花后不同时期弱光和高温胁迫对小麦旗叶荧光特性及籽粒灌浆进程的影响

在田间试验条件下研究了花后不同时期弱光和高温胁迫对小麦旗叶荧光特性及籽粒灌浆进程的影响.结果表明,弱光处理3 d后,旗叶PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和光合速率（Pn）显著降低,但PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、荧光光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭（NPQ）与对照相比差异较小;高温处理3 d后,Fv/Fm、Pn、ΦPSⅡ和qP均极显著降低, NPQ升高幅度较小.胁迫解除后,灌浆前期（花后8～10 d）弱光和高温处理后的旗叶荧光参数和光合速率略有恢复,但灌浆中期（花后15～17 d）处理后的各参数始终呈下降趋势, 说明前期处理效应是可逆的,而中期处理加速其衰老进程.用Logistic方程对各处理的籽粒灌浆过程模拟明,弱光和高温处理后籽粒粒重的降低主要是平均灌浆速率、最大灌浆速率和渐增期灌浆速率显著降低所致.灌浆持续期、最大灌浆速率出现时间、缓增持续期和缓增期灌浆速率受弱光和高温影响较小.     

氮肥对半湿润区不同基因型冬小麦籽粒灌浆特性的影响

以9430、小偃6号和商188为供试材料,在年均降水量632 mm的黄土高原南部半湿润红油土上进行田间试验,研究不施氮和施氮条件下3种基因型冬小麦的灌浆特性.结果表明,遗传差异是控制小麦籽粒灌浆特征参数的主要因素,最大灌浆速率持续期、活跃灌浆期和达到最大灌浆速率的天数在不同基因型间存在显著差异;从基因型差异看,商188、小偃6号和9430的最大灌浆速率持续期分别为17.20、14.15和14.13 d,达到最大灌浆速率的天数分别为28.14、23.90和23.89 d,活跃灌浆期分别为29.00、26.40和26.88 d,商188显著大于9430和小偃6号,而小偃6号与9430间差异不显著.氮肥与基因间存在互作,但总体上氮肥对这些参数的影响相对较小.最大灌浆速率持续期、达到最大灌浆速率的天数、活跃灌浆期与千粒重呈极显著正相关关系,其相关系数分别为0.825、0.679和0.627(P<0.01),是影响粒重的关键因子.     

大穗型小麦产量形成过程中光合特性的动态变化

在大田条件下,对8个大穗型小麦新品系和多穗型品种西农979(对照)的产量性状以及不同生育期叶片光合速率、叶绿素荧光参数、叶绿素含量(Chl)和叶面积指数(LAI)进行研究.结果表明：除单位面积穗数低于对照外,8个新品系的穗粒数、穗粒重和千粒重均显著高于对照,大穗型小麦新品系2036、2037、2038、2039和2040的产量显著高于对照;8个新品系的平均光合速率(P_n)与对照差异不显著,而PSⅡ最大光能转换效率、PSⅡ实际量子效率、光化学猝灭系数和PSⅡ反应中心活性均高于对照;品系2037、2040、2039、2038和2036的Chl比对照分别提高17.5%、19.1%、15.3%、13.9%和7.9%;大穗型小麦品系的LAI明显高于对照,且在生育后期下降缓慢.     

大穗型小麦产量形成过程中光合特性的动态变化

在大田条件下,对8个大穗型小麦新品系和多穗型品种西农979(对照)的产量性状以及不同生育期叶片光合速率、叶绿素荧光参数、叶绿素含量(Chl)和叶面积指数(LAI)进行研究.结果表明:除单位面积穗数低于对照外,8个新品系的穗粒数、穗粒重和千粒重均显著高于对照,大穗型小麦新品系2036、2037、2038、2039和2040的产量显著高于对照;8个新品系的平均光合速率(Pn)与对照差异不显著,而PSⅡ最大光能转换效率、PSⅡ实际量子效率、光化学猝灭系数和PSⅡ反应中心活性均高于对照;品系2037、2040、2039、2038和2036的Chl比对照分别提高17.5％、19.1％、15.3％、13.9％和7.9％;大穗型小麦品系的LAI明显高于对照,且在生育后期下降缓慢.     

小麦籽粒灌浆特征及影响因素的研究进展

本文对小麦籽粒灌浆特征及影响因素研究进展进行了综述。小麦籽粒灌浆过程中,粒重的增长进程(即灌浆进程)呈“S”型变化趋势,目前通常用Logistic生长方程、Richards生长方程和三次多项式方程对该“S”型曲线进行模拟。这些方程中的参数,如灌浆持续期、最大灌浆速率、平均灌浆速率、最大粒重等均表征着一定的生物学意义,其中灌浆速率主要由遗传控制,灌浆持续期主要取决于环境因素。从现有文献看,灌浆速率是决定籽粒重量的关键性参数,而灌浆持续期与籽粒重量间的相互关系仍有待进一步研究。小麦开花时有相当数量的贮藏性物质以非结构碳水化合物形式贮藏在叶片、茎鞘和茎秆中,在籽粒灌浆期间分解并向籽粒转移,对籽粒重量的贡献率达1／3以上,描述物质转移的指标包括干物质转移量、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率等,小麦遗传特性、养分供应水平和气候条件均影响小麦灌浆期间的物质转移,如杂种小麦的干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率均明显高于亲本,适量增施氮肥能够促进开花后营养器官贮存光合产物向籽粒中的运转,提高籽粒可溶性糖含量,灌浆期间受到干旱胁迫时,转移干物质对籽粒的贡献率明显增加;环境温度、光照、土壤水分和养分(特别是氮素)状况对小麦灌浆过程及相关参数有显著影响。过去虽然对小麦灌浆过程进行了大量卓有成效的研究工作,但是,在籽粒灌浆过程中收获指数的动态变化、植物营养调控对根冠关系、灌浆过程和物质转移的影响、田间个体和群体调控及不同高产栽培模式下灌浆过程及物质转移的差异、灌浆过程和物质转移与品质形成的相互关系等方面的研究资料比较缺乏;在灌浆过程中繁殖体大小等级结构的变化、蘖群中优势蘖穗籽粒灌浆特征与非优势蘖穗籽粒灌浆特征和物质转移的差异、不同穗位籽粒灌浆特征间的差异、灌浆过程与植物体氮素气态损失间的关系等领域的研究资料更加缺乏。而这些问题的研究,对进一步深入了解小麦灌浆过程,丰富小麦籽粒和品质形成理论,指导高产优质小麦育种,实现高产优质高效小麦栽培等具有十分重要的理论和实践意义。     

大气NH3升高对不同供氮水平下小麦叶片光合生理特征的影响

以小麦品种'小偃6号'(氮高效品种)和'长旱58'(氮低效品种)为材料,采用开顶式气室和土培实验研究了大气NH3浓度升高对生长于高、低两种供氮介质下小麦植株不同生育期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、叶绿素含量、叶绿素荧光参数(Fv/Fm、Fv/F0)和可溶性糖含量的影响.结果显示:两小麦品种高氨低氮处理植株的Pn、Fv/F0和可溶性糖含量均高于高氨高氮和低氨低氮处理,并在生育后期差异达显著水平(P＜0.05),氮低效品种的Gs也符合上述规律且不同处理间差异显著(P＜0.05);小麦各生育期高氨高氮处理下植株的Pn均显著低于低氨高氮处理,且两处理间灌浆期的叶绿素含量和灌浆期以前的可溶性糖含量的差异显著(P＜0.05),而两处理灌浆期以前的叶绿素荧光参数Fv/Fm在各处理条件下均无显著差异;不同处理间及品种间各项光合特征指标差异缺乏规律性.可见,大气中NH3浓度升高有利于改善低供氮介质条件下小麦植株的氮营养状况,但不同氮效率品种间的响应存在差异.     

灌浆期不同阶段遮光对小麦籽粒蛋白质组分含量和加工品质的影响

选用强筋小麦济麦20、中筋小麦泰山23和弱筋小麦宁麦9号3个小麦品种,设置了灌浆期不同阶段遮光处理:开花后不遮光(S0)、0～11 d遮光(S1)、12 ～23 d遮光(S2)、24～35 d遮光(S3),研究了其对不同小麦品种籽粒蛋白质组分含量和加工品质的影响.结果表明:3个小麦品种的籽粒清蛋白+球蛋白含量遮光处理间无显著差异;遮光均显著提高了济麦20和泰山23的高分子量谷蛋白亚基、低分子量谷蛋白亚基、谷蛋白、醇溶蛋白和总蛋白含量,其中灌浆中期遮光(S2)处理提高幅度高于其他处理;灌浆中期(S2)和后期(S3)遮光处理显著提高了宁麦9号各蛋白质组分含量.遮光显著降低了小麦籽粒产量,提高了籽粒面团形成时间、面团稳定时间和沉降值,其中灌浆中期遮光处理更为显著,表明籽粒品质的形成与灌浆中期的光照条件更为密切.总体上灌浆期遮光对3个小麦品种籽粒产量、蛋白质组分含量及加工品质指标的调节幅度为济麦20＞泰山23＞宁麦9号.     

强筋与弱筋小麦籽粒蛋白质组分与加工品质对灌浆期弱光的响应

选用强筋小麦品种济麦20和弱筋小麦品种山农1391,在大田试验条件下,分别于籽粒灌浆前期(花后6—9 d)、中期(花后16—19 d)和后期(花后26—29 d)对小麦进行弱光照处理,研究了籽粒产量、蛋白质组分及加工品质的变化。灌浆期弱光显著降低小麦籽粒产量,灌浆中期对济麦20和灌浆后期对山农1391的产量降幅最大。弱光处理后,籽粒氮素积累量及氮素收获指数减少。但弱光使籽粒蛋白质含量显著升高,其中灌浆中期弱光升幅最大,原因可能是由于其粒重降低造成的。弱光对可溶性谷蛋白无显著影响,但增加不溶性谷蛋白含量,使谷蛋白聚合指数显著升高,面团形成时间和稳定时间亦升高,籽粒灌浆中、后期弱光对上述指标的影响较前期大。灌浆期短暂的弱光照对改善强筋小麦粉质仪参数有利,但使弱筋小麦变劣;并均伴随籽粒产量的显著降低这一不利影响。     

转基因小麦“中间试验”与农艺性状评价

在湖北武汉对3个转基因小麦品系连续2次进行了"中间试验".结果表明在田间栽培条件下,转基因小麦植株个体生长发育正常,但转基因小麦主要农艺性状与对照间存在差异;特别是小区产量与本地小麦品种之间存在极显著差异;转基因小麦品系与其受体品系之间千粒重和小区产量上存在显著差异或极显著差异.组织化学和SDS-PAGE检测结果表明,外源基因能够稳定遗传,功能得到正确表达.     

小麦花后水分亏缺和复水对同化物转运和籽粒灌浆的影响

为了阐明水分亏缺对小麦花后同化物转运和籽粒灌浆的影响及其生理机制的相关变化,以盆栽小麦旱作品种‘长旱58’为材料,自花后9 d起,设置正常供水(WW)、中度干旱胁迫后复水(MD)和重度干旱胁迫后复水 (SD)3个水分处理,比较干旱胁迫后复水处理对小麦籽粒产量、产量构成因素及水分利用效率、强弱势粒灌浆动态、旗叶光合性能、茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)转运、籽粒形成关键酶活性变化等的影响。结果表明：(1)与WW相比,MD处理显著增加了小麦穗粒数和千粒重,进而提高籽粒产量、水分利用效率和小麦弱势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率,对强势粒则无显著影响,而SD处理则显著降低了穗粒数、千粒重、强弱势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率,但水分利用效率显著高于WW处理。(2)MD处理植株旗叶在小麦灌浆过程中维持了与WW基本相同的净光合速率,同时在小麦花后9~20 d时MD处理下气孔导度和蒸腾速率变化不明显,而在SD处理下气孔导度和蒸腾速率则急剧下降;另外,与WW相比,在整个灌浆期MD处理下旗叶叶绿素含量变化不显著,而SD处理下叶绿素含量呈大幅下降趋势。(3)MD处理提高了小麦弱势粒蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性;同时使灌浆中后期有较高的果聚糖水解酶(FEH)活性和较低果聚糖含量,显著增强了茎鞘同化物质转运,提高茎鞘储藏物质对粒重的贡献率。研究发现,中度水分胁迫后复水处理小麦植株具有较好的叶片性能、花后较多的茎鞘同化物向籽粒转运以及较高的弱势粒库活性,从而提高旱作小麦弱势粒灌浆速率,增加穗粒数和粒重, 进而提高籽粒产量。     

小麦形成大穗的生态学基础

研究了不同光、温条件下３个小麦品种的生育特征、幼穗分化、幼穗生长和穗部性状,探讨了促进穗大粒多、提高小麦单产的可行途径．结果表明,因播种期的不同而导致的小麦生长期间光、温条件的不同,使之各生育期出现的时间及其持续的天数有了较大的差异．小麦幼穗分化的历期天数多与平均气温和平均日照长度呈显著或极显著负相关．不同的积温是幼穗生长量和每穗总小穗数产生差异的重要原因．在条件适宜的麦区,可望通过引种适宜品种并适当提早播种期,以促进德大粒多、实现单产的明显提高．     

影响小麦粒重的农艺性状,生理指标的主成分分析

本研究对长江中游麦区11个小麦品种（系）的13个与粒重密切相关的农艺性状和生理指标进行了主成分分析。13个原始指标综合成为4个独立的新指标;主成分1,光合同化因子;主成分2,籽粒灌浆速率与构成因子;主成分3,籽粒灌浆持续期与产量构成因子;主成分4,籽粒灌浆参数综合因子。主成分值与粒重相关分析表明,主成分4及主成分2与粒重有极显著的正相关。通过逐步回归分析,建立了小麦粒重与主成分值之间的回归方程。以主成分值为指标的系数聚类,可将十一个品种分为三大类型。不同类型品种主成分值的大小和相互协调方式不同,直接导致品种（系）粒重不同。     

大穗小麦部分生理特性研究

对目前试验试种的代表性大穗小麦品系部分生理特性进行了研究。结果表明：（１）大穗小麦的根系吸收能力高于一般小麦品种,根系活力比对照品种提高２３．９３％－２８．０９％,根干重增加７．１％。（２）大穗小麦的净光合速率孕穗期高于对照,灌浆期以后逐渐降低;相应各时期的呼吸强度均高于对照,证明大穗小麦属于高光合高呼吸消耗类型。（３）蒸腾强度在各时期均高于对照品种。     

Activities of key enzymes for starch synthesis in relation to growth of superior and inferior grains on winter wheat (Triticum aestivum L.) spike

Weight of individual grains is a major yield component in wheat. The non-uniform distribution of single grain weight on a wheat spike is assumed to be closely associated with starch synthesis in grains. The present study was undertaken to determine if the enzymes involved in starch synthesis cause the differences in single grain weight between superior and inferior grains on a wheat spike. Using two high-yield winter wheat (Triticum aestivum L.) varieties differing in grain weight and three nitrogen rates for one variety, the contents of amylose and amylopectin, and activities of enzymes involved in starch synthesis in both superior and inferior grains were investigated during the entire period of grain filling. Superior grains showed generally higher starch accumulation rates and activities of enzymes including SS (sucrose synthase), UDPGPPase (UDP-glucose pyrophosphorylase), ADPGPPase (ADP-glucose pyrophosphorylase), SSS (soluble starch synthase) and GBSS (starch granule bound starch synthase) and subsequently produced much higher single grain weight than inferior grains. Nitrogen increased enzyme activities and starch accumulation rates, and thus improved individual grain weight, especially for inferior grains. The SS, ADPGPPase and SSS were significantly correlated to amylopectin accumulation, while SS, ADPGPPase, SSS and GBSS were significantly correlated to amylose accumulation. This infers that SS, ADPGPPase and starch synthase play key roles in regulating starch accumulation and grain weight in superior and inferior grains on a wheat spike.     

Microscopic and Protein Expression Analysis of Grain Weight Variation within the Spike of Triticum aestivum

The kernels possess significant grain weight variation in one wheat (Triticum aestivum L) plant because of their different positions within the spike. In order to understand the molecular basis of weight, a proteomic approach, employing twodimensional electrophoresis and matrix-assisted laser desorptionfionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS), was used to identify proteins between two kinds of kernels, the high weight kernel (large kernel) and the low weight kernel (small kernels) with different positions within spikes of one wheat cultivar, Shannong. Microscopic observation showed that the endosperm cells in large kernels enlarged their volume and accumulated storage materials at grain filling stage (17 days after anthesis, DAP), whilst those in small kernels were mainly in cell division with larger vacuoles during this period. Proteins were extracted from the kernels at this time, and resolved using 24-cm immobilized pH gradient strips with a pH 3–10 linear gradient in the first dimension and a 12.0% sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis in the second dimension. About 750 protein spots in each gel were resolved after electrophoresis and 45 proteins were expressed significantly differently between the two kernels. MALDI-TOF MS characterization of the resolved spots in the two samples enabled us to identify 28 proteins whose levels were altered; 19 and 9 proteins were up-regulated in high and low weight kernels, respectively. In particular, proteins beneficial to materials synthesis and transmission increased distinctly in high weight kernels, while in low weight kernels, proteins involved in cell division were increased. The kernels with different position in spike might be at different physiological status, and this might be one of the causes resulting in grain weight differences within one spike.     

冀中北小麦品种抗旱性筛选研究

干旱是华北地区小麦生产的重要限制因素,从推广小麦品种中鉴定和筛选抗旱品种,对稳定小麦产量、降低区域水分消耗具有重要意义。本研究以近年来在河北省中北部审定、推广的13个小麦品种为材料,设置冬后浇2水(D2处理)、浇1水(D1处理)和不浇水(D0处理)3种处理方式,进行了大田条件下的抗旱品种筛选试验。结果表明,在D0处理时,各供试品种的株高、千粒重、穗粒数、亩穗数等农艺性状以及叶绿素含量、叶片离体失水速率等生理性状均显著下降,籽粒产量也极显著下降。在D1处理时,各小麦品种的农艺、生理和产量性状也发生不同程度下降。当分别以抗旱指数、加权抗旱指数和抗旱性综合度量值等指标度量品种抗旱性时,品种之间的抗旱性排序虽有差异,但仍能看出中麦1062、河农825等品种抗旱性较好。以节水指数对品种进行节水性评价时,发现河农130等3个品种节水性较好。在所测定的农艺、生理性状中,叶绿素含量、小穗数、株高、叶片离体失水速率、旗叶长和穗粒数等与抗旱性存在较高程度的相关性,本研究初步认为叶绿素含量、小穗数可作为抗旱性评价指标。     

不同植物生长调节剂对小麦衰老及产量构成的调节效应

研究了叶面喷施GA3、NBT、6－BA、TIBA、PP333对小麦旗叶衰老过程中若干生理指标的影响,分析了它们对成产要素的不同作用。结果表明：不同生长调节剂可以以不同的方式调节小麦旗叶的衰老,影响小麦产量构成因素水平。其中6－BA和PP333能够提高单位面积穗数,明显延缓叶片衰老,增加了穗粒数和千粒重,使成产3因素间比例协调合理,产量较高;TIBA可以明显提高叶绿素含量并显著提高千粒重。GA3和NBT对延缓旗叶衰老有一定作用,但增产效果不显著。研究指出,根据小麦生育状况有选择性地使用生长调节剂,协调成产因素关系,是一个有效的增产途径。     

表油菜素内酯喷施时期对宽幅播种小麦产量和氮素利用率的影响

为明确协同提高宽幅播种小麦产量和氮素利用率的表油菜素内酯喷施时期,研究了不同生育时期喷施表油菜素内酯对小麦产量和氮素吸收利用的影响。结果表明: 与喷施清水对照相比,喷施表油菜素内酯可通过提高小麦穗粒数或(和)千粒重提高产量,通过促进地上部氮素积累提高氮素吸收效率,进而提高氮素利用率,但不同时期喷施效果存在差异。起身期+灌浆期、拔节期+灌浆期、起身期+拔节期+灌浆期、起身期+开花期+灌浆期喷施处理在所有处理中穗粒数和千粒重增幅最大,产量增幅最高(12.8%～14.0%);同时地上部氮素积累量增幅最大,氮素吸收效率增幅最高(16.4%～18.8%),从而氮素利用率增幅最高。综合施用成本等因素,生产上可采用起身期+灌浆期或拔节期+灌浆期2次间隔喷施模式,实现宽幅播种小麦高产高效栽培。     

Relevance of physiological efficiency in wheat grain quality and the prospects of improvement

Released and pre-released bread wheat varieties evaluated in national wheat programme of India (503 genotypes) during 2005–14 under different environments were examined for the role of physiological parameters in grain quality. Genotypes with slow plant height growth but faster rate of grain filling enhanced protein content. Plants where growth in height and grain development was slow, grains were hard, provided proportionate vegetative growth phase is longer. Steady grain growth rate benefited gluten strength and gluten quality. Irrespective of total crop duration, longer reproductive phase was an effective indicator of higher flour recovery and test weight. Magnitude and significance of morphological attributes in grain quality was almost similar to that of physiological processes, therefore prospects of utilizing these field traits were examined to enhance grain properties. Early heading and longer grain filling was effective to increase test weight whereas delayed heading and shorter plant height enhanced protein content. Bold grains hampered grain hardness and delayed heading added more bran in the flour. Genotypes with poor grain bearing and quick grain ripening had lower sedimentation value. Instead of protein, it was wet gluten which expressed negative association with yield. To improvise gluten quality, extended reproductive phase but with less grain weight was helpful. Contribution of longer post-anthesis period was observed crucial in flour recovery. These useful simple field expressions can be deployed to uplift quality of wheat grains.