山东省近60年主推冬小麦微量矿质元素变化

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　　摘要：选取近60年来，山东省连续3年推广面积较大的36个冬小麦品种为试验材料，探究不同年代冬小麦品种在土壤肥力存在差异条件下籽粒、颖壳和茎叶中的铜、锰、铁、锌等4种微量元素含量。结果表明，不同肥力条件下4种微量元素含量高肥处理高于低肥处理的年代出现的较多。微量矿质元素在冬小麦籽粒、茎叶和颖壳中含量表现为Cu元素含量呈现出籽粒>茎叶>颖壳，Mn元素含量表现为茎叶>籽粒>颖壳，Fe元素含量表现为茎叶>颖壳>籽粒，Zn元素含量表现为籽粒>颖壳>茎叶。冬小麦籽粒中铜、锰、铁、锌等4种微量元素含量范围分别为4.79～6.14、32.55～44.07、37.24～59.56、25.74～37.40 mg/kg。
　　 关键词：冬小麦;微量矿质元素;年代;肥力;器官;含量变化
　　 中图分类号： S512.1+10.1  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）15-0132-05
　　微量矿质元素是维持人体正常生命活动所必需的物质之一，以其独特的生理特性通过食物链直接或间接地成为影响人体健康的重要因素[1]。目前，人们的膳食习惯及在生活方式中对精、细、白的过分追求，导致矿质营养缺乏日趋严重[2]。如何借助农艺措施改进或作物遗传改良，让生产出的粮食营养富集从而满足人类营养与健康的需要，已成为当今国际作物科学研究的一个新领域[3]。
　　铜（Cu）、锰（Mn）、铁（Fe）、锌（Zn）等4种微量元素是人类营养和健康必需的微量矿质元素[4-5]。4种元素都参与人体许多重要酶的合成、活化和生理作用。铜在细胞的分裂与分化、红细胞的成熟和释放、胶原与弹性蛋白的合成、能量代谢，以及在造血功能、内分泌功能、神经系统、心血管系统、骨骼系统等多方面都具有重要的生理生化作用。锰是硫酸软骨素合成酶的必需辅助因子，与软骨素的代谢、结缔组织发育，以及钙、磷代谢关系密切。铁是合成血红蛋白、肌红蛋白的重要原料，参与细胞色素氧化酶、过氧化酶的合成代谢。锌元素能影响细胞的分裂、生长和再生，还具有改善食欲及消化功能的作用。
　　前人关于冬小麦微量矿质元素的研究侧重点不尽相同，有的研究特定区域、土壤和环境差异对矿质元素含量的影响[6-8]，有的研究不同肥力或是其他处理方式对小麦矿质金属元素的影响[9-10]。但是针对不同年代不同肥力冬小麦铜、锰、铁、锌等4种微量元素的不同器官含量研究较少。
　　本研究以山东省近60年品种更替过程中的36个主推冬小麦品种为材料，测定不同年代不同肥力条件下微量矿质元素铜、锰、铁、锌等在小麦籽粒、颖壳、茎叶中的含量，研究分析不同年代大面积推广冬小麦品种的矿质元素效率演化规律，探究土壤肥力对不同年代主推冬小麦矿质元素的调控效应，以期为新品种选育和栽培措施改良進而有效提高籽粒矿质元素含量，从而为解决我国居民矿质营养元素摄入不足的状况提供一定的理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　选取36个山东省近60年来连续3年推广面积（超过6.67万hm2）较大的冬小麦品种为试验材料，详见表1。
　　1.2 试验设计与管理措施
　　试验于2014年9月至2015年7月于德州市农业科学研究院试验农场进行。按单因子唯一差异原则，采用随机区组试验设计。设置高肥和低肥2个试验区域，高肥区域土壤养分有机质含量为1.8%，全氮含量为0.60 g/kg，有效磷含量为34 mg/kg，有效钾含量为88 mg/kg;低肥区域土壤养分有机质含量为0.8%，全氮含量为0.41 g/kg，有效磷含量为10 mg/kg，有效钾含量为63 mg/kg。
　　36份冬小麦品种分别按小区种植，小区为9 m2的正方形小区，株距5 cm，行距38 cm，3次重复。播种前统一施底肥[纯氮（N） 120 kg/hm2、P2O5 110 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2]，拔节中期追施纯N 120 kg/hm2，分别于越冬期、拨节期和开花期各浇水1次。
　　1.3 样品选取与处理方法
　　收获期在每个小区中随机选取120个单茎，按不同器官分成籽粒、茎叶、颖壳等3个部分，在 105 ℃ 烘箱内快速杀青30 min，在70 ℃烘箱中烘干。籽粒采用3100型磨粉机研磨为全面粉，茎叶和颖壳分别用40目小型植株粉碎机粉碎研磨。
　　Cu、Mn、Fe和Zn元素含量采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同年代不同肥力条件下籽粒中铜、锰、铁、锌元素含量
　　由图1可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦籽粒中的Cu元素含量在20世纪60年代、70年代、90年代和21世纪高肥处理高于低肥处理，在50年代和80年代低肥处理高于高肥处理。不同年代的冬小麦籽粒中Cu元素含量基本呈现先降低后升高的趋势。高肥条件下最高含量出现在60年代的主推品种中，低肥条件下最高含量出现在50年代推广品种中;最低含量均出现在80年代。
　　 由图2可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦籽粒中的Mn元素含量在20世纪50年代、70年代、80年代、90年代和21世纪高肥处理高于低肥处理，在60年代低肥处理高于高肥处理。不同年代的主推冬小麦呈现相同的倒“S”形变化趋势。最高含量均出现在50年代主推的品种中;最低含量均出现在21世纪。
　　 由图3可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦籽粒中的Fe元素含量，在20世纪60年代、80年代和90年代高肥处理高于低肥处理，在50年代、70年代和21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代的主推冬小麦中Fe元素含量基本呈现“W”形曲线变化的趋势。高肥处理最高含量出现在20世纪80年代，低肥出现在20世纪70年代;最低值均出现在20世纪90年代。 　　 由图4可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦籽粒中Zn元素含量在20世纪60年代、70年代、80年代、 90年代和21世纪高肥处理高于低肥处理，在50年代低肥处理高于高肥处理。不同年代的小麦籽粒中Zn元素含量基本呈现先降低后升高的趋势。高肥处理最高含量出现在20世纪60年代，低肥处理出现在20世纪50年代;最低值均出现在20世纪90年代。
　　2.2 不同年代不同肥力条件下颖壳中的铜、锰、铁、锌元素含量
　　由图5可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦颖壳中Cu元素含量在20世纪60年代、70年代、80年代和90年代高肥处理高于低肥处理，在50年代和21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代颖壳中Cu元素含量差异较小。高肥处理最高含量出现在20世纪70年代，低肥处理出现在21世纪;最低值均出现在20世纪90年代。
　　 由图6可以看出，不同肥力条件下颖壳中Mn元素含量在20世纪50年代、60年代、70年代和80年代高肥处理高于低肥处理，在20世纪90年代和21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代颖壳中Mn元素含量呈现倒“S”形变化趋势。高肥处理最高含量出现在80年代，低肥处理出现在90年代;最低含量均出现在21世纪。
　　 由图7可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦颖壳中Fe元素含量在20世纪60年代、70年代、21世纪高肥处理高于低肥处理，在20世纪50年代、80年代、90年代低肥处理高于高肥处理。不同年代颖壳中Fe元素含量基本呈现“W”形曲线变化趋势。最高含量在均出现在21世纪;高肥处理最低含量出现在20世纪80年代，低肥处理出现在20世纪60年代。
　　 由图8可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦颖壳中Zn元素含量在20世纪50年代、 60相同年代、80年代高肥处理高于低肥处理，在20世纪70年代、90年代、21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代之間颖壳中Zn元素含量基本呈现“M”形曲线变化趋势。最高含量在高肥和低肥处理中均出现在20世纪90年代;高肥处理最低含量出现在21世纪，低肥处理出现在20世纪60年代。
　　2.3 不同年代不同肥力条件下茎叶中铜、锰、铁、锌元素含量
　　由图9可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦茎叶中Cu元素含量在20世纪50年代、60年代、70年代和80年代高肥处理高于低肥处理，在20世纪90年代和21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代之间基本呈现倒“S”形曲线变化趋势。高肥处理最高含量出现在20世纪70年代，低肥处理出现在20世纪80年代;最低含量均出现在20世纪90年代。
　　 由图10可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦茎叶中Mn元素含量在20世纪50年代和70年代高肥处理高于低肥处理，在20世纪60年代、80年代、90年代和21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代之间呈现先升高后降低的变化趋势。最高含量均出现在20世纪90年代;低肥处理最低含量出现在20世纪50年代，高肥处理出现在20世纪60年代。
　　 由图11可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦茎叶中Fe元素含量在20世纪50年代、70年代、90年代和21世纪高肥处理高于低肥处理，在20世纪60年代和80年代低肥处理高于高肥处理。不同年代之间基本呈现倒“S”形曲线变化趋势。高肥处理最高含量出现在20世纪70年代，低肥处理出现在20世纪80年代;高肥处理最低含量出现在20世纪90年代，低肥处理出现在20世纪50年代。
　　 由图12可以看出，不同肥力条件下主推冬小麦茎叶中Zn元素含量在20世纪60年代、70年代、90年代高肥处理高于低肥处理，在20世纪50年代、80年代和21世纪低肥处理高于高肥处理。不同年代之间呈“W”形曲线变化趋势。高肥处理最高含量出现在20世纪70年代，低肥处理出现在20世纪80年代;最低含量均出现在20世纪90年代。
　　2.4 不同年代不同肥力条件下不同器官中Cu、Mn、Fe、Zn元素含量
　　由表2可以看出，不同肥力主推冬小麦中Cu元素含量均呈现出籽粒>茎叶>颖壳的情况。籽粒中高肥处理最高含量和最低含量均低于低肥处理;颖壳中高肥处理最高含量和最低含量均高于低肥处理;茎叶中高肥处理最高含量高于低肥处理，高肥处理最低含量低于低肥处理。Cu元素在籽粒中的含量为4.79～6.14 mg/kg，在颖壳中的含量为2.06～2.34 mg/kg，在茎叶中的含量为2.45～3.08 mg/kg。
　　 不同肥力主推冬小麦中Mn元素含量基本呈现茎叶>籽粒>颖壳的情况。籽粒和颖壳中的最高含量和最低含量均为高肥处理高于低肥处理;茎叶中则为最高含量和最低含量均为低肥处理高于高肥处理。Mn元素在籽粒中的含量为32.55～44.07 mg/kg，在颖壳中的含量为29.62～44.37 mg/kg，在茎叶中的含量为38.18～75.44 mg/kg。
　　 不同肥力主推冬小麦中Fe元素含量呈现出茎叶>颖壳>籽粒的情况。籽粒中Fe元素高肥处理最高含量和最低含量均高于低肥处理;颖壳中高肥处理最高含量高于低肥处理，高肥处理最低含量低于低肥处理;茎叶高肥处理最高含量低于低肥处理，高肥处理最低含量高于低肥处理。Fe元素在籽粒中的含量为37.24～59.56 mg/kg，在颖壳中的含量为 262.52～469.84 mg/kg，在茎叶中的含量为350.57～651.35 mg/kg。
　　不同肥力冬小麦中Zn元素含量呈现出籽粒>颖壳>茎叶的情况。籽粒中Zn元素含量高肥处理最高含量低于低肥处理最高含量，高肥处理最低含量高于低肥处理最低含量;颖壳中高肥处理最高含量低于低肥处理最高含量;茎叶中高肥处理最高含量和最低含量均高于低肥处理。Zn元素在籽粒中的含量为25.74～37.40 mg/kg，在颖壳中的含量为8.19～12.65 mg/kg，在茎叶中的含量为7.20～10.71 mg/kg。 　　3 讨论与结论
　　由表3可以看出，不同肥力条件下4种微量元素含量高肥处理高于低肥处理的年代出现的较多。不同肥力条件对4种元素的籽粒、颖壳和茎叶的最高含量和最低含量影响各不相同。前人研究结果表明，小麦植株中矿质元素吸收及利用效率对肥料构成和施肥量响应程度不同[11]。施肥水平高，主要来源于吸收效率;可用矿质含量低，主要来源于利用效率[12];但只要有限的矿质被利用，即可满足矿质利用效率高的品种的需要[13]。
　　不同器官微量矿质元素含量表现为Cu元素含量呈现出籽粒>茎叶>颖壳的情况，Mn元素含量基本是茎叶>籽粒>颖壳，Fe元素含量呈现茎叶>颖壳>籽粒的现象，Zn元素含量呈现籽粒>颖壳>茎叶的情况。
　　籽粒作为人类食用部分，其中的铜、锰、铁、锌等4种微量矿质元素的含量最值得关注。本研究结果中籽粒中Cu元素含量范围为4.79～6.14 mg/kg，Mn元素含量范围为32.55～44.07 mg/kg，Fe元素含量范围为37.24～59.56 mg/kg，Zn元素含量范围为25.74～37.40 mg/kg;这与郭明慧等研究山西中部地区小麦籽粒中铜、锰、铁、锌的平均含量分别为6.89、38.44、38.19、29.30 mg/kg[14]基本相同，本研究中Cu元素含量稍低。
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