2. 中国农业科学院生物技术研究所，北京100081
2. China Biotechnology Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081
微量元素在人体与动植物的生长发育过程中起着重要的作用，但是由于我国地域经济发展水平的差异，生活习惯及食品加工方式等因素的影响，最终往往会导致部分人群的“营养不良”即缺乏微量营养素，称之为“隐形饥饿”[1]。
Fe，Zn，Se三种必须微量元素与人体健康有密切关系。成人体内约有4-5g Fe，其中72%以血红蛋白、35%以肌红蛋白、0.2%以其它化合物形式存在，其余为储备Fe。储备Fe约占25%，主要以Fe蛋白的形式储存在肝、脾和骨髓中[2]。Fe在人体代谢过程中有多方面功能，合成血红蛋白，参与氧的运输和储存，参与人体内激素的合成，Fe还可以促进发育，增强身体免疫力，调节组织呼吸防止疲劳，Fe缺乏会严重危害人体健康，Fe缺乏症和缺Fe性贫血已经成为全球健康问题，导致患者生活质量恶化[3-5]。儿童Fe缺乏会造成身高和体重增长缓慢，还可损害儿童的认知能力，这种损伤在补充Fe以后也难以恢复[6]。
Zn在成人体内含量约为2.0-2.5 g，主要聚集在人体的内脏、肌肉、血液、骨骼中。Zn参与人体内一系列生理代谢，对生长发育、免疫功能、物质代谢和生殖功能等均有重要作用[7-9]。儿童、青少年处于生长发育期，如果缺Zn会导致发育不良甚至会导致“侏儒症”和智力发育不良[10]。成人体内缺Zn会导致皮肤粗糙、食欲不振、精神倦怠、青少年男性性腺机能减退、细胞介导的免疫功能障碍以及异常的感觉神经变化等[11-12]。
成人体内Se总量在3-20 mg，遍布于人体各组织器官和体液中，尽管在体内的含量非常低，Se却起着重要而独特的作用，因为它是一种被引入蛋白质遗传编码的因子，作为第21位氨基酸Se代半胱氨酸的组成部分，迄今为止在人类蛋白质组中鉴定了25种Se蛋白[13-14]。目前认为有机态Se才具有生物学功能，具有抗氧化、调节甲状腺激素代谢、维持维生素C还原态、抗肿瘤、抗艾滋病和维持正常生育等功能[15-16]。经过科学家几十年的实验研究后发现，人体的多种疾病都和缺Se有关系，比如克山病、大骨节病、贫血、肝炎、糖尿病、癌症以及脑血管疾病等[17-18]。目前世界上有40多个国家和地区土壤处于缺Se的水平，我国有一半以上地区的土壤处于缺Se或低Se状态，全球有超过10亿人处于Se缺乏状态，可见缺Se是一个世界性的问题[19]。植物性食品中的Se是人体Se获取的重要来源，植物可把土壤环境中无机形态的Se转化为生物有机态Se，其生物活性高，利于人体吸收且安全无副作用[16]，然而在我国很多地区的人群中仅靠天然植物性食品中的Se并不能满足人体每天的正常需求量[20]。
鉴于Fe、Zn、Se在人体健康中的重要作用，为了提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量及进一步分析叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合对玉米籽粒中Fe、Zn、Se以及其他矿物元素含量的影响，我们使用不同浓度的硫酸亚铁、硫酸锌和亚硒酸钠及其不同组合对京科糯2010（JK2010）进行了叶面喷施处理[21]，并对籽粒中的矿物元素含量进行了分析，旨在为Fe、Zn、Se的生物强化[22]及实际生产应用提供新的策略和科学依据。
1 材料与方法 1.1 材料叶面喷施玉米品种为京科糯2010（JK2010），鲜食糯玉米品种，种植于河北廊坊中国农业科学院生物技术研究所试验基地，田间管理按常规方法进行。春播播种至鲜穗采收86 d，株高246.5 cm，穗位91.4 cm。
1.2 方法 1.2.1 试验设计京科糯2010（JK2010）种植于河北廊坊中国农业科学院（万庄）国际农业产业园内，小区面积180 m2，株行距为30 cm×60 cm。实验设计T1（叶面喷施0.2 g/L FeSO4·7H2O Fe肥），T2（叶面喷施0.5 g/L FeSO4·7H2O Fe肥），T3（叶面喷施0.2 g/L ZnSO4·7H2O Zn肥），T4（叶面喷施0.5 g/L ZnSO4·7H2O Zn肥），T5（叶面喷施0.02 g/L Na2SeO3 Se肥），T6（叶面喷施0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O混合肥），T7（叶面喷施0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3混合肥），T8（叶面喷施0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3混合肥），T9（叶面喷施0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3混合肥），CK（叶面喷施清水）。
试验按照随机区组法设计，将不同实验处理之间有效分离，同时选取生长状态好且一致的玉米材料在授粉前的两个星期，每个星期每个处理喷施一次微肥，共喷施二次。喷施时间为下午六点到七点，叶面喷施均匀到整颗植株的每一片叶片滴水为止，喷施前后两天天气晴朗无降雨。
1.2.2 样品采集与处理2017年7月26日取JK2010的玉米鲜穗，每个处理随机取长势一致的12个鲜穗，剥取整个鲜穗的玉米籽粒存放于-20℃。将所取籽粒样品置于60℃烘干箱，烘干至恒重后用研磨仪（上海净信实业发展有限公司）将其研磨成粉末过筛，然后进行元素测定。
1.2.3 测定项目与方法使用CEM微波消解仪（青岛迈可威微波创新科技有限公司），聚四氟乙烯消解罐（上海新诺仪器设备有限公司），电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）：赛默飞Series Ⅻ（赛默飞世尔科技公司），电感耦合等离子体发射光谱仪：安捷伦ICP-OES 5100（安捷伦科技有限公司），测定样品籽粒中Fe、Zn、Se、Ca、Cu、Mg、Mn、P 8种元素的含量。
配制不同浓度的Se标准溶液（0.1 μg/L、1.0 μg/L、5.0 μg/L、10.0 μg/L、50.0 μg/L、100.0 μg/L），配制不同浓度的Fe、Zn、Ca、P、Mg、Cu、Mg、Mn 7种元素混合标准溶液（0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、10.0 mg/L、40 mg/L），建立标准工作曲线。
称取样品粉末0.25 g，精确至0.001g，于消解管中，加3 ml硝酸，浸泡过夜，加入2 ml双氧水，盖上盖，再放入微波消解仪内，设置微波系统消解程序（步骤1：设置温度120℃，升温时间5 min，保持时间2 min；步骤2：设置温度160℃，升温时间5 min，保持时间5 min；步骤3：设置温度180℃，升温时间5 min，保持时间5 min；步骤4：设置温度190℃，升温时间5 min，保持时间35 min）开始消解。消解完全结束后，取出消解管，放置于赶酸仪上，以140℃加热赶酸至溶液剩余1 mL，取下冷却至室温，用水转移入25 mL容量瓶中，定容，混匀备用。使用电感耦合等离子体发射光谱仪：安捷伦ICP-OES 5100，测定Fe、Mg、Ca、Zn、Cu、Mn、P 7种元素的含量，使用电感耦合等离子体质谱仪：ICP-MS赛默飞Series Ⅻ测定Se元素的含量。
2 结果 2.1 叶面喷施Fe、Zn、Se及其组合对玉米籽粒中Fe、Zn、Se元素含量的影响 2.1.1 叶面喷施不同处理的微肥对籽粒中Fe元素含量的影响为了研究通过叶面喷施Fe、Zn、Se三种微肥对玉米籽粒中Fe元素含量的影响，我们采用不同浓度的三种微肥以及其不同的组合对JK2010进行叶面喷施。T1、T2、T3、T4、T6、T7、T8、T9样品籽粒中的Fe元素含量相对于CK都有显著性升高（图 1），T1-T9样品籽粒中Fe元素含量相对于CK分别增高了14.8%、21.0%、32.1%、18.2%、5.9%、22.2%、32.7%、25.5%和38.6%。以上结果表明：叶面单独喷施Fe肥或Zn肥都能明显提高籽粒中Fe元素的含量，说明叶面喷施Zn肥有利于籽粒中Fe的吸收与积累。叶面单独喷施Se肥对籽粒中Fe元素的积累影响不大。Fe/Zn、Fe/Se、Zn/Se混合肥以及Fe/Zn/Se混合肥的使用都能显著性的提高籽粒中Fe元素的含量，尤其是Fe/Zn/Se混合肥效果显著。
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| 图 1 不同微肥处理条件下JK2010玉米籽粒中Fe元素的含量 CK：清水对照；T1：0.2 g/L FeSO4·7H2O；T2：0.5 g/L FeSO4·7H2O；T3：0.2 g/L ZnSO4·7H2O；T4：0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T5：0.02 g/L Na2SeO3；T6：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T7：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T8：0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T9：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3.（*星号代表各个处理与CK的显著性差异分析结果，*代表P≤0.05即显著性差异，**代表P≤0.01即极显著性差异，下同） |
为了研究通过叶面喷施Fe、Zn、Se三种微肥对玉米籽粒中Zn元素含量的影响，我们采用不同浓度的3种微肥及其不同的组合对JK2010进行叶面喷施。T1-T9样品籽粒中的Zn元素含量相对于CK都有显著性升高（图 2），分别增高34.1%、18.1%、52.1%、64.7%、26.7%、55.0%、41.4%、58.1%和69.8%。结果表明：叶面单独喷施Fe、Zn、Se三种微肥及其组合都能显著提高籽粒中Zn元素的含量，Se、Fe肥的使用有利于籽粒Zn的吸收与积累。同时我们发现使用Fe/Zn/Se三者的混合肥使玉米籽粒中Zn元素的含量最高。
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| 图 2 不同微肥处理条件下JK2010玉米籽粒中Zn元素的含量 CK：清水对照；T1：0.2 g/L FeSO4·7H2O；T2：0.5 g/L FeSO4·7H2O；T3：0.2 g/L ZnSO4·7H2O；T4：0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T5：0.02 g/L Na2SeO3；T6：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T7：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T8：0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T9：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3. |
为了研究通过叶面喷施Fe、Zn、Se三种微肥对玉米籽粒中Se元素含量的影响，我们采用不同浓度的3种微肥以及其不同的组合对JK2010进行叶面喷施。T1-T4样品籽粒中Se元素的含量相对于CK有明显降低，分别降低了29.8%、41.7%、67.6%和35.2%；T5、T7、T8、T9样品籽粒中Se元素的含量相对于CK有显著性的升高，分别增高了1105.5%、11.2%、316.7%、333.5%和1139.9%；T6样品籽粒中Se元素的含量相对于CK增高11.2%，无显著性变化（图 3）。结果表明：叶面单独喷施Fe、Zn肥对籽粒中Se的积累有抑制作用，但两者混合喷施时对籽粒中Se的积累并没有显著性的影响。叶面单独喷施Se肥或喷施Se/Zn、Se/Fe、Se/Fe/Zn混合肥时都能极显著的提高籽粒中Se元素的含量，尤其是使用Fe/Zn/Se三者的混合肥时，籽粒中Se元素的含量最高。
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| 图 3 不同微肥处理条件下JK2010玉米籽粒中Se元素的含量 CK：清水对照；T1：0.2 g/L FeSO4·7H2O；T2：0.5 g/L FeSO4·7H2O；T3：0.2 g/L ZnSO4·7H2O；T4：0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T5：0.02 g/L Na2SeO3；T6：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T7：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T8：0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T9：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3. |
为了分析Fe、Zn、Se肥的使用对玉米籽粒中其它主要矿物元素是否有影响，对不同处理后JK2010玉米籽粒样品中Ca、Cu、Mn、Mg、P的含量进行了测定。
钙元素：不同处理后的样品籽粒中Ca元素的含量相对于对照（CK）都明显升高（图 4-A），T1-T9样品籽粒中Ca元素的含量相对于CK分别升高18.1%、15.1%、18.6%、40.8%、17.3%、23.1%、30.8%、23.1%和31.8%。以上结果说明叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合对玉米籽粒中Ca元素的积累有促进作用。
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| 图 4 不同微肥处理对JK2010籽粒中Ca（A）、Cu（B）、Mn（C）、Mg（D）、P（E）元素含量的影响 CK：清水对照；T1：0.2 g/L FeSO4·7H2O；T2：0.5 g/L FeSO4·7H2O；T3：0.2 g/L ZnSO4·7H2O；T4：0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T5：0.02 g/L Na2SeO3；T6：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O；T7：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T8：0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3；T9：0.5 g/L FeSO4·7H2O+0.5 g/L ZnSO4·7H2O+0.02 g/L Na2SeO3. |
铜元素：不同处理后的样品籽粒中Cu元素的含量相对于对照不尽相同（图 4-B），其中T1-T4样品籽粒中Cu元素的含量相对于CK分别降低46.7%、36.1%、13.8%和27.4%；T5-T9样品籽粒中Cu元素的含量相对于CK分别升高10.7%、22.8%、20.7%、10.3%和3.1%。结果说明：叶面单独喷施Fe、Zn肥能降低籽粒中Cu元素的含量，但当叶面喷施Fe/Zn混合肥时对籽粒中Cu元素的积累有部分的促进作用。叶面单独喷施Se肥或喷施Fe/Zn/Se三混肥对籽粒中Cu元素的含量都没有显著性的影响。
镁元素：不同处理后的样品籽粒中Mg元素的含量除了T9样品没有显著性的差异以外，其他处理相对于对照（CK）都有升高（图 4-C），T1-T9样品籽粒中Mg元素的含量相对于CK分别升高12.5%、10.1%、10.8%、14.1%、11.2%、12.6%、11.9%、10.4%和0.9%。说明叶面单独喷施Fe、Zn、Se肥或喷施Fe/Zn、Fe/Se、Zn/Se双混肥对玉米籽粒中Mg元素的积累略有促进，但总体上看影响不大。
锰元素：不同处理后的样品籽粒中Mn元素的含量除了T7样品籽粒中Mn元素的含量明显的升高（11.7%）以外，其他处理相对于对照（CK）差异不明显（图 4-D），说明总体上Mn元素受Fe、Zn、Se肥的影响不大。
磷元素：不同处理后的样品籽粒中P元素的含量除了T9样品没有显著性的差异以外，其他处理相对于对照（CK）都显著升高（图 4-E），其中T1-T8样品籽粒中P元素的含量相对于CK分别升高13.4%、9.5%、11.5%、11.6%、7.4%、7.9%、7.1%和6.2%，T9样品籽粒中P元素的含量相对于CK降低0.1%。说明叶面单独喷施Fe、Zn、Se肥或喷施Fe/Zn、Fe/Se、Zn/Se双混肥对玉米籽粒中P元素的积累略有促进，但总体上看影响不大。
3 讨论目前，玉米叶面喷施Fe、Zn、Se肥对籽粒中矿物元素影响的研究报道相对较少。昝亚玲等[23]研究报道，叶面喷施Fe、Zn、Se时，玉米籽粒Fe、Zn、Se含量明显增加。张纪元等[24]研究报道，喷施Fe、Zn、Se 3种微肥对小麦籽粒中Fe含量无显著影响，但显著提高了籽粒的Zn和Se含量。刘春菊等[25]研究报道，叶面喷施Se肥可以提高鲜食玉米中的Se富集量。孟丽梅等[26]研究报道，通过叶面喷施Fe、Zn、Se后小麦籽粒中这3种微量元素的含量均有较显著提高，对籽粒Se含量提高最为明显。本研究结果显示，通过叶面喷施Fe、Zn、Se肥能显著提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se含量且相对于CK最高分别增加了38.6%，69.8%，1139.9%。
目前通过玉米叶面喷施Fe、Zn、Se肥对籽粒中Fe、Zn、Se 3种元素的互相吸收影响机制还不明确。王丽等[27]研究报道，小麦籽粒中Fe、Zn、Se 3种元素的吸收相互影响，Fe对Zn单向拮抗，Zn与Se，Fe与Se相互促进。鲁璐等[28]研究报道，小麦中Fe、Zn、Se 3种元素的吸收会相互影响，其中Zn、Fe两种元素互相促进吸收，Zn、Fe与Se则相互拮抗。本研究结果显示，玉米籽粒中Fe、Zn、Se 3种元素的吸收亦相互影响，Fe与Zn相互促进吸收，Se单向促进Zn的吸收，Fe与Zn都对Se的积累有抑制作用。
叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其不同组合对籽粒中Ca、Cu、Mg、Mn、P元素含量的影响的研究也少有报道。尚庆茂等[29]研究报道，增加营养液中的Se水平促进了生菜对磷的吸收。李登超等[30]研究发现施Se肥降低了磷含量。本研究结果显示，叶面喷施Fe、Zn、Se肥及其组合能促进玉米籽粒中Ca元素的积累，对籽粒中Cu元素的积累比较复杂，对玉米籽粒中Mn、Mg、P等元素的含量影响不大。本实验研究结果为玉米矿物元素吸收转运机制的相关研究提供了新的数据，为作物营养强化提供给了新的思路。
4 结论通过叶面喷施Fe、Zn、Se及其组合能显著增加玉米籽粒中Fe、Zn、Se元素的含量，达到了在玉米籽粒中强化Fe、Zn、Se的目的。通过对不同喷施组合处理方法的研究，发现Fe/Zn/Se混合肥在提高玉米籽粒中Fe、Zn、Se含量的效果最好。
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