首页分享 Efficient promotion of the nutritional and processing quality of wheat grain by Zn forliar spraying at 5 days after anthesis

Efficient promotion of the nutritional and processing quality of wheat grain by Zn forliar spraying at 5 days after anthesis

来源：花匠小妙招时间：2024-12-25 08:33

摘要:【目的】锌是小麦生长发育所必需的微量元素之一，本试验旨研究不同生育阶段叶面喷施锌肥对小麦籽粒营养品质及加工品质的影响。【方法】以小麦品种‘扬麦16’为材料，于2013—2015年开展了田间试验。试验设拔节期和花后5天喷施锌肥两个处理，以不喷施锌肥 (CK) 为对照，分析了小麦锌的积累、籽粒营养品质和加工品质。【结果】与对照处理相比，拔节期和花后5天喷锌处理小麦面粉锌含量显著提高，分别提高了27.2%和57.8%。拔节期和花后5天喷锌小麦籽粒总蛋白、蛋白组分、麦谷蛋白大聚合体 (GMP) 和高/低分子量麦谷蛋白亚基 (HMW-GS/LMW-GS) 含量显著提高 (P < 0.05)，面粉总蛋白含量分别较对照提高了4.2%和10.3%。成熟期茎、叶、颖壳等器官氮含量也提高，花后5天喷锌处理与对照比较差异显著 ( P < 0.05)，喷锌对锌积累量的影响与含量趋势一致。叶面喷施锌肥还显著提高面粉干、湿面筋含量和面筋指数，拔节期和花后5天喷锌处理干面筋含量分别比对照增加17.3%和23.9%，湿面筋含量分别增加15.4%和20.1%。喷锌处理面包体积增大，拔节期和花后5天喷锌处理增幅分别为16.3%和20.0%，而面包的硬度分别下降了13.5%和26.2%，咀嚼性分别下降了6.8%和24.3% ( P < 0.05)，改善了烘焙品质。【结论】花后5天喷锌比拔节期喷锌对小麦籽粒品质影响更大，对小麦籽粒加工品质的改善效果也更明显。锌可促进花后同化氮素在籽粒中的积累是其影响小麦籽粒营养品质和加工品质的主要原因。

Abstract:【Objectives】Zn is one of the essential trace elements to wheat growth and development. The objective of our study was to investigate the effect of zinc application on grain quality of wheat.【Methods】Field experient was conducted in 2013–2014 and 2014–2015 using wheat cultivar ‘Yangmai 16’ as materials. There were three treatments, no Zn fertilizer (CK), spraying Zn at the jointing stage (JS) and spraying Zn at 5 days after anthesis (5DAA). The Zn accumulation, grain nutritional quality and processing quality were determined.【Results】Compared to CK, spraying Zn significantly increased Zn contents in wheat flour, and the increments were 27.2% and 57.8% in treatments of spraying Zn fertilizer at JS and spraying Zn fertilizer at 5DAA, respectively. Spraying Zn promoted the accumulation of nitrogenous substances, the contents of total protein, protein components, glutenin polymer (GMP), high molecular weight glutenin subunits (HMW-GS) and low molecular weight glutenin subunits (LMW-GS) were significantly increased (P < 0.05). The total grain protein contents were increased by 4.2% and 10.3% in the treatments of spraying Zn fertilizer at JS and at 5DAA, respectively. The nitrogen contents of stems, leaves, glumes and grains at the maturity were also increased by Zn, especially in the treatment of spraying Zn fertilizer at 5DAA ( P < 0.05). Spraying Zn fertilizer also significantly increased dry gluten content and wet gluten content in flour. The dry gluten contents in the JS and 5DAA treatments were increased by 17.3% and 23.9%, respectively, and the wet gluten contents were increased by 15.4% and 20.1%, respectively. Meanwhile, Zn also increased the bread volume, with increments of 16.3% and 20.0% in the treatments of JS and 5DAA. The hardness and chewiness were decreased markedly. The decrements in hardness were 13.5% and 26.2%, and the decrements in chewiness were 6.8% and 24.3%, respectively.【Conclusions】Forliar spraying of Zn can improve wheat grain quality, and the effect is more significant when sprayed at the grain filling stage, ie. 5 days after anthesis. The main reason is that later Zn application is more efficient in promoting assimilated nitrogen accumulation in wheat grain after anthesis.

Key words:wheat zinc fertilization nutritional quality processing quality flour bread

锌 (Zn) 是维持人体健康所必需的营养元素，缺锌会导致人体生长迟缓、免疫功能紊乱[1–2]，锌缺乏已成为威胁人类健康的第五大因素[3]。锌也是农作物生长发育必需的微量元素，世界范围内约一半的禾谷类作物生长在潜在缺锌的土壤上[4]。刘铮对我国土壤有效锌 (DTPA-Zn) 含量进行分级和评价，认为土壤缺锌临界值为0.5 mg/kg，并将土壤有效锌含量按照 < 0.5、0.5～1.0、1.1～2.0、2.1～5.0、> 5.0 mg/kg分为很低、低、中等、高、很高五个水平 [5]。根据这个标准，我国小麦和水稻主要产区的石灰性土壤及一些水稻土均属缺锌土壤，这严重影响了作物产量和品质形成。缺锌土壤可通过施用锌肥提高小麦籽粒锌含量和产量[6]，以叶面喷施锌肥的提高效果较好[7–8]。有研究表明，锌肥的喷施时期对锌在小麦籽粒中的富集起着至关重要的作用，小麦生长后期喷施锌肥对小麦籽粒锌含量和积累量的提高幅度更大[9]。锌对氮的吸收利用有明显的促进作用，土壤不缺锌时施用锌肥对小麦的产量影响不大，但是能够提高籽粒中的氮含量[7, 10]，还能够增加小麦植株地上部的氮含量；增施氮肥也能够促进籽粒对锌的吸收，这表明氮锌吸收具有正相关关系[11]。小麦籽粒蛋白的最主要成分是醇溶蛋白和麦谷蛋白，两者含量的多少决定了面团的弹性和延展性，从而影响小麦籽粒的加工品质。但喷施锌肥对小麦的加工品质影响还缺少研究。本研究分别在小麦拔节期和花后5天进行叶面喷施锌肥处理，研究了叶面施锌对小麦籽粒锌含量和蛋白质积累的影响，以及对面粉品质和面包烘焙品质的影响，以明确锌对小麦籽粒品质的调控效应，为锌肥的合理施用提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法1.1 试验设计

试验于2013—2014年和2014—2015年小麦生长季进行，地点分别位于南京市浦口区汤泉镇汤泉农场 (118°27′E、32°05′N) 和安徽省滁州市姑塘村 (118°30′E、32°32′N)。供试土壤为黏质壤土，前茬为水稻。土壤碱解氮分别为57.02 mg/kg和41.42 mg/kg，速效钾分别为288.07 mg/kg和99.47 mg/kg，有效磷分别为40.30 mg/kg和14.87 mg/kg，有效锌[二乙基三胺五乙酸 (DTPA)-Zn]含量分别为3.46 mg/kg和0.83 mg/kg。供试品种为扬麦16。播种时间分别为2013年10月29日和2014年10月17日，播种密度为240 × 104 plant/hm2，行间距20 cm，播前施纯N 120、P2O5 120、K2O 150 kg/hm2，一次性作基肥施入，拔节期追施纯N 120 kg/hm2。其他管理同大田栽培。

试验设不喷施锌肥 (CK)、拔节期喷施锌肥 (JS) 和花后5天 (5DAA) 喷施锌肥三个处理，小区长4 m、宽3 m。锌肥以硫酸锌的形式叶面施用，用量为2 kg/hm2，喷施浓度0.2%，对照喷施等量清水。每处理喷施两次，两次喷施间隔一天。试验为完全随机区组设计，每个处理3次重复。

1.2 测定项目和方法1.2.1 植株样品的采集和处理

开花期选择同日开花、长势一致植株挂牌标记，分别在开花期和成熟期取样，按照茎、叶、颖壳、籽粒分样，105℃杀青30 min，70℃烘干至恒重。之后用万能粉碎机磨样，其中籽粒样品为全麦粉，磨样后样品保存备用，用于植株氮含量等指标的测定。

1.2.2 面粉样品的采集和处理

成熟期按照1米双行收获，手工脱粒。籽粒晒干后室温贮藏一个月完成后熟。籽粒磨粉前按照《NY/T 1094.1—2006小麦实验制粉第一部分：设备、样品制备和润麦》进行润麦，采用ZS70-II型实验磨粉机 (河北涿州市粮油机械厂) 磨粉，YFS-08验粉筛 (0.15 mm) 过筛，出粉率为70%左右。此部分样品用于营养品质和加工品质指标的测定。

1.2.3 面粉蛋白质及组分含量的测定

蛋白质组分测定采用连续提取法测定，依次用蒸馏水、10%NaCl溶液、70%乙醇和0.2%NaOH溶液提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白。提取的蛋白组分和总蛋白用半微量凯氏定氮法测定其氮含量[12]，以氮含量乘以5.7计算蛋白质含量。

1.2.4 GMP含量测定

参照Weegels等[13]和孙辉等[14]的方法，稍作改变。称取样品0.05 g于10 mL离心管中，加入1 mL 1.5%的SDS提取液，常温下15500 g离心15 min，弃上清液，双缩脲法测定残余物中氮含量作为GMP含量近似值。

1.2.5 高/低分子量麦谷蛋白亚基 (HMW-GS/LMW-GS) 含量的测定

称取样品80 mg于2 mL离心管中，加1 mL样品提取液A (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0)，立即振荡5 min，65℃水浴30 min后10000 rpm离心5 min，倒掉上清。加入样品提取液B (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0；50%异丙醇、20% SDS、2% DTT) 1 mL，震荡、水浴、离心、倒掉上清。加入样品提取液C (0.08 mol/L Tris-HCl，pH 8.0；50%异丙醇、20% SDS、1.4% 4-VP) 1 mL，震荡、水浴、离心。转移200 μL上清至2 mL离心管中，加入200 μL谷蛋白提取液 (0.5 mol/L Tris-HCl，pH 6.8；5% β-巯基乙醇、0.2% SDS、40%蔗糖、0.2%溴酚蓝)，100℃水浴5 min，10000 rpm离心5 min，上清液即为HMW-GS和LMW-GS。SDS-PAGE电泳采用北京六一仪器厂生产的DYY-28D型电泳装置。分离胶浓度12.5%，浓缩胶浓度为4%，胶厚1 mm，24个上样孔，每隔两孔点一个样，每个样品点样15 μL。每板电流30 mA。电泳完毕后，用12%三氯乙酸溶液固定12h以上，然后用染色液 (40%乙醇、7%乙酸、0.1%考马斯亮蓝R-250) 染色4～6 h，用脱色液 (25%乙醇、8%乙酸) 脱色2 h以上至背景澄清透明。用美国伯乐公司生产的VersaDoc蛋白凝胶成像系统对凝胶进行扫描，使用Quantity One软件进行定量分析。

1.2.6 锌含量的测定

样品锌含量采用HNO3-H2O2方法消煮。称取样品0.2 g至消煮管中，加入HNO3- H2O2 (4∶1) 混合液5 mL，静置12 h以上，用江苏宜兴生产的LNK-872型多功能快速消化器消煮至溶液蒸干。冷却至室温加入5% HNO3溶液8 mL，70℃封口水浴2～3 h，涡旋、静置，至溶液澄清后转移至10 mL离心管，用ICP-OES(PerkinElmer OPTIMA 210DV) 对样品进行测定。

1.2.7 面包的制作及测定方法

面包制作及感官品质测定按照《GB/T 14611-2008 小麦粉面包品质试验直接发酵法》进行。面包出炉冷却后，用菜籽置换法[15]测定面包体积。从面包中间切下三片25 mm厚的切片，采用Stable Micro Systems TA.XT Plus物性测试仪对面包质地进行TPA测试，使用探头P/32，测前测试速度2 mm/s，测后速度1 mm/s，压缩程度50%，数据采集速率200 p/s，停留时间5 s。面包感官品质测定，组织6名品评员，对面包感官品质性状进行打分。

1.3 计算方法和数据统计分析

开花期各器官氮积累量 = 开花期各器官氮含量 × 开花期各器官干物质重；

成熟期各器官氮积累量 = 成熟期各器官氮含量 × 成熟期各器官干物质重；

花后氮同化量 = 成熟期各器官氮积累量 – 开花期各器官氮积累量；

对籽粒氮积累的贡献率 = 花后氮同化量 (花前氮积累量)/成熟期籽粒氮积累量 × 100%；

所有数据均采用Excel 2010进行整理，用SAS 9.0软件进行方差分析，并用LSD法对处理间进行差异显著性比较，采用Sigmaplot 10.0作图。

2 结果与分析2.1 叶面锌肥对小麦面粉锌含量的影响

两年数据表明，叶面喷施锌肥提高了小麦面粉的锌含量 (图1A)。拔节期施锌处理在2014—2015年试验中显著增加面粉锌含量 (P < 0.05)，比对照提高了37.9%。花后5天喷施效果在两年试验中均显著高于对照 ( P < 0.05)，分别比对照提高了51.6%和61.6%。

2.2 叶面锌肥对小麦面粉蛋白质含量的影响

两年数据表明，叶面喷施锌肥能够提高小麦面粉的蛋白质含量 (图1B)。拔节期喷锌处理在2014—2015年显著增加面粉总蛋白质含量 (P < 0.05)，增幅为3.8%。花后5天施锌处理两年均显著高于对照 ( P < 0.05)，并高于拔节期施锌处理。与对照比较，花后5天喷施锌肥处理在两年试验中分别增加10.5%和10.0%。

图1 不同生育期施锌对小麦面粉锌含量和蛋白质含量的影响Fig. 1Effect of spraying Zn at different growth stages on Zn contents and protein contents in wheat flour[注（Note）：CK—对照Control; JS—拔节期喷施锌肥Spraying Zn at jointing stage; 5DAA—花后5天喷施锌肥Spraying Zn at 5 days after anthesis; 方柱上不同小写字母代表同一年处理间差异显著 (P < 0.05) Different letters above the bars indicate significant differences among different treatments in the same year (P < 0.05).]

叶面喷施锌肥能够增加小麦面粉蛋白组分的含量，花后5天喷锌处理能够显著增加谷蛋白含量 (P < 0.05，图2)。对于醇溶蛋白和谷蛋白，花后5天喷施锌肥处理增幅大于拔节期喷施锌肥处理。与对照比较，花后5天喷锌处理小麦面粉醇溶蛋白含量的增幅在2014—2015年为11.8%，谷蛋白含量在两年试验中增幅分别为13.8%和13.3%。

图2 不同生育期施锌对小麦面粉蛋白组分含量的影响Fig. 2Effect of spraying Zn at different growth stages on the contents of protein components in wheat flour[注（Note）：CK—对照Control; JS—拔节期喷施锌肥Spraying Zn at jointing stage; 5DAA—花后5天喷施锌肥Spraying Zn at 5 days after the anthesis; 方柱上不同小写字母代表同一年处理间差异显著 (P < 0.05) Different letters above the bars indicate significant differences among different treatments in the same year (P < 0.05).]

2.3 叶面锌肥对小麦面粉麦谷蛋白大聚合体 (GMP) 含量的影响

两年试验结果表明，喷施锌肥能够提高面粉GMP含量，花后5天施锌处理提高效果显著 (P < 0.05，图3)。与对照比较，花后5天喷施锌肥处理小麦面粉GMP含量两年分别提高了18.7%和12.5%。

图3 不同生育期施锌对小麦面粉GMP含量的影响Fig. 3Effect of spraying Zn at different growth stages on GMP contents in wheat flour[注（Note）：CK—对照Control; JS—拔节期喷施锌肥Spraying Zn at jointing stage; 5DAA—花后5天喷施锌肥Spraying Zn at 5 days after the anthesis; 方柱上不同小写字母代表同一年处理间差异显著 (P < 0.05) Different letters above the bars indicate significant differences among different treatments in the same year (P < 0.05).]

2.4 叶面锌肥对小麦面粉高/低分子量麦谷蛋白亚基 (HMW-GS/LMW-GS) 含量的影响

两年试验研究显示，叶面喷施锌肥能够提高小麦面粉HMW-GS和LMW-GS的含量 (图4)。与对照比较，花后5天施锌处理能够显著增加2014—2015年HMW-GS含量 (P < 0.05)，增幅为27.4%。

图4 不同生育期施锌对小麦面粉高/低分子量麦谷蛋白亚基含量的影响Fig. 4Effect of spraying Zn at different growth stages on HMW-GS and LMW-GS contents in wheat flour[注（Note）：CK—对照Control; JS—拔节期喷施锌肥Spraying Zn at jointing stage; 5DAA—花后5天喷施锌肥Spraying Zn at 5 days after the anthesis; 方柱上不同小写字母代表同一年处理间差异显著 (P < 0.05) Different letters above the bars indicate significant differences among treatments in the same year (P < 0.05).]

2.5 叶面锌肥对成熟期小麦氮含量和积累量的影响

叶面喷施锌肥能够影响小麦植株氮含量和氮素转运量，喷施锌肥后小麦叶片的氮含量显著高于对照处理 (P < 0.05，表1)。颖壳和籽粒的氮含量提高，但对不同时期施锌响应不同。茎的氮含量也高于对照，但差异不显著。不同时期喷施处理比较，花后5天喷施处理的小麦各器官氮含量高于拔节期喷施处理，叶片中差异显著 (P < 0.05)，而其他器官无显著差异。氮积累量趋势表现基本一致。

表1 2014—2015年不同处理小麦成熟期植株各器官氮含量、积累量和氮素转运Table 1 Effect of spraying Zn at different growth stages on N concentrations and accumulation amounts in organs of wheat at the maturity and N transport amount of wheat from the anthesis to maturity in 2014–2015

与对照比较，花后5天喷施锌肥处理的小麦花后氮素同化量增幅显著 (P < 0.05，表1)，提高32.2%。拔节期喷施锌肥处理的小麦花前氮素转运量增幅显著 (P < 0.05)，升高15.6%。该结果表明花后5天喷施锌肥能够促进花后同化氮素在籽粒中的积累，从而提高小麦籽粒氮素含量。

2.6 叶面锌肥对加工品质的影响2.6.1 叶面锌肥对面筋含量及SDS-沉降值的影响

叶面喷施锌肥能够显著提高面粉的干面筋含量、湿面筋含量 (P < 0.05，表2)。与拔节期喷施锌肥比较，花后5天喷施锌肥在2014～2015年显著增加了湿面筋含量 (P < 0.05)，但干面筋含量和面筋指数在拔节期喷施和花后5天喷施处理间没有显著差异。施锌后，SDS-沉降值也有增加，在2013—2014年花后5天喷施处理与对照差异显著。

表2 不同生育期喷锌小麦面粉面筋含量及SDS-沉降值Table 2 Gluten contents and SDS-sedimentation value in wheat flour affected by spraying stages

2.6.2 叶面锌肥对面包体积、质构特性及感官品质的影响

本试验研究结果表明，喷施锌肥后，面包体积增大 (图5)，硬度和咀嚼性减小，处理间差异显著 (P < 0.05，表3)。与对照比较，拔节期喷施锌肥面包体积增大16.3%，硬度降低13.5%，咀嚼性降低6.8%。花后5天喷施锌肥面包体积增大20.0%，硬度和咀嚼性分别降低26.2%和24.5%。施锌对面包的弹性、回复性、内聚力以及感官品质的影响虽不显著但均呈增高的趋势 (表3)。与拔节期喷施锌肥相比，花后5天喷施锌肥对面包体积及质构特性的影响更为显著。

图5 不同喷锌处理的面包切片Fig. 5Sliced bread affected by Zn application[注（Note）：CK—对照Control; JS—拔节期喷施锌肥Spraying Zn at jointing stage; 5DAA—花后5天喷施锌肥Spraying Zn at 5 days after anthesis.]表3 2014—2015年不同生育期施锌对面包体积及质构特性的影响Table 3 Effect of spraying Zn at different growth stages on volume and textural properties of bread in 2014–2015

3 讨论

小麦作为人体热量的重要来源，面粉中锌含量的多少在很大程度上影响人体摄入锌的数量。锌在韧皮部具有较强的移动性，叶面喷施锌肥有利于锌从营养器官向小麦籽粒中的转运[16]，提高籽粒锌含量。在本试验条件下，拔节期和花后5天喷施锌肥均能够提高小麦面粉中的锌含量，尤其花后5天喷锌显著高于对照。可见花后施用锌肥较花前施用锌肥更有利于锌在籽粒中的积累，与前人大多数研究结果一致[17]。

叶面喷施锌肥对小麦籽粒中氮的积累具有明显的促进作用。本试验条件下，花后5天喷锌处理显著提高了小麦面粉总蛋白质含量。比较小麦植株花前氮素转运量和花后氮素同化量发现，花后5天喷施锌肥处理，花后氮素同化量提高达90.5%，表明花后施锌能够促进开花后氮素向籽粒中的积累，与韩金玲等[10]的研究结果一致。有研究显示，氮锌吸收具有协同作用[11, 16, 18]。烟酰胺 (NA) 是锌在小麦韧皮部中卸载和移动重要的含氮化合物，可与锌结合为NA-Zn从珠心突起进入小麦籽粒[19]。大量锌以NA-Zn形式进入小麦籽粒，NA在籽粒中代谢可转化为蛋白质，这可能是喷施锌肥提高小麦籽粒蛋白质含量的原因之一。

醇溶蛋白和麦谷蛋白为籽粒贮藏蛋白，其含量的高低和亚基的组成影响到小麦营养品质和加工品质的优劣。本研究结果表明，喷锌提高了面粉中醇溶蛋白、麦谷蛋白以及高/低分子量麦谷蛋白亚基含量，花后5天喷锌处理能够显著增加面粉谷蛋白含量。有研究表明，锌与蛋白质二硫键异构酶 (PDI) 结合并作为PDI的辅因子参与生理活动[20–21]，而PDI可以促进麦谷蛋白进一步折叠聚集，易于形成谷蛋白大聚合体。董心久[22]的研究也表明，花后施锌能够使谷蛋白各亚基的表达量增加，表达时间提前。

面筋中醇溶蛋白能赋予面团延展性，麦谷蛋白能赋予面团弹性。喷锌提高了小麦面粉醇溶蛋白和麦谷蛋白含量，进而影响小麦面粉的加工品质。本研究结果显示，喷施锌肥处理面包体积和比容显著增大，硬度及咀嚼性显著降低。面包体积与比容一般与面包烘焙品质正相关，硬度与咀嚼性一般与面包烘烤品质呈负相关，可见喷施锌肥显著改善了面包的烘焙品质。与拔节期喷施相比，花后5天喷施改善效果更为明显。赵新等[23]研究指出，面包体积与蛋白质 (面筋) 含量呈正相关关系，而蛋白质含量与面包硬度和咀嚼性呈负相关关系[24]。蛋白中尤其以谷蛋白作用更大，谷蛋白由高/低分子量的麦谷蛋白亚基构成，高分子量谷蛋白亚基的作用具有累加性，含量越高，面粉的烘焙品质越好[24]。可见锌肥通过提高小麦高分子量麦谷蛋白亚基的含量，影响面筋性质，从而提高了小麦的烘焙品质，使得面包的食味品质和营养品质有所改善。

4 结论

叶面喷施锌肥提高了籽粒锌含量，提高了蛋白质、GMP和HMW-GS含量，改善了面包的烘焙品质，其中花后5天喷施锌肥处理比拔节期喷施作用更显著，锌通过促进氮素吸收改善籽粒品质。