孫宏達(dá)，鐘民正，張 騰，翟丙年，王朝輝，毛 暉*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

鋅是人體必需的微量元素之一，對(duì)于哺乳動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。它影響多種酶的活性，促進(jìn)核酸代謝和蛋白質(zhì)的合成、促進(jìn)膠原纖維的合成、促進(jìn)機(jī)體的新陳代謝、增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力等，一旦人體內(nèi)缺鋅則會(huì)造成一系列的疾病與危害[1]。目前鋅營(yíng)養(yǎng)缺乏也是世界上公認(rèn)的公共衛(wèi)生問(wèn)題，造成了嚴(yán)重的健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，也引起了生命科學(xué)等方面的關(guān)注，被列為需首要解決的問(wèn)題[2]。鋅的攝入量低是人體廣泛缺鋅的主要原因[3]，通過(guò)科學(xué)的膳食結(jié)構(gòu)和合理的補(bǔ)鋅措施來(lái)維護(hù)身體鋅水平以應(yīng)對(duì)缺鋅引起的人體健康問(wèn)題的研究方向在這一領(lǐng)域成為共識(shí)。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)三大糧食作物之一，尤其是黃土高原地區(qū)主要的作物類型。已有研究結(jié)果表明：我國(guó)目前小麥籽粒鋅含量平均值為24～33 mg·kg-1[4-6]，顯著低于小麥籽粒鋅含量40～60 mg·kg-1的推薦值[7-8]，所以小麥籽粒增鋅成為迫切需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的作物增鋅方式主要有育種改良（例如遺傳生物強(qiáng)化）和施用鋅肥（例如農(nóng)藝生物強(qiáng)化）兩種途徑[9]。育種改良可以提供持續(xù)的改善效果，作為有效的增鋅途徑，受到全球該領(lǐng)域的關(guān)注[8]，但該途徑面臨的限制因素包括：育種周期較長(zhǎng)，應(yīng)用成本較高等。因此，施用鋅肥進(jìn)行作物生物強(qiáng)化以達(dá)到增鋅的效果，被認(rèn)為是安全、高效和可行的措施[10]。Cakmak等[7-8]報(bào)道了在田間條件下葉面或土施結(jié)合噴施鋅肥，是非常有效和實(shí)用的方法，最大限度地提高了小麥籽粒中鋅的吸收和累積，籽粒鋅含量達(dá)到60 mg·kg-1。可見(jiàn)，施鋅能夠有效解決作物鋅缺乏帶來(lái)的問(wèn)題，也是植物育種策略的補(bǔ)充方法。

相關(guān)研究都已證明，土壤和葉面施用鋅肥可以有效改善缺鋅及潛在缺鋅地區(qū)小麥籽粒鋅含量[11-14]。楊月娥等[15]分別在小麥拔節(jié)中期和末期（抽穗前）噴施鋅（0.4%ZnSO4·7H2O 750 kg·hm-2），氮、磷、鉀肥的施用均采用當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿亢褪┓史绞剑Y(jié)果表明：土壤pH＜7的區(qū)域籽粒鋅含量顯著高于pH＞7的區(qū)域，均值分別為 37.0 mg·kg-1和31.8 mg·kg-1。本課題組[14]在黃土高原潛在缺鋅地區(qū)對(duì)拔節(jié)期和灌漿期冬小麥進(jìn)行噴施硫酸鋅（ZnSO4·7H2O 4.2 kg·hm-2）處理，結(jié)果表明籽粒鋅含量達(dá)到29.5 mg·kg-1，相比對(duì)照增鋅幅度達(dá)到25%，仍低于推薦的目標(biāo)鋅含量。因此，采用傳統(tǒng)鋅肥在該地區(qū)進(jìn)行小麥增鋅調(diào)控已經(jīng)遇到瓶頸。與此同時(shí)，ZnO NPs作為工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)總量達(dá)到前列的納米材料，最終通過(guò)沉降、遷移而導(dǎo)致對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響受到越來(lái)越多的重視[16]。大量納米肥料的農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究被報(bào)道。有研究表明，納米肥料可以被植物的葉和根吸收[17-18]，但不確定是否以顆粒形態(tài)被吸收[19-20]。Zhao等[21]通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定發(fā)現(xiàn)，納米氧化鈰和納米氧化鋅（ZnO NPs）在黃瓜果實(shí)中以顆粒形態(tài)存在，證實(shí)納米粒子可以在生物體內(nèi)累積。Du等[22]在大田試驗(yàn)中研究了土施ZnO NPs對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響，在小麥新生根中未發(fā)現(xiàn)ZnO NPs粒子，但是SZnO處理與CK相比，小麥組織中的鋅含量增加，這表明ZnO NPs溶解，使Zn2+進(jìn)入細(xì)胞和組織。本課題組[14]設(shè)置了僅噴施ZnO NPs和僅噴施硫酸鋅處理的田間微區(qū)試驗(yàn)，研究了兩種處理對(duì)于小麥籽粒鋅含量的影響及鋅元素在小麥籽粒中的分布和存在形態(tài)，確定ZnO NPs處理較之硫酸鋅處理更好地增加籽粒鋅含量，且ZnO NPs處理籽粒中70%的鋅元素是以磷酸鋅的形式存在于籽粒的折痕組織和糊粉層處，未發(fā)現(xiàn)ZnO NPs顆粒。王振紅等[23]發(fā)現(xiàn)ZnO NPs較Zn2+更有利于綠豆芽可食部分鋅的富集，使綠豆芽產(chǎn)生更多的過(guò)氧化物酶（對(duì)高等植物而言，環(huán)境脅迫時(shí)會(huì)形成大量的自由基，植物通過(guò)抗氧化系統(tǒng)產(chǎn)生一系列產(chǎn)物來(lái)消除過(guò)量的自由基），更好地消除體內(nèi)過(guò)量的自由基，并促進(jìn)自身的生長(zhǎng)。但是由于Zn2+植物毒性大于ZnO NPs導(dǎo)致ZnO NPs處理綠豆芽蛋白質(zhì)含量低于Zn2+。一系列研究[24]表明，納米肥料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在食品生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。分析原因，是因?yàn)榧{米粒子相對(duì)于常規(guī)顆粒具有粒徑小、比表面積大和更高反應(yīng)活性[25]等優(yōu)勢(shì)。因此，結(jié)合ZnO NPs不同于傳統(tǒng)鋅肥的特殊性質(zhì)及其在黃土高原潛在缺鋅區(qū)的增鋅潛力，探究其不同的施用方式對(duì)冬小麥籽粒增鋅效果的研究值得關(guān)注和期待。

綜上所述，以ZnO NPs作為新型肥料，研究不同施用方式對(duì)冬小麥籽粒品質(zhì)及其不同器官之間轉(zhuǎn)運(yùn)效率的影響，探索在黃土高原潛在缺鋅區(qū)采用ZnO NPs進(jìn)行增鋅的最佳方式和途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中ZnO NPs（粒徑20 nm±5 nm，純度＞99.6%），購(gòu)自宏升材料科技有限公司，硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）購(gòu)自克拉瑪爾（中國(guó)）公司。圖1表明，ZnO NPs顆粒呈球形，粒徑約20 nm。飽和溶液的溶解度為7.38 mg·L-1，水溶液中會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚效應(yīng)，形成較大尺寸的團(tuán)聚體。

1.2 試驗(yàn)基地概況

試驗(yàn)于2015—2016年和2016—2017年連續(xù)兩個(gè)冬小麥種植季節(jié)在陜西省永壽縣御駕宮鎮(zhèn)御中村試驗(yàn)基地進(jìn)行，年降水量610 mm，無(wú)霜期為210 d，平均氣溫為10.2℃。表1為試驗(yàn)田土壤的基本理化性質(zhì)。

圖1 去離子水中ZnO NPs顆粒TEM掃描圖（A）和水動(dòng)力學(xué)尺寸圖（B）Figure 1 TEM scan（A）and hydrodynamic dimension（B）of ZnO NPs particles in DI water

表1 試驗(yàn)田土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of experimental field

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用田間微區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)置：（1）不施鋅對(duì)照（CK），（2）噴施硫酸鋅（FZn），（3）土施 ZnO NPs（SZnO），（4）噴施 ZnO NPs（FZnO），（5）土噴結(jié)合ZnO NPs（SFZnO），共計(jì)5個(gè)處理。其中，SZnO處理用量為102.3 kg·hm-2，在播種前拌土施入土壤。FZnO處理用量為1.2 kg·hm-2。SFZnO為SZnO與FZnO的總和，其中ZnO NPs施肥用量參考文獻(xiàn)[22]。FZn處理用量為施 ZnSO4·7H2O 4.2 kg·hm-2，為地區(qū)最佳用量。在小麥拔節(jié)期和抽穗后期各噴施一次，噴施量均為600 L·hm-2。所有處理在播前均施用120 kg N·hm-2的氮肥和90 kg P2O5·hm-2的磷肥，肥料分別為尿素和磷酸二銨。試驗(yàn)小區(qū)的面積為9 m（23 m×3 m），小麥品種為洛旱6號(hào)，播種量為150 kg·hm-2，株行距20 cm，每個(gè)處理采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)重復(fù)。

1.4 樣品采集及測(cè)定方法

小麥成熟期，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)部隨機(jī)收獲兩個(gè)1 m2樣方的籽粒，烘干后測(cè)定籽粒產(chǎn)量和生物量。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)1 m長(zhǎng)樣段，將小麥連根拔起后進(jìn)行組織分離。組織器官分為莖、葉、穗（籽粒、穎殼）三部分，風(fēng)干后稱量記錄數(shù)據(jù)，穗風(fēng)干后脫粒，稱量風(fēng)干籽粒和穎殼并記錄。稱取一部分有代表性的莖、葉、穎殼、籽粒樣品，分別測(cè)定其含水量并記錄數(shù)據(jù)。在風(fēng)干樣中取有代表性的樣品用蒸餾水清洗3次，在烘箱中烘干48 h以上。然后使用碳化鎢球磨儀（萊馳MM 400，德國(guó)）磨碎，干燥密封保存。磨碎樣品和標(biāo)準(zhǔn)面粉采用濃HNO3-H2O2微波消解（屹堯WX-8000，中國(guó)），標(biāo)準(zhǔn)面粉GBW10046（GSB-24）用于質(zhì)量控制，平均回收率為93%。利用石墨爐原子吸收分光光度法（日立Z2000，日本）測(cè)定其微量元素含量。使用近紅外分析儀測(cè)定小麥籽粒品質(zhì)指標(biāo)。使用掃描電子顯微鏡（SEM，日立S-4800，日本）觀測(cè)拔節(jié)期小麥葉片的微觀結(jié)構(gòu)。利用透射電子顯微鏡（TEM，JEOL 100CX，日本）觀測(cè)ZnO NPs顆粒微觀結(jié)構(gòu)。使用馬爾文激光粒度儀（Mastersizer2000，英國(guó)）測(cè)定ZnONPs顆粒水動(dòng)力學(xué)尺寸。

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較，顯著性差異為P＜0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及其籽粒品質(zhì)的影響

鋅是小麥機(jī)體酶的組成和蛋白質(zhì)合成不可或缺的部分。生長(zhǎng)過(guò)程中鋅的主要來(lái)源是土壤有效鋅，當(dāng)土壤缺鋅時(shí)，會(huì)抑制小麥正常生長(zhǎng)。在本研究中，表2數(shù)據(jù)表明第一年的產(chǎn)量平均為7593 kg·hm-2，第二年產(chǎn)量平均為5541 kg·hm-2，兩年之間的差異主要是由于第二年雨水嚴(yán)重不足，造成小麥減產(chǎn)。第一年的收獲指數(shù)達(dá)到51%左右，第二年為40%左右，說(shuō)明環(huán)境的變化對(duì)小麥的產(chǎn)品質(zhì)量也產(chǎn)生了明顯影響。在同一年的不同處理中，施用鋅肥對(duì)小麥產(chǎn)量沒(méi)有較顯著的影響，說(shuō)明本地區(qū)施用鋅肥沒(méi)有增加小麥產(chǎn)量。與前人報(bào)道結(jié)果基本一致。例如，李孟華等[26]研究表明：在潛在缺鋅地區(qū)土施50 kg·hm-2和噴施4.8 kg·hm-2硫酸鋅的處理對(duì)產(chǎn)量無(wú)顯著影響。根據(jù)韓金玲等[27]的結(jié)果表明：旱地施用鋅肥使小麥干物質(zhì)累積量顯著增多，但施鋅肥過(guò)量，干物質(zhì)累積量減少，各產(chǎn)量構(gòu)成因素受鋅影響較小，差異均未達(dá)顯著水平。Du等[22]開(kāi)展的土施ZnO NPs對(duì)小麥生長(zhǎng)的微區(qū)試驗(yàn)表明，在農(nóng)田土壤施用ZnO NPs不會(huì)造成生物量的差異。

在本研究中，兩年的小麥籽粒的品質(zhì)指標(biāo)（谷蛋白、可溶性糖和淀粉）結(jié)果（表3）表明：各處理間無(wú)顯著差異，淀粉、可溶性糖和谷蛋白含量沒(méi)有因?yàn)楫a(chǎn)量變化產(chǎn)生差異，表明產(chǎn)量的變化對(duì)籽粒品質(zhì)沒(méi)有產(chǎn)生直接影響。張潔梅[28]對(duì)黃淮平原區(qū)冬小麥揚(yáng)花期和灌漿中期進(jìn)行了噴施硫酸鋅處理研究，結(jié)果表明：小麥籽?？扇苄蕴呛刻岣?.21～2.98 mg·g-1，達(dá)到顯著水平。張曉等[13]的研究表明施用鋅肥能明顯提高籽粒中相應(yīng)的微量元素含量，但對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量影響均不顯著。說(shuō)明不同的地區(qū)、不同的施用方式及時(shí)間因素都可能對(duì)小麥籽粒品質(zhì)因素構(gòu)成影響，與本研究結(jié)果一致。ZnO NPs和硫酸鋅的處理對(duì)籽粒品質(zhì)指標(biāo)的影響沒(méi)有差異，表明ZnO NPs對(duì)小麥籽粒品質(zhì)沒(méi)有產(chǎn)生不良影響，證實(shí)了ZnO NPs在大田施用的可行性和安全性。

2.2 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥籽粒鋅含量及累積量的影響

ZnO NPs不同施用方式對(duì)冬小麥籽粒鋅含量及累積量有顯著影響，兩年度不同處理對(duì)籽粒鋅含量的影響一致。表4的數(shù)據(jù)表明，第一年度里，F(xiàn)Zn、SZnO、FZnO和SFZnO處理中小麥籽粒鋅含量比CK分別提高了10%、30%、50%和60%；第二年度里，F(xiàn)Zn、SZnO、FZnO和SFZnO處理中小麥籽粒鋅含量比CK分別提高了27%、40%、43%和58%。兩年試驗(yàn)期間，不同處理對(duì)小麥籽粒增鋅效果從大到小依次為：SFZnO＞FZnO＞SZnO＞FZn。雖然各處理均具有一定的小麥籽粒增鋅效果，但仍以SFZnO處理效果最為顯著，是因?yàn)橥羾娊Y(jié)合兼具了土施和噴施的增鋅效果。SFZnO處理籽粒最高鋅含量分別為：30.2 mg·kg-1和36.9 mg·kg-1，兩年間鋅含量存在差異，可能的原因是氣候因素對(duì)大田試驗(yàn)影響較大，造成年際之間的產(chǎn)量形成較大差異。而籽粒中微量元素含量與產(chǎn)量之間具有稀釋濃縮效應(yīng)，從而造成鋅含量之間的差異。因此，年際之間鋅含量的對(duì)比不能體現(xiàn)鋅肥的差異。FZnO處理和FZn處理的籽粒鋅含量對(duì)比，在第一年FZnO比FZn高36%，第二年高12%。兩年間提高幅度受產(chǎn)量影響，但是ZnO NPs處理的籽粒鋅含量顯著高于硫酸鋅處理。說(shuō)明噴施相同量的不同鋅肥，小麥籽粒對(duì)ZnO NPs的吸收效率顯著高于硫酸鋅[29]。原因是ZnO NPs通過(guò)葉片組織進(jìn)入植物體，同時(shí)較強(qiáng)的吸附性使得ZnO NPs長(zhǎng)期吸附在葉片上作為鋅庫(kù)供鋅。研究表明，納米粒子的高效轉(zhuǎn)移、吸收與納米粒子的濃度、粒徑、表面積、理化性質(zhì)、表面涂敷和稀釋劑有關(guān)[30]。因?yàn)橹参锛?xì)胞被半透性細(xì)胞壁包裹，細(xì)胞壁孔徑約為2～20 nm，噴施在小麥葉片上較小的納米粒子可以直接穿過(guò)細(xì)胞壁，被葉片細(xì)胞吸收[31]。也有研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒可以刺激植物細(xì)胞壁形成更大的孔隙，使得更多的納米粒子進(jìn)入細(xì)胞[22]。

表2 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥產(chǎn)量、生物量和收獲指數(shù)的影響Table 2 Effects of different application methods of ZnO NPs on yield，biomass，and harvest index of winter wheat

表3 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥籽粒品質(zhì)的影響Table 3 Effect of different application methods of ZnO NPs on grain quality of winter wheat

本研究中，第一年FZnO處理籽粒鋅含量比SZnO處理高15%，SFZnO比FZnO高6%，說(shuō)明小麥籽粒中增加的鋅主要來(lái)自于FZnO。分析原因?yàn)橥潦╀\肥在土壤環(huán)境中經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，由植物根部吸收后，經(jīng)地上部器官運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ?，吸收轉(zhuǎn)運(yùn)效率低。而噴施鋅肥可直接由葉片吸收運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ?，效率較高。土施作為一種傳統(tǒng)的施肥手段，其用量大，效率低的短板無(wú)法彌補(bǔ)。而噴施具有用量少、效率高、環(huán)境負(fù)荷小等優(yōu)勢(shì)。所以FZnO與SZnO相比，噴施是一種更為高效的增鋅方式。噴施的ZnO NPs不僅有快速吸收的特性，還可以緩慢釋放[32]。Du等[22]土施ZnO NPs，使得小麥組織中的鋅含量增加，這表明ZnO NPs溶解，使Zn2+進(jìn)入細(xì)胞和組織，這與本研究SZnO處理的結(jié)果一致。Torabian等[33]研究表明葉面噴施ZnO NPs可極大提高向陽(yáng)植物（向日葵）中的鋅含量，Zhang等[14]研究葉面噴施ZnO NPs使得小麥籽粒鋅含量顯著提高，通過(guò)X射線近邊結(jié)構(gòu)譜（XANES）的分析發(fā)現(xiàn)，70%～80%的鋅以磷鋅化合物的形式存在于籽粒中，與本研究噴施ZnO NPs顯著增鋅結(jié)果一致。

表4 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥籽粒鋅含量及累積量的影響Table 4 Effects of different application methods of ZnO NPs on grain Zn content and accumulation of winter wheat

籽粒鋅累積量在兩年度各處理中的含量順序一致，但差異不同。第一年籽粒鋅累積量在FZn與CK之間和SFZnO與FZnO之間差異不顯著，但SFZnO和FZnO與其他處理差異顯著。FZn、SZnO、FZnO和SFZnO處理相比CK分別提高了8%、25%、44%和54%。籽粒鋅累積量在第二年度中各處理間的趨勢(shì)與第一年類似，相比CK均有顯著差異，F(xiàn)Zn、SZnO、FZnO和SFZnO相比CK分別提高了19%、34%、37%和62%。研究結(jié)果與齊義濤等[34]葉面噴施硫酸鋅對(duì)小麥籽粒各部位鋅累積量的影響結(jié)果一致。曹玉賢等[11]和趙愛(ài)青[35]研究均表明，潛在缺鋅的石灰性土壤上，土施鋅肥處理對(duì)小麥籽粒的增鋅效應(yīng)顯著低于噴施處理。土施鋅肥雖可大幅度提高耕層土壤有效鋅含量，但對(duì)籽粒鋅含量提升的影響較小。這與本研究中，噴施鋅肥處理的小麥籽粒鋅含量和鋅累積量較高的結(jié)果一致。

2.3 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥根、莖葉和穎殼鋅含量及累積量的影響

表5表明，在第一年中，根的鋅含量FZn、SZnO、FZnO和SFZnO對(duì)比CK分別高出8%、60%、8%和114%；莖葉鋅含量分別高出94%、123%、1102%和1423%；穎殼各處理分別高出65%、58%、413%和455%。第二年中，根的鋅含量FZn、SZnO、FZnO和SFZnO對(duì)比CK分別高出45%、135%、5%和190%；莖葉分別高出570%、387%、1853%、2088%；穎殼分別高出25%、53%、175%和180%。鋅在根、莖葉和穎殼中的累積量趨勢(shì)和鋅含量趨于一致，均表現(xiàn)出含鋅量（鋅含量或鋅累積量）隨著鋅肥的施用而顯著增加。小麥根的數(shù)據(jù)表明，無(wú)論噴施哪種鋅肥，均不能較好地增加根中的鋅含量，是因?yàn)閲娛┨幚碓诘厣喜窟M(jìn)行，吸收轉(zhuǎn)移到地下效率極低。反觀土施鋅肥，ZnO NPs較FZn和CK都形成顯著差異。FZnO和SFZnO處理與FZn處理地上部器官含鋅量形成顯著差異，但SZnO與FZn未形成顯著差異，是因?yàn)橥潦┤菀自斐射\肥鈍化無(wú)法被作物吸收，而FZn低于FZnO則是因?yàn)槲搅Σ钜资墉h(huán)境影響造成流失。說(shuō)明土施可以取得一定的增鋅效果，但遠(yuǎn)低于土噴結(jié)合和噴施處理的增鋅效果，也說(shuō)明各器官增加的鋅主要來(lái)自FZnO。

與CK相比，各處理均增加了小麥根、莖葉和穎殼鋅累積量，在地上部器官中FZnO和SFZnO處理增加的幅度最高，莖葉的鋅累積量達(dá)到數(shù)十倍的增幅。但在地下部的根中，鋅累積量較之地上部器官取得了較小的增幅。分析原因可能是因?yàn)橥寥拉h(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)植物吸收利用鋅肥產(chǎn)生影響，降低了根對(duì)鋅肥的吸收效率。同時(shí)又因?yàn)槿~面噴施ZnO NPs會(huì)導(dǎo)致較多的顆粒黏附在葉面上，從而極大地提高莖葉的含鋅量，導(dǎo)致噴施和土噴結(jié)合處理的莖葉含鋅量顯著提高。陸欣春等[36]的研究表明，在石灰性土壤中氮鋅肥配施可增加小麥各部分的鋅累積量。本試驗(yàn)在當(dāng)?shù)刈罴咽┑较拢瑢?shí)現(xiàn)地上部器官鋅累積量顯著增加與其研究結(jié)果一致。FZnO和SFZnO取得最顯著效果，大幅度提高了莖葉和穎殼的鋅含量和累積量。同時(shí)莖葉和穎殼上較高的鋅含量也為更多的鋅進(jìn)入到植物體內(nèi)創(chuàng)造了可能。

2.4 施用ZnO NPs對(duì)小麥葉片表面結(jié)構(gòu)的影響及尺寸關(guān)系

圖2A為CK的氣孔，張永平等[37]的研究表明，小麥葉片的氣孔長(zhǎng)約45±1 μm，寬約25±1 μm，這與圖2A顯示的結(jié)果一致。使用能譜儀對(duì)拔節(jié)期FZn和FZnO處理的葉尖進(jìn)行元素掃描，通過(guò)圖2C、圖2D可以明顯地看出，F(xiàn)ZnO一周后有少量附著，含量與FZn形成顯著差異。

通過(guò)圖2A可以確定，ZnO NPs粒子（＜100 nm）遠(yuǎn)小于小麥氣孔的孔徑（45 μm×25 μm）[37]，觀測(cè)結(jié)果表明：就尺寸對(duì)比而言，ZnO NPs粒子作為自由態(tài)鋅離子完全可以通過(guò)氣孔進(jìn)入到小麥葉片。汪洪等[38]的研究表明鋅在植物中存在的形式常為自由態(tài)離子、低分子量有機(jī)物配合態(tài)復(fù)合物、貯存金屬蛋白以及與細(xì)胞壁結(jié)合的非溶形式，自由態(tài)鋅離子的濃度一般較低，植物體中鋅的運(yùn)輸需要通過(guò)載體蛋白進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。也有研究[20]表明納米粒子可以刺激植物葉片氣孔細(xì)胞產(chǎn)生變化，通過(guò)胞吞形式吸收納米顆粒。圖2B為拔節(jié)期噴施ZnO NPs處理后一周的小麥葉片氣孔圖。圖中可清晰看到白色附著物，能譜儀掃描結(jié)果顯示（圖2C）：白色十字處鋅含量顯著高于硫酸鋅處理（圖2D）同樣位置的鋅含量。FZn處理的葉片氣孔掃描圖未發(fā)現(xiàn)附著物和較顯著的結(jié)構(gòu)變化，和CK氣孔圖無(wú)差異。但是目前在小麥大田試驗(yàn)中還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道證明ZnO NPs進(jìn)入到小麥體內(nèi)，對(duì)于ZnO NPs是否可以進(jìn)入小麥體內(nèi)和如何進(jìn)入還需要進(jìn)一步的測(cè)定，從而明確ZnO NPs的進(jìn)入途徑和機(jī)理，為確定納米粒子對(duì)生物安全的影響提供理論依據(jù)。

3 結(jié)論

（1）在本試驗(yàn)中，施用ZnO NPs處理的小麥籽粒鋅含量相比CK增量達(dá)到60%，較硫酸鋅處理也有顯著提高，對(duì)于小麥產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)沒(méi)有影響。證明ZnO NPs可以作為一種新型肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究。

（2）比較不同施用方式發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ZnO比SZnO更容易被植物吸收利用。在籽粒和其他器官中，無(wú)論什么方式施用ZnO NPs，都可以被植物體吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，但是噴施比土施更容易被植物吸收利用。

（3）通過(guò)觀察葉片微觀結(jié)構(gòu)，證實(shí)ZnO NPs顆粒粒徑遠(yuǎn)小于葉片氣孔孔徑，發(fā)現(xiàn)ZnO NPs顆粒可以附著在小麥葉片上，經(jīng)過(guò)葉片的轉(zhuǎn)化利用可以被植物葉片吸收。

表5 ZnO NPs的不同施用方式對(duì)冬小麥根、莖葉和穎殼鋅含量及累積量的影響Table 5 Effects of different application methods of ZnO NPs on Zn content and accumulation in roots，stems，and glume of winter wheat

圖2 施用ZnO NPs對(duì)小麥葉片結(jié)構(gòu)的影響及尺寸關(guān)系Figure 2 Effect of ZnO NPs on wheat leaf structure and size relationship