3种微量元素对小麦生长发育及产量和

3种微量元素对小麦生长发育及产量和

品质的影响研究进展

摘 要 综述了锌、铁、硒3种微量元素对小麦生长发育、产量及品质影响的研究进展，对造成小麦中微量元素含量差异的原因进行了深入分析. 土壤中微量元素的植物有效性、元素间的相互影响、小麦品种的基因型差异、栽培管理措施等因素都会导致小麦籽粒中微量元素含量变化. 研究基因型差异并筛选富含微量元素的功能性营养小麦品种成为

今后小麦遗传育种的一项重要工作. 图1 参58

关键词 小麦；微量元素；锌；铁；硒；元素有效性；基因型

随着经济的日益发展和生活水平的不断提高，人们的膳食营养需求也较从前大为提升. 过去，营养学研究的焦点放在能量和蛋白，却忽略了矿物质的营养需求. 随着对微量矿物质认识的深入，微量矿物元素对于人类膳食健康的重要性日益凸显. 美国全国科学研究委员会和中国营养学会均推荐了人体必需微量元素的每日膳食供给量，如铁元素成人一般需求量为每日10~15 mg，锌的日推荐量为15 mg，硒的日推荐量为50 ������ 上世纪80年代开启了有机微量元素时代，但是目前在有机微量元素领域里所作的研究及取得的成果并不是 很多. 仅仅是添加较高量的微量元素，并不能保证膳食营养获得改善，怎样提高人类食物中能被人体合理有效利用的有机微量元素含量是现今畜牧和作物育种研究中的一个热点和难题. 近年来，有关营养领域中微量元素的研究和应用在食用动物上取得了较大进展，但对粮食作物的研究还相对落后. 小麦是重要的粮食作物，世界上有三分之一以上的人口将其作为主要食粮，研究小麦中微量元素的含量、功能、存在形式、作用机理等具有重要意义. 如何借助农艺措施改进或进行作物遗传改良，生产出营养富集、益于健康的粮食来满

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[1]. 在参考大量国内外文献的基础上，本文综述了3种微量元素对小麦影响的研究进展，并分析了造成小麦微 量元素含量差异的原因.

1 微量元素在植物中的生物学功能

微量元素包括铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等，相对于大量元素而言在生物体内含量极少，但与动植物的生存和健康息息相关，具有至关重要的作用. 通过与蛋白质和其它有机基团结合，形成了酶、激素、维生素等生物大分子，发挥着重要的生理生化功能. 微量元素构成了体内重要的载体与电子传递系统，参与激素与维生素的合成，还对遗传信息

的携带者核酸的物理、化学性质均可产生影响. 多种RNA聚合酶中含有锌，而核酸还原酶的作用则依赖于铁[2].

铁、锌、硒3种微量元素在植物体内具有重要的生物学功能，含量过多或过少，都将导致植物产生生理疾病[3~5]. 锌是植物体内多种酶的组成成分和活化剂. 小麦缺锌表现为麦苗叶片失绿，心叶白化，中后期植株矮小，叶小而脆，根系变黑，空秕粒多，千粒重低[6]. 铁是人们发现的第一个植物必需微量元素[7]，铁在植物呼吸、光合和氮代谢等的氧化还原过程中都起着重要作用[8]，植株缺铁叶子会变黄，得黄叶病[9].

硒对高等植物具有抗氧化作用，可提高植株的抗逆性和抗衰老能力，促进植株的正常生长，推测硒可能是高等植物的必需微量元素[10]. 此外，微量元素还有重金属拮抗和环境胁迫抵制，影响植物气味等功能[11].

在植物中微量元素只有在其最适浓度范围内才能发挥其生物学功能，例如硒一般低于0.1×10-6才促进植物的生长发育，超过一定的浓度范围，会抑制植物的生长发育，对植物产生毒害，浓度越高抑制越强，产生的毒害作用越大. 一般非硒积累植物含硒量>50 mg/kg时，就会使植物中毒，表现出生长缓慢、植株矮小、叶子失绿等中毒症状[12].

2 3种微量元素对小麦生长发育、产量及品质的影响

2.1 3种微量元素对小麦产量的影响

对于缺锌条件下锌对小麦产量的影响，研究结果表明，缺 锌 是制约小麦高产的主 要因素之一. 缺 锌条 件下小麦当季补锌可增产3.57%~12.32%. 锌对小麦的增产作用主要归因于：锌提高了小麦根系和茎蘖的发育质量，延长了叶片的有效功能期，促进了干物质积累，增加了成穗数和粒重[6] .

用锌肥拌种效果优于用铁肥拌种，铁肥与锌肥配合施用效果更好，用锌铁肥拌种，小麦单株穗数、穗粒数、千粒重及产量均较对照有所增加[13]. 在农业生产中，常常观察到施少量硒对农作物的产量有促进作用的例子. 如程伯容等在东北病区进行了玉米、小麦、大豆等作物的喷硒试验，以亚硒酸钠喷洒叶面，均得到增产效果[14]. 由以上研究结果可见，目前关于微量元素对小麦产量影响的研究多集中于利用肥料拌种、农药喷洒等外施方法，而不同小麦品种对微量元素吸收能力的差异却尚未见报道.

2.2 3种微量元素对小麦生长发育的影响

适 量 的 锌 可以加 速 小麦 植 株 的 生长、分 蘖 和 春 化 作用[15]，但如果超过一定浓度，如Zn2+浓度高于10-4 m��/L时，种子萌发、种子中α-淀粉酶活性和幼苗生长均显著受抑；随着Zn2+浓度的增加和培养时间的延长，细胞膜透性增加，根系

活力下降和硝酸还原酶活性降低，根冠比下降[16].

小麦不同生长发育时期所含微量元素会有所变化. 霍晓婷等测定了田间高产试验条件下冬小麦不同生育时期植株地上部各器官的铁含量，结果表明，麦株含铁量随生育时期呈单峰曲线变化，其峰顶位于返青期；铁吸收量随生育时期呈双峰曲线变化，其峰顶分别位于拔节期和乳熟期，而峰谷出现在开花期. 各生育阶段麦株体内铁始终以叶片分配比例最高[17]，这一趋势与锌的分配大体一致[18].

依据植物对硒吸收量的水平差异可以将植物划分为聚硒植物、非聚硒植物（大多为农作物和草本植物）和富硫并高硒植物. 小麦属于非聚硒植物[19]. 有研究证明，喷洒硒肥能

提高小麦叶片中SOD的活性，起到促进生长的作用. 在小麦灌浆初、中期喷施硒肥后，叶片中丙二醛（MDA）含量都有不同程度的降低. MDA是细胞膜脂过氧化产物，降低叶片中MDA含量后，能延缓作物的衰老[20]. 硒在一定浓度范围内对小麦的生长发育及籽粒性状具有较为明显的促进作用 [21]. 硒对植物生长的作用符合一般必需营养元素对生物体反应的 Be���and生物剂量规律，因而也有可能是植物生长所必需的营养元素[11].

前人研究证明，锌、铁、硒均在一定浓度范围内能够促进小麦的生长发育. 因此，研究微量元素在植物中有效作用的浓度范围，对促进作物生长、增加产量以及提高人类膳食营养都具有指导意义.

2.3 3种微量元素对小麦品质的影响

由于喷施锌提高了小麦旗叶的硝酸还原酶（NR）活性、谷丙转氨酶（GP�）活性和叶绿素（Ch�）含量，从而可以提高小麦籽粒的沉淀值、湿面筋、出粉率、吸水量和稳定时间，但

对蛋白质、形成时间没有影响[22]. 还有研究成果表明，在缺锌土壤上施锌肥使小麦籽粒的含氮量和17种氨基酸的含量都有所提高，从而提高了小麦的品质[23]. 此外，有报道指出，高浓度铁可降低小麦叶锈病、黑粉病、全蚀病的危害程度[24].

加硒化肥使得麦粒的氨基酸结构发生了相应的变化，苯

丙氨酸减少了12.7%；作为小麦的第一限制性氨基酸赖氨酸

增加了15.6%，从而弥补了小麦赖氨酸含量的不足，提高了小

麦的营养价值[25]

.

以上研究结果说明，适当外施锌、铁、硒肥可以提高小

麦营养价值并减少病害，是提高小麦品质的一种重要措施.

但目前国内外对小麦营养品质的研究多数集中在蛋白质、面 筋、沉降值、稳定时间等方面，在微量元素含量方面研究很 少，富含微量元素的功能性小麦选育尚未见报道. 本课题组 连续两年对不同地点种植的几十个不同小麦品种（系）进行 了微量元素锌、铁、硒的含量测定和统计分析，已筛选出了对 微量元素吸收能力强的品种，为培育富含微量元素的功能性 小麦品种积累了材料；将其作为亲本进行的后续杂交试验和 分子遗传机理研究正在深入进行中.

3 小麦微量元素含量差异的原因分析

小麦中不同种类的微量元素含量差异很大，同种微量

元素在不同品种、不同植株中含 量也不同，即使 在同一植 株中也会因环境气候、栽培条件等因素的不同而有所差异.

3.1 土壤中微量元素的植物有效性

微量元素在生物体内存在多种形式，以什么形式存在将 影响微量元素在生物体内的分布和吸收. 对动物体的研究发 现，锌通过形成RNA、DNA聚合酶可直接影响核酸及蛋白质

的合成，在元素锌的多种存在形式中，氨基酸锌（Zn��Mee�） 的效价比乙酸锌和葡萄糖锌的要高，而乙酸锌和葡萄糖锌的 利用率和沉积率都高于硫酸锌. 但对于锌在植物中的存在形 式和形态分级的研究和报道却很少.

铁是许多重要氧化还原酶的重要组成成分[8]

. 植物体内

总铁90%以上存在于光合细胞器——叶绿体中[26]

. 由于叶绿

素的组成中没有铁，故一般多认为铁很可能是叶绿素合成过 程中的催化剂[27~28]

. 但铁在土壤中有效性低，在植物体内移

动性差，施用铁肥往往效果甚微[29]

.

土壤�H值会影响植物的含硒量，如当土壤�H为7.0时，土 壤溶液或植物中的含硒量比土壤�H 4.5时的多得多. 此外，土 壤中各种状态的硒对植物含硒量的有效性不同，其顺序为硒 酸盐>亚硒酸盐>元素硒（最难吸收）[30]

.

土壤硒的有效性一般用植物对硒的吸收量进行检验[31]

.

在土壤 里硒的不同存在形态中，小麦植株含硒量只与土壤 K2

SO4

�See呈极显著相关，所以有人把K2

SO4

�See视为土壤中的

有效硒[32]

. 在非聚硒植物中，有机态硒主要以蛋白质的形态