近日，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所谷物營養(yǎng)與質(zhì)量安全創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專家系統(tǒng)歸納總結(jié)了國內(nèi)外小麥籽粒鋅營養(yǎng)生物強(qiáng)化的前沿進(jìn)展，以綜述性長文的形式在科睿唯安（Clarivate Analytics）食品科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域JCR一區(qū)TOP期刊《Food and Energy Security》（IF: 5.212，5年影響因子6.083，排名9/139）上在線發(fā)表。這是我院首次以第一作者和通訊作者單位在該國際權(quán)威期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

 

　　鋅（Zn）是動(dòng)、植物和人體必需的微量元素。據(jù)報(bào)道，世界60億人口中有30%以上出現(xiàn)了缺鋅癥狀，包括生長遲緩、厭食癥、腹瀉、肺炎、妊娠問題和其他一些慢性疾病，特別是在發(fā)展中國家和農(nóng)村地區(qū)。小麥作為世界主要糧食作物，其籽粒中的鋅濃度普遍較低，平均約為28-30 mg/kg。因此，提高小麥籽粒鋅濃度以改善人體營養(yǎng)健康是全球科學(xué)家和比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)HarvestPlus生物強(qiáng)化項(xiàng)目關(guān)注的重點(diǎn)。為了提高作物產(chǎn)量潛力，科學(xué)家們對(duì)“源-庫”相互作用進(jìn)行了數(shù)十年的深入研究，但對(duì)谷物營養(yǎng)品質(zhì)的研究相對(duì)較少。該綜述文章將“源”和“庫”及其相互作用的概念拓展延伸到小麥籽粒鋅營養(yǎng)和生物強(qiáng)化的研究中。

 

　　文章發(fā)現(xiàn)，增加小麥鋅源（通過土壤和葉面施用）可以直接增加營養(yǎng)組織和籽粒庫中的有效鋅含量；合理的氮素（N）供應(yīng)增加了籽粒Zn累積（即存在N-Zn協(xié)同作用），但磷素（P）投入一般會(huì)降低籽粒Zn濃度（即存在P-Zn拮抗作用），而有關(guān)鉀素（K）的作用效應(yīng)尚不清楚；傳統(tǒng)育種和基因工程手段都能提高鋅從“源”流向“庫”的潛力（包括從土壤吸收、從根到莖的轉(zhuǎn)運(yùn)和再活化）。然而，為了最終協(xié)同實(shí)現(xiàn)小麥籽粒鋅含量生物強(qiáng)化目標(biāo)值（40-50 mg/kg）和提高作物產(chǎn)量，需要通過合理的管理措施來建立一個(gè)良好協(xié)調(diào)的“源-庫”關(guān)系。文章指出，以后的研究應(yīng)更多關(guān)注農(nóng)民施肥實(shí)際（復(fù)合肥、緩/控釋肥、有機(jī)和微生物肥料的施用），并制定實(shí)現(xiàn)鋅生物強(qiáng)化的綜合農(nóng)藝和遺傳策略。文章最后強(qiáng)調(diào)，需要建立高度系統(tǒng)化和機(jī)理性模型，該模型主要包括四部分：（1）通過同位素示蹤的方法明確鋅的遷移路徑（特別是從葉片向籽粒中不同部位轉(zhuǎn)移的路徑）；（2）鋅與N、P、K、碳或其他二價(jià)陽離子元素間的交互作用；（3）內(nèi)在的酶學(xué)和激素生理生化過程；（4）鋅穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜遺傳基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，與其他營養(yǎng)物質(zhì)、信號(hào)分子以及在不同環(huán)境條件（土壤、水和未來氣候變化）和管理措施（育種和施肥）下產(chǎn)量的增加或稀釋/減少之間的關(guān)系。這些方面均需要進(jìn)一步深入研究，以完全闡明鋅從源流向庫的“黑箱”。

 

　　山東省土壤大部分為堿性鈣質(zhì)土，土壤中的有效鋅含量普遍較低。據(jù)調(diào)查，山東省一半以上的土壤缺鋅，從而限制小麥產(chǎn)量和籽粒鋅含量，而生產(chǎn)實(shí)踐中缺乏微肥應(yīng)用。另一方面，小麥作為我國北方人群的主要糧食作物，提高小麥籽粒鋅含量是緩解人體鋅營養(yǎng)缺乏的有效途徑。作物所谷物營養(yǎng)與質(zhì)量安全創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專家經(jīng)過多年深入研究表明，鋅與氮磷鉀等肥料的合理配合應(yīng)用，提高產(chǎn)量的同時(shí)，可以提升谷物籽粒鋅等微量元素營養(yǎng)品質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的有效途徑，可用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)富鋅等功能食品（面粉、面包、面條等），增加谷物制品附加值，帶動(dòng)種植戶和加工企業(yè)增收。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Frontiers in Plant Science》《Plant and Soil》《Agronomy-basel》《Cereal Chemistry》《Chilean Journal of Agricultural Research》等系列SCI期刊上，另外發(fā)表中文文章5篇，授權(quán)國內(nèi)發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型1項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)，制定山東省地方標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，在《山東科技報(bào)》等省級(jí)以上報(bào)刊報(bào)道3次。這次綜述文章的發(fā)表表明，我院在小麥微量元素營養(yǎng)領(lǐng)域研究水平位于世界同行前列，為將品種篩選、土施鋅肥和葉面噴施鐵鋅硒及配套耕作栽培和肥水藥管理措施協(xié)同增效相結(jié)合，形成從土壤到葉面的一攬子小麥籽粒有益微量元素營養(yǎng)強(qiáng)化“源-庫”綜合調(diào)控技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)高效和微量元素營養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的協(xié)同，奠定了良好的理論基礎(chǔ)。

 

　　這是我院首次以第一作者和通訊作者單位在該國際權(quán)威期刊上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文。作物所夏海勇副研究員為本文第一兼通訊作者，山東師范大學(xué)和作物所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王瀾、喬月彤，作物所孔令安研究員、王宗帥博士、科研助理孔瑋琳，玉米所薛艷芳副研究員和英國雷丁大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)系Tom Sizmur博士等參與了部分工作。該研究得到了山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“小麥籽粒鋅營養(yǎng)強(qiáng)化肥料運(yùn)籌技術(shù)研究與示范”、省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目“糧經(jīng)飼綠色增效周年種植模式和關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”等項(xiàng)目的資助。