不同生態(tài)條件下小麥籽粒品質(zhì)形成及其生理基礎.pdf

1、本研究選用山東省的8個冬小麥品種為材料，在13個不同環(huán)境條件的試驗點進行兩年試驗，分析了山東省不同地區(qū)小麥品質(zhì)性狀特點，研究了基因型和環(huán)境及其互作對小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性以及主要品質(zhì)性狀的影響，并設計不同的氮肥和水分試驗，采用優(yōu)質(zhì)小麥品種濟麥20，以大田與盆栽相結(jié)合，在不同氮肥條件下控水，探討不同肥水狀況下小麥籽粒蛋白質(zhì)和淀粉相關(guān)品質(zhì)的形成；提出了小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)肥水措施。主要結(jié)論如下： 1不同類型冬小麥在不同生態(tài)區(qū)品質(zhì)的變化1.1基

2、因型與環(huán)境對小麥蛋白質(zhì)與淀粉品質(zhì)的影響同一小麥品種在不同種植區(qū)域的產(chǎn)量變化較大，小麥產(chǎn)量與其氣候狀況關(guān)系密切。膠東地區(qū)的氣候適于小麥生長，小麥產(chǎn)量潛力能更好發(fā)揮，因此小麥產(chǎn)量高于其他種植區(qū)。以龍口和泰安兩地而論，小麥各品質(zhì)指標均表現(xiàn)為龍口試點顯著優(yōu)于泰安試點，并以優(yōu)質(zhì)強筋小麥濟麥20表現(xiàn)最好，弱筋小麥表現(xiàn)較差，表明龍口試點生態(tài)環(huán)境適于強筋小麥的生產(chǎn)，提高小麥品質(zhì)；而泰安試點強筋小麥優(yōu)勢較小。 不同品質(zhì)類型冬小麥成熟時，強筋小麥品

3、種籽粒中氮的含量明顯高于其他兩種類型的小麥，且強筋小麥在龍口試點表現(xiàn)優(yōu)于泰安試點，而中筋、弱筋小麥則在泰安試點表現(xiàn)優(yōu)于龍口試點。不同類型小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量不同，強筋小麥籽粒中球蛋白含量分別比中筋和弱筋小麥低18.86％～37.51％，但谷蛋白含量分別比中筋和弱筋小麥高5.49％～29.60％。不同類型小麥麥谷/醇溶蛋白的比值存在差異，強筋小麥濟麥20麥谷/醇溶蛋白的比值顯著高于其他兩種類型的小麥，兩不同試驗點間小麥籽粒谷/醇溶蛋白的

4、比值表現(xiàn)為龍口試點優(yōu)于泰安試點，說明龍口試點的環(huán)境因素有利于強、中筋小麥品質(zhì)的提高，而不利于弱筋小麥品質(zhì)的提高。 品種與環(huán)境對小麥主要品質(zhì)性狀指標均有顯著影響：蛋白質(zhì)和面筋百分含量變異的主要原因是環(huán)境的差異，作用力分別為45.76％，22.60％，遠遠大于品種的作用3.39％和9.29％；粉質(zhì)儀參數(shù)的變異主要是品種和環(huán)境的共同作用；而淀粉含量、峰值黏度和稀懈值變異的各影響因素互作效應大于單獨效應；在獨立效應中，品種影響大于環(huán)境影

5、響。 在小麥整個生育期內(nèi)較高的氣溫和較多的日照時數(shù)對提高小麥品質(zhì)有利，而較多的降雨量則會降低小麥營養(yǎng)品質(zhì)和二次加工品質(zhì)。而在小麥籽粒灌漿期，日照時間長的情況下籽粒濕面筋、穩(wěn)定時間等的數(shù)值降低；降雨量多的情況下小麥品質(zhì)各指標的數(shù)值減少，但在灌漿不同時期對小麥品質(zhì)的影響程度不同；小麥籽粒灌漿前期較高的日均溫使小麥品質(zhì)顯著提高，灌漿后期較高的日均溫則對品質(zhì)不利。峰值粘度、低谷粘度、最終粘度均與播種至成熟期總降雨量呈顯著負相關(guān)，峰值粘度

6、、稀懈值與播種至成熟期總?cè)照諘r數(shù)呈顯著正相關(guān)。灌漿期不同氣象因子與不同淀粉糊化特性性狀的關(guān)系不同，影響效應也不同，其中灌漿前期、中期氣象條件與淀粉糊化特性的關(guān)系更密切。 1.2不同環(huán)境條件下小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性及與籽粒品質(zhì)的關(guān)系龍口試點的小麥旗葉硝酸還原酶(NR)、谷胺酰氨合成酶(GS)和籽粒谷胺酰氨合成酶(GS)活性均顯著高于泰安試點，品種間均為：濟麥20＞優(yōu)麥3號＞PH971942。灌漿期環(huán)境因素與小麥籽粒品質(zhì)和酶活性關(guān)系密

7、切，灌漿期間的較高氣溫、適當干旱和寡照有利于提高小麥籽粒的品質(zhì)。龍口試點中、強筋小麥和泰安試點中筋小麥蛋白質(zhì)含量與旗葉NR和GS活性均達顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為：0.671、0.765，0.685、0.812，0.677、0.802。不同用途小麥品種對環(huán)境條件的要求不同，適宜的環(huán)境條件下氮代謝關(guān)鍵酶的活性較高，利于改善小麥品質(zhì)。 膠東地區(qū)與山東省其它地區(qū)相比，因其有利的氣象條件為小麥的品質(zhì)建成提供了保障。膠東地區(qū)10～11月份

8、平均氣溫較低使小麥群體偏小，利于來年壯苗發(fā)育，加之4～5四月份有較充足的日照，有利于小麥的蛋白質(zhì)積累，且經(jīng)過多年的土壤培肥，土壤肥力逐漸提高，小麥的品質(zhì)相對較好。 2小麥品質(zhì)形成的肥水效應研究2.1不同水肥處理對小麥籽粒蛋白質(zhì)和淀粉相關(guān)品質(zhì)的影響在土壤肥力較高的基礎上(0～20cm土層土壤有機質(zhì)含量為1.416％、全氮含量為1.201g·kg-1、速效氮含量為122.8mg·kg-1)，施氮量為120kgN·hm-2時有利于各蛋

9、白質(zhì)組分的提高，進而提高了濕面筋、沉降值、.面團形成時間和穩(wěn)定時間等品質(zhì)指標；但240kgN·hm-2施氮量使與加工品質(zhì)密切相關(guān)的谷蛋白占總蛋白的比例降低，其他各項品質(zhì)指標均無顯著增長甚至略有降低。不同水分處理的蛋白質(zhì)產(chǎn)量為開花期澆水顯著高于土壤水分匱乏和過量灌水處理，但在干旱條件下小麥籽粒蛋白質(zhì)含量顯著高于其它水分狀況?；ê筮^量灌水處理顯著降低了小麥品種籽粒中面筋蛋白的含量。適量肥水能夠使產(chǎn)量、加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)得到共同提高；過量的氮

10、水供給對產(chǎn)量在一定程度上也可起到積極作用，但品質(zhì)下降；缺氮缺水處理在產(chǎn)量顯著降低的同時，其品質(zhì)也相應劣化。 240kgN·hm-2處理總淀粉含量和峰值黏度最高；適量施肥(120kgN·hm-2)，RVA參數(shù)中的低谷黏度和最終黏度表現(xiàn)最好。開花期灌水條件下小麥的淀粉含量及直鏈淀粉/支鏈淀粉值與其加工用途是相符的，而干旱明顯降低了籽粒淀粉含量和直/支比。干旱和過量灌水對RVA參數(shù)指標均有顯著負面影響?？偟膩砜矗m宜的氮肥施用結(jié)合澆水

11、使淀粉品質(zhì)提高；過量的肥水措施降低了淀粉品質(zhì)。 2.2不同水肥處理影響小麥籽粒品質(zhì)形成的光合作用及碳氮同化物運轉(zhuǎn)的機制增施氮肥，小麥旗葉光合速率在灌漿前、中期比不施氮處理顯著升高，增施氮肥使Fv/Fm和φPSⅡ在灌漿后期降低較慢，。花后干旱使小麥光合同化能力顯著降低，充分供氮供水使葉片光合系統(tǒng)對光能的固定、傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)化起到良好地保護作用，缺氮缺水顯著地降低了光合能力，縮短了旗葉光合功能期。由于施氮處理使旗葉光合速率和光化學效率

12、提高，使旗葉可溶性總糖含量和蔗糖含量高于不施氮的處理，促進了淀粉合成底物的供應，由此促進了淀粉的合成；過量施氮結(jié)合花后大量灌水能夠持續(xù)提高小麥營養(yǎng)器官中糖含量，然而同化物向籽粒分配過程發(fā)生了障礙，收獲時有較高的碳水化合物未被轉(zhuǎn)移；適量的水肥措施使小麥籽粒充實速率顯著加快，并且促進植株的衰老，防止貪青晚熟。 灌漿前期高肥水處理，小麥旗葉、籽粒的游離氨基酸含量與適量肥水處理相比不再增加，但在灌漿后期較高。旗葉、籽粒的氮代謝強度在過量

13、施氮下趨于變?nèi)?，灌漿后期滯留的氮素同化物增多，導致籽粒中蛋白質(zhì)合成底物的供應減少，蛋白質(zhì)含量降低。而適宜的水肥處理在籽粒灌漿期能夠顯著促進小麥植株對氮素的吸收。 15N示蹤結(jié)果表明，高氮處理比中氮處理的氮轉(zhuǎn)移量增加，而氮利用率降低，且氮肥在土壤中的殘留率提高，適量施氮在一定程度上提高了植株體內(nèi)的氮素積累量和開花后營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移量。隨施氮量的增加，營養(yǎng)器官的氮素分配比例趨于增加，向籽粒中的轉(zhuǎn)移效率降低。研究結(jié)果還顯示，小

14、麥營養(yǎng)器官花前貯藏氮素總運轉(zhuǎn)量(率)均為開花期灌一水大于灌兩水，正常水分處理下花前貯藏氮素再運轉(zhuǎn)對籽粒蛋白質(zhì)的貢獻率上升，花后過多灌水則明顯降低花前貯藏氮素的再運轉(zhuǎn)，籽粒蛋白質(zhì)含量降低。適宜的水肥條件促進營養(yǎng)器官貯藏氮素運轉(zhuǎn)和延長花后氮素吸收進程，使籽粒蛋白質(zhì)、淀粉產(chǎn)量和含量提高。 2.3不同水肥處理對小麥品質(zhì)形成的相關(guān)代謝調(diào)控酶及小麥衰老進程的調(diào)控施氮量為120kgN·hm-2，并結(jié)合適量灌水，可顯著提高小麥籽粒的GS活性，比

15、高肥水處理提高了39.81％，比對照處理提高了85.59％，增強了籽粒氮素同化能力，從而提高了籽粒的蛋白質(zhì)含量；過量施氮處理，開花后小麥旗葉、籽粒的氮素代謝關(guān)鍵酶的活性沒有提高?；ê蟾珊岛瓦^量灌水均明顯降低了花后旗葉中氮代謝酶活性，而NR、GS和GOGAT活性在干旱狀況下下降更為明顯。 施用氮肥可促進小麥灌漿后期酶促防御系統(tǒng)的保護酶SOD、POD活性提高且相對穩(wěn)定，清除代謝過程中產(chǎn)生的活性氧自由基的能力強，能較長時間的維持葉片細

16、胞結(jié)構(gòu)完整，使小麥的抗逆性增強。不澆水的處理酶活性普遍較低，加重了膜脂過氧化程度，降低了清除自由基能力；灌水顯著提高抗衰老酶活性，但小麥花后灌1水和灌2水的處理之間，SOD、CAT、MDA差異不顯著或只在生育后期有差異，而POD活性W1顯著大于W2處理。氮肥和水分匱乏愈重，植物體內(nèi)保護酶系統(tǒng)受抑愈重，旗葉加速衰老；適宜的水肥處理能有效地減少細胞中對生物體有傷害的活性氧的產(chǎn)生及積累，對旗葉MDA的積累具有一定的抑制作用，而過多的肥水并沒有

17、起到延緩葉片的衰老和光合功能衰退的作用。 3小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水肥措施采用通用旋轉(zhuǎn)設計試驗研究，得出小麥追肥和不同生育階段水分對小麥產(chǎn)量的作用大小依次為抽穗-成熟期灌水＞拔節(jié)期追肥＞拔節(jié)期灌水。以上結(jié)果表明抽穗-成熟期灌水對小麥的產(chǎn)量影響最大，說明該階段是小麥水分關(guān)鍵時期。通過模型的頻數(shù)分析得出小麥產(chǎn)量最適宜的水肥措施，在此范圍內(nèi)，產(chǎn)量期望值可達到42.8g·pot-1(相當于6000kg·hm-2)以上。而且小麥蛋白質(zhì)最高的水肥措施