《Legume Science》：Foliar Biofortification of Lentil (Lens culinaris Medik.) With Iron, Zinc, and Selenium: Multi-Environment Evaluation in Bangladesh
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微量元素营养不良仍是全球重大挑战，尤其是在南亚发展中国家，其膳食以矿物质含量较低的谷物类食物为主。扁豆（Lens culinaris Medik.）是一种营养丰富的豆类，具有通过生物强化提升铁（Fe）、锌（Zn）和硒（Se）膳食摄入量的巨大潜力。本研究在孟加拉
微量元素营养不良仍是全球重大挑战，尤其是在南亚发展中国家，其膳食以矿物质含量较低的谷物类食物为主。扁豆（Lens culinaris Medik.）是一种营养丰富的豆类，具有通过生物强化提升铁（Fe）、锌（Zn）和硒（Se）膳食摄入量的巨大潜力。本研究在孟加拉国三个地区（即加济布尔、伊舒尔迪和杰索尔）评估了农艺生物强化在提高扁豆微量营养素含量和产量方面的效果。研究采用因子随机完全区组设计（factorial randomized complete block design），涉及8个不同扁豆基因型和8种叶面处理（即对照、Fe、Zn、Se、Fe+Zn、Fe+Se、Zn+Se、Zn+Fe+Se）。与对照处理相比，叶面施用含Se、Zn和Fe的肥料显著提高了扁豆籽粒中相应微量营养素的浓度，且未影响产量。Se浓度增加十倍以上，而Zn和Fe浓度分别增加61%和29%。锌处理（Zn和Zn+Se）显著提高了株高、荚数、百粒重和产量（较对照最高增加11.3%）。基因型X96S/40-50134-12和LRIL-21-109在产量和微量营养素累积方面表现出优异响应，表明其具备在未来育种计划中开发富含微量营养素扁豆品种的强大遗传潜力。环境效应显著且在各地点间表现一致，表明生物强化结果具有稳定性。Se与Zn和Fe的协同效应可在不降低产量的情况下提高微量营养素浓度，证明叶面农艺生物强化是一种高效、可规模化且适应不同地区的策略，可用于提升扁豆营养品质。
**研究背景与问题**
全球范围内，微量元素营养不良仍是影响数十亿人的重大问题，南亚发展中国家尤其突出。以谷物为主的膳食结构导致铁（Fe）、锌（Zn）、硒（Se）等必需微量元素摄入不足。扁豆（Lens culinaris Medik.）是营养丰富的豆类，但籽粒中微量元素常受植酸等抗营养因子影响而生物利用率降低。遗传育种型生物强化周期长，而农艺生物强化，特别是叶面施用微量元素肥料，具有快速、灵活、可直接用于现有主栽品种的优势。然而，针对扁豆叶面生物强化的多地点田间数据仍不充分，喷施时期、单施与组合施用效果、基因型与环境互作等问题尚需系统研究。为此，研究人员在孟加拉国三个不同农业生态区开展试验，评估叶面施用Fe、Zn、Se对扁豆籽粒微量元素含量和产量的影响，并筛选高响应基因型。
**总体研究内容与结论**
研究采用8个扁豆基因型和8种叶面处理，在加济布尔、伊舒尔迪和杰索尔三地进行田间试验。结果表明，叶面施用Se、Zn、Fe可显著提高籽粒中相应微量元素浓度：Se提高超过10倍，Zn提高61%，Fe提高29%，且不降低产量。Zn处理显著提高株高、荚数、百粒重和产量，最高增产11.3%。基因型X96S/40-50134-12（L-101）和LRIL-21-109（L-103）在产量和微量元素累积方面表现突出。Se与Zn、Fe联合施用具有协同效应，而Zn与Fe存在一定拮抗。该研究证明了叶面农艺生物强化在孟加拉国不同环境中具有稳定性和推广应用价值。
**关键技术方法**
研究人员采用因子随机完全区组设计，在孟加拉国加济布尔、伊舒尔迪和杰索尔三个地点开展田间试验。供试材料为8个扁豆基因型，其中7个来自国际干旱地区农业研究中心（ICARDA），1个为孟加拉国农业研究所（BARI）的BARI Masur-6。设8种叶面处理（对照、Fe、Zn、Se、Fe+Zn、Fe+Se、Zn+Se、Zn+Fe+Se），重复3次。生育期记录农艺性状；籽粒经HNO
3–H
2O
2消解后，用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定Se，用火焰原子吸收光谱仪（F-AAS）测定Fe和Zn；土壤Se用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定。数据采用R软件进行方差分析和Tukey HSD检验。
**研究结果**
**3.1 作物物候与基因型间遗传变异**
8个扁豆基因型的物候发育在三个不同气候区表现出显著差异。平均生育周期为99天，不同基因型间总生育期相差最多21天。LRIL品系较已发布品种BARI Masur-6早熟。加济布尔种植的扁豆因冷季较短而生长较快；始花天数为42–64天，受基因型和地点共同影响。这种物候变异有利于筛选适应不同农业气候条件和种植制度的基因型。
**3.2 微量元素吸收与产量的空间变异**
不同种植区域的籽粒微量元素含量和产量存在显著差异，反映土壤性质、气候等环境因素的强烈影响。加济布尔种植的扁豆Se含量最高（1448 μg kg
?1），杰索尔种植的Zn含量最高（48.7 mg kg
?1），加济布尔的Fe含量最高（80.6 mg kg
?1）。杰索尔植株最高，产量也最高（1050 kg ha
?1）；加济布尔植株较矮，产量最低（778 kg ha
?1）。结果表明，扁豆须适应当地气候条件才能实现高产和养分强化。
**3.3 叶面施肥效应**
**3.3.1 微量元素浓度**
叶面施用相应微量元素肥料显著提高了籽粒中Se、Zn、Fe浓度。单独施Se使籽粒Se含量较对照增加981%；Se与Zn或Fe配合施用也能提高Se水平，显示协同作用。单独施Zn（T2）和Zn+Se处理（T7）的籽粒Zn含量最高，约为62 mg kg
?1，较对照提高61%。单独施Fe会降低Zn含量，表明Fe与Zn吸收存在拮抗。Fe+Se处理（T6）的籽粒Fe含量最高，达89 mg kg
?1，较对照提高约29%；Zn与Fe同施时Fe含量趋于下降，提示两者存在竞争。
**3.3.2 产量性状与籽粒产量**
叶面施Zn可增加株高、单株荚数和百粒重。施Zn处理（T2）的籽粒产量最高，达1001 kg ha
?1，在各地点较对照高9%–16%。在Se和/或Fe处理中加入Zn，可稳定增加荚数和籽粒大小，从而提高产量。
**3.4 扁豆基因型的生物强化效果**
不同基因型在籽粒Se、Zn、Fe累积方面存在显著遗传差异。L-103的Se（1720 μg kg
?1）和Fe（83 mg kg
?1）含量最高，L-107的Zn含量最高（50.5 mg kg
?1），L-104百粒重最大（2.9 g），L-101籽粒产量最高（1762 kg ha
?1）。大粒基因型L-104和L-106累积Zn、Fe较多，表明籽粒大小可能是微量营养素装载能力的预测指标。显著的基因型效应和适度的环境互作表明这些性状具有较高遗传力，筛选生物强化品种可行。
**3.5 地点与叶面处理的交互作用**
地点与叶面处理互作对微量元素浓度和籽粒大小有显著影响，但对籽粒产量无显著影响。在加济布尔，Se浓度从对照的224 μg kg
?1升至Se叶面喷施组的2795 μg kg
?1。在杰索尔，Zn+Se处理的Zn含量最高（64.2 mg kg
?1），Fe+Se处理的Fe含量最高（91.0 mg kg
?1）。施Fe总是提高Fe含量但降低Zn含量，Se对Zn、Fe影响很小。伊舒尔迪Zn+Se处理的百粒重最大（2.96 g）；加济布尔籽粒最小，与生长较快有关。这表明生物强化潜力具有地点特异性，需要针对性农艺管理。
**3.6 基因型与处理在全部地点的交互效应**
基因型与叶面处理互作对所有微量元素均显著，说明不同基因型对微量元素补充的响应存在差异。L-104和L-106在叶面处理下籽粒大小增幅最大，L-107变化不大。所有基因型中，含Zn叶面处理的增产效果最明显；L-101和L-103在Zn及Zn+Se处理下产量最高。单独施Se时，L-103的籽粒Se浓度最高，达3273 μg kg
?1。Fe处理普遍降低Zn含量，Se影响很小；Fe+Se可在不降低产量的情况下实现最高的Fe富集。三因素互作显示Se和Zn富集模式在各地点间一致，说明相关元素的转运机制较为稳定。
**讨论总结**
讨论指出，叶面农艺生物强化可作为遗传生物强化的快速补充手段，尤其适合孟加拉国等育种周期较长、土壤微量元素有效性较低的地区。Se与Zn、Fe的协同作用提高了总体微量元素含量，而Zn与Fe的拮抗可能与二者在吸收位点和转运蛋白方面存在竞争有关。叶面施用Se可显著提高籽粒Se，20 g生物强化扁豆即可满足成人每日Se需求；Zn和Fe强化扁豆可提供每日推荐摄入量的15%–25%。从经济角度看，叶面施Zn具有成本效益，而纯级硒酸钠价格较高，Se叶面施用需依托商品化肥料或与农药混用以降低成本。讨论还强调，L-101、L-103、L-104等基因型可作为未来兼顾产量和营养品质的育种亲本材料，将遗传改良与农艺措施整合是改善营养安全的长效策略。
**研究结论翻译**
本研究表明，通过有针对性的叶面施肥和选择合适基因型，可以同时提高扁豆产量和微量营养素浓度。叶面施肥使扁豆籽粒中Se、Zn、Fe含量大幅增加；单独施Zn提高了产量。所有环境下结果一致，表明扁豆是农艺生物强化的可行作物。在测试的基因型中，L-101（X96S/40-50134-12）和L-103（LRIL-21-109）在提高产量和微量营养素方面潜力最大。提高多种营养素水平的最佳叶面处理为Zn+Se和Fe+Se。Se与Zn、Fe的协同作用以及多个地点一致性的生物强化响应，凸显了制定综合养分管理系统的可行性。总体而言，叶面施用Se、Zn和Fe是面向扁豆消费人群应对全球微量营养素营养不良的有效途径。当与高微量营养素基因型选育和适当的农业生态靶向结合时，该方法可在南亚可持续食品系统中显著改善营养安全。
