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。     

花后干旱和渍水对不同品质类型小麦籽粒品质形成的影响

 防雨池栽条件下研究了花后干旱和渍水胁迫对两个不同品质类型小麦（Triticum aestivum）品种籽粒产量和品质形成的影响。结果表明,花后渍水和干旱处理明显降低了小麦籽粒产量和蛋白质产量。在整个灌浆期内干旱处理明显提高了籽粒蛋白质和醇溶蛋白含量,而渍水处理降低了籽粒蛋白质及其组分的积累量。籽粒总淀粉和直链淀粉含量以渍水处理最高,而支链淀粉以对照最高。干旱处理提高了籽粒干、湿面筋含量、沉降值和降落值,而渍水处理降低了上述品质指标。试验表明干旱和渍水胁迫对小麦籽粒蛋白质与淀粉的含量和组分及面粉品质等均有不同程度的影响,从而改变了不同品质类型小麦的籽粒品质。     

花期渍水逆境下氮素对油菜产量及氮肥利用效率的影响

温室盆栽试验条件下,设置渍水和对照2个水分处理,每个水分处理下设置3个施氮水平(0.05、0.2、0.3 g N·kg^-1土),研究了花后渍水逆境下氮素营养对两个氮高效基因型‘Monty’、‘湘油15’和两个氮低效基因型‘R210’、‘Bin270’油菜产量、产量性能及氮肥利用效率的影响.结果表明:与对照相比,花后渍水处理显著降低了油菜的单株角果数、千粒重、每角粒数和籽粒产量.在适宜水分条件下,增施氮肥显著增加了油菜籽粒产量,而在渍水逆境处理下,增施氮肥对油菜籽粒产量的形成贡献不大.氮高效基因型较氮低效基因型对花后渍水逆境下的籽粒灌浆充实具有一定的促进作用.在同一水分处理下,花后渍水明显降低了油菜氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮素吸收效率和氮收获指数,渍水显著影响了不同基因型油菜的氮素吸收利用能力,而氮高效基因型在渍水逆境下较氮低效基因型更有利于将氮素转运、再分配到角果中,提高籽粒生产效率.油菜产量性能参数存在显著的水氮互作效应,水分、氮肥及水氮互作对油菜籽粒产量和产量性能参数的影响因基因型的不同而异.     

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。     

土壤肥力和施氮量对小麦氮素吸收运转及籽粒产量和蛋白质含量的影响

在不同土壤肥力条件下,研究了施氮量对小麦氮素吸收、转化及籽粒产量和蛋白质含量的影响。结果表明,增施氮肥可以提高小麦各生育阶段的吸氮强度,尤以生育后期提高的幅度为大认为是增施氮肥提高小麦籽粒产量和蛋白质含量的基础,增施氮肥虽提高了小麦植株的吸氮强度。吸氮量增加,但开花后营养器官氮素向籽粒中的转移率降低,增施氮肥不仅促进了小麦植株对肥料氮的吸收,而且也促进了对土壤氮的吸收,并讨论了在高、低土壤肥力条件下氮肥合理运筹的问题。     

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.     

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.     

大气CO2浓度和氮肥水平对小麦籽粒产量和品质的影响

应用FACE平台,研究了不同氮肥水平下大气CO₂浓度升高对小麦籽粒产量和品质的影响.结果表明： 大气CO₂浓度升高（FACE）和增施氮肥显著提高了小麦籽粒产量、穗数、穗粒数和生物量.但FACE处理对收获指数无显著影响.FACE处理显著降低了籽粒蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白、面筋含量和沉降值,显著提高了小麦籽粒淀粉及其组分含量,而氮肥处理具有相反的效应.面团稳定时间及峰值黏度、最终黏度、反弹值等黏度特征参数在FACE和高氮水平下显著增加.此外,CO₂浓度与氮肥水平互作对小麦籽粒产量和生物量有显著的正效应,但对籽粒品质无显著影响.在未来大气CO₂浓度升高的情况下,维持较高的施氮量有利于提高小麦籽粒产量,改善淀粉糊化特性,缓解小麦品质特性的下降.     

大气CO2浓度和氮肥水平对小麦籽粒产量和品质的影响

应用FACE平台,研究了不同氮肥水平下大气CO₂浓度升高对小麦籽粒产量和品质的影响.结果表明： 大气CO₂浓度升高（FACE）和增施氮肥显著提高了小麦籽粒产量、穗数、穗粒数和生物量.但FACE处理对收获指数无显著影响.FACE处理显著降低了籽粒蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白、面筋含量和沉降值,显著提高了小麦籽粒淀粉及其组分含量,而氮肥处理具有相反的效应.面团稳定时间及峰值黏度、最终黏度、反弹值等黏度特征参数在FACE和高氮水平下显著增加.此外,CO₂浓度与氮肥水平互作对小麦籽粒产量和生物量有显著的正效应,但对籽粒品质无显著影响.在未来大气CO₂浓度升高的情况下,维持较高的施氮量有利于提高小麦籽粒产量,改善淀粉糊化特性,缓解小麦品质特性的下降.     

基因型与生态环境对小麦籽粒品质与蛋白质组分的影响

通过2年3点试验,研究了40个小麦(Triticum aestivum)品种(品系)籽粒品质性状和蛋白质组分含量的变异。结果表明,籽粒品质和蛋白质组分在基因型间存在较大的差异;根据小麦籽粒品质的综合性状,可将40个小麦品种(品系)分为6组不同的品质类型,在本试验点的生态环境条件下。基本以中筋及弱筋小麦为主;生态环境对小麦籽粒的容重、沉降值、湿面筋含量、蛋白质含量、赖氨酸含量与蛋白质组分含量均有极显著的影响,而面筋指数、淀粉含量和直链淀粉含量对环境反应不敏感,适宜的生态环境条件有利于形成合理的谷蛋白／醇溶蛋白比。面粉面筋质量好,基因型与生态环境的互作对小麦籽粒品质。谷蛋白与醇溶蛋白及两者的比值有显著影响,对球蛋白影响不大,而面粉蛋白质含量、面筋含量、沉降值及千粒重主要受基因的表达和环境的独立影响,蛋白质组分含量在基因型间和环境间的变化与小麦籽粒烘烤品质密切相关。     

模拟酸雨对小麦产量及籽粒蛋白质和淀粉含量及组分的影响

以宁麦13和徐麦31两种小麦(Triticum aestivum)品种为材料,通过盆栽试验研究了不同pH值酸雨对小麦产量和籽粒品质的影响。结果表明:模拟酸雨抑制了小麦的生长,减少了生物量的积累。pH值2.0酸雨处理后宁麦13的单穗粒数和单茎产量分别较对照下降了48.6%和56.7%,徐麦31则分别下降了31.2%和39.7%,差异显著。小麦籽粒主要营养成分对酸雨胁迫响应不同,酸雨处理提高了籽粒氨基酸、蛋白质含量,pH值2.0酸雨处理后,宁麦13和徐麦31小麦籽粒中氨基酸含量分别比对照高36.6%和30.9%,总蛋白含量分别比对照高20.6%和15.1%,均与对照差异显著。而小麦可溶性糖、淀粉和脂肪含量较对照降低,且总体表现为酸度增强变化幅度增大。不同蛋白组分也对酸雨胁迫反应不同,酸雨处理提高了籽粒中清蛋白和球蛋白含量,而降低了谷蛋白含量和谷/醇。pH值2.0的酸雨处理后,宁麦13和徐麦31的清蛋白含量较对照分别增加了13.1%和23.9%,但与对照差异不显著。酸雨胁迫降低了总淀粉和支链淀粉含量,宁麦13和徐麦31的pH值2.0酸雨处理总淀粉含量分别较对照下降了11.8%和20.2%,与对照差异显著,但对直链淀粉含量影响不明显。可见酸雨不仅影响小麦的产量,而且对品质也有明显影响。酸雨处理尽管提高了籽粒总蛋白含量,但降低了谷蛋白和谷/醇,降低了其加工品质。     

不同氮肥基追比例对高温胁迫下小麦籽粒产量和品质的影响

选用强筋小麦品种济麦20、烟农19、藁麦8901做试验材料,设置不同氮肥基追比例和籽粒灌浆中后期高温胁迫处理,研究了不同氮肥基追比例对高温胁迫条件下小麦籽粒产量和品质的影响.研究结果表明,追氮比例由50%增加到70%,3个品种的千粒重、籽粒产量、粗蛋白含量、湿面筋含量、醇溶蛋白含量、谷蛋白含量、HMW-GS含量、LMW-GS含量、HMW-GS/LMW-GS比值显著提高.济麦20和烟农19的谷蛋白大聚合体含量、谷蛋白大聚合体体积加权平均粒径和表面积加权平均粒径因追氮比例提高而升高, 藁麦8901则无显著变化.济麦20和烟农19的面团形成时间、面团稳定时间因追氮比例提高而延长, 藁麦8901基本不受影响.追氮比例由50%增加到70%,3个品种的籽粒支链淀粉/直链淀粉比值显著降低,淀粉糊化高峰黏度、低谷黏度、稀懈值、最终黏度和反弹值相应降低.总之,提高氮肥追施比例可在一定程度上缓解灌浆期高温胁迫对小麦粒重和蛋白质质量的不利影响,但对淀粉质量产生负面效应,且品种间存在差异.     

小麦产量和品质对灌浆期不同阶段低光照强度的响应

在田间池栽条件下,分别于小麦(品种:'济南17' 和 '鲁麦21')(Triticum aestivum cv. 'Jinan17' and 'Lumai21') 灌浆的前期(开花后1~10 d), 中期(11~20 d)和后期(21~30 d)进行了遮去50%光合有效辐射的试验,研究了产量和品质的变化及其生理原因。主要结论如下:1)弱光条件下,光合物质生产均受到严重抑制,产量下降,容重降低;植株的氮素积累量减少、向子粒分配的比例低,但子粒蛋白质含量、湿面筋含量升高,其中,子粒灌浆前期遮光升高的幅度最大。2)遮光后小麦子粒麦谷蛋白和醇溶蛋白含量均升高,但麦谷蛋白升高的幅度大于醇溶蛋白,使麦谷蛋白与醇溶蛋白的比例升高,麦谷蛋白大聚合体(GMP)含量也升高,粉质仪参数也显著提高;子粒灌浆前期或中期遮光对上述指标的影响则较小,子粒品质的形成与灌浆后期的光照条件关系更为密切。3)灌浆期相对较弱的光照强度对改善品质有利,但以降低产量为代价,两个品种的小麦所表现出的趋势基本一致。     

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.     

水氮互作对小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其组分的影响

以两个不同品质类型的小麦品种（强筋品种豫麦34、弱筋品种豫麦50）为材料,在大田条件下,研究了3个灌水处理（W₁：拔节水;W₂：拔节水+花后15 d灌浆水;W₃：拔节水+灌浆水+花后28 d麦黄水）和3个氮肥水平（0、150、270 kg·hm^-2）对籽粒蛋白质、淀粉含量及其组分的影响.结果表明：270 kg·hm^-2的施氮量有利于提高强筋小麦（豫麦34）籽粒蛋白质含量,籽粒清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量明显提高,谷/醇增大;支链淀粉和总淀粉含量提高,直/支下降;籽粒产量增加.弱筋小麦（豫麦50）在150 kg·hm^-2 的施氮量下,清蛋白和醇溶蛋白含量增加,球蛋白和谷蛋白含量下降,谷/醇降低;支链淀粉和总淀粉含量提高;不施氮肥或氮肥施用过多（270 kg·hm^-2）均影响籽粒蛋白质和淀粉的积累,使产量下降.W₂处理促进了籽粒蛋白质和淀粉积累,W₁或W₃处理均不利于籽粒蛋白质和淀粉积累,且导致籽粒产量下降.水、氮互作效应中,强筋和弱筋小麦分别以全生育期270 kg·hm^-2和150 kg·hm^-2施氮量配合拔节水+灌浆水（W₂）为比较理想的水氮运筹方式.