花后干旱或渍水逆境下氮素对小麦籽粒产量和品质的影响

 池栽试验条件下,设置渍水、干旱和对照3个水分处理,每个水分处理下设置两个施氮水平 ,研究了花后渍水或干旱逆境下氮素营养对两个不同类型小麦（Triticum aestivum） 品种籽粒产量和品质性状的影响。结果表明,与对照相比,花后渍水或干旱处理显著降低了小麦的千粒重、穗粒数和籽粒产量。在适宜水分和干旱条件下,增施氮肥增加了小麦籽粒产量,而在渍水条件下,增施氮肥降低了产量。干旱处理提高了蛋白质含量,干、湿面 筋含量,沉降值和降落值;而渍水处理则降低了小麦籽粒蛋白质含量和干、湿面筋含量。同 一水分处理下,增施氮肥提高了蛋白质含量,谷蛋白/醇溶蛋白比,支链淀粉含量和支/直链淀粉比。在小麦籽粒主要品质性状上存在显著的水氮互作效应,且水分、氮肥及水氮互作效 应对小麦籽粒产量和品质的影响因品种的不同而异。     

花后盐与渍水逆境对小麦籽粒产量及蛋白质和淀粉积累的影响

采用盆栽试验,研究了花后渍水、盐胁迫和盐渍处理对2个小麦品种（扬麦12和淮麦17）籽粒产量及蛋白质和淀粉积累与组分的影响.结果表明：与对照相比,花后渍水、盐胁迫和盐渍处理显著降低了小麦花前贮藏氮素（花前贮藏干物质）转运量和花后同化氮素（花后同化物）输入籽粒量,从而导致小麦籽粒产量、蛋白质和淀粉产量显著降低,其中盐胁迫和盐渍处理表现更为明显.与对照和渍水处理相比,盐胁迫和盐渍处理显著降低了小麦籽粒蛋白质积累量及谷/醇蛋白比,显著提高了蛋白质组分含量;同时降低了小麦籽粒淀粉积累量、淀粉组分含量及直/支链淀粉比;盐胁迫处理对扬麦12的影响较盐渍处理明显,而盐渍处理对淮麦17的影响较盐胁迫处理明显.渍水条件下小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量均下降,除淮麦17谷蛋白和清蛋白含量有所提高外,淮麦17其他蛋白组分含量和扬麦12各蛋白组分含量均下降.     

灌浆期高温和水分逆境对冬小麦籽粒蛋白质和淀粉含量的影响

灌浆期高温和水分逆境是影响小麦籽粒产量和品质的关键气候因子。以扬麦9号、徐州26和豫麦34三个小麦品种为材料,利用人工气候室模拟灌浆期高温和水分胁迫环境,研究了花后高温及温度和水分互作对小麦籽粒蛋白质和淀粉形成的影响。结果表明,高温显著提高了小麦籽粒蛋白质含量及清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量,但降低了谷蛋白含量,导致麦谷蛋白／醇溶蛋白比值降低。高温显著降低了籽粒总淀粉和支链淀粉含量及支／直比。籽粒蛋白质和淀粉及其组分形成所需的适宜昼夜温差随小麦品质类型而异,但温度水平对籽粒蛋白质和淀粉的影响较温差大。在高温和水分逆境下,温度对籽粒蛋白质和淀粉含量的影响较水分逆境大,且存在显著的互作效应。小麦籽粒蛋白质含量均表现为干旱〉对照〉渍水,以高温干旱最高,适温渍水最低;淀粉含量为对照〉干旱〉渍水,以适温对照最高,而高温渍水最低。高温和水分逆境显著提高了籽粒醇溶蛋白含量而降低了谷蛋白含量及支链淀粉含量,使蛋白质谷／醇比和淀粉支／直比降低,以高温渍水对籽粒蛋白质和淀粉组分的影响最为显著。不同品种之间,高蛋白小麦籽粒蛋白质和组分的形成受高温和水分逆境的影响更大,而低蛋白品种籽粒淀粉形成显著受温度和水分逆境的调节。分析表明,在高温和水分逆境下籽粒蛋白质含量与清蛋白和醇溶蛋白显著正相关,籽粒淀粉含量与谷蛋白、支链淀粉含量及支／直比显著正相关。     

花后干旱或渍水下氮素供应对小麦光合和籽粒淀粉积累的影响

防雨池栽条件下,设置渍水、干旱和对照3个土壤水分处理,每水分处理下再设置两个施氮水平,研究了花后渍水和干旱逆境下氮素水平对两个蛋白质含量不同的小麦品种光合特性和籽粒淀粉积累的影响.结果表明,与对照相比,花后渍水和干旱处理显著降低小麦旗叶净光合速率和SPAD值,干物质积累量下降.干旱处理下,增施氮肥提高旗叶光合速率和SPAD值,渍水处理下则相反.水分逆境明显降低籽粒可溶性总糖含量,且渍水处理下增施氮肥降低小麦叶片和籽粒可溶性总糖含量,干旱状态下规律相反.渍水处理下增施氮肥降低淀粉积累速率.水分逆境明显降低小麦粒重、产量和淀粉产量,且干旱处理下增施氮肥有利于籽粒重、产量和淀粉产量的提高,而渍水下增施氮肥使粒重和产量进一步降低.试验结果表明,花后渍水和干旱逆境下施用氮肥对小麦旗叶光合速率和籽粒淀粉积累有明显的调节效应.     

不同水分条件下氮素供应对小麦植株氮代谢及籽粒蛋白质积累的影响

土壤水分逆境是限制小麦籽粒品质形成的重要生态因子,明确土壤水分逆境下小麦籽粒品质形成的生理机制及调优技术途径,对于深化小麦品质生理生态研究和指导小麦调优栽培具有重要的理论意义和应用前景。在防雨池栽条件下,设置渍水、干旱和对照3个水分处理,每个水分处理下再设置120和240 kg.hm-2两个施氮水平,研究了花后渍水和干旱逆境下氮素对两个籽粒蛋白质含量不同的小麦品种植株氮代谢和籽粒蛋白质积累的影响。结果表明,与正常水分处理相比,花后干旱和渍水均降低旗叶硝酸还原酶活性、叶片总氮含量和游离氨基酸含量。干旱处理提高了茎鞘总氮与游离氨基酸含量以及籽粒蛋白质含量,而渍水处理则使其降低。水分逆境下增施氮肥提高旗叶硝酸还原酶活性、叶片与茎鞘总氮和游离氨基酸含量以及籽粒游离氨基酸和蛋白质含量。花后干旱和渍水均显著降低了小麦籽粒产量和蛋白质产量。增施氮肥提高适宜水分和水分亏缺条件下小麦籽粒产量,但不利于渍水下小麦产量的提高。这说明,花后渍水和干旱逆境下施用氮肥对小麦植株氮代谢和籽粒蛋白质积累有明显的调节效应。     

花前渍水预处理对花后渍水逆境下扬麦9号籽粒产量和品质的影响

以扬麦9号为材料,研究花前渍水预处理对花后渍水逆境下小麦籽粒产量和品质的影响。结果表明,与未进行渍水预处理相比,花前渍水预处理提高了小麦植株对花后渍害的抗性,生物产量、收获指数和千粒重显著提高,进而显著提高了籽粒产量;花前渍水预处理显著提高花后氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率,降低了花前贮藏氮素运转量及其对籽粒氮素的贡献率,进而引起籽粒球蛋白含量提高,但显著降低了清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和全蛋白质含量、以及干湿面筋含量和沉降值;花前渍水预处理还提高了籽粒直链淀粉和总淀粉含量和降落值,降低了支/直链淀粉比,显著提高了面粉峰值粘度、低谷粘度、崩解值、最终粘度、回冷值和峰值时间,但对糊化温度无显著影响。     

高温下干旱和渍水对冬小麦花后旗叶光合特性和物质转运的影响

以蛋白质含量不同的两个冬小麦品种扬麦9号和豫麦34为材料,研究了不同温度和水分条件下小麦花后旗叶光合特性的变化、营养器官花前贮藏干物质和氮素转运特征及其与籽粒产量和品质形成的关系.结果表明,高温及干旱和渍水均明显降低了旗叶光合速率和叶绿素含量（SPAD值）,但高温下干旱和渍水对光合作用的影响加重.小麦营养器官花前贮藏干物质、氮素转运量和转运率在适温下表现为干旱>对照>渍水,高温下则表现为对照>干旱>渍水.适温下花后同化物积累量表现为对照>渍水>干旱,高温下则表现为对照>干旱>渍水.花后氮素积累量在适温和高温下均表现为对照>渍水>干旱.籽粒淀粉含量以适温适宜水分处理最高,高温渍水下最低;蛋白质含量以高温干旱下最高,适温渍水下最低.温度和水分逆境下小麦粒质量和淀粉含量的降低与花后较低的光合能力及干物质积累有关,而蛋白质含量则与花前贮藏氮素的转运量和转运率有关.     

花后土壤水分状况对小麦籽粒淀粉和蛋白质积累关键调控酶活性的影响

在温室盆栽条件下,以2个不同蛋白质含量的冬小麦(Triticum aestivum L．)品种皖麦38和扬麦9为材料,研究了花后第4天开始的土壤干旱(SRWC=45％～50％)和渍水对籽粒蛋白质和淀粉积累关键调控酶活性的影响。小麦叶片和籽粒的测定结果均表明,小麦源库器官中籽粒蛋白质和淀粉积累的关键调控酶活性变化趋势在2个品种间基本一致。与对照(SRWC=75％～80％)相比,干旱和渍水均明显降低了花后旗叶中蔗糖含量和磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性,而氨基酸含量和谷氨酰胺合成酶(GS)活性略有下降。干旱和渍水均降低了籽粒库蔗糖合成酶(SS)和结合态淀粉合成酶(GBSS)活性,可溶性淀粉合成酶(SSS)活性降低尤甚。其中干旱处理下SS的下降比渍水更为明显。与对照相比,渍水明显降低了籽粒谷丙转氨酶(GPT)和GS活性,而干旱的影响较小。相关性分析结果表明籽粒淀粉产量和含量与SPS,SSS和GBSS活性的关系比与SS活性的关系更为密切,籽粒蛋白质产量和含量与叶中GS和籽粒中GPT活性的关系比与籽粒中GS关系活性更为密切。这些结果表明小麦源库器官中调控籽粒蛋白质和淀粉积累的关键酶活性变化是花后不同水分状况影响籽粒淀粉和蛋白质特性的重要因素。     

灌浆前期高温和干旱胁迫对小麦籽粒蛋白质含量和氮代谢关键酶活性的影响

为探讨花后逆境胁迫影响小麦籽粒氮代谢及蛋白质合成的生理机制,采用盆栽和人工气候室模拟花后高温的方式,研究了灌浆前期短暂高温和干旱胁迫对两个不同品质类型小麦品种籽粒蛋白质含量、组分及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷丙转氨酶(GPT)活性的影响。结果表明,灌浆前期高温、干旱及其复合胁迫均显著提高两品种籽粒蛋白质及组分含量,但降低谷/醇比。逆境胁迫使蛋白质积累量和粒重显著下降,其中高温处理使两品种蛋白质产量分别下降20.7%和12.4%,粒重下降23.2%和24.0%;干旱胁迫使两品种蛋白质产量分别下降16.2%和11.9%,粒重下降18.0%和16.0%;复合胁迫使两品种蛋白质产量分别下降26.1%和15.8%,粒重下降29.9%和28.9%。高温、干旱及其复合胁迫下两品种籽粒氮代谢关键酶活性升高。花后8,17,23,29 d的GS活性和花后11,17 d的GPT活性与蛋白质含量呈显著或极显著正相关,花后23,35 d的GS和花后8,17,23 d的GPT活性与蛋白质产量呈显著或极显著负相关,花后8,17,23,29,35 d的GS和花后8,11,17,23 d的GPT活性与籽粒产量呈显著或极显著负相关。试验条件下,高温处理对籽粒蛋白质合成的影响大于干旱胁迫,二者具有叠加效应,强筋小麦品种郑麦366受逆境胁迫的影响较大。     

氮肥基追比与灌浆中期高温胁迫对小麦产量和品质的影响

以优质强筋小麦品种‘济麦20’为供试材料,研究了不同氮肥基追比（基肥：追肥为1：1、1：2、1：5）和灌浆中期高温胁迫对小麦籽粒产量和品质的影响.结果显示,灌浆中期高温胁迫处理能显著降低小麦千粒重、籽粒产量以及籽粒的淀粉含量、支链淀粉含量、支链淀粉/直链淀粉比例,峰值粘度、稀懈值、最终粘度也相应降低,而籽粒蛋白质含量相应提高,导致淀粉品质变劣而面团的流变学特性得以改善;在基追比例1：1的基础上增大拔节期氮素追施比例,能显著提高小麦常温和高温胁迫下籽粒产量,缓解高温胁迫对小麦千粒重和籽粒产量的不良影响,而对小麦籽粒面团流变学特性及面粉的粘度指标影响甚微.研究表明,适当提高拔节期氮肥追施比例可有效减缓灌浆中期高温胁迫对小麦产量的负面影响,但对小麦籽粒品质影响较小.     

小麦产量与品质对灌浆不同阶段高温胁迫的响应

利用人工环境控制室对盆栽冬小麦 (品种 :‘济南 17’和‘鲁麦 2 1’) (Triticumaestivumcv.‘Ji′nan17’and‘Lumai2 1’) 分别在子粒灌浆前期、中期和后期进行了 2 5℃ / 35℃ (夜 /昼 ) 的高温胁迫处理, 以生长在 2 0℃ / 30℃ (夜 /昼 ) 环境中的小麦为对照, 研究了灌浆期不同阶段高温胁迫对小麦产量和品质的影响。结果发现 :1) 子粒蛋白质积累速率在高温处理期间显著提高 (p<0.0 5 ), 但高值持续期缩短, 并最终造成植株氮素积累量减少, 氮素收获指数降低 (p <0.0 5 ) 。 2 ) 小麦蛋白质的组成和品质对不同灌浆阶段的响应存在显著差异, 前期高温胁迫导致麦谷蛋白 /醇溶蛋白的比值以及麦谷蛋白大聚合体 (GMP) 含量增加, 标志蛋白质和淀粉品质的湿面筋含量升高、沉降值增加、膨胀势和高峰粘度等指标也显著提高 ;灌浆中期高温却导致上述指标降低 ;灌浆后期高温在造成粒重减小、产量降低和淀粉品质下降的同时, 却有利于蛋白质含量的提高。 3) 小麦淀粉积累的形成与蛋白质品质的形成是两个既相互联系又相互独立的过程, 高温条件下子粒蛋白质含量的升高是淀粉积累量减少造成的。     

Waterlogging and simulated acid rain after anthesis deteriorate starch quality in wheat grain

The synthesis and accumulation of starch is greatly affected by environmental stress. Wheat grown in the downstream area of the Yangtze River is easily subjected to stress of waterlogging and acid rain. In order to probe the effect of waterlogging and acid rain on yield and starch characteristic, we used winter wheat cultivars of Yangmai 16 (more resistant) and Wennong 17 (relatively sensitive) to sole stress of acid rain or waterlogging and to their combinations during grain filling. The responses of grain yield, the physiochemical properties and morphology of starch granules in endosperm to the stresses were investigated. Compared with CT (control), grain yield in Wennong 17 were significantly decreased by both pH 4.0 acid rain and pH 2.5 acid rain, while in Yangmai 16 only by pH 2.5 acid rain. Waterlogging combined with acid rain significantly reduced grain weight and grain yield in both wheat cultivars. Acid rain, waterlogging and their combination depressed activities of ADP glucose pyrophosphorylase and soluble starch synthase (SSS) in grains of both cultivars. Acid rain and waterlogging damaged endosperm cell structure and caused abnormal starch granules. Starch granules at maturity became fragile and failed to keep in shape and some granules were even totally submerged in the protein matrix and other tissue under acid rain and waterlogging. Content of amylopectin and amylopectin/amylose ratio was also decreased, while content of amylose was increased under acid rain and waterlogging. As a result, swelling power and most viscosity parameters decreased, while the pasting temperature increased in both cultivars due to stresses. In sum, acid rain and waterlogging and their combination damaged cell structure and depressed synthesis of amylopectin, and led to the formation of abnormal fragile starch granules, and finally reduced grain weight and then yield, and deteriorated starch quality.     

Relationships of endogenous plant hormones to accumulation of grain protein and starch in winter wheat under different post-anthesis soil water statusses

Accumulation of protein and starch in grain is a key process determining grain yield and quality in wheat. Under drought or waterlogging, endogenous plant hormone levels will change and may have an impact on the yield and quality of wheat. In a greenhouse experiment, four winter wheat (Triticum aestivum L.) varieties differing in grain protein content, Heimai 76, Wanmai 38, Yangmai 10 and Yangmai 9, were subjected to drought (SRWC = 4550%, DR), waterlogging (WL) and moderate water supply (SRWC = 7580%, CK), beginning from 4 days post-anthesis (DPA) to maturity. On the 10 (grain enlargement stage) and 20 (grain filling stage) DPA, endogenous abscisic acid (ABA), gibberellins (GA₁₊₃), indole-3-acetic acid (IAA) and zeatin riboside (ZR) were determined in sink and source organs of wheat plants by enzyme linked immunosorbent assay (ELISA). The patterns of hormonal changes were similar in four varieties. The ABA levels were much higher under DR and WL than under CK. Compared with CK, GA₁₊₃ levels in whole-plant under DR and WL changed a little at 10 DPA, but markedly decreased under DR and WL at 20 DPA. Changes of endogenous IAA level under DR and WL exhibited a complicated pattern, depending on organs and growth stages. Particularly at the 20 DPA, the mean levels of IAA in roots, leaves and grains decreased significantly under DR and WL. In comparison with CK, ZR levels in all organs significantly decreased under DR and WL at both stages. The correlation analyses between yields and contents of starch and protein in grains and levels and ratios of four hormones in source and sink organs indicated that the changes in yield and content of grain starch and protein under DR and WL were associated with the reduced IAA, ZR and GA₁₊₃ levels and elevated ABA level in plants, especially in grains. It was proposed that the changed levels of endogenous hormones under post-anthesis DR and WL might indirectly affect protein and starch accumulation in grains by influencing the regulatory enzymes and processes.     

小麦籽粒蛋白质组分的生态变异及与植株氮转化的关系研究

小麦籽粒蛋白质和蛋白质组分含量决定了小麦面团流变学特性和加工品质、籽粒蛋白质组分的形成与植株氮素吸收利用密切相关,且蛋白质组分的合成有一定的顺序性。对不同生态区的小麦籽粒蛋白质组分合成进行了研究。结果表明,蛋白质及组分含量存在明显的基因型差异,徐州点蛋白质和谷蛋白含量显著大于南京点;花期氮素积累量和花后氮素转运量徐州点显著大于南京点,而花后氮同化量南京点显著大于徐州点;清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量与籽粒蛋白质含量呈显著正相关,与花后植株氮素转运量呈显著正相关。不同生态点小麦花后发育速率模式基本一致,但南京点发育进程迟于徐州点;在籽粒形成期和灌浆后期,南京点的发育速率较快,降低了清蛋白和谷蛋白的合成,导致南京点籽粒蛋白质含量降低。     

土壤水分对强筋小麦‘豫麦34’氮素同化酶活性和籽粒品质的影响

 以强筋型小麦(Triticum aestivum)品种‘豫麦34号’为材料,采用盆栽方法研究了土壤水分对氮素同化酶活性及籽粒品质的影响。结果表明：旗叶硝酸还原酶（NR）活性于花后呈下降趋势,且土壤含水量为田间持水量（FC）60%的处理活性最强,其次为40%FC,活性最低的是80%FC。旗叶和籽粒中谷氨酰胺合成酶（GS）活性于开花15 d前均呈下降趋势,15 d后均为上升趋势,各水分处理间酶活性大小关系是：80%FC＞60%FC＞40%FC。各水分处理间旗叶和籽粒谷氨酸合成酶（GOGAT）活性的大小关系同GS。60%FC籽粒产量及品质最优,80%FC产量次之,40%FC产量最低;40%FC品质次之,80%FC品质最低。不同水分处理下籽粒蛋白质含量与叶片NR、GS 和籽粒GOGAT活性均呈正相关,与旗叶GOGAT活性呈负相关。且40%FC和80%FC下籽粒蛋白质含量只与旗叶GS活性相关性达显著水平, 60%FC下蛋白质含量则与旗叶NR和籽粒GS活性均达显著相关,与旗叶GS活性达极显著相关。