8 mg/kg[39]。亓盛敏等[27]通過對大米進(jìn)行不同程度的精度加工發(fā)現(xiàn)，隨著碾減率的提高，大米中鋅含量逐漸減少。

在本研究條件下，用第7檔加工大米時，已能基本滿足人們對于大米口感和色澤的需求，經(jīng)加工后的富鋅大米鋅含量為23.7 mg/kg，對照組大米經(jīng)7檔加工后其鋅含量為17.9 mg/kg，即經(jīng)強(qiáng)化后的大米在該加工精度下鋅含量相比對照組提高了32.8%。我國居民平均每標(biāo)準(zhǔn)人(標(biāo)準(zhǔn)人即體重60 kg從事輕體力勞動的成年男子)日膳食鋅攝入量為11.3 mg[7]，而我國居民膳食中的鋅有33.7% 來自于大米，即平均每標(biāo)準(zhǔn)人日通過大米攝入鋅3.8 mg，若所食大米為前述富鋅大米，鋅攝入量將會達(dá)到5.0 mg，這便意味著，在不改變膳食結(jié)構(gòu)的前提下，居民通過食用該種鋅強(qiáng)化后的大米其鋅攝入量將增加1.2 mg，達(dá)到12.5 mg。而《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》(2013版)中成年男子的每日鋅推薦攝入量即為12.5 mg，可見通過食用該種富鋅大米能有效地提高我國居民膳食鋅攝入量。由前文論述可知，在本試驗條件下，于揚(yáng)花期每公頃施鋅60 kg，可使水稻糙米鋅含量達(dá)到36.0 mg/kg，精米鋅含量達(dá)到23.7 mg/kg。

中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中將農(nóng)業(yè)用地中的總鋅含量分為3個等級：第一級為環(huán)境背景值(≤100 mg)、第二級為篩選值(≤300 mg)、第三級為整治值(≤500 mg)，本研究對收獲后土壤中鋅含量進(jìn)行了檢測，其鋅含量能達(dá)到中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)，并不會造成生態(tài)環(huán)境問題[40]。

4 結(jié)論

水稻植株中的鋅含量隨施鋅量的增加而顯著增加，于揚(yáng)花期施鋅更能顯著地增加植株中鋅含量，其中莖中鋅含量增加最顯著，當(dāng)施鋅量為300 kg/hm2時，水稻莖中鋅含量最多可達(dá)到666.7 mg/kg，為對照組的27.4倍，糙米中鋅含量最高可達(dá)到59.2 mg/kg，是對照組糙米的2.4倍。且揚(yáng)花期施鋅對水稻植株鋅含量的提高具有更好的穩(wěn)定性，因此以土施硫酸鋅的方式提高水稻鋅營養(yǎng)水平而言，揚(yáng)花期是更佳的施鋅時期。

大米中的鋅含量隨加工精度增加而顯著減少，在本研究條件下，精米中鋅含量最多可損失28.6%。通過揚(yáng)花期施鋅60 kg/hm2，并以本研究中所用儀器的第7檔加工大米可使我國居民每日膳食鋅攝入量達(dá)到《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》(2013版)中推薦的12.5 mg，對解決我國居民普遍存在的鋅營養(yǎng)攝入不足的現(xiàn)狀具有一定的理論和實際指導(dǎo)意義。

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Effect Evaluation on Method of Zinc Biofortification for Rice in Paddy Field

LIU Qi1,2,3, WANG Zhangmin1,2,3, PAN Fei1,2,3, YUAN Linxi1,2,3, YIN Xuebin1,2,3*

(1 University of Science and Technology of China, School of Earth and Space Sciences, Hefei 230026, China; 2 Institute of Advanced Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230088, China, 3 Jiangsu Bio-Engineering Research Centre of Selenium, Suzhou, Jiangsu 215123, China)

A field experiment was conducted to characterize zinc distribution in rice during the tilling and the flowering stages under a high level of zinc fertilization. The results showed that zinc contents in rice tissues were positively correlated with the amount of zinc fertilization. Compared with CK, zinc contents in stems, leaves, and spikes reached up to 666.7, 461.6 and 185.5 mg/kg, increased by 27.4, 19.6 and 8.7 times, respectively; zinc contents increased by up to 28.7% and 142.6% in unpolished rice after zinc fertilization during the tilling and the flowering stages, respectively. A conducted duplicate test confirmed that it is better and more reliable to increase zinc content in rice by zinc fertilization during the flowering stage. By consuming the biofortified rice, daily intake of zinc by Chinese citizens can reach up to 12.5 mg standard recommended by Chinese Nutrition Society. This study provided theoretical and practical references to fortify zinc in rice grain via zinc fertilization and then improved the deficiency of daily zinc intake.

Field experiment; Soil-applied fertilizer; Rice; Zinc biofortification

國家青年自然科學(xué)基金項目(NNSFC31400091)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院技術(shù)創(chuàng)新項目(2013-1-6)和蘇州市基礎(chǔ)研究(農(nóng)業(yè))項目 (SYN201306)資助。

通訊作者(xbyin@ustc.edu.cn)

劉琦(1991—)，男，四川內(nèi)江人，碩士研究生，主要研究方向為微量元素與人體健康。E-mail: lqjsh@mail.ustc.edu.cn

S143.7；Q946.91

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.01.005