玉米不同品种和不同器官微量元素含量比较研究

穆阿丽， 吴 燕， 郭艺璇， 张朋朋， 于新海，付红蕾， 初晓娜， 李 辉， 杨在宾， 董国强*

（1.青岛市农产品质量安全中心，山东青岛 266100；2.青岛农业大学，山东青岛 266109；3.山东农业大学动物科技学院，山东泰安 271018）

玉米是最优质的粮饲兼用作物之一，我国78%的玉米被用作畜禽饲料的生产与研究（苏绣峡等，1996）。玉米籽实作为畜禽饲料，能够显著提高肉、蛋、奶的产量和品质（王中华等，2012；Ramessar，2008；顾剑新，2005），而玉米秸秆中也含有丰富的营养物质，能在一定程度上替代玉米籽实发挥高能饲料的作用（马飞前等，2015；卞云龙等，2013）。全株玉米中含有丰富的微量元素，人们在制作动物配方时却往往忽略了玉米中的微量元素含量，再额外添加动物所需的微量元素，这不仅造成了矿物质元素的浪费，也使环境受到一定的污染。因此，在我国“粮改饲”种养结合的背景下（于康震，2017；郑瑞强等，2016；张卫，2016），本研究旨在对玉米不同品种类型、不同器官中微量元素的含量做比较分析，以期提高玉米不同品种和不同器官中微量元素的利用率，增加玉米的定向利用效益。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料 本研究选取山东省广泛种植的玉米品种32个，根据品种特性分类：从淀粉性质上包含粉质玉米10个，胶质玉米22个；从籽实外型上包括马齿型9个，半马齿15个，硬粒8个；从成熟时期包含早熟6个，中熟7个和晚熟19个；从用途上包含普通玉米24个，饲用玉米4个和糯玉米4个。每个品种选择5个地块，均在各自品种的完熟期收割，取样进行不同品种和不同器官微量元素成分测定。

1.2 样本采集 在每个品种的每个地块分别选择10株玉米，距离地面5 cm处全株刈割。全株玉米进行剥离，按籽实、苞叶、上茎、下茎、上鞘、下鞘、上叶、下叶8个部分，分别进行称新鲜重后，将植株样本进行标号，用网兜分装，置于阳光充足、通风良好的环境中，自然风干60 d，称风干样本重。每个品种分别取自然风干的样本500 g，粉碎过60目，进行必需微量元素铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、钴（Co）、硒（Se）含量的测定。

1.3 样本分析 采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定样品中多种微量元素含量。

根据玉米不同器官风干基础微量元素含量及各器官所占全株的比例，计算不同品种玉米全株微量元素含量；由上述不同品种玉米全株微量元素含量以及玉米种植密度，计算不同玉米全株微量元素含量。

仪器和设备：微波消解仪MARS 6（CEM，美国），配备聚四氟乙烯消解罐（50 mL）。Agilent 7900电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。配备Agilent ASX-500进样器，ICP-MS MassHunter软件。

1.4 测定方法 称取约0.5 g样品于聚四氟乙烯消解罐，准确至0.0001 g，加入4 mL HNO3，静置1 h后，微波消解，消解完全后转移至50 mL容量瓶中，超纯水定容。测定不同品种不同器官中微量元素Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量。

1.5 统计分析方法 采用SAS 9.2软件进行方差及多重比较分析，P＜0.05为差异显著。使用oneway ANOVA和Duncan’s多重比较分别进行分析。以每个品种5个不同种植地块为重复，进行品种间统计分析，获得总体均数标准差（SEM）和P值。以不同类型玉米所包含的品种数为重复，分别进行淀粉性质（胶质vs粉质）、籽实外型（马齿vs半马齿vs硬粒）、成熟性质（早熟vs中熟vs晚熟）和用途（糯玉米vs普通vs饲用）之间的统计分析，获得相应P值。

2 结果分析

2.1 玉米不同品种不同部位风干基础微量元素含量分析 由表1可知，按照淀粉性质、籽实外形、成熟性质和用途分类，不同品种玉米全株和秸秆中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量没有表现出统计学上的差异（P＞0.05）。而只考虑玉米籽实部分，不同品种间Cu、Fe、Zn、Co含量差异显著（P＜0.05），粉质玉米籽实中Cu、Fe、Mn、Zn、Co的含量显著高于胶质玉米（P＜0.05）。依据不同的籽实外形分类，玉米籽实中Cu、Mn、Zn的含量有显著性差异（P＜0.05），表现为硬粒＞马齿＞半马齿。按照玉米成熟性质分类方法进行比较，Fe、Mn、Zn、Co的含量在不同玉米品种之间有显著差异（P＜0.05），早熟品种＞晚熟品种＞中熟品种。不同用途的玉米Cu、Fe、Co、Se含量有显著差异（P＜0.05），Cu的含量在不同用途玉米中表现为糯玉米＞饲用玉米＞普通玉米，Fe、Co含量为糯玉米＞普通玉米＞饲用玉米，Se含量为普通玉米＞糯玉米＞饲用玉米。总体上，玉米籽实部分，粉质玉米中Cu、Fe、Mn、Zn、Co含量较胶质玉米分别提高10.1%、15.1%、6.6%、11.6%、31.1%（P＜0.05）；硬粒中Cu、Mn、Zn的含量较半马齿分别提高15.6%、9.5%、10.8%（P＜0.05）；早熟品种中Fe、Mn、Zn、Co的含量较中熟品种分别提高16.7%、7.8%、11.0%、24.8%（P＜0.05）；糯玉米中Cu含量较普通玉米提高14.9%，Fe、Co含量较饲用玉米分别提高23.9%、40.3%，普通玉米的Se含量高达饲用玉米的2倍（P＜0.05）。由此证明，不同品种玉米籽实中的必需微量元素含量有一定差异，而秸秆和全株中表现不明显。

表1 玉米植株风干基础微量元素含量分析

2.2 玉米不同品种全株和非籽实部分微量元素产量分析 由表2可知，根据品种、淀粉性质、籽实外形、成熟性质和用途分类，玉米全株和非籽实部分Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量没有显著差异（P＞0.05），但必需微量元素Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量在不同用途的全株和非籽实部分差距较大，表现为饲用玉米＞普通玉米＞糯玉米。由此说明，不同玉米品种全株和非籽实部分必需微量元素产量相差不大，饲用玉米中产量大于普通玉米和糯玉米。

表2 玉米全株和非籽实部分微量元素产量分析

2.3 玉米不同品种不同器官微量元素产量分析由表3可知，Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se每亩产量在不同玉米品种苞叶、叶片、叶鞘和茎秆四个不同器官中有显著差异（P＜0.05）。粉质玉米和胶质玉米籽实和叶片中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se产量差异显著（P＜0.05），粉质玉米籽实中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se产量大于胶质玉米，而叶片中胶质玉米＞粉质玉米；根据不同籽实外形分类，每亩Cu、Mn、Zn的产量在不同玉米籽实、叶片和叶鞘中有显著差异（P＜0.05），Fe、Co、Se产量只在叶片和叶鞘中差异显著（P＜0.05）；按照成熟时间不同分类，早熟品种籽实中的Fe、Mn、Zn、Co产量比中熟和晚熟玉米品种高（P＜0.05）；而不同用途的玉米品种籽实Cu、Fe、Co、Se产 量 之 间 有 显 著 差 异 （P＜0.05），Cu产量表现为饲用玉米＞普通玉米＞糯玉米，Fe、Co、Se产量表现为普通玉米＞饲用玉米＞糯玉米。总体上，粉质玉米籽实中Cu、Fe、Mn、Zn、Co产量较胶质玉米分别提高7.4%、13.1%、4.5%、9.7%、29.8%（P＜0.05）；半马齿叶片中微量元素含量较马齿提高11.4%，硬粒叶鞘中微量元素含量较马齿提高8.7%；早熟品种Fe、Mn、Zn、Co含量较晚熟品种分别提高27.3%、16.7%、19.3%、17.9%；普通玉米Fe、Co、Se含量较糯玉米分别提高17.0%、18.9%、92.8%。由此说明，不同玉米不同器官中必需微量元素含量不同，其主要集中分布在叶片和叶鞘部位。

表3 不同品种不同器官微量元素产量比较分析

2.4 玉米植株不同部位微量元素产量比较分析玉米植株不同部位微量元素产量分布比较分析见图1～图3。玉米植株中微量元素大都集中在非籽实部分。以籽实中必需微量元素含量为100%，与籽实中微量元素含量相比较，Cu在玉米非籽实部分中含量为籽实的4.9倍，Fe为14.5倍，Mn为8.1倍，Zn为1.3倍，Co为16.6倍，Se为1.6倍。非籽实中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se的产量分布分别较籽实提高70.6%、89.0%、80.9%、19.5%、90.3%、30.0%。玉米植株不同器官的微量元素分布也不尽相同，由图3所示，叶鞘中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量最多，其次是叶片，Fe和Se在苞叶中也广泛分布。由此说明，必需微量元素最主要的集中部位为玉米植株非籽实部分。

图1 玉米植株微量元素含量相对比较

图2 玉米植株微量元素产量分布

图3 玉米植株不同器官微量元素分布比较

3 讨论

玉米是粮、经、饲为主的兼用作物，玉米秸秆也是一种重要的生产资源，但目前，在饲料生产工业中，玉米仅仅把籽实（粮食）作为饲料，忽略了玉米秸秆的利用。玉米秸秆中含有丰富的粗蛋白质、粗脂肪、半纤维素和微量元素等（康健，2014），是饲养牲畜的优良饲料，对玉米秸秆进行精细加工处理，制作成高营养牲畜饲料，不仅有利于发展畜牧业，而且通过秸秆过腹还田，更具有良好的生态效益和经济效益。

林电等（2007）对超甜玉米的不同生长阶段、不同部位微量元素的变化规律进行了试验研究，结果表明相同时期不同部分微量元素在组织中的含量存在较大差异。刘藏珍等（1999）研究表明，同一种植物品系不同，都可能造成植物对微量元素吸收和富集产生差异。随着玉米种植业的发展，新的玉米品种不断出现，特别是饲用玉米等专用玉米品种的出现，为其开发利用提供了广阔的前景（李家亮，2016；Beyene，2015；Khonje，2015），本研究通过选取不同品种玉米，同时将全株玉米剥离，分成不同器官，对不同品种和不同器官中的Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se进行测定，发现不同器官微量元素含量在品种之间存在显著差异，微量元素大部分集中于玉米植株非籽实部分，其中叶片和叶鞘部分显著高于其他部位，比籽实中微量元素含量高出几倍到十几倍，为综合考虑分离利用全株玉米各器官提供基础数据，可以增加玉米不同品种和不同器官的定向利用效益。

4 结论

本试验结果表明：（1）不同玉米品种籽实中的必需微量元素含量有一定差异，而玉米全株和非籽实部分没有表现出差异。（2）根据品种、淀粉性质、籽实外形、成熟性质和用途分类不足以区别不同玉米品种的必需微量元素含量。按用途分类，饲用玉米中的微量元素大于普通玉米和糯玉米。（3）不同玉米品种苞叶、叶片、叶鞘和茎秆四个不同器官中Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se每亩产量差异显著。（4）不同玉米植株中微量元素大都集中在非籽实部分。玉米非籽实部分的Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Se含量分别为籽实的4.9倍、14.5倍、8.1倍、1.3倍、16.6倍和1.6倍。