土壤肥力对小麦籽粒蛋白质组分含量及加工品质的影响

研究了基础土壤肥力对小麦籽粒蛋白质组分含量变化及加工品质的影响。结果表明,高肥力土壤栽培的小麦比低肥力土壤栽培的小麦,其籽粒蛋白质及各组分含量都显著提高,但清蛋白和球蛋白占总蛋白含量的比例为低肥力土壤高于高肥力土壤,而醇溶蛋白和麦谷蛋白为高肥力土壤高低肥力土壤;低肥力土壤栽培的小麦籽粒醇溶蛋白开始形成的时间比高肥力的早,高肥力土壤栽培小麦的籽粒醇溶蛋白和麦谷蛋白含量的提高主要源于灌浆后期合成的快,高肥力土壤垢小麦湿面筋含量,沉降值,吸水率,面团形成时间,稳定时间,断裂时间和评价值均显著或极显著高于或长于低肥力的。     

不同酸度酸雨对小麦花后氮硫代谢和籽粒蛋白组分的影响

酸雨是中国重要的环境问题,为研究酸雨对小麦籽粒品质的可能影响,以小麦品种扬麦15和汶农17为材料开展盆栽试验,研究了不同酸度(pH2.5、p H4.0和p H5.6)酸雨对小麦花后氮硫代谢关键酶活性和籽粒蛋白质含量及组分的影响。结果显示:酸雨处理抑制叶片硝酸还原酶(NR)活性,提高了扬麦15整个灌浆期及汶农17灌浆中后期叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性,促进了叶片蛋白的降解,降低了叶片可溶性蛋白含量。不同酸度酸雨提高了成熟期籽粒中蛋白质含量,酸度越强,增加幅度越大,籽粒中各蛋白组分含量和大部分氨基酸含量也有明显提高。酸雨提高了扬麦15叶片丝氨酸乙酰转移酶(SAT)和O-乙酰丝氨酸硫裂解酶(OAS-TL)活性,但对汶农17硫代谢关键酶活性影响较小,酸雨处理还提高了籽粒中二硫键和含硫氨基酸含量。可见酸雨对小麦氮硫代谢有不同程度影响,进而影响了小麦籽粒蛋白质含量和组成,酸度越强影响越大,但不同品种对酸雨响应有一定差异。     

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。     

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.     

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.     

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。     

耕作方式及施氮量对砂姜黑土区小麦氮代谢及籽粒产量和蛋白质含量的影响

为明确砂姜黑土区小麦(Triticum aestivum)产量和品质形成的耕作方式及施氮量最优组合, 在大田试验条件下, 以深松、旋耕和常规耕作3种耕作方式为主区, 0、120、225、330 kg·hm^-2 4个施氮量为副区, 研究了不同耕作方式及施氮量组合对小麦拔节后氮代谢、籽粒产量和蛋白质含量的影响。结果表明, 随着生育期的推进, 叶片谷氨酰胺合成酶活性、游离氨基酸含量和可溶性蛋白含量均呈先升后降的趋势, 深松方式配合中高氮处理的峰值在花后10天, 而常规耕作和旋耕的4个施氮处理以及深松的低氮处理峰值多在开花期。与常规耕作和旋耕相比, 深松耕作显著降低了10-40 cm的土壤容重, 提高了土壤总空隙度和根干质量, 有利于中后期根系氮素吸收。耕作方式和施氮量对籽粒产量和蛋白质含量影响显著, 均以深松方式最高。3种耕作方式下小麦产量和蛋白质含量均随施氮量增加而增加, 籽粒产量以深松方式配合330 kg·hm^-2施氮量最高, 而常规耕作和旋耕方式的产量在施氮量为225 kg·hm^-2时达到最大。3种耕作方式下籽粒蛋白质含量均以施氮225 kg·hm^-2最高。因此, 在砂姜黑土区宜采用深松耕作方式配合适宜的施氮量, 以改善土壤条件, 促进根系氮素吸收, 延长叶片功能期, 达到产量与蛋白品质提升之目的。     

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。     

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。     

遮光对小麦植株氮素转运及品质的影响

以耐弱光性不同的冬小麦品种扬麦158(耐弱光品种)和扬麦11(不耐弱光品种)为材料,研究了拔节至成熟期遮光对小麦籽粒产量、植株氮素代谢及籽粒和面团品质的影响.结果表明:拔节至成熟期遮光22%和33%时,扬麦158和扬麦11籽粒产量分别比对照下降4.1%～9.9%和15.3%～25.8%;而小麦籽粒蛋白质产量分别下降3.0%～8.3%和10.4%～14.1%,且随着遮光程度的加重,小麦籽粒氮素积累对花后氮素积累的依赖性增强.遮光条件下各营养器官中花前贮存氮素转运量均下降,但叶片氮素转运效率(RENP)上升,从而补偿了茎鞘、穗壳中RENP的下降,因此营养器官总RENP未受遮光条件的显著影响.拔节至成熟期遮光提高了小麦籽粒蛋白质含量,这与弱光下籽粒蛋白质积累量下降幅度小于产量下降幅度所形成的"浓缩效应"有关.弱光对成熟期小麦籽粒清蛋白和球蛋白含量无显著影响,但显著提高了醇溶蛋白和麦谷蛋白含量,导致小麦湿面筋含量、面团形成时间和稳定时间提高,面团弱化度降低.     

开放式O3浓度增高对小麦籽粒蛋白的影响

于2006—2009年应用FACE研究平台,设计O₃浓度增高50%(E)和自然浓度(CK)两个处理,采用烟农19、扬麦16、扬麦15和扬辐麦2号4个品种,研究了O₃浓度增高对不同类型小麦品种籽粒蛋白质组分及其动态的影响.结果表明：随着O3浓度增高,籽粒蛋白质含量上升,3个年度上升幅度分别为7.55%～16.37%（2006—2007年度）、4.93%～22.63%（2007—2008年度）和2.29%～17.65%（2008—2009年度）,处理间、品种和年度间差异显著;但籽粒蛋白质产量显著或极显著下降,3个年度降幅分别为1.83%～11.64%（2006—2007年度）, -0.41%～24.22%（2007—2008年度）和-1.90%～15.81%（2008—2009年度）.籽粒蛋白质4种组分（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白）含量均表现为O₃浓度增高处理高于自然浓度处理,品种间和年度间差异显著,且处理间醇溶蛋白和球蛋白含量差异显著,而清蛋白和谷蛋白含量差异不显著.     

氮肥施用对冬小麦产量、品质和氮素表观损失的影响研究

通过田间小区试验,对施用氮肥造成的冬小麦产量、品质和环境效应进行了研究.结果表明,4个试验点最高产量施N量分别为0、0、79和118 kg·hm^-2,最高籽粒粗蛋白质含量施N量分别为122、100、127和174 kg·hm^-2,小麦收获后0～90 cm土壤剖面硝态氮残留量随施N量的增加呈极显著线性增加,而N表观损失则呈指数增加.在最高产量施N量条件下,小麦收获后0～90 cm土层硝态氮残留保持86～115 kg·hm-2,N表观损失为2～32 kg·hm^-2,低于最高籽粒粗蛋白含量施N量时的土壤剖面硝态氮残留量(106～168 kg·hm^-2)和N表观损失量(14～56 kg·hm^-2).综合考虑冬小麦产量、品质和环境安全,最高产量施N和氮肥施用的环境效应可以通过优化施N进行协调.     

The dynamics of protein body formation in developing wheat grain

Wheat is a major source of protein in the diets of humans and livestock but we know little about the mechanisms that determine the patterns of protein synthesis in the developing endosperm. We have used a combination of enrichment with ¹⁵N glutamine and NanoSIMS imaging to establish that the substrate required for protein synthesis is transported radially from its point of entrance in the endosperm cavity across the starchy endosperm tissues, before becoming concentrated in the cells immediately below the aleurone layer. This transport occurs continuously during grain development but may be slower in the later stages. Although older starchy endosperm cells tend to contain larger protein deposits formed by the fusion of small protein bodies, small highly enriched protein bodies may also be present in the same cells. This shows a continuous process of protein body initiation, in both older and younger starchy endosperm cells and in all regions of the tissue. Immunolabeling with specific antibodies shows that the patterns of enrichment are not related to the contents of gluten proteins in the protein bodies. In addition to providing new information on the dynamics of protein deposition, the study demonstrates the wider utility of NanoSIMS and isotope labelling for studying complex developmental processes in plant tissues.     

Recent advances in the genetics underlying wheat grain protein content and grain protein deviation in hexaploid wheat

Wheat is one of the most important global crops and selection for better performance has been ongoing since ancient times. As a quantitative trait controlled by the interplay of several genomic loci and under the strong influence of the environment, grain protein content (GPC) is of major interest in breeding programs. Here, we review the most recent contributions to the genetics underlying wheat GPC and grain protein deviation (GPD, representing the relationship between grain protein content and yield), together with the performance of genomic prediction models characterizing these traits. A total of 364 significant loci related to GPC and GPD are positioned on the hexaploid wheat genome, highlighting genomic regions where significant independent QTL overlap, with special focus on two regions located on chromosomes 3A and 5A. Some of the corresponding homoeologous sequences co-locate with significant independent QTL reported on the B and D subgenomes. Overlapping independent QTL from different studies are indicative of genomic regions exhibiting stability across environments and genotypes, with promising candidates for improving grain quality.     

春性和半冬性小麦植株氮素积累与运转特征差异

以江苏省6个半冬性和9个春性小麦品种为材料,研究两类型小麦品种在大田条件下的氮素积累、运转和分配差异.结果表明: 施氮量相同条件下,半冬性小麦群体植株平均氮素积累量在越冬始期-拔节期低于春性小麦群体,孕穗期-成熟期高于春性小麦群体;氮素阶段累积量在越冬始期-拔节期两类型群体间差异不显著,开花-成熟期半冬性群体显著高于春性群体.半冬性小麦平均总氮素转运量、花后积累量显著高于春性小麦;两种类型小麦总氮素转运率、积累氮贡献率、总转运氮贡献率差异均不显著.半冬性小麦营养器官中叶片氮素转运量、转运率、转运氮贡献率均低于春性小麦,茎鞘氮素转运量、转运率、转运氮贡献率则高于春性小麦,茎鞘氮素转运量差异达显著水平;同一类型内不同品种间植株氮素积累量、总氮素运转量、花后氮素积累量、总氮素转运率、总转运氮贡献率等均存在差异.生产中应根据不同品种吸收、利用、运转氮素能力的差异,合理运筹生育期氮肥用量和施用比例,提高氮肥利用率.     

氮、钾水平对小麦籽粒蛋白质合成关键酶活性的影响

在大田栽培条件下,以蛋白质含量差异的两个冬小麦(Triticum aestivum L.)品种宁麦9号(低蛋白)和扬麦10号(中蛋白)为材料,研究了不同氮、钾施肥水平对小麦旗叶与籽粒中游离氨基酸含量、蛋白质合成关键酶活性和籽粒蛋白质含量的影响及其与开花期旗叶氮、钾营养的关系.结果表明,氮、钾施肥显著提高了小麦花后旗叶与籽粒中游离氨基酸和籽粒蛋白质含量、旗叶谷氨酰胺合成酶(GS)及籽粒GS和谷丙转氨酶(GPT)活性,其中氮肥的作用大于钾肥、氮钾肥配合达到最大,对扬麦10号的效应大于宁麦9号.开花期旗叶氮/钾比随施氮水平的增加呈二次曲线变化,随施钾水平的增加呈下降趋势.旗叶GS活性和成熟期籽粒蛋白质含量与氮/钾比均呈显著或极显著的二次曲线关系.因此,旗叶和籽粒中蛋白质合成关键酶活性受开花期旗叶氮/钾比的显著影响,是氮、钾素影响小麦籽粒蛋白质形成的重要生理原因.     

喷灌对冬小麦植株氮素积累运转及籽粒蛋白质含量的影响

以百农矮抗58为试验材料,以地面灌溉为对照,采用大田试验的方法,研究了喷灌对冬小麦植株氮素积累运转及蛋白质含量的影响.结果表明： 拔节期喷灌条件下冬小麦植株氮素积累量与地面灌溉条件下相比没有显著差异;孕穗期至成熟期,喷灌条件下冬小麦植株氮素积累量显著高于地面灌溉条件.喷灌条件下叶片、茎鞘、颖壳开花前贮藏氮素的运转量和对籽粒氮素的贡献率均大于地面灌溉条件;而开花后同化氮素对籽粒的贡献率较地面灌溉条件降低.喷灌条件下冬小麦籽粒的蛋白质含量和蛋白质产量较地面灌溉条件显著提高.表明喷灌可明显调节冬小麦氮素物质运转和籽粒蛋白质积累.     

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.