摘要： 針對稻米鋅含量普遍較低的現(xiàn)狀，本研究以南粳9108為材料，通過拔節(jié)期不同用量（0 kg/hm2、 0.2 kg/hm2、0.4 kg/hm2、0.6 kg/hm2、0.8 kg/hm2、1.0 kg/hm2）的納米鋅懸濁液葉面噴施試驗，分析噴施納米鋅對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及籽粒鋅含量的影響。結(jié)果表明，拔節(jié)期噴施高劑量（0.8～1.0 kg/hm2）的納米鋅懸濁液可顯著提高水稻每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重；納米鋅施用量為1.0 kg/hm2時，水稻較不施納米鋅處理（CK）增產(chǎn)3.9%，效果顯著。與CK相比，拔節(jié)期噴施0.8～1.0 kg/hm2納米鋅能顯著提高稻米糙米率、精米率和整精米率，降低稻米堊白粒率和堊白度。施用納米鋅對稻米食味值、崩解值和回復值等存在正向影響，而對蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量整體無顯著影響。噴施納米鋅能夠顯著提高水稻籽粒鋅含量，促進鋅在可食用部位的富集，提高鋅的生物利用率。因此，拔節(jié)期噴施0.8～1.0 kg/hm2納米鋅懸濁液有利于提高水稻籽粒鋅含量，實現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： 納米鋅；水稻產(chǎn)量；稻米品質(zhì)；葉面噴施；鋅生物利用率

中圖分類號： S143.7"" 文獻標識碼： A" "文章編號： 1000-4440（2024）06-0961-08

Effects of foliar spraying of Zn nanoparticles during the jointing stage on rice yield， quality and grain zinc content

CHEN Zhenling， WANG Rui， CHEN Jie， PU Jialing， YANG Yanju， ZHANG Hongcheng， ZHANG Haipeng

（Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology/Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops， Research Institute of Rice Industrial Engineering Technology， Yangzhou University， Yangzhou 225009， China）

Abstract： In view of the current situation of low zinc content in rice， Nanjing 9108 was used as the material in this study. The effects of nano-zinc suspension on rice yield， quality and grain zinc content were analyzed by foliar spraying experiments at jointing stage with different dosages （0 kg/hm2 ， 0.2 kg/hm2 ， 0.4 kg/hm2 ， 0.6 kg/hm2 ， 0.8 kg/hm2 ， 1.0 kg/hm2 ）. The results showed that spraying high dosages （0.8-1.0 kg/hm2 ） of nano-zinc suspension at jointing stage could significantly increase the number of grains per panicle， seed setting rate and 1 000-grain weight of rice. When the application amount of nano-zinc was 1.0 kg/hm2 ， the yield of rice increased by 3.9% compared with no nano-zinc treatment （CK）， and the effect was significant. Compared with CK， spraying 0.8-1.0 kg/hm2" nano-zinc at jointing stage could significantly increase brown rice rate， milled rice rate and head rice rate， and could reduce chalky grain rate and chalkiness degree of rice. The application of nano-zinc had positive effects on the taste value， disintegration value and recovery value of rice， but had no significant effect on protein content or amylose content. Spraying nano-zinc can significantly increase the grain zinc content， promote the enrichment of zinc in edible parts， and improve the bioavailability of zinc. Therefore， spraying 0.8-1.0 kg/hm2" nano zinc suspension at jointing stage is beneficial for improving the zinc content in rice grains to achieve high quality and high yield of rice.

Key words： zinc nanoparticles;rice yield;rice quality;foliar spraying;zinc bioavailability

鋅是維持生命生長發(fā)育、免疫生殖功能、細胞間穩(wěn)定和抗氧化等生理過程的重要基礎(chǔ)物質(zhì)。缺鋅常導致人體生長發(fā)育遲滯、免疫力降低、患癌風險增加等多種鋅缺乏癥。與歐美發(fā)達國家居民以動物性食物為主食不同，發(fā)展中國家居民大多以植物性食物為主食，這往往會導致鋅攝入不足的問題。而在常見植物性主食中，稻米鋅含量又遠低于小麥、玉米、馬鈴薯等[1]。作為世界上最重要的口糧作物，水稻是全世界近2/3人口的主食[2]。因此通過生物強化技術(shù)提高稻米中鋅含量是現(xiàn)階段解決以缺鋅為主要代表的“隱性饑餓”問題的最為經(jīng)濟有效的方法。

施用鋅肥是提高稻米中鋅含量的有效途徑[3-6]，鋅肥的施用還有利于改善稻米品質(zhì)[7-8]。Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)隨著籽粒鋅含量的增加，在一定范圍內(nèi)稻米出糙率、出精率、蛋白質(zhì)與直鏈淀粉含量也會同步提高，且增施鋅肥可以改善稻米口感，增加稻米香氣，搭配有機物料混施可以改善稻米蒸煮品質(zhì)。馮緒猛等[10-11]和郭九信等[12]通過對比鋅肥蘸根處理、土壤施用處理和葉面噴施處理對水稻籽粒鋅含量的提升效果發(fā)現(xiàn)，鋅肥葉面噴施處理的水稻籽粒鋅強化效果要顯著優(yōu)于鋅肥土壤施用處理和蘸根處理。而稻米鋅有效性不僅與籽粒鋅含量有關(guān)，與籽粒內(nèi)植酸含量也存在顯著關(guān)聯(lián)，植酸易與籽粒中的游離金屬離子螯合形成難溶解鹽[13]，常導致鋅肥利用率降低，因此植酸與鋅的摩爾比也是衡量鋅有效性的參考指標。張慶等[14]和張欣等[15]研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施鋅肥后可以有效增加糙米中的鋅含量，而對糙米的植酸含量并無顯著影響，植酸與鋅摩爾比顯著下降，鋅的生物利用率得到顯著提高。然而目前葉面噴施所用鋅肥一般為離子態(tài)鋅，由于離子態(tài)鋅在葉片上的附著性差，常導致鋅利用率低。作為一種新型鋅肥，納米鋅具有較高的比表面積（SSA）和表面活性[16]，能夠長久滯留在作物葉片上，在提高稻米鋅含量方面，具有廣泛的應(yīng)用前景[17]。因此，為了探明納米鋅對水稻產(chǎn)量形成、稻米品質(zhì)以及籽粒鋅富集的影響，本研究以水稻南粳9108為材料，采用田間小區(qū)試驗，在水稻拔節(jié)期通過不同劑量的納米鋅葉面噴施試驗，探討納米鋅噴施用量對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)及籽粒鋅含量與分布的影響，以期為水稻豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)（富鋅）栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻為遲熟中粳水稻品種南粳9108。試驗所用的納米鋅（球狀納米氧化鋅，粒徑約50 nm，純度≥99.99%）購買于上海超威納米科技有限公司。

稱取1.6 g、3.2 g、4.8 g、6.4 g和8.0 g納米鋅粉末分別溶于10.0 L含有1.2% 吐溫80（Tween 80）的去離子水中，超聲振蕩0.5 h后得到質(zhì)量濃度為0.16 g/L、0.32 g/L、0.48 g/L、0.64 g/L、0.80 g/L的納米鋅懸濁液。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2022年在揚州大學文匯路實驗農(nóng)場進行（32.39°N， 119.42°E）。該農(nóng)場地處北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，土壤質(zhì)地為沙壤土，pH 6.92，土壤全氮含量0.13%，有機質(zhì)含量24.4 g/kg，堿解氮含量103.7 mg/kg，速效磷含量36.1 mg/kg，速效鉀含量73.3 mg/kg，有效鋅含量2.14 mg/kg。本試驗采用毯苗機插塑盤育秧，5月19日播種，每盤播種120 g，播后25 d挑選長勢一致的水稻秧苗移栽至18個小區(qū)。移栽株行距為12.5 cm×25.0 cm，每穴定植4棵苗。小區(qū)面積為80 m2，隨機排列。每個小區(qū)單獨設(shè)置進水口與排水口，在小區(qū)四周筑壟并用塑料膜包覆。

于水稻拔節(jié)期（8月3日）開展不同濃度納米鋅葉面噴施處理。試驗設(shè)噴施含1.2% Tween 80的去離子水（CK）、0.2 kg/hm2（T1）、0.4 kg/hm2（T2）、0.6 kg/hm2（T3）、0.8 kg/hm2（T4）、1.0 kg/hm2（T5）納米鋅懸濁液共6個處理。即各小區(qū)分別噴施質(zhì)量濃度為0 g/L、0.16 g/L（T1）、0.32 g/L（T2）、0.48 g/L（T3）、0.64 g/L（T4）、0.80 g/L（T5）等納米鋅懸濁液10 L。每處理重復3次。

試驗中肥料施用方案如下：各處理施用純氮270 kg/hm2，基肥（移栽前）、分蘗肥（移栽后7 d）和穗肥（倒4葉）的比例分別為30%、30%和40%；磷肥（P2O5）施用量為135 kg/hm2，移栽前一次性基施；鉀肥（K2O）施用量為270 kg/hm2，按基肥、穗肥各50%施用。其他田間栽培管理措施均參考當?shù)厮靖弋a(chǎn)栽培方案執(zhí)行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的測定 水稻成熟期分別在各處理小區(qū)隨機選取5個點，每點取10穴，調(diào)查水稻穗數(shù)；然后按50穴的平均穗數(shù)每處理選取5穴水稻植株調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實率以及千粒重。水稻實際產(chǎn)量測定以小區(qū)為單位進行，每小區(qū)分別收獲3 m2水稻裝入網(wǎng)袋晾曬，脫粒、去雜后，測定稻谷實際含水量，以含水量為14.5%折算得到稻谷實際產(chǎn)量。

1.3.2 稻米品質(zhì)的測定 收獲的水稻籽粒自然曬干后，采用國家標準《優(yōu)質(zhì)稻谷》（GB/T17891-2017）分析稻米加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)。精米中的蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量使用Infrared 1241 grain analyzer近紅外快速品質(zhì)分析儀（瑞典FOSS TECATOR公司產(chǎn)品）測定。米飯的外觀、口感和食味值使用STA/A米飯食味計（日本佐竹公司產(chǎn)品）進行測定。

1.3.3 淀粉黏滯譜（RVA）分析 精米淀粉黏滯譜特征參數(shù)采用Super3型RVA快速黏度分析儀（澳大利亞Newport Scientific公司產(chǎn)品）參照Zhang等[9]的方法進行測定。稻米淀粉糊化特性根據(jù)美國谷物化學家協(xié)會（AACC）規(guī)程（1995-61-02）方法進行測定。

1.3.4 鋅含量的測定 籽粒、稻殼、糙米、糊粉層與精米分別研磨過篩后，參照Zhang等[9]和郭九信等[12]的方法測定。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 使用Microsoft Excel 2010軟件整理本研究所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)， 運用SPSS軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施納米鋅對水稻產(chǎn)量的影響

拔節(jié)期納米鋅噴施量對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響如表1所示。從表中可以看出，隨著拔節(jié)期納米鋅噴施量的增加，雖然穗數(shù)沒有明顯變化，但每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重都有增加趨勢，其中，T4、T5處理的每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重均顯著高于CK。水稻產(chǎn)量亦隨拔節(jié)期納米鋅噴施量的增加而增加，其中T5處理下，產(chǎn)量比CK高3.9%，增產(chǎn)顯著。

2.2 噴施納米鋅對水稻加工及外觀品質(zhì)的影響

拔節(jié)期噴施納米鋅后，稻米的糙米率、精米率和整精米率均比CK有不同程度的提升，其中，T4、T5處理的糙米率、精米率和整精米率顯著高于CK，這表明拔節(jié)期噴施高濃度的納米鋅能顯著提高水稻加工品質(zhì)。拔節(jié)期噴施納米鋅后，稻米長寬比較CK有一定程度的增加，而堊白粒率和堊白度總體呈減少趨勢。其中，T4處理的長寬比比CK增加1.8%，堊白粒率和堊白度分別下降22.8%和27.9%，差異均顯著（表2）。說明拔節(jié)期過高的納米鋅噴施量可能會導致稻米外觀品質(zhì)的降低。

2.3 噴施納米鋅對水稻營養(yǎng)與食味品質(zhì)的影響

隨著拔節(jié)期納米鋅噴施量的增加，稻米中蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量總體呈減少趨勢，除T5處理下稻米直鏈淀粉含量顯著低于CK外，其他處理與CK均無顯著差異（表3）。拔節(jié)期噴施納米鋅后，稻米食味值、外觀值、黏度和平衡度均有不同程度的提升，其中，T2～T5處理的稻米食味值比CK顯著提高7.2%～10.4%，T3～T5處理的外觀值比CK顯著提升10.4%～12.6%，T1～T5處理的黏度和平衡度分別較CK增加12.0%～22.3%和9.5%～15.0%。與CK相比，噴施納米鋅處理對稻米硬度均無顯著影響。對稻米食味值各項指標分析發(fā)現(xiàn)，稻米黏度和平衡度的提升是導致食味值提高的主要原因。

2.4 噴施納米鋅對水稻RVA譜特征值的影響

拔節(jié)期噴施納米鋅后，稻米的崩解值比CK增加26.8%～32.1%，熱漿黏度比CK降低11.5%～20.3%，差異顯著；T1、T3、T4處理的峰值黏度與CK相比差異不顯著，但T2、T5處理的峰值黏度分別比CK下降3.9%和5.5%，差異顯著。與CK相比，拔節(jié)期噴施納米鋅后稻米的最終黏度和消減值均有顯著下降，而回復值卻增加8.0%～18.3%，其中，T2、T3和T5處理的回復值顯著高于CK（表4）。

2.5 噴施納米鋅對稻米鋅含量和分布的影響

拔節(jié)期噴施納米鋅能有效提高水稻籽粒鋅積累量、籽粒和籽粒各組成部分的鋅含量（表5）。在拔節(jié)期噴施納米鋅（T1～T5）處理下，籽粒鋅含量比CK增加31.6%～62.7%，籽粒鋅積累量較CK提升39.9%～75.9%。在籽粒各組成部分鋅含量變化方面，拔節(jié)期噴施納米鋅處理下，稻殼鋅含量比CK提高3.8%～37.3%，其中，T2～T5處理的稻殼鋅含量均顯著高于CK；糙米鋅含量比CK增加45.2%～80.8%，米糠鋅含量比CK增加62.2%～108.4%，精米鋅含量比CK增加47.9～82.9%。此外，精米、米糠與糙米中鋅含量隨著納米鋅噴施用量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，T4處理最高。

從籽粒各部位鋅占比可以發(fā)現(xiàn)，與CK相比，拔節(jié)期噴施納米鋅能提高精米鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例，降低稻殼鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例（圖1）。T4處理的稻殼鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例較CK顯著下降26.0%，糙米（米糠+精米）鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例顯著上升10.2%。隨著噴施納米鋅用量的增加，精米鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例均有不同程度的提升，T1、T3和T4處理的精米鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例分別較CK顯著提升8.4%、7.8%和11.5%，其余處理精米鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例較CK雖有提升，但提升效果未達顯著水平。納米鋅對米糠中的鋅積累量占籽粒鋅總積累量的比例影響不顯著。

2.6 噴施納米鋅對水稻糙米內(nèi)植酸含量的影響

隨著拔節(jié)期納米鋅噴施量的增加，糙米植酸含量得到了顯著提升，T2～T5處理的糙米植酸含量比CK提升2.1%～3.8%；而米糠與精米的植酸含量與CK無顯著差異。而隨著拔節(jié)期納米鋅噴施量的增加，糙米和精米的植酸與鋅摩爾比呈現(xiàn)先明顯減少后略增的趨勢。T4處理下，糙米和精米的植酸與鋅摩爾比均最低。拔節(jié)期噴施納米鋅處理下，糙米的植酸與鋅摩爾比較CK顯著降低30.8%～42.7%，精米的植酸與鋅摩爾比較CK顯著下降32.1%～44.0%（表6）。

3 討論

3.1 噴施納米鋅用量對水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響

水稻劍葉是抽穗灌漿期進行同化作用的關(guān)鍵器官，也是籽粒灌漿充實的“源”。在水稻生長的中后期，葉面噴施鋅肥可以顯著提高籽粒灌漿的充實程度，從而通過提高水稻籽粒的千粒重和結(jié)實率來增產(chǎn)[18-19]。在本研究中，拔節(jié)期噴施納米鋅在提高水稻千粒重和結(jié)實率的基礎(chǔ)上，對水稻每穗粒數(shù)也存在正向影響，但僅在較高納米鋅施用量處理下每穗粒數(shù)和水稻產(chǎn)量的提升達顯著水平。張軍等[20]研究發(fā)現(xiàn)，穗數(shù)和穗粒數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。本研究在拔節(jié)期噴施納米鋅，并未影響到水稻前期生長，對單位面積有效穗數(shù)并無顯著影響。但前人研究發(fā)現(xiàn)，鋅影響著植株體內(nèi)精氨酸、甘氨酸和色氨酸等氨基酸的合成，對植物胚胎和穎花生長發(fā)育起著重要作用，適量增施鋅肥能夠促進小花分化，增加每穗粒數(shù)[21-23]。在作物生長中后期養(yǎng)分運輸過程中，存在一定用量范圍內(nèi)的 “氮鋅互促”作用。鋅作為葉綠素的重要組成部分和調(diào)控因子，能夠顯著影響水稻生育中后期的葉片光合作用，適量提高植株葉片中鋅含量有利于籽粒中氮的積累[24-25]，促進光合產(chǎn)物由葉片向籽粒轉(zhuǎn)運，提高籽粒飽滿程度，增加實粒數(shù)。

適量增施鋅肥也有利于改善稻米的品質(zhì)[26]。在本研究中，噴施納米鋅后稻米加工品質(zhì)指標（糙米率、精米率和整精米率）都得到了提高。其主要原因是噴施納米鋅能刺激水稻葉片中葉綠素的合成，提高葉片光合能力，促進水稻中后期光合產(chǎn)物的積累，在充實籽粒的同時提高稻米的加工品質(zhì)[27-28]。本研究中噴施納米鋅還能提高稻米的長寬比，降低稻米的堊白粒率和堊白度。于波等[24]和甘萬祥等[25]研究發(fā)現(xiàn)，噴施鋅肥可提高劍葉葉綠素含量，增強其光合能力，并促進葉片中的光合同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運，籽粒同化物充實程度提高，因而稻米外觀品質(zhì)得到改善。

以往的研究結(jié)果表明，施用鋅肥能夠有效提高稻米中的蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量，而本研究中施納米鋅處理稻米中的蛋白質(zhì)含量總體呈減少趨勢，這可能與糙米和米糠中植酸含量相關(guān)。原因可能是噴施納米鋅能提升糙米和米糠的植酸含量，最終造成精米蛋白質(zhì)含量的下降。李俊麗等[29]和馮緒猛等[11]研究發(fā)現(xiàn)，氮鋅配施能夠提高植株對氮素的吸收效率，而植株氮素積累量的增加則能提高灌漿期氮代謝強度，抑制碳代謝，阻礙直鏈淀粉的合成[30]。在本研究中，噴施納米鋅處理能提高稻米黏度和平衡度，進而顯著增加稻米食味值。低直鏈淀粉含量和低蛋白質(zhì)含量的稻米黏度較好，適口性較好。噴施納米鋅后稻米蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量均有不同程度的下降，有利于米飯的吸水膨脹，提高米飯黏性從而提升稻米口感。

3.2 噴施納米鋅用量對水稻籽粒鋅含量、分布和積累的影響

王孝忠等[31]研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施鋅肥雖能有效增加水稻籽粒鋅含量，但鋅在水稻籽粒中的分布并不均衡；籽粒中積累的鋅主要集中在谷殼和米糠中，糙米中胚和糊粉層中鋅含量較高，而胚乳中較低。本研究認為，隨著拔節(jié)期納米鋅噴施量的增加，稻殼、米糠和精米等籽粒部位的鋅含量均有所上升，但米糠中鋅占比變化不大，稻殼中鋅占比有所降低，精米中鋅占比有所增加。這一方面是米糠和精米中的鋅含量提升幅度要大于稻殼，另一方面則是由于噴施納米鋅能夠顯著提升糙米率和精米率，從而導致籽粒中稻殼占比下降。

鋅元素轉(zhuǎn)運至胚乳的過程中易被糊粉層中的植酸螯合形成人體難以利用的鋅鹽，因此，在評估鋅的有效性時，通常會將植酸與鋅的摩爾比作為一個重要的評價標準[32]。王慧等[33]研究結(jié)果表明，植酸主要存在于米糠之中，顯著影響著鋅由糊粉層向精米中的轉(zhuǎn)移。本試驗結(jié)果表明，拔節(jié)期噴施納米鋅可顯著降低水稻糙米和精米中的植酸與鋅摩爾比，顯著提升鋅的生物利用率。其原因在于噴施納米鋅后，糙米和精米中植酸的增加幅度遠低于鋅含量的增加幅度，進而導致糙米和精米中植酸與鋅摩爾比的下降[30-31]，從而提升納米鋅肥的利用率和生物有效性。

4 結(jié)論

拔節(jié)期適量噴施納米鋅肥可以提高水稻每穗粒數(shù)、結(jié)實率與千粒重，降低稻米堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量，提升稻米精米率、糙米率、整精米率及食味值，增加籽粒鋅含量和積累量，降低糙米和精米的植酸與鋅摩爾比，提升糙米和精米中鋅的生物有效性。拔節(jié)期噴施0.8～1.0 kg/hm2納米鋅有利于實現(xiàn)水稻的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)和提高籽粒各組成部分的鋅含量。

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（責任編輯：石春林）

收稿日期：2023-07-15

基金項目：江蘇省重點研發(fā)計劃項目（BE2022338）; 江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（JATS2023485）; 揚州市“綠揚金鳳計劃”項目（YZLYJFJH2021YXBS155）; 江蘇省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202211117128Y）

作者簡介：陳振玲（2002-），女，江蘇揚州人，本科生，主要從事納米微肥高效施用技術(shù)研究。（E-mail）1437590108@qq.com

通訊作者：張海鵬，（E-mail）hpzhang@yzu.edu.cn