安麥13 對微量元素的積累特性研究

薛志偉 周其軍 楊春玲

（安陽市農業科學院，河南安陽 455000）

小麥作為中國重要的糧食作物之一，是北方人民的重要口糧，在農業生產和食品工業中占有十分重要的地位[1]。隨著人們生活水平的不斷提高，越來越多的人開始關注食品的營養品質。微量元素鐵、錳、鋅、銅對植株的生長發育起著十分重要的作用，是植物生長必需而其功能又不能被其他元素所代替的元素。微量元素含量過低影響植株葉綠素合成和正常生長發育，含量過高則會引起植株細胞內蛋白質含量下降，抑制植株生長發育[2-3]。目前植物因微量元素攝入不足而發生缺素癥的現象十分普遍，嚴重的會影響植株正常生長發育。

微量元素鐵、錳、鋅、銅對于人體生長發育和健康非常重要，在人體內具有多方面重要的生理功能[4]。微量元素被人體吸收后，通過與蛋白質或其他有機基團結合，形成酶、激素、維生素等生物大分子，在人體內發揮著重要的生理生化功能[5]。人體要保持健康，就需要從植物源食物中獲取微量元素在內的各種營養。人體一旦缺乏某種微量元素或者營養失衡，就會引發隱性饑餓[6]。根據聯合國糧食及農業組織公布的一項數據顯示，全球約20 億人正在遭受隱性饑餓，中國隱性饑餓人口達3 億。小麥籽粒中微量元素含量的適宜范圍報道屢見不鮮，但結果略有不同。西北農林科技大學資源環境學院根據我國居民飲食特點，參照中國營養學會公布的成年人微量元素參考攝入量和谷物攝取量、我國現行的農業標準以及多名專家學者提出的小麥籽粒微量元素適宜含量，綜合分析推薦得出小麥微量元素適宜含量范圍[7]：小麥籽粒鐵為50～140mg/kg，錳為22～50mg/kg，鋅為40～50mg/kg，銅為3～10mg/kg。

安麥13 是安陽市農業科學院小麥研究所以中育9307 為母本、周麥22 為父本進行雜交配制組合，通過系譜法選育而成的中筋、中熟小麥品種。2021年通過河南省主要農作物品種審定委員會審定（豫審麥20210070），該品種具有高產、穩產、抗倒伏、根系發達、適應性廣等優良特性，適宜于黃淮南片冬麥區高肥水地塊早中茬種植[8]。為了科學指導安麥13 的生產應用，保證農業生產安全，安陽市農業科學院小麥研究所開展了安麥13 對土壤中微量元素鐵、錳、鋅、銅的積累特性試驗，以期可以更好地了解安麥13 的微量元素積累特性，為安陽市小麥營養育種提供參考資料，進一步保障農產品安全生產。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試小麥品種為安麥13，由安陽市農業科學院小麥研究所提供。試驗地點為安陽縣永和鄉安陽市農業科學院試驗基地。地勢平坦，基礎設施完善，土質為粉砂質壤土。試驗前采集土壤樣品進行分析化驗，土壤的基本理化性質為：pH 值8.07，有機質含量24.05g/kg，全氮1.54g/kg，硝態氮7.11mg/kg，銨態氮4.55mg/kg，速效磷19.53mg/kg，速效鉀 175.44mg/kg。

1.2 試驗方法試驗3 次重復，小區長寬為9m×1.6m，周圍留保護行。試驗地每667m2底施復合肥料（N∶ P2O5∶K2O=17∶20∶5，總養分≥42%）50kg。機械深耕25～30cm，圓盤耙耙1～2 次，玉米秸稈粉碎全量還田，同時撒施辛硫磷防治地下害蟲，確保地面平整，田間墑情好，苗齊、苗勻、苗壯。

2020 年10 月15 日播種，3 葉期人工間苗、定苗，12 月24 日澆越冬水。2021 年2 月24 日澆返青水同時每667m2追施尿素25kg，3 月7 日人工結合化控除草，使用麥歡和雙氧·氯氟吡防治田間雜草，5 月6 日用聯苯菊酯3%和啶蟲脒3%微乳劑30g 兌水20L 均勻噴霧防治蚜蟲，6 月9 日收獲。田間管理和病蟲害防治按照當地栽培管理技術模式進行。

1.3 樣品采集小麥成熟時采集植株樣品，用蒸餾水洗凈，每個樣品分成根、莖、葉、殼、籽粒5 部分，恒溫80℃烘干至恒重后裝入自封袋中，分別進行測試。

1.4 微量元素含量檢測及指標微量元素鐵、錳、鋅、銅由農業農村部環境保護科研檢測所按照國家標準規定的檢測方法進行檢測。

生物富集系數（BCF）=小麥地上部位元素含量/土壤元素含量

生物轉移系數（TF）=小麥地上部位元素含量/小麥根部元素含量

1.5 數據處理采用Excel 2017 軟件對所獲得的樣品數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 微量元素鐵的分布特征鐵作為植物正常生命活動所必需的微量礦質元素，是葉綠素合成重要且必需的微量元素之一。鐵是光合作用、生物固氮和呼吸作用中細胞色素和非血紅素鐵蛋白的重要組成物質，并在諸多生理代謝方面的氧化還原過程中起著電子傳遞作用[9]。植物源食物中的鐵是人類獲取鐵的主要途徑，植物對鐵吸收和代謝機制方面的相關研究一直是研究的熱點[10]。

安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素鐵含量差別較大（表1）。根中鐵含量最高，籽粒和葉中鐵含量次之，莖和殼中鐵含量較低。根中鐵含量（75.73mg/kg）遠遠大于殼中鐵含量（0.48mg/kg）。安麥13 地上各部分（莖、葉、殼、籽粒）的生物富集系數均低于0.01。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對微量元素鐵的生物轉移系數分別為0.04、0.21、0.01、0.38，轉移能力由強到弱的順序是籽粒＞葉＞莖＞殼。

表1 鐵元素的含量和分布

2.2 微量元素錳的分布特征錳是一種重要的植物必需微量元素，植物體內的錳直接參與光合作用、呼吸作用、蛋白質合成等多種生命活動[11]。錳在植物體內是多種酶的活化劑，它控制著植物體內許多氧化-還原體系，可促進植株生長并增強抗病性[12]。

對安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素錳含量和分布系數分析如表2 所示，葉中微量元素錳含量最高（155.35mg/kg），其次是根（76.14mg/kg）、籽粒（31.89mg/kg）、莖（26.13mg/kg），殼中錳含量最低（22.99mg/kg）。根和葉從土壤中吸收到的錳生物富集系數僅為0.01，莖、殼和籽粒從土壤中吸收的錳生物富集系數則小于0.01。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對微量元素錳的生物轉移系數分別為0.34、2.04、0.30、0.42，轉移能力由強到弱的順序是葉＞籽粒＞莖＞殼。

表2 錳元素的含量和分布

2.3 微量元素鋅的分布特征微量元素鋅在植物體內具有重要的營養功能，是植物細胞中多種酶和重要蛋白結構的輔助因子和活化劑[13]。鋅參與生長素的合成和氮素同化，具有促進蛋白質代謝、生殖器官的發育和提高植株抗性等重要功能[14]。

對安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素鋅含量和分布系數分析見表3，安麥13 植株籽粒（17.59mg/kg）、根（16.98mg/kg）和葉（13.61mg/kg）中微量元素鋅含量高于殼（7.08mg/kg）和莖（5.39mg/kg）。安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒對微量元素鋅的生物富集系數分別為1.36、0.43、1.09、0.57、1.41，富集能力由強到弱的順序是籽粒＞根＞葉＞殼＞莖。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對微量元素鋅的生物轉移系數分別為0.32、0.80、0.42、1.04，轉移能力由強到弱的順序是籽粒＞葉＞殼＞莖。

表3 鋅元素的含量和分布

2.4 微量元素銅的分布特征微量元素銅在植物體內的功能是多方面的。銅是多種酶的組成成分，在生物系統中起著獨特的催化作用。植物中的銅對蛋白質代謝及葉綠素的形成有重大影響，具有參與體內氧化還原反應，構成銅蛋白并參與光合作用的電子傳遞和光合磷酸化，促進花器官發育等重要功能[15]。當土壤中有機質含量較高或者氮有效性較高的情況下，會影響植株吸收銅元素[16]。

安麥13 植株根、莖、葉、殼、籽粒中微量元素銅含量差別不大（表4），根（3.84mg/kg）、籽粒（3.03mg/kg）和葉（2.92mg/kg）中含量略高于殼（1.40mg/kg）和莖（1.12mg/kg）。安麥13 根、莖、葉、殼、籽粒對微量元素銅的生物富集系數分別為0.90、0.26、0.69、0.33、0.71，富集能力由強到弱的順序是根＞籽粒＞葉＞殼＞莖。安麥13 莖、葉、殼、籽粒對微量元素銅的生物轉移系數分別為0.29、0.76、0.37、0.79，轉移能力由強到弱的順序是籽粒＞葉＞殼＞莖。

表4 銅元素的含量和分布

2.5 鐵、錳、鋅、銅含量的相關性分析對安麥13不同器官中微量元素鐵、錳、鋅、銅含量進行相關分析（表5），結果表明，安麥13 植株根、莖、葉、殼、籽粒中鐵含量與錳、鋅、銅含量呈正相關關系；錳含量與鋅、銅含量呈正相關關系；鋅含量與銅含量（r=0.96*）呈顯著正相關關系。

表5 微量元素含量相關系數

3 結論與討論

微量元素的含量高低直接影響小麥籽粒的品質和營養[17-18]。安麥13 對微量元素的積累特性試驗結果表明：安麥13 植株中微量元素鐵、錳、鋅、銅含量之間呈正相關關系，其中鋅含量與銅含量之間呈顯著正相關關系。安麥13 籽粒中微量元素鐵、錳、鋅、銅含量分別為28.97mg/kg、31.89mg/kg、17.59mg/kg、3.03mg/kg，其中鐵、鋅含量偏低，未達到推薦范圍，錳、銅含量在推薦范圍內，與褚宏欣等[7]對全國1000 余份樣品的研究結果相同。微量元素鐵、鋅、銅在根和籽粒中含量要高于其他器官，微量元素錳在根和葉中含量要高于其他器官。目前生產上常見提高小麥籽粒產量和營養品質措施是在生育后期噴施不同微量元素[19-20]。

安麥13 成熟期根和葉對土壤中的微量元素錳有很強的吸收富集作用，錳在根和葉中分布系數分別為24.36%、49.71%。安麥13 成熟期根和籽粒對土壤中的微量元素鐵、鋅、銅有很強的吸收富集作用，鐵在根和籽粒中分布系數分別為61.26%、23.44%；鋅在根和籽粒中分布系數分別為28.00%、29.00%，生物富集系數分別為1.36、1.41；銅在根和籽粒中分布系數分別為31.16%、24.59%，生物富集系數分別為0.90、0.71。

安麥13 成熟期各器官對微量元素鐵、錳、鋅、銅的轉移能力各有不同。轉移系數代表植株從根吸收元素后向其他地上部器官轉移的能力。鐵的轉移能力由強到弱的順序是籽粒＞葉＞莖＞殼，錳的轉移能力由強到弱的順序是葉＞籽粒＞莖＞殼，鋅和銅的轉移能力由強到弱的順序是籽粒＞葉＞殼＞莖。

由于區域地理、人為因素和栽培管理的差異性，本研究的分析結果會存在一定的局限性和片面性，可能是由于土壤理化性質，元素背景含量、化學形態及生物有效性的不同造成的。為了更好地滿足食品安全和農業高質量發展，建議對作物在不同種植環境的元素積累特性展開研究，為農業的安全生產提供理論依據。