朱盼盼， 馬彥平， 周忠雄， 石 磊

(1.農業(yè)農村部長江中下游耕地保育重點實驗室/華中農業(yè)大學微量元素研究中心 湖北武漢 430070；2.上?；ぱ芯吭河邢薰?國家化肥質量檢驗檢測中心〔上?！?上海 200062；3.湖北凱龍楚興化工集團有限公司 湖北荊門 448000)

鋅是植物必需的微量元素之一，其參與植物的代謝、色氨酸和吲哚乙酸的合成，影響脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的合成、碳水化合物的代謝，還能促進生殖器官的發(fā)育并增強植株的抗逆性[1]。同時，鋅對于人體具有多種生理作用，在人體微量元素中的含量僅次于鐵，廣泛存在于人體各部位，參與多種酶及蛋白質的合成。鋅與人體的免疫系統、神經系統都有密切聯系，當人體缺鋅時，會導致人體的免疫功能下降，降低對病毒的抵抗能力，對人體健康產生影響[2]。

小麥和水稻是我國重要的主糧品種。由于我國部分地區(qū)土壤中全鋅及有效鋅的含量偏低，且隨著作物產量提高帶來的礦質養(yǎng)分稀釋效應，收獲后的稻谷與小麥中鋅含量水平較低。此外，在小麥和水稻的加工過程中，部分鋅會進入米糠和麥麩中。作物籽粒中的Zn2+容易與植酸結合形成植素,由于人體消化系統中缺少水解植酸的酶，因此降低了鋅的生物有效性[3]，所以長期單一食用大米、面食的人群仍然存在很多鋅營養(yǎng)不良的癥狀。這些癥狀可以通過服用含鋅藥物進行緩解，但長期服用含鋅藥物可能會對人體正常的代謝產生影響。通過食用富含鋅元素的植物或動物食品來緩解人體鋅營養(yǎng)不良的癥狀，正在成為健康領域的一大熱點。近年來的研究表明，動、植物中的鋅可能比無機態(tài)的鋅更容易也更安全地被人體所吸收[4]。因此在不危害植物健康的情況下，將鋅以肥料的形式科學合理地施入土壤中，以此來提高植物中可食部分的鋅含量，進而達到人體通過食用富鋅農產品來改善自身營養(yǎng)平衡的目的。

近年來，由于過于追求作物高產，人們大多注重氮、磷、鉀肥的施用，忽視了鋅等微量營養(yǎng)元素的補充。連年種植作物，植物從土壤中吸收帶走大量的微量元素，造成土壤微量元素缺乏，進而影響作物的產量及品質。我國南方酸性土壤中有效鋅的含量較高，而北方石灰性土壤容易形成難溶性的鋅化合物，降低了有效鋅的含量[1,5]。土壤有效鋅含量降低會導致作物缺鋅，進而影響人體健康。此外，隨著生活水平的提高，人們越來越關注食品的營養(yǎng)組成，發(fā)展營養(yǎng)導向型農業(yè)已經成為業(yè)內研究的熱點，所以通過合理使用鋅肥來優(yōu)化植物鋅營養(yǎng)，達到改善人體鋅營養(yǎng)平衡，為農業(yè)、營養(yǎng)、健康之間的關系提供了新思路，具有重要意義。

1 鋅與植物營養(yǎng)的關系

1962年，Sommer和Lipman用向日葵和大麥證明了鋅是植物必需營養(yǎng)元素后，人們就對鋅在植物體中的含量、分布及其營養(yǎng)功能開展了大量研究[5]。植物含鋅質量分數(以干質量計)一般為20～100 mg/kg，植物種類、品種、部位不同，含鋅量也不同，通常新生器官的鋅含量較高，營養(yǎng)器官的鋅含量大于生殖器官的，特別是在根系積累較多[1]。某些植物食用部分鋅含量較高，如豆芽、番茄、黃瓜、栗子、花生、核桃等，含鋅質量分數在110 mg/kg以上；而豌豆、大蒜、馬鈴薯等的鋅含量較低，質量分數在40 mg/kg以下[2]。鋅主要通過擴散到達植物的根系表面，以二價陽離子的形態(tài)通過主動吸收進入植物體內[1]。植物吸收的鋅在木質部主要有兩種形態(tài)，即與有機酸結合形成的有機態(tài)鋅和二價鋅離子，經木質部進行長距離運輸[1,4]。

植物缺鋅主要發(fā)生在我國北方地區(qū)，特別是石灰性土壤。土壤有效鋅含量受溫度、酸堿度、含水量、有機質含量等的影響。低溫可使植物根系發(fā)育不良、微生物活動減弱，從而誘發(fā)缺鋅；介質酸堿度也會影響有效鋅的含量，pH降低，減弱了土壤對鋅的吸附能力，吸附態(tài)鋅的解吸量增加；含水量對鋅含量也有一定影響，含水量低，其土壤有效鋅含量一般比較低；此外，在一定范圍內，有效鋅的含量與土壤全氮、有機質含量呈正相關；在石灰性和堿性土壤中(全磷質量分數<100 mg/kg時)，土壤全磷與有效鋅含量也呈現正相關，但當土壤磷含量較高時，會干擾鋅向地上部的運輸，植物對鋅的吸收量減少，造成植物缺鋅；有機酸、Ca+、Mg2+、Fe2+等也會影響鋅的吸收[1,6-7]。

鋅參與生長素的合成，所以植物缺鋅時，會表現出明顯的植株矮小、節(jié)間縮短現象，葉片的生長和伸長受到抑制，出現小葉；鋅在植物韌皮部的移動性強，但其移動性與鋅的營養(yǎng)狀況有關，缺素癥狀會優(yōu)先出現在新葉組織[1]。

2 鋅與人體健康

研究表明，人體中大部分的微量元素與土壤中微量元素的豐度呈正相關。土壤中的微量元素被植物吸收利用，直接或經動物傳遞到人，這就是土壤-植物-動物-人類的生物鏈傳遞結果[8]。鋅是人體必需的微量元素之一，廣泛存在于人體各部位，參與人體的生長發(fā)育、免疫、內分泌、生殖遺傳等過程，對人體健康具有重要的調控功能，被人們稱為“智慧之源”和“生命之花”[9]。

鋅作為必需的微量元素存在于人體的各個組織和器官中。以成年人為例，鋅在人體內的總量為1.5～2.5 g，在肝臟、腎臟、肌肉中的含量最高[10]。鋅對人體的免疫功能、消化功能、生長發(fā)育和物質代謝等方面均有影響，是人體很多金屬酶的組成成分或酶激活劑，鋅對這些酶的活性具有調控功能，如核糖核酸聚合酶和堿性磷酸酶等[11]。同時，鋅還是細胞膜的重要組分，在腦細胞膜中，鋅水平的高低直接影響細胞結構及生理功能，進而影響人體的智力和生長發(fā)育[12]。

研究表明，鋅對于孕婦及新生兒極為重要，大多數的孕婦可能因為鋅攝入不足，由缺鋅導致自然流產、早產、胎兒先天性畸形等。缺鋅影響消化功能，可能導致癌癥以及增加婦科腫瘤的發(fā)病率；缺鋅還可能會降低視力，加速人體老化[13]。

鋅是人體必需的營養(yǎng)元素，但其在人體中的含量有一定限制，過量補鋅同樣會對人體造成危害。當成人一次性攝入量超過2 g時，會發(fā)生鋅中毒，導致腹痛、嘔吐；長期大量攝入鋅還可能會引起慢性中毒，導致貧血[10]。鋅是參與人體免疫功能的重要元素，當大量的鋅存在時，會抑制吞噬細胞的活性及殺菌力，導致人體免疫功能下降[13]。鋅缺乏與鋅過量對人體都會造成一定危害，所以應合理補鋅，調節(jié)人體營養(yǎng)均衡，促進人體健康。

3 人體的鋅營養(yǎng)來源

植物鋅的來源主要是土壤和肥料，動物鋅的來源主要是吸收植物中的鋅，人體主要通過食用農產品和動物食品來補充鋅。我們要科學合理補鋅，均衡飲食，合理搭配，不挑食、偏食，多食用富鋅食物。動物性富鋅食物(如動物內臟、魚類、海產品等)中，肉類含鋅質量分數一般為20～60 mg/kg，魚類一般為15 mg/kg以上，植物性富鋅食物有豆類、堅果類、花生仁、蘿卜等，動物性富鋅食物的鋅含量比植物性的高。對于嬰幼兒應該采用母乳喂養(yǎng)，食用含鋅量高的輔食[13-14]。

人體除了直接食用含鋅食物外，還可以通過鋅強化食品來補充鋅?？茖W研究顯示，食品強化是一種有效、安全和經濟的補充鋅的方式[15]。我國衛(wèi)生健康委員會已經批準在植物、動物及其他食物再加工過程中，可以將鋅作為食品添加劑加入其中，以滿足人體鋅營養(yǎng)需求[14]。

4 優(yōu)化植物鋅營養(yǎng)

提高植物中鋅含量的方法有很多種。由于我國大部分土壤的鋅含量較低，尤其是北方石灰性土壤，所以將鋅作為肥料施入，是補充植物鋅營養(yǎng)的一種重要方式。我國常用的鋅肥品種有氧化鋅、硫酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅及其他有機螯合鋅肥等，鋅肥的用量因植物種類、肥料類型、土壤狀況等各有不同。植物缺鋅癥狀多出現在早期，所以鋅肥要早施，通常情況下采用土施或葉面噴施的方式[1]。

近年來通過施用鋅肥來提高作物產量及作物可食部分鋅含量的研究很多。王孝忠等[16]的研究表明，合理的鋅肥施肥方式及用量能提高小麥、玉米和水稻的產量。葉廷紅等[17]的研究表明，在水稻營養(yǎng)生長前期，通過基施和追施鋅肥，能提高水稻籽粒中鋅的含量。楊月娥等[18]在全國30個試驗點的研究表明，葉面噴施鋅肥可顯著提高小麥籽粒中鋅的含量。郭九信等[19]的研究表明，不同的鋅肥施用方式對水稻籽粒中鋅含量的提高效果為土施+葉面噴施>葉面噴施>土施，這表明可以通過優(yōu)化鋅肥的施用方式來調節(jié)作物中鋅的含量。

已有研究表明，大量營養(yǎng)元素肥料供應對鋅的吸收、轉移、分配和富集均有一定影響。王少霞[20]的研究表明，鋅肥與氮、磷、鉀肥配合施用，均對小麥籽粒富鋅產生影響，其中氮肥和鉀肥與鋅肥的配合噴施，可以提高葉面對鋅的吸收及鋅向營養(yǎng)器官的轉移，實現籽粒富鋅，其富鋅效果要高于單獨噴施鋅肥的；鋅肥與磷肥配合噴施會產生拮抗作用，富鋅效果低于單獨噴施鋅肥的。因此，可以通過鋅與其他元素的協同作用，提高鋅肥利用率及植物可食用部分的鋅含量，這也為研究鋅的高效利用提供了一個方向。

此外，還可以通過改變作物的種植方式來提高作物可食部分的鋅含量。有專利表明，將不同品種的小麥進行間作或混作，能有效提高小麥籽粒中鋅的含量[21]。同樣，將鷹嘴豆與蠶豆分別與玉米進行間作，鷹嘴豆及蠶豆籽粒中鋅的含量要比單作時分別提高12.8%和10.6%[22]。植物在缺鐵和鋅的環(huán)境條件下通過根系分泌H+和麥根酸類物質等活化土壤中難溶性鐵和鋅，改變作物根系形態(tài)和根際微生物種類及數量，滿足自身吸收需求；生態(tài)位互補和種間促進作用也可以用來解釋種間鐵和鋅的吸收獲取優(yōu)勢[23-24]。

通過生物技術增加作物可食用部分鋅含量來改善人體鋅營養(yǎng)缺乏，已成為行業(yè)研究的熱點?？茖W家通過轉基因技術，能將相關基因轉移到所需要的作物中，以此來提高作物鋅含量。有研究表明[25]，通過在木薯中表達擬南芥鐵轉運蛋白(IRT1)和鐵蛋白(FER1)，產生的轉基因木薯塊莖中的鋅含量要比野生型植物的高3～10倍。在遺傳學方面，通過雜交育種選育鋅高效品種也是提高作物鋅含量的一種重要方式。Wang等[26]的研究表明，將鋅濃度較高的突變體LLZ與植酸濃度較低的突變體Os-lpa-XS110-1雜交，雜交后代中雙突變體籽粒的鋅含量顯著升高，植酸含量顯著降低。

5 結語

目前，微量元素鋅的研究已涉及多個領域，以人體健康為導向，利用各種農藝措施和生物遺傳等技術改善植物對鋅的利用效率，調控鋅在植物體中的轉移，對調節(jié)人體營養(yǎng)均衡、緩解人體鋅營養(yǎng)的隱性饑餓、保障人體健康具有重要意義。