叶面喷施钼锌肥对冬小麦籽粒品质的影响

刘春奎,李紫琳,胡承孝,贾 琳,张博莹,刘红恩,孙学成,谭启玲

(1.新型肥料湖北省工程实验室/华中农业大学微量元素研究中心,湖北 武汉 430070;2.郑州轻工业大学 食品与生物工程学院,河南 郑州 450001;3.小麦玉米作物学国家重点实验室/河南农业大学 农学院,河南 郑州 450046;4.河南农业大学 资源与环境学院,河南 郑州 450002)

0 引言

【研究意义】钼是小麦生长过程中的必需营养元素,对小麦生长发育和籽粒品质具重要影响。在世界范围内,土壤缺钼比较普遍,特别是酸性土壤容易缺钼,中国约50%耕地缺钼[1]。锌是小麦生长发育不可缺少的营养元素,我国乃至世界部分小麦种植区缺锌[2-3]。小麦作为人类的主要粮食作物之一,是人体摄入蛋白质、微量元素和热量的重要来源[4]。小麦籽粒品质的优劣对人体健康有重要影响,对日常饮食以面食为主的群体健康影响较大[5]。因此,研究钼锌肥对小麦籽粒品质的影响有重要意义。【前人研究进展】土壤缺钼会引起小麦产量和品质下降[6]。施钼可以提高小麦对钼肥的吸收效率[7];能够有效提高冬小麦叶片硝酸还原酶活性、叶绿素含量和净光合速率,使冬小麦籽粒产量增加[8]。随着钼施用量增加,小麦籽粒中钼含量显著增加,施用钼可以显著提高小麦产量和籽粒中总蛋白质含量[9]。缺锌会造成小麦代谢受阻,生长缓慢,籽粒品质下降[10]。在缺锌条件下,如果当季补锌可促进小麦根系发育和生长,提高小麦籽粒品质[11]。喷施锌肥可以提高小麦籽粒的沉淀值、湿面筋量和稳定时间,从而提高小麦的品质[12]。喷施锌肥能够显著提高冬小麦籽粒的锌浓度和锌累积量,有效改善小麦锌营养品质[13]。土壤施用锌肥,能够显著提高冬小麦叶片抗氧化酶活性,提高冬小麦籽粒产量[8]。【研究切入点】国内外有关单独施钼、单独施锌对冬小麦籽粒品质等方面的研究较多,但是钼锌配施对冬小麦籽粒品质影响的研究相对较少。【拟解决的关键问题】采用叶面喷施钼锌肥,研究单独施钼、单独施锌和钼锌配施对冬小麦籽粒品质的影响,以期通过合理施用钼肥、锌肥达到改善冬小麦籽粒品质的目的,为优质冬小麦生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以河南省民权县龙塘镇吴堂村民权高效现代农业示范区农田(115.08°E,34.61°N)、河南省南阳市卧龙区英庄镇前英庄村农田(112.43°E,32.77°N)、河南省方城县赵河镇半坡店村农田(112.83°E,33.14°N)冬小麦种植田块为试验对象,各试验点供试小麦品种及土壤理化性质见表1。

表1 各试验点供试小麦品种及土壤理化性质Table 1 Soil physical and chemical properties and tested wheat varieties at different test sites

1.2 试验设计

于冬小麦生长季节开展叶面喷施钼、锌肥试验。每个试验点均采用完全随机试验设计,叶面喷施设4个处理,处理1(CK)：喷施清水;处理2(Mo处理)：喷施0.10%钼肥(钼有效含量);处理3(Zn处理)：喷施0.10%锌肥(锌有效含量);处理4(Mo+Zn处理)：喷施0.10%钼肥+0.10%锌肥。肥源为钼酸铵〔(NH4)6Mo7O24·4H2O〕和硫酸锌(ZnSO4·7H2O)。每个处理重复4次,共16个小区,小区面积24 m2(4 m×6 m),试验田四周设保护区。分别于小麦越冬期和拔节期进行叶面喷施。以0.01% (v/v) Tween 20作为表面活性剂[14],使用手动高压喷雾器于无风、无雨条件下进行叶面喷施[8]。根据试验设计的浓度要求,每次施用量750 L/hm2,均匀喷施小麦叶片。试验点其他肥料的施用和田间管理按当地习惯进行。

1.3 测定指标与方法

主要测定冬小麦籽粒中粗蛋白含量、蛋白组分含量、淀粉含量、钼含量和锌含量。冬小麦成熟时,各小区选取有代表性1 m双行冬小麦样品进行人工收割。冬小麦样品收获后完成晾晒、脱粒、考种、粉碎等工作。使用浓硫酸消化冬小麦籽粒样品[15],采用自动凯氏定氮仪测定冬小麦籽粒样品蛋白氮含量,冬小麦籽粒粗蛋白含量通过籽粒蛋白氮含量计算(籽粒粗蛋白含量=5.70×籽粒蛋白氮含量)[16]。采用连续提取法分别获得清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白溶液,测定各蛋白组分含量[17]。采用双波长比色法测定冬小麦籽粒中支链淀粉和直链淀粉含量[18]。采用示波极谱法测定冬小麦籽粒中钼含量[19],使用原子吸收分光光度计测定冬小麦籽粒中锌含量。

1.4 数据统计

采用SPSS 22.0统计软件进行方差分析和多重比较[20]。

2 结果与分析

2.1 不同处理冬小麦籽粒的淀粉含量

从表2看出,不同处理对冬小麦籽粒支链淀粉、淀粉总量和直链淀粉/支链淀粉的影响存在一定差异。第1年,方城试验点,冬小麦籽粒支链淀粉和淀粉总量各处理均表现为Zn>Mo>Mo+Zn>CK,支链淀粉和淀粉总量Zn、Mo、Mo+Zn处理均显著高于CK,其中,支链淀粉较CK分别提高7.26%、6.88%和6.74%,淀粉总量较CK分别提高6.50%、5.93%和5.74%;民权试验点,不同处理冬小麦籽粒中支链淀粉含量和淀粉总量均表现为Zn>Mo>Mo+Zn>CK,Zn、Mo和Mo+Zn处理冬小麦籽粒支链淀粉含量较CK分别增加6.90%、6.27%和5.23%,淀粉总量分别增加6.53%、6.19%、4.80%。第2年,方城试验点,各处理冬小麦籽粒支链淀粉含量和淀粉总量均表现为Mo+Zn>Zn>Mo>CK,与CK相比,Mo+Zn处理冬小麦籽粒支链淀粉含量和淀粉总量分别增加6.96%和5.51%;不同处理冬小麦籽粒直链淀粉/支链淀粉比值表现为Mo>CK>Zn>Mo+Zn;南阳试验点,各处理冬小麦籽粒支链淀粉含量和淀粉总量均表现为Mo>Zn>Mo+Zn>CK,Mo、Zn和Mo+Zn处理冬小麦籽粒支链淀粉含量分别较CK提高7.57%、6.78%和5.67%,淀粉总量分别较CK提高6.31%、5.97%和4.85%。总体看,在小麦生长期间,叶面单独施钼、单独施锌和钼锌配施均能显著提高冬小麦籽粒支链淀粉含量和淀粉总量。

表2 不同处理冬小麦淀粉组分及其含量Table 2 Content of different starch components in grains of winter wheat under different treatments

2.2 不同处理冬小麦籽粒的粗蛋白及组分含量

2.2.1 粗蛋白含量 由表3看出,多个试验点冬小麦籽粒粗蛋白含量Mo+Zn处理高于CK。第1年,方城试验点,不同处理冬小麦籽粒粗蛋白含量表现为Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo和Mo+Zn处理分别较CK高7.39%和7.76%,差异显著(P<0.05)。第2年,南阳试验点,不同处理冬小麦籽粒粗蛋白含量表现为Mo+Zn>CK>Mo>Zn,Mo+Zn处理显著高于Mo和Zn处理。

表3 不同处理冬小麦籽粒的粗蛋白含量Table 3 Crude protein content in grains of winter wheat under different treatments %

2.2.2 蛋白组分含量 从表4看出,不同试验点不同处理冬小麦籽粒清蛋白含量无显著差异,而多个试验点不同处理冬小麦籽粒醇溶蛋白、麦谷蛋白含量差异显著。第1年,民权试验点,不同处理冬小麦籽粒醇溶蛋白含量表现为Mo>Mo+Zn>Zn>CK,Mo和Mo+Zn处理醇溶蛋白含量较CK分别增加9.21%和5.78%;麦谷蛋白含量表现为Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo+Zn和Mo处理较CK分别增加6.49%和6.11%,且与CK差异显著;方城试验点,不同处理冬小麦籽粒麦谷蛋白含量表现为Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo、Zn和Mo+Zn处理分别较CK提高9.35%、7.61%和10.21%。第2年,南阳试验点,各处理醇溶蛋白含量表现为Mo+Zn>CK>Zn>Mo,Mo+Zn处理较CK提高4.37%;麦谷蛋白含量表现为Mo+Zn>Mo>Zn>CK,Mo+Zn处理较CK提高6.52%,且与其余处理差异显著;方城试验点,不同处理冬小麦籽粒醇溶蛋白含量表现为Mo+Zn>CK>Zn>Mo,Mo+Zn处理显著高于Mo和Zn处理;麦谷蛋白含量依次为Mo>Mo+Zn>Zn>CK,Mo和Mo+Zn处理分别较CK提高6.26%和5.08%。总体看,钼锌配施能增加冬小麦籽粒醇溶蛋白和麦谷蛋白含量,有效调节冬小麦籽粒中蛋白组分含量。

表4 不同处理冬小麦籽粒的蛋白组分含量Table 4 Content of protein components in grains of winter wheat under different treatments mg/g

2.3 不同处理冬小麦籽粒的钼和锌含量

从表5看出,不同处理冬小麦籽粒的钼与锌含量存在一定差异。

表5 不同处理冬小麦籽粒的钼和锌含量Table 5 Mo and Zn content in grains of winter wheat under different treatments mg/kg

2.3.1 冬小麦籽粒钼含量 不同试验点不同处理冬小麦籽粒钼含量在0.21～0.42 mg/kg。第1年,南阳试验点,不同处理冬小麦籽粒钼含量表现为Mo>Mo+Zn>CK>Zn,Mo和Mo+Zn处理分别较CK提高35.71%和25.00%;方城试验点,冬小麦籽粒钼含量表现为Mo>Mo+Zn>CK>Zn,Mo和Mo+Zn处理分别较CK提高20.69%和10.34%;民权试验点,冬小麦籽粒钼含量表现为Mo>Mo+Zn>Zn>CK,Mo和Mo+Zn处理分别较CK提高35.48%和25.81%。第2年,南阳试验点,各处理冬小麦籽粒钼含量表现为Mo+Zn>Mo>CK>Zn,Mo和Mo+Zn处理分别较CK提高26.09%和39.13%;方城试验点,不同处理冬小麦籽粒钼含量表现为Mo+Zn>Mo>CK>Zn,Mo和Mo+Zn处理分别较CK提高25.00%和28.13%。总体看,单独施钼、钼锌配施能显著提高冬小麦籽粒钼含量。

2.3.2 冬小麦籽粒锌含量 不同处理冬小麦籽粒锌含量在19.98～29.40 mg/kg。第1年,南阳试验点,各处理冬小麦籽粒锌含量表现为Zn>Mo+Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn处理分别较CK提高24.84%和21.95%;方城试验点,冬小麦籽粒锌含量表现为Mo+Zn>Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn处理分别较CK提高16.69%和18.11%;民权试验点,籽粒锌含量表现为Zn>Mo+Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn处理分别较CK提高9.42%和3.65%。第2年,南阳试验点,不同处理冬小麦籽粒锌含量表现为Zn>Mo+Zn>Mo>CK,Zn和Mo+Zn处理分别较CK提高14.32%和12.26%;方城试验点,不同处理冬小麦籽粒锌含量表现为Zn>Mo+Zn>CK>Mo,Zn和Mo+Zn处理分别较CK提高15.6%和13.77%,且与CK和Mo处理差异显著。总体看,钼锌配施和单独施锌均能显著增加冬小麦籽粒锌含量。

3 讨论

小麦品质包括加工品质和营养品质2个方面,小麦加工品质是指小麦籽粒制粉及面粉对制作不同食品的适应性;小麦营养品质是指小麦籽粒蛋白质、淀粉、氨基酸含量及其组分的平衡程度,蛋白质、淀粉的含量和性质决定小麦制品的优劣[21]。淀粉是小麦籽粒主要成分,淀粉组分与含量对小麦和面粉的品质有较大影响。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,小麦籽粒中淀粉组分的变化会影响面条等食品品质。测定小麦淀粉含量的方法主要有碘蓝比色法、碘电位滴定法以及碱液分散法等,双波长比色法是一种简便快捷的测定淀粉含量的方法,能较准确测定直链淀粉和支链淀粉含量[22]。研究采用双波长比色法测定锌钼肥处理冬小麦籽粒中直链淀粉和支链淀粉含量,结果表明,钼锌肥施用能有效提高冬小麦籽粒中支链淀粉含量,在一定程度上能增加淀粉总量,能调节冬小麦籽粒中直链淀粉与支链淀粉的比值,单独施钼肥、单独施锌肥和钼锌肥配施使冬小麦籽粒中支链淀粉含量较CK(施用清水)分别提高0.79%～7.56%、2.99%～7.27%和4.53%～6.97%,淀粉总量分别提高0.93%～6.32%、2.47%～6.54%和3.23%～5.75%;不同处理间直链淀粉含量差异不显著,与金玉红等[23]研究的小麦品种间淀粉总量的差异主要是支链淀粉含量差异引起的结论一致,表明直链淀粉是小麦固有特性,不受环境变化影响。

冬小麦灌浆期叶面喷施钼、锌、镁肥能促进冬小麦生育后期的氮素代谢,有利于小麦氮素转化和蛋白质的形成,从而为改善小麦品质奠定物质基础[24]。施锌能提高小麦[25]、水稻[26]、玉米[27]等谷类作物蛋白质含量,改善农产品品质。渍涝胁迫条件下,单独喷施钼肥、锌肥和锌钼配施能使玉米籽粒的粗蛋白和氨基酸含量分别提高8.25%～9.69%和10.71%～14.29%[28]。有研究表明,钼锌与不同肥料配施对改善大白菜品质有重要影响,钼+锌+复合肥在提高大白菜茎叶中蛋白质和可溶性糖含量方面效果优于钼+复合肥[29]。硼钼锌配合对甘蓝型油菜品质有积极的影响,钼锌、硼锌和硼钼锌配施处理,有利于提高甘蓝型油菜菜籽蛋白质含量,在提高菜籽含油量、兼顾其蛋白质含量、改善油分品质等方面,以硼钼锌配合效果最好[30]。单施钼、锌能增加油菜籽粒蛋白质含量,而单施硼会降低蛋白质含量,硼与钼、锌配施时蛋白质含量下降不明显,钼、锌配施显著增加籽粒蛋白质含量[31]。叶面喷施硼钼锌对改善大豆品质有重要作用,钼锌、硼锌和硼钼锌处理均有利于提高大豆的蛋白质含量,喷施锌肥能有效增加蛋白质含量,钼与氮代谢有密切关系,钼可以提高作物中蛋白质含量[32]。

叶面喷施试验条件下,不同处理冬小麦籽粒蛋白含量为10.83%～14.41%,已有学者测定了70多个国家和地区的小麦样品籽粒蛋白质含量为10.90%～19.20%[33]。不同试验条件小麦籽粒蛋白质含量差异主要由土壤、气候、品种等方面的影响造成[34],缺钼会降低冬小麦籽粒中醇溶蛋白和谷蛋白含量[35]。研究表明,叶面配施钼锌使冬小麦籽粒醇溶蛋白含量较CK增加3.40%～10.52%,使冬小麦籽粒麦谷蛋白含量增加5.08%～10.20%,说明叶面配施钼锌对于改善冬小麦籽粒蛋白组分含量有重要影响。有研究表明,施锌会影响小麦籽粒中谷蛋白的结构和流变性质[36],对面粉中麦谷蛋白含量有较大影响[37]。

单独施钼使冬小麦籽粒钼含量较CK提高0.06～0.11 mg/kg,钼锌配施使冬小麦籽粒钼含量增加0.03～0.09 mg/kg,增幅10.34%～39.13%。魏文学等[38]采用拌种方式施入钼酸铵,使小麦面粉含钼量大幅度提高。有研究表明,在小麦拔节中期和末期进行叶面喷施锌肥,能使小麦籽粒锌含量提高5.2 mg/kg,增幅为17.5%[39]。在陕西关中地区,土施或叶面喷施锌肥可不同程度提高小麦籽粒锌含量,叶面喷施锌肥的效果优于土施[40]。叶面喷施锌肥是一种有效提高小麦籽粒锌含量的措施[41]。研究表明,钼锌配施冬小麦籽粒锌含量较CK增加0.88～4.34 mg/kg,增幅3.65%～18.11%。在本研究中,不同处理冬小麦籽粒锌含量为19.98～29.40 mg/kg,该锌含量仍低于推荐锌含量(40～60 mg/kg)[42]。因此,在冬小麦生产中应注意合理施用锌肥,加强富锌冬小麦品种的选育,以进一步提高冬小麦籽粒锌含量。

4 结论

叶面单独施钼、单独施锌和钼锌配施能有效提高冬小麦籽粒支链淀粉含量,在一定程度上能增加冬小麦籽粒淀粉总量;钼锌配施能有效提高冬小麦籽粒醇溶蛋白和麦谷蛋白含量。与CK(清水)相比,钼锌配施使冬小麦籽粒钼含量提高0.03～0.09 mg/kg、锌含量增加0.88～4.34 mg/kg,叶面喷施钼锌肥在冬小麦生产上具有一定的应用价值。