Может ли подоболочка выполнить что-то в родительской оболочке?

С помощью zshвы можете использовать псевдонимы суффиксов (подробности см. вinfo zsh alias)

alias -s zshenv=source

Чтобы убедиться, что при вызове some-file.zshenvвместо этого запускается source some-file.zshenv.

Внедрить исполняемый код в родительский процесс вполне можно было бы с помощью отладчиков, но вы не хотите этого делать.