不同生態(tài)條件下小麥籽粒品質(zhì)形成及其生理基礎(chǔ).pdf

1、本研究選用山東省的8個(gè)冬小麥品種為材料，在13個(gè)不同環(huán)境條件的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行兩年試驗(yàn)，分析了山東省不同地區(qū)小麥品質(zhì)性狀特點(diǎn)，研究了基因型和環(huán)境及其互作對(duì)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(shè)計(jì)不同的氮肥和水分試驗(yàn)，采用優(yōu)質(zhì)小麥品種濟(jì)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(duì)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(zhǎng)，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(biāo)均表現(xiàn)為龍口試點(diǎn)顯著優(yōu)于泰安試點(diǎn)，并以優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥濟(jì)麥20表現(xiàn)最好，弱筋小麥表現(xiàn)較差，表明龍口試點(diǎn)生態(tài)環(huán)境適于強(qiáng)筋小麥的生產(chǎn)，提高小麥品質(zhì)；而泰安試點(diǎn)強(qiáng)筋小麥優(yōu)勢(shì)較小。 不同品質(zhì)類型冬小麥成熟時(shí)，強(qiáng)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(qiáng)筋小麥在龍口試點(diǎn)表現(xiàn)優(yōu)于泰安試點(diǎn)，而中筋、弱筋小麥則在泰安試點(diǎn)表現(xiàn)優(yōu)于龍口試點(diǎn)。不同類型小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量不同，強(qiáng)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(qiáng)筋小麥濟(jì)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(yàn)點(diǎn)間小麥籽粒谷/醇溶蛋白的

4、比值表現(xiàn)為龍口試點(diǎn)優(yōu)于泰安試點(diǎn)，說(shuō)明龍口試點(diǎn)的環(huán)境因素有利于強(qiáng)、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(duì)小麥主要品質(zhì)性狀指標(biāo)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)大于單獨(dú)效應(yīng)；在獨(dú)立效應(yīng)中，品種影響大于環(huán)境影

5、響。 在小麥整個(gè)生育期內(nèi)較高的氣溫和較多的日照時(shí)數(shù)對(duì)提高小麥品質(zhì)有利，而較多的降雨量則會(huì)降低小麥營(yíng)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(shí)間長(zhǎng)的情況下籽粒濕面筋、穩(wěn)定時(shí)間等的數(shù)值降低；降雨量多的情況下小麥品質(zhì)各指標(biāo)的數(shù)值減少，但在灌漿不同時(shí)期對(duì)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(duì)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(fù)相關(guān)，峰值粘度

6、、稀懈值與播種至成熟期總?cè)照諘r(shí)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(yīng)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(diǎn)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(diǎn)，品種間均為：濟(jì)麥20＞優(yōu)麥3號(hào)＞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(dāng)干旱和寡照有利于提高小麥籽粒的品質(zhì)。龍口試點(diǎn)中、強(qiáng)筋小麥和泰安試點(diǎn)中筋小麥蛋白質(zhì)含量與旗葉NR和GS活性均達(dá)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(duì)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(lái)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(guò)多年的土壤培肥，土壤肥力逐漸提高，小麥的品質(zhì)相對(duì)較好。 2小麥品質(zhì)形成的肥水效應(yīng)研究2.1不同水肥處理對(duì)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(chǔ)上(0～20cm土層土壤有機(jī)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(shí)有利于各蛋

9、白質(zhì)組分的提高，進(jìn)而提高了濕面筋、沉降值、.面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間等品質(zhì)指標(biāo)；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(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均無(wú)顯著增長(zhǎng)甚至略有降低。不同水分處理的蛋白質(zhì)產(chǎn)量為開(kāi)花期澆水顯著高于土壤水分匱乏和過(guò)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。花后過(guò)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)得到共同提高；過(guò)量的氮

10、水供給對(duì)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(shí)，其品質(zhì)也相應(yīng)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(kāi)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(guò)量灌水對(duì)RVA參數(shù)指標(biāo)均有顯著負(fù)面影響?？偟膩?lái)看，適宜的氮肥施用結(jié)合澆水

11、使淀粉品質(zhì)提高；過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)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，?；ê蟾珊凳剐←湽夂贤芰︼@著降低，充分供氮供水使葉片光合系統(tǒng)對(duì)光能的固定、傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)化起到良好地保護(hù)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(xué)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(jìn)了淀粉合成底物的供應(yīng)，由此促進(jìn)了淀粉的合成；過(guò)量施氮結(jié)合花后大量灌水能夠持續(xù)提高小麥營(yíng)養(yǎng)器官中糖含量，然而同化物向籽粒分配過(guò)程發(fā)生了障礙，收獲時(shí)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(shí)速率顯著加快，并且促進(jìn)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(qiáng)度在過(guò)量

13、施氮下趨于變?nèi)?，灌漿后期滯留的氮素同化物增多，導(dǎo)致籽粒中蛋白質(zhì)合成底物的供應(yīng)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(jìn)小麥植株對(duì)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(kāi)花后營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移量。隨施氮量的增加，營(yíng)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(yíng)養(yǎng)器官花前貯藏氮素總運(yùn)轉(zhuǎn)量(率)均為開(kāi)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(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)籽粒蛋白質(zhì)的貢獻(xiàn)率上升，花后過(guò)多灌水則明顯降低花前貯藏氮素的再運(yùn)轉(zhuǎn)，籽粒蛋白質(zhì)含量降低。適宜的水肥條件促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官貯藏氮素運(yùn)轉(zhuǎn)和延長(zhǎng)花后氮素吸收進(jìn)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(duì)小麥品質(zhì)形成的相關(guān)代謝調(diào)控酶及小麥衰老進(jìn)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(duì)照處理提高了85.59％，增強(qiáng)了籽粒氮素同化能力，從而提高了籽粒的蛋白質(zhì)含量；過(guò)量施氮處理，開(kāi)花后小麥旗葉、籽粒的氮素代謝關(guān)鍵酶的活性沒(méi)有提高?；ê蟾珊岛瓦^(guò)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(jìn)小麥灌漿后期酶促防御系統(tǒng)的保護(hù)酶SOD、POD活性提高且相對(duì)穩(wěn)定，清除代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧自由基的能力強(qiáng)，能較長(zhǎng)時(shí)間的維持葉片細(xì)

16、胞結(jié)構(gòu)完整，使小麥的抗逆性增強(qiáng)。不澆水的處理酶活性普遍較低，加重了膜脂過(guò)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(hù)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(xì)胞中對(duì)生物體有傷害的活性氧的產(chǎn)生及積累，對(duì)旗葉MDA的積累具有一定的抑制作用，而過(guò)多的肥水并沒(méi)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(shè)計(jì)試驗(yàn)研究，得出小麥追肥和不同生育階段水分對(duì)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(duì)小麥的產(chǎn)量影響最大，說(shuō)明該階段是小麥水分關(guān)鍵時(shí)期。通過(guò)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(dá)到42.8g·pot-1(相當(dāng)于6000kg·hm-2)以上。而且小麥蛋白質(zhì)最高的水肥措施