不同基因型小麥鋅強(qiáng)化效應(yīng)研究.pdf

1、鋅(zinc,Zn)是生命有機(jī)體所必需的微量元素之一,全球有超過30％的人口鋅缺乏,缺鋅導(dǎo)致的營養(yǎng)失調(diào)嚴(yán)重危害人體健康,而人們所需要的Zn等營養(yǎng)元素主要是通過食物鏈攝取。小麥作為世界上近40％人口的主食,因其種植區(qū)域土壤中可利用鋅含量偏低或品種吸收鋅效率偏低,而導(dǎo)致籽粒中Zn元素含量偏低,不能滿足最低推薦攝入量40mg kg-1的國際標(biāo)準(zhǔn)。因此,對小麥進(jìn)行Zn強(qiáng)化研究以提高其籽粒Zn等元素含量已被農(nóng)學(xué)家和營養(yǎng)學(xué)家所關(guān)注。前人對Zn強(qiáng)化做

2、了許多研究,大多報(bào)道是以少數(shù)小麥品種作為研究對象根施或葉面噴施Zn肥,研究Zn在不同組分的分布、對小麥品質(zhì)和理化指標(biāo)的影響,由于樣本量的局限性,得出的研究結(jié)果不完全一致,尤其對Zn強(qiáng)化潛力、施Zn對其它同價礦質(zhì)營養(yǎng)元素在小麥組分中的分配和積累、加工品質(zhì)(如面粉糊化特性)、營養(yǎng)品質(zhì)(如蛋白質(zhì)含量等)等指標(biāo)的影響進(jìn)行綜合評價的研究報(bào)道鮮見。本研究選用104個小麥品種在兩年度進(jìn)行鋅強(qiáng)化的基因型差異研究,分析了基施Zn條件下不同品種的Zn含量及

3、與其關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn),為Zn的生物強(qiáng)化和標(biāo)記輔助選擇提供依據(jù);從中選出40個品種進(jìn)行Zn噴施強(qiáng)化效應(yīng)研究,分析了不同品種Zn及Ca、Fe、Mg、Cu、Mn五種同價礦質(zhì)元素、小麥品質(zhì)指標(biāo)、小麥葉片生理特性對Zn強(qiáng)化的響應(yīng);進(jìn)一步選取Zn含量高、中、低三種類型共10個品種,分析不同Zn強(qiáng)化時期和強(qiáng)化濃度對Zn及五種同價礦質(zhì)元素在小麥地上部不同器官中含量的影響。研究結(jié)果表明:
　　1.參試的104個小麥品種籽粒中Zn元素含量存在顯著的基

4、因型差異,在自然條件下,絕大部分品種籽粒中Zn元素含量低于小麥籽粒全鋅推薦含量40-60mg kg-1,變幅為20.17mgkg-1-55.44mg kg-1,Zn強(qiáng)化后變幅為25.49mg kg-1-63.83mg kg-1。
　　2.不同品種小麥葉面噴施Zn肥后,籽粒中Zn元素的含量均有顯著增加,增幅因品種而異,有70％的品種籽粒中Zn含量提高到50mg kg-1以上,37.5％的品種Zn含量＞60.5mgkg-1,且增幅不受

5、籽粒中本底含量的影響。葉面噴施Zn對籽粒同價礦質(zhì)元素的吸收產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應(yīng),總體上降低了籽粒中Fe和Ca的平均含量,增加了Mg和Mn的平均含量,而Cu的平均含量Zn處理前后基本保持不變,但不同小麥品種對Zn強(qiáng)化的響應(yīng)存在基因型差異,就Fe和Ca兩種有益元素而言,Zn處理后40個品種中有22個品種籽粒Fe含量較對照有所下降,18個品種籽粒Fe含量有所上升;26個品種籽粒Ca含量較對照有所下降,14個品種的籽粒Ca含量有所上升。揚(yáng)麥2號、

6、揚(yáng)麥4號、揚(yáng)麥6號和Bobwhite施Zn處理后,籽粒中Zn、Fe、Ca、Mg、Cu、Mn六種元素含量都有所上升,因此是比較理想的強(qiáng)化載體品種;Wheaton、HFZ、揚(yáng)麥1號、揚(yáng)麥5號、揚(yáng)麥10號、黑小麥、6209和魯麥21施Zn處理后,Zn、Fe、Ca、Mg、Cu、Mn六種元素中有5種元素含量有所上升,這類品種也具有較好的強(qiáng)化潛力。
　　3.基施Zn后籽粒Zn含量(對照、處理、處理-對照)與全基因組SNP標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明,

7、4A、5A、6A、7A、2B、3B、4B、7B和4D染色體上均有重現(xiàn)性好的顯著關(guān)聯(lián)標(biāo)記,這些標(biāo)記對表型的貢獻(xiàn)率介于7.3％-15.7％,其中位于3B和7B染色體攜帶新的Zn含量主效QTL位點(diǎn),且7B染色體上攜帶的有利變異對Zn含量增效效應(yīng)較大。
　　4.不同小麥品種面粉、麩皮中礦質(zhì)元素含量存在顯著的基因型差異。Zn、Ca、Fe、Mg、Cu、Mn六種元素含量均為麩皮＞面粉。麩皮中元素的平均含量是面粉中的3-19倍,其中Mg在麩皮中的

8、含量是面粉中的19倍,Fe在麩皮中的含量是面粉中的近3倍。按絕對含量計(jì)算面粉中不同元素含量的總趨勢為:Ca＞Mg＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu,麩皮中總趨勢為:Mg＞Ca＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu;Zn強(qiáng)化后不同元素在各組分中對Zn的響應(yīng)因品種而異,但所有品種面粉Zn含量均有所上升,Ca、Fe、Cu、Mn、Mg含量變化因品種而異。按面粉/麩皮元素含量比,Ca、Fe、Mg、Cu、Mn分別為0.61、0.68、0.16、0.43和0.14。Bobw

9、hite和漯珍1號面粉中Zn、Ca、Fe、Cu元素含量都較高,紫麥1號面粉中Mg、Cu、Mn含量較高,Chokwang面粉中含有較高的Mn和Fe,荊州D402面粉中Mg、Cu、Fe含量較高。紫麥1號、漯珍1號和黑小麥三個有色小麥面粉和麩皮中六種元素含量都超過所有品種的平均值。
　　5.葉面噴施Zn肥對小麥面粉的RVA特性有顯著或極顯著影響。Zn處理與對照相比在峰值粘度、衰減度、最低粘度、最終粘度和回生值5個指標(biāo)有顯著或極顯著差異,

10、表明Zn處理可能會改變小麥的食品加工特性。Zn處理后D402、揚(yáng)麥6號、揚(yáng)麥20的峰值粘度和衰減度都有所增加。蛋白質(zhì)和淀粉含量在品種間存在顯著差異,施Zn后籽粒蛋白質(zhì)含量總體有所增加,并達(dá)到顯著水平,不同品種蛋白質(zhì)含量對Zn強(qiáng)化的響應(yīng)不同,其中上升幅度較大的有Wheaton、HFZ、揚(yáng)麥4號、揚(yáng)麥5號、揚(yáng)麥6號和Chokwang。葉面施Zn對淀粉含量改變總體不顯著。濕面筋含量對Zn處理的響應(yīng)因品種而異,HFZ和Bobwhite對照和Zn

11、處理濕面筋含量均位于前兩位,HFZ也是Zn處理后濕面筋含量增幅最大的品種。
　　6.不同小麥品種莖、葉、籽粒和穎殼穗軸中Zn、Ca、Fe、Cu、Mg、Mn六種元素含量存在極顯著差異。不同時期、不同濃度噴施Zn肥后Zn元素含量在處理間達(dá)到顯著或極顯著差異;品種-時期-濃度互作效應(yīng)顯著。Zn處理影響或顯著影響元素在各器官中的含量,揚(yáng)花期和花后10天噴施不同濃度Zn肥,各器官中的Zn含量與對照相比均有顯著增加,但增幅與噴施濃度并不呈線性

12、關(guān)系,花后10天噴施較揚(yáng)花期噴施增幅大。對照(CK)和低濃度Zn處理,Zn含量為:葉＞穎殼穗軸＞籽粒＞莖,高濃度Zn處理為葉＞穎殼穗軸＞莖＞籽粒。隨著Zn處理濃度的增高,葉/粒、穎殼穗軸/粒和莖/粒Zn含量比也隨之增大,更多Zn元素留在葉、穎殼穗軸和莖中,但相對含量因品種而異,其中Bobwhite、HFZ、Chokwang、合選198籽粒絕對含量較高且葉/粒、穎殼穗軸/粒和莖/粒總體較小。揚(yáng)花期噴施對穎殼穗軸、莖中Ca含量影響高于或顯著

13、高于花后10天噴施;噴施Zn肥總體降低了葉中Ca含量,但能夠增加籽粒中Ca含量。不同時期Zn處理降低或顯著降低穎殼穗軸、葉和籽粒中的Fe含量。揚(yáng)花期和花后10天噴施均顯著降低穎殼穗軸中的Mg含量,尤其花后10天處理降幅更大;花后10天0.3％Zn處理增加了葉中Mg含量;揚(yáng)花期和花后10天噴施不同濃度Zn肥均能顯著增加籽粒中的Mg含量,尤其是揚(yáng)花期0.5％Zn處理。揚(yáng)花期和花后10天噴施Zn肥降低了穎殼穗軸的Cu含量,花后10天噴施顯著降

14、低莖中Cu含量,而揚(yáng)花期噴施增加或顯著增加莖中Cu含量,但濃度間無顯著差異;揚(yáng)花期噴施能夠增加或顯著增加葉片中Cu含量,而花后10天處理則顯著降低葉片中Cu含量,兩個時期的不同Zn處理能夠增加或顯著增加籽粒中Cu含量。兩個時期不同Zn濃度處理均降低或顯著降低地上部器官的Mn含量,降幅因時期-濃度組合而異。表明外源Zn處理能改變其他五種同價元素在不同器官中的含量,總體上有利于促進(jìn)Ca、Mg、Cu從莖、葉向籽粒運(yùn)輸,Fe和Mn向根部運(yùn)輸,但

15、具體響應(yīng)因品種而異。
　　7.不同品種小麥葉片SPAD值存在極顯著差異。施Zn對葉片SPAD值沒有顯著影響籽粒Zn含量與劍葉SPAD值無顯著相關(guān)性。施Zn后不同品種的SOD和CAT酶活性略有下降,而POD活性略有上升,但對SOD、POD、CAT酶活性總體影響未達(dá)到顯著水平。
　　以上結(jié)果表明,Zn農(nóng)藝強(qiáng)化能極顯著增加籽粒中Zn含量,也可改變面粉的糊化特性、蛋白質(zhì)含量等品質(zhì)指標(biāo),因此進(jìn)行Zn強(qiáng)化時,需要綜合考慮Zn強(qiáng)化對小麥籽