小麦叶面喷施微肥对籽粒中矿物元素的影响分析

李文宗 李有芳 李卫华 王磊

（1. 石河子大学农学院 新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，石河子 832003；2. 中国农业科学院生物技术研究所，北京 100081）

Fe、Zn、Se三种微量元素在人体与动植物的生长发育过程中起着重要的作用，与人体健康密不可分。Fe对于所有生物体几乎都是至关重要的，在成人体内含4-5 g，参与体内各种代谢过程，包括运输氧气、合成激素、促进身体发育、增强免疫力、合成DNA和电子运输等［1-3］。据报道，全世界1/4以上的人口患有贫血，其中大约一半是缺铁性贫血，缺Fe性贫血现已成为全球性健康问题，往往会导致患者生活质量恶化［4，5］。缺铁性贫血在学龄前儿童和女性中发生率最高。在女性中，补Fe可改善身体机能和认知能力，提高工作效率和幸福感，在怀孕期间补充Fe可改善孕妇、新生儿和婴儿的健康状态［6，7］。在儿童中，铁可以改善认知能力、精神运动能力和身体发育状况［8］。

1963年，Dura等［9］报道了Zn在各种动物中存在的必要性，缺乏Zn可能导致严重的临床问题（发育迟缓、细胞介导的免疫功能障碍和认知障碍［10］）。目前，约300种酶和约1 000种转录因子的活性需要Zn的参与，Zn是免疫细胞的第二信使，并且在这些细胞中的游离Zn能够参与信号传导途径，不仅调节细胞介导的免疫力，而且还是抗氧化剂和抗炎剂［11-12］。Zn已被成功用于治疗儿童急性腹泻、威尔逊病、普通感冒和预防与年龄相关的干燥型黄斑变性患者的失明［13］。尽管在过去的几十年中，人类在Zn代谢的临床和基础科学方面取得了巨大进展，然而目前全球还有将近20亿人可能缺Zn，在吸收不良综合征、肝脏疾病、慢性肾病、镰状细胞病和其他慢性疾病的患者中都观察到Zn的缺乏［14］。

Se在人体内有非常重要的作用，是人体必需的微量营养元素之一，成人体内Se总量为3-20 mg。Se作为第21位氨基酸硒代半胱氨酸的组成部分，硒蛋白具有广泛的多效性，迄今为止，在人类蛋白质组中已鉴定了25种Se蛋白［15］。有机态Se具有提高免疫力和增强认知的能力，抗氧化、调节甲状腺激素代谢、治疗癌症、抗艾滋病和维持正常生育的功能［16-17］。人体的多种疾病都和缺Se有关，比如能量缺乏性营养不良、血溶性贫血、克山病、大骨节病、高血压、缺血性心脏病、肝硬化、胰腺炎、纤维瘤、癌症、肌瘤、不妊症、糖尿病、白内障等疾病［18-20］。目前，我国有一半以上地区的土壤处于缺Se或低Se状态，全球约10亿人处于Se缺乏状态，可见缺Se已成为一个世界性的问题［21］。植物性食品尤其是农作物植物中的Se是人体获取有效安全Se的重要来源，农作物植物可把土壤环境中无机态Se吸收转化为有生物活性的有机态Se，利于人体吸收且安全无副作用，在农业上使用Se肥对农作物进行Se的生物强化是解决人类体内Se缺乏问题的主要有效措施［22］。

Fe、Zn、Se 3种微量元素在人体健康中具有极其重要的作用，通过叶面喷施在农作物中强化Fe、Zn、Se 3种重要的微量元素是一种安全且高效的微量元素补充措施［23］。已有相关的小麦叶面喷施微肥研究主要集中在叶面喷施Fe、Zn、Se肥对喷施作物产量及籽粒中Fe、Zn、Se元素的影响变化，但并未研究叶面喷施Fe、Zn、Se肥对籽粒中其他矿物元素的影响变化且叶面喷施处理单一［24-28］。因此，本研究采用不同浓度的硫酸亚铁、硫酸锌和亚硒酸钠及其不同组合对小麦品种北京0045（BJ0045）进行叶面喷施处理，并对样品籽粒中的矿物元素含量进行分析处理，旨在提高小麦籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量及分析叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其不同组合对小麦籽粒中Fe、Zn、Se以及Ca、Mg、Cu、Mn、P矿物元素含量的影响，为小麦籽粒Fe、Zn、Se的生物强化提供新的策略和科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

叶面喷施小麦品种为北京0045（BJ0045），种植于中国农业科学院生物技术研究所试验基地（河北廊坊），田间管理按常规方法进行，本试验土壤中Fe、Zn、Se元素的含量分别为26.2 mg/kg、58.4 μg/kg和 1.2 μg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验按照随机区组法设计，3次重复且将不同喷施处理小区有效分离，小区面积为7.5 m×4 m=30 m2，共30个小区。每个处理在相应小区的拔节中期（2017年4月15日）和抽穗前期（2017年4月25日）各喷施1次，共喷施2次。喷施时间为下午5：00-6：00，叶面喷施均匀且喷施前后两天天气晴朗无降雨。

叶面喷施试验设计T1（叶面喷施0.2%FeSO4·7H2O）、T2（叶面喷施 0.5% FeSO4·7H2O）、T3（叶面喷施 0.2% ZnSO4·7H2O）、T4（叶面喷施 0.5%ZnSO4·7H2O）、T5（叶面喷施 0.01%Na2SeO3）、T6（ 叶 面 喷 施 0.2% FeSO4·7H2O+0.2% ZnSO4·7H2O混合肥）、T7（叶面喷施0.2% FeSO4·7H2O+0.02%Na2SeO3）、T8（叶面喷施 0.2% ZnSO4·7H2O+0.02%Na2SeO3）、T9（叶面喷施 0.2% FeSO4·7H2O+0.2%ZnSO4·7H2O+0.02% Na2SeO3）和 CK（叶面喷施清水）。

1.2.2 样品采集与处理 2016年10月10日播种，2017年6月26日成熟收获。在各个小区随机取3片长势一致的2 m2区域的小麦，晒干脱粒后用去离子水清洗2次，将清洗后的籽粒样品置于60℃烘干箱，烘干至恒重后用样品研磨仪（上海净信实业发展有限公司）研磨成粉末过筛，进行元素测定。

1.2.3 测定项目与方法 使用CEM微波消解仪（青岛迈可威微波创新科技有限公司）、聚四氟乙烯消解罐（上海新诺仪器设备有限公司）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，赛默飞SeriesⅫ）和电感耦合等离子体发射光谱仪（安捷伦ICP-OES 5100），测定籽粒样品中 Fe、Zn、Se、Ca、Cu、Mg、Mn、P元素的含量。

配制不同浓度的Cu、Mg、Mn、Fe、Zn、Ca、P、Mg元素混合标准溶液（0.1、0.5、1.0、2.0、10.0和40 mg/L），配制不同浓度的Se元素标准溶液（0.1、1.0、5.0、10.0、50.0和100.0 μg/L），建立标准工作曲线。

称取各样品粉末0.250 g于消解管中，加3 mL硝酸，浸泡过夜，加入2 mL双氧水，盖上盖，再放入微波消解仪内，设置微波系统消解程序（步骤1：设置温度120℃，升温时间5 min，保持时间2min；步骤2：设置温度160℃，升温时间5 min，保持时间5 min；步骤3：设置温度180℃，升温时间5 min，保持时间5 min；步骤4：设置温度190℃，升温时间5 min，保持时间35 min）开始消解。消解完全结束后，取出消解管，放置于赶酸仪上，以140℃加热赶酸至溶液剩余1 mL，取下冷却至室温，用水转移入25 mL容量瓶中，定容，混匀备用，测定各元素含量。

2 结果

2.1 小麦叶面喷施Fe、Zn、Se及其组合对籽粒中Fe、Zn、Se元素含量的影响

2.1.1 叶面喷施不同处理对籽粒中Fe元素含量的影响 由图1可见，各处理籽粒中的Fe元素含量相对于CK均显著升高，T1-T9样品籽粒中Fe元素含量相对于CK分别升高164.9%、172.7%、198.7%、184.4%、154.0%、155.4%、173.1%、146.1% 和189.6%。表明叶面单独喷施Fe、Zn、Se 3种微肥及其组合都能显著的提高籽粒中Fe元素的含量。

图1 不同微肥处理条件下BJ0045籽粒中Fe元素的含量

2.1.2 叶面喷施不同处理的微肥对籽粒中Zn元素含量的影响 由图2可见，T1和T5籽粒中的Zn元素含量相对于CK均有所降低，分别降低4.7%和7.4%；T2、T3、T4、T6、T7、T8、T9样品籽粒中的Zn元素含量相对于CK都有所升高，分别升高12.8%、2.1%、26.7%、8.4%、8.7%、9.8%和6.8%。说明叶面喷施矿物肥对籽粒中Zn的含量影响不明显，仅仅提高12.8%（0.5% ZnSO4），表明仅采用叶面喷施还不能够大幅度的提高籽粒中Zn的含量。

图2 不同微肥处理条件下BJ0045籽粒中Zn元素的含量

2.1.3 叶面喷施不同处理的微肥对籽粒中Se元素含量的影响 由图3可见，各处理籽粒中Se元素的含量相对于CK都有显著升高，T1-T9样品籽粒中Se元素含量相对于CK分别升高39.4%、124.2%、33.3%、33.3%、1633.3%、45.5%、627.3%、663.6%和1172.7%，说明叶面单独喷施Fe、Zn、Se 3种微肥及其组合都能显著的提高籽粒中Se元素的含量。Fe、Zn肥均有利于小麦籽粒中Se的吸收与积累。叶面喷施Se肥后，小麦籽粒中Se元素的含量大大提高，最大升高16.3倍，表明小麦对叶面喷Se很敏感且有很强的吸收能力。

图3 不同微肥处理下BJ0045籽粒中Se元素的含量

2.2 小麦叶面喷施Fe、Zn、Se肥对籽粒中其他矿物元素含量的影响

为了分析叶面喷施Fe、Zn、Se肥对籽粒中其他矿物元素是否存在影响，对不同处理后小麦BJ0045籽粒样品中Ca、Cu、Mn、Mg、P元素的含量进行测定。

经微肥喷施处理后的样品籽粒中Ca元素的含量相对于对照（CK）有所不同（图4-A），T1、T2、T3、T4、T6、T7、T8和T9样品籽粒中Ca元素的含量相对于CK都有所升高，T5样品降低，说明叶面喷施Fe、Zn、Se，除了单独喷Se对籽粒中Ca含量有所抑制，其他处理对籽粒中Ca含量的吸收转运都有促进作用。

经微肥喷施处理后的样品籽粒中Cu元素的含量相对于对照（CK）都显著升高（图4-B），说明叶面喷施Fe、Zn、Se及其组合能够促进小麦籽粒中Cu元素的吸收与积累，对小麦籽粒营养品质的提升有一定的促进作用。

经微肥喷施处理后的样品籽粒中Mg元素的含量相对于对照（CK）有不同的变化（图4-C），T1和T9样品籽粒中Mg元素的含量相对于CK有所降低，T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8样品籽粒中Mg元素的含量相对于CK普遍升高，说明叶面喷施Fe、Zn、Se对籽粒中Mg元素含量影响不显著。

经微肥喷施处理后的样品籽粒中Mn和P元素的含量相对于对照（CK）都显著性降低（图4-D和图4-E），说明叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合对小麦籽粒中Mn和P元素的吸收与积累有所抑制。

图4 不同微肥处理对BJ0045籽粒中微量元素含量的影响

3 讨论

目前，已有小麦叶面喷施Fe、Zn、Se肥对籽粒中矿物元素影响的研究报道，但结果不完全相同。张晓等［24］研究发现叶面喷施Fe、Zn、Se 3种微肥均能明显提高籽粒中相应微量元素的含量。张纪元等［25］研究发现喷施Fe、Zn、Se 3种微肥显著提高了小麦籽粒中Zn和Se含量但对籽粒中Fe含量无显著影响。刘敦一等［26］研究发现叶面喷施锌肥能显著提高小麦籽粒锌含量，最大升高66.3%。孟丽梅等［27］研究发现通过叶面喷施Fe、Zn、Se后小麦籽粒中这3种微量元素的含量均有较显著提高，对籽粒Se含量提高最为明显。本研究结果显示，通过小麦叶面喷施Fe、Zn、Se肥均能显著提高籽粒中Fe、Zn、Se含量且相对于CK最高分别增加了198.7%、26.7%和1633.3%，其中对籽粒中Fe、Se元素的强化效果最为明显。推测可能是由于不同的小麦品种对矿物元素的吸收效率不同所致，同时土壤中的矿物元素含量的不同也可能会影响叶片喷施的效果。

已有研究结果显示小麦籽粒中Fe、Zn、Se 3种元素的吸收是相互影响的，但相关机制还不清楚。鲁璐等［28］研究发现小麦籽粒中Zn、Fe 2种元素互相促进吸收，Zn、Fe与Se则相互拮抗。王丽等［29］研究结果显示，籽粒中Fe对Zn单向拮抗，Zn与Se，Fe与Se相互促进。本研究结果显示，叶面喷施不同处理后小麦籽粒中Fe、Zn、Se 3种元素的吸收也是相互影响的，Fe与Se相互促进吸收，Zn能够促进Se与Fe的吸收，Se对Zn有抑制作用。

目前小麦叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其不同组合对籽粒中Ca、Cu、Mg、Mn、P元素含量影响的研究少有报道。杨习文等［30］研究结果显示，小麦拔节期和扬花期喷Zn对小麦籽粒Cu含量无明显影响，但灌浆前期和灌浆后期喷Zn会降低其Cu含量，而籽粒Mn含量对喷Zn则无明显反应。刘庆等［31］研究结果显示叶面喷Se促进了小麦籽粒P、Fe、Mn、Zn等4种元素的积累，降低了Na在籽粒中的累积，对K、Mg、Cu元素的含量影响不显著。孙发宇等［32］研究结果显示，叶面喷施高浓度Se处理降低了小麦籽粒中Ca、Mg、Cu、Fe、Mn和S的含量，但提高了Zn的含量。本研究结果显示，叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合能促进小麦籽粒中Cu元素的吸收与积累，对小麦籽粒中Ca和Mg的影响不大，对Mn和P元素的吸收与积累略有抑制。

4 结论

叶面喷施Fe、Zn、Se及其组合能显著增加小麦品种BJ0045籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量。Fe/Zn/Se混合肥的使用能显著提高小麦籽粒中 Fe、Zn、Se元素的含量。叶面喷施Fe、Zn、Se元素后对小麦籽粒中Ca、Cu、Mg、Mn、P矿物元素有不同的影响。

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