基施锌肥对马铃薯锌含量及块茎品质的影响

杜 平，张海清，李 磊，赵竹青，刘新伟

（华中农业大学资源与环境学院/农业农村部马铃薯生物学与生物技术重点实验室，湖北 武汉 430070）

锌（Zn）是人类及动植物正常生长发育所必需的微量营养元素[1]。人体缺锌会导致免疫力下降，消化功能、生殖功能及视觉功能障碍，并引发一系列疾病[2]。目前，锌缺乏是世界性的公共营养问题。据统计，全世界范围内将近30亿人存在不同程度的缺锌问题[3]，在中国，有将近1亿人缺锌[4]，而人体76%的锌来源于植物性食品[5]，因此，增加农作物可食部位的锌浓度，通过植物食品供锌被认为是解决人体缺锌问题的重要途径[6,7]。施用锌肥是目前提高作物锌含量的一种简单而有效的方法，大大提高了粮食和营养安全。马铃薯是仅次于小麦、水稻、玉米的世界第四大粮食作物，产量高且营养丰富，在人们的饮食中发挥着重要作用[8,9]，通过基施锌肥能否有效提高马铃薯块茎锌含量以及基施锌肥对块茎营养品质的影响值得探讨。本研究通过盆栽试验，探究基施锌肥对马铃薯锌含量、锌积累分配及块茎主要营养品质的影响，为高品质富锌马铃薯生产提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为‘大西洋’原种。

1.2 试验设计

试验于2019年在华中农业大学资源与环境学院盆栽场进行。每盆装土12 kg，加0.5 kg 蛭石混匀，设2 个处理，即施锌肥处理（Zn）和不施锌肥处理（CK），锌肥采用7水硫酸锌（ZnSO·47H2O），用量为15 mg/kg土（以Zn计），与土壤和蛭石充分混匀后放入盆中，每处理重复6次。氮、磷、钾肥作为底肥一次性施入，处理间肥底一致，氮用量为5.05 g，N∶P2O∶5K2O=1∶0.6∶1.3，氮肥用尿素（N，46%），磷肥用磷酸三铵（N，21%；P2O5，35%），钾肥用硫酸钾（K2O，54%）。盆上沿留5 cm 距离，播种2个种薯，深度10 cm。1月23日播种，3月1日出苗，6月20日收获。供试土壤基本理化状况为pH 5.41，有机质7.58 g/kg，碱解氮35.61 mg/kg，有效磷8.62 mg/kg，速效钾193.48 mg/kg，有效锌2.58 mg/kg。

1.3 测定项目及方法

分别在出苗后25 d（苗期）、出苗后50 d（块茎膨大期）、出苗后111 d（成熟期）采集样品，每次4株/处理，测定相关指标。

干物质：105 ℃杀青30 min，降温至65 ℃烘干至恒重，冷却后称重；锌含量：HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度法测定[10]；还原糖：3，5-二硝基水杨酸比色法测定；水溶性总糖：蒽酮比色法测定；淀粉：HCl 水解-3，5 二硝基水杨酸比色法测定；游离氨基酸：茚三酮比色法测定；维生素C：2，6-二氯靛酚滴定法测定；硝酸盐：紫外分光光度法测定[11]；粗蛋白：凯氏定氮法测定[10]。

1.4 数据分析

1.4.1 计算公式

器官锌积累量（mg）=器官锌含量（mg/kg）×器官干物质质量（kg）；全株锌积累量（mg）=地上部（茎和叶）锌积累量（mg）+地下部（根和块茎）锌积累量（mg）；各器官锌分配率（%）=各器官锌积累量（mg）/全株锌积累量（mg）×100；转运系数（根-茎叶）=地上部（茎叶）锌含量（mg/kg）/根系锌含量（mg/kg），转运系数（茎叶-块茎）=块茎锌含量（mg/kg）/地上部（茎叶）锌含量（mg/kg）。

1.4.2 数据处理

用SPSS 20.0 软件对试验数据进行统计分析，LSD 法检验处理间差异显著性，用Excel 2013 制作图表。

2 结果与分析

2.1 施锌对马铃薯各部位锌含量及锌素累积分配的影响

2.1.1 施锌对马铃薯不同生育期各器官锌含量的影响

施锌显著提高了马铃薯不同器官的锌浓度，且随着生育期的推进，马铃薯各器官锌浓度呈现先上升后下降的总体趋势（表1）。出苗后25 d，Zn 处理叶、茎及根中锌含量显著高于CK。在块茎膨大期，Zn 处理的效果进一步显现，叶、茎、根和块茎中锌浓度分别比CK 处理高出70.24，110.56，89.50 和13.38 mg/kg，至成熟期时，这种增幅有所下降，但收获后2 种处理块茎中的锌浓度仍表现出显著差异，Zn 处理比CK 处理高57.66%。在整个生育期内，马铃薯各器官锌浓度大小顺序为茎＞根＞叶＞块茎，Zn 处理下马铃薯块茎锌含量增幅最低。

表1 锌处理对不同生育期内马铃薯各器官锌浓度的影响（mg/kg）Table 1 Effects of zinc treatment on zinc concentration in organs of potato at different growing stages

2.1.2 施锌对马铃薯植株锌素积累量的影响

全生育期内，马铃薯植株全株锌累积量随马铃薯正常生长而逐渐上升，苗期Zn处理全株锌累积量显著高于CK，且随着生育期推进，Zn处理锌累积量增幅大于CK（图1）。在苗期、块茎膨大期和成熟期Zn 处理全株锌累积量依次为0.65，2.10 和3.07 mg/株，分别较CK 增加44.44%、100.00%和169.30%，表明施锌显著提高了马铃薯全株锌累积量。

2.1.3 施锌对马铃薯各生育期不同器官锌素分配的影响

马铃薯茎叶和根中的锌累积分配比例随生育期的推进而逐渐降低，块茎中的锌累积分配比例逐渐增加，Zn 处理降低了块茎锌分配比例（图2）。在施锌与不施锌两种情况下，根向茎叶的锌转运系数均大于茎叶向块茎的锌转运系数（表2），相差2 倍以上，说明锌主要集中在马铃薯地上部器官中。另外，在不同生育期内，施锌明显降低了根向茎叶以及茎叶向块茎的锌转运系数，使锌的再分配受到抑制，导致锌在马铃薯根中积累，块茎锌分配率下降，但随着生长中心由茎叶向块茎转移，锌在根中的分配比例呈下降趋势，在块茎中的分配比例呈上升趋势，到成熟期Zn 处理和CK 处理块茎锌分配比例分别为25.58%和42.66%。

表2 锌处理对不同生育期内马铃薯锌转运系数的影响Table 2 Effects of zinc treatment on translocation factor of zinc in potato at different growth stages

2.2 施锌对马铃薯块茎品质的影响

收获后对马铃薯块茎主要品质指标进行测定分析，结果表明（表3），Zn处理显著提高了马铃薯块茎中还原糖、淀粉、游离氨基酸、维生素C及粗蛋白含量，分别比CK 处理高38.46%，9.33%，25.97%，16.86%，16.17%，并显著降低了块茎中硝酸盐含量，Zn 处理硝酸盐含量比CK 处理低15.08%，2种处理可溶性糖含量无显著差异。整体来看，基施锌肥对改善马铃薯块茎营养品质有积极作用。

表3 施锌对马铃薯块茎营养品质的影响Table 3 Effects of zinc application on nutritional quality of potato tubers

3 讨 论

目前，锌缺乏问题在世界范围内普遍存在并引起了广泛关注[12]，作物缺锌与人体缺锌存在直接联系[13]。马铃薯作为世界上产量最大的非谷物类粮食作物，是人们的重要食物来源之一[8]，探讨提高其块茎锌含量及改善品质的有效措施有其必要的研究意义。施锌是提高农作物可食部位锌含量的一种有效农艺措施，目前已证实，施锌可提高小麦和水稻籽粒中的锌含量，并提高了籽粒中锌的生物有效性，有利于人体吸收利用[14-16]。为填补中国在马铃薯锌生物强化研究领域的空白，甘肃省于2013 年启动了马铃薯锌生物强化项目，目前已取得一系列重要成果[17]。前人研究指出，马铃薯对锌具有一定的富集能力，但锌富集能力很低，这可能是由马铃薯的遗传特性和生理特性决定的[18]，在整个生育期内，马铃薯茎中锌含量最高，其次是叶，块茎锌含量最低[19]，本研究表明基施锌肥可明显提高马铃薯各器官锌浓度及全株锌累积量，各器官锌浓度大小顺序为茎＞根＞叶＞块茎，Zn处理下块茎锌浓度比CK提高了57.66%，Kromann 等[20]的研究结果也显示，基施锌肥使马铃薯块茎锌浓度提高了91.30%，但施锌降低了锌在块茎中的累积分配比例，这与候叔音[21]、孙小龙等[22]进行马铃薯“拌种+喷施”锌肥的研究结果一致。马振勇等[23]对马铃薯进行浇灌及喷施锌肥的研究结果也表明，施锌肥增加了锌素在茎和根中的分配比例，降低了锌素在块茎中的分配比例。

锌在作物品质形成过程中也发挥着重要作用，其参与植物呼吸作用及多种物质代谢过程，并通过酶的作用对植物碳氮代谢等产生相当广泛的影响[24]。有研究表明，采用适量浓度硫酸锌浸种能够促进马铃薯植株生长发育、提升食用品质和商品品质[25]。在马铃薯生育期内施用锌肥能够增加马铃薯块茎中维生素C、游离氨基酸、可溶性糖、蛋白质及淀粉含量，降低马铃薯块茎中还原糖含量[26-28]，这对提升马铃薯块茎品质指标十分有利。本研究中，Zn处理下马铃薯块茎淀粉、游离氨基酸、维生素C及粗蛋白含量均较CK 显著提高，硝酸盐较CK 显著下降，但Zn 处理还原糖含量较CK 提高了38.46%。王延明[29]通过马铃薯喷施锌肥的研究结果也表明，施锌提高了马铃薯块茎还原糖含量。马光恕等[30]研究认为，施锌会提高马铃薯叶片中蔗糖磷酸合成酶、蔗糖转化酶以及块茎蔗糖转化酶和蔗糖合成酶的活性，促进马铃薯叶片和块茎中蔗糖、还原糖的合成，这可能是施锌提高了马铃薯块茎还原糖含量的重要原因。此外，目前施锌处理下马铃薯品质变化研究结果不尽一致，还可能与品种、锌肥用量、施锌方式等因素有关。

综上所述，基施锌肥可有效提高马铃薯块茎锌含量并改善其营养品质。