芸薹素（BR）和赤霉素（GA）对小麦籽粒淀粉积累、粒度分布及加工特性的影响

论文摘要

小麦籽粒中淀粉含量、直支链淀粉比例影响了其加工品质,不同小穗位、粒位的差异影响了小麦的高产和品质均一性。本研究选用花粒发育差异性大的四个小麦品种作为试验材料,于开花当天、花后5 d、花后10 d分别三次喷施BR和GA溶液,对不同小穗位、粒位籽粒同化物分配、直、支链淀粉含量、淀粉粒度分布特征、以及面粉加工品质等项目进行分析,探讨BR和GA对小麦粒重和品质的影响机理,以期为优质高产栽培提供理论依据和技术途径。主要研究结果如下。1 BR和GA对小麦不同穗位和粒位籽粒重的调控通过对WM8、4072、LM21和YN15四个品种不同小穗位小穗粒重和不同粒位粒重的系统分析表明,不同品种小麦均显示近中优势,中部小穗粒重最高,下部次之,顶部最低;对下部小穗1、2粒位,下部小穗3、4粒位,中部小穗1、2粒位,中部小穗3、4粒位和上部小穗1、2粒位籽粒进行比较,中部小穗1、2粒位可以代表最强势粒位,上部小穗粒位可以代表最弱势粒位。喷施BR和GA对不同品种调控效应不同,多穗品种主要通过提高穗粒数,大穗品种主要通过提高粒重和穗粒数,从而提高穗粒重;对不同小穗位和不同粒位影响也不一致,对弱势小穗位的调控效应大于强势小穗位,对弱势粒位的调控效应大于强势粒位。对调控的响应存在基因型差异,BR与GA相比,BR的调控效应大于GA。2 BR和GA对小麦不同小穗位和粒位籽粒淀粉粒度分布特征的调控成熟期小麦籽粒含有2种类型的淀粉粒,粒径≥10μm的A型大淀粉粒,粒径<10μm的B型小淀粉粒。本试验中,淀粉粒的粒径在0.3443μm之间变化,各品种的淀粉粒分布趋势类似,小麦淀粉粒的体积百分数分布表现为双峰曲线;小麦淀粉粒的表面积百分数分布表现为双峰或三峰曲线,B型淀粉粒的表面积占总数的85%以上;小麦淀粉粒的数目百分数分布表现为单峰分布,其中B型淀粉粒数目占总数的99.9%。小麦不同粒位籽粒淀粉粒度结果分析表明,小麦不同粒位之间的体积、表面积分布均存在显著差异,强势粒位具有较高的B型淀粉粒体积、表面积百分数,A型淀粉粒体积、表面积百分数则相对低于弱势位,弱势粒位则相反。多穗品种之间的差异大于大穗。对淀粉粒数目而言,不同粒径范围的B型淀粉粒存在显著差异,总A和B型淀粉粒数目之间差异不显著。研究表明,BR和GA均可以有效调控小麦的淀粉粒体积和表面积分布,其调控效应存在基因型差异。BR和GA可以有效调控<0.6μm和0.6～10μm之间的B型淀粉粒数目分布,但都不能改变≥10μm的A型淀粉粒数目百分数。喷施BR和GA可以有效调控不同粒位籽粒中<10μm的小淀粉粒数目百分数,对A和B型淀粉粒数目影响不显著;可以有效调控不同粒位籽粒表面积和体积分布,总体趋势是可以降低强势粒位籽粒<10μm的小淀粉粒表面积和体积百分数,显著提高弱势粒位B型淀粉粒表面积和体积百分数,相对提高强势粒位籽粒A型淀粉粒表面积和体积百分数,降低弱势粒位A型淀粉粒表面积和体积百分数。缩小了不同粒位之间的差异,有利于均质调控。BR和GA的调控效应存在基因型差异。3 BR和GA对小麦不同穗位、粒位籽粒淀粉积累和糖含量的调控试验表明,不同粒位籽粒中直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的积累变化存在显著差异。不同穗型品种均表现出共同的趋势,强势粒位籽粒灌浆前期直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累比弱势粒位快,后期比弱势粒位慢。成熟期强、弱势粒位相比,弱势粒位有较高的直链淀粉和总淀粉含量。不同粒位蔗糖和总糖含量变化趋势基本一致,都是前期高,成熟期最低。不同粒位之间,弱势粒位蔗糖和总糖含量均高于强势粒位。在淀粉快速合成阶段,蔗糖和可溶性总糖迅速下降,表明这个时期淀粉的转化、合成能力强,强势粒位淀粉的合成能力比弱势粒位强。BR和GA对不同品种小麦淀粉积累的调控效应不同,对灌浆前期各品种直链淀粉和支链淀粉含量影响不显著,后期含量有所增加,GA显著提高了LM21和4072籽粒中直链淀粉含量,BR和GA均能显著提高后期LM21和4072籽粒中支链淀粉含量,对WM8和YN15影响不显著。BR和GA对总淀粉的影响与直、支链淀粉的影响结果一致,不同品种之间存在差异。BR和GA对小麦蔗糖和总糖含量的影响,不同粒位之间存在显著差异,品种之间存在差异。各品种均表现为弱势粒位蔗糖和总糖含量高于强势粒位,大穗品种粒位之间的差异大于多穗品种。处理与对照之间的差异主要在花后5-10 d和15-30 d,在10-15 d淀粉快速合成阶段差异均不显著。BR处理后有降低蔗糖和总糖含量的趋势,GA有提高的趋势。4 BR和GA对小麦灌浆期旗叶、茎、鞘中糖的调控本试验表明,灌浆期喷施BR和GA可以有效提高旗叶中叶绿素含量,特别是提高了灌浆中后期旗叶中叶绿素含量,从而提高叶片的光合能力,延缓衰老;BR和GA对茎、叶、鞘中蔗糖和总糖含量的调控效应存在基因型差异,总体来说GA有降低茎、叶、鞘中蔗糖和总糖含量的趋势,显著降低了WM8、YN15和4072快速灌浆期茎、叶、鞘中蔗糖和总糖含量,对LM21影响较小;BR有提高茎、叶、鞘中蔗糖和总糖含量的趋势,特别是对茎、鞘中提高作用较大。茎、旗叶和鞘中蔗糖、总糖含量与小麦籽粒中淀粉积累速率相关性分析表明,淀粉的积累速率与茎、叶、鞘中蔗糖和总糖含量均呈正相关。与旗叶中蔗糖和总糖含量的相关性最小,与鞘相关性达到显著水平,与茎均达到极显著水平。蔗糖和总糖相比,与总糖含量的相关性大于蔗糖。5 BR和GA对小麦加工品质的影响BR和GA可以提高小麦籽粒中支链淀粉和总淀粉含量,降低籽粒中直链淀粉含量,提高支/直比,对大穗品种WM8和4072的影响明显大于多穗品种LM21和YN15。可显著提高4072籽粒中蛋白质含量,BR对支/直比的影响小于GA。总体来说BR对淀粉含量的影响大于GA对淀粉含量的影响。BR和GA可以有效调控小麦糊化参数和粉质仪参数。BR对RVA参数的影响大于GA对RVA参数的影响,GA对粉质参数的影响大于BR。相关性分析表明,出粉率与支链淀粉和淀粉含量呈极显著正相关;吸水率与支/直比和蛋白质含量呈极显著正相关,与直连淀粉含量呈极显著负相关;悕懈值与直链淀粉含量呈极显著负相关,与蛋白质含量呈显著正相关;低谷黏度、峰值黏度、反弹值和最终黏度与蛋白质和支链淀粉含量呈显著负相关,与直链淀粉含量呈正相关。本研究表明,小麦不同小穗位粒重中部小穗最高,下部次之,顶部最低。不同粒位粒重是中部小穗1、2位籽粒最重,可代表最强势粒位,上部1、2位粒重最低,可代表最弱势粒位。喷施BR和GA可以有效提高小麦小穗粒重,对小麦弱势粒位的调控效应大于强势粒位;小麦不同粒位之间的淀粉粒体积、表面积分布均存在显著差异,强势粒位具有较高的B（<10μm）型小淀粉粒体积、表面积百分数,弱势粒位则相反。喷施BR和GA可以有效调控不同粒位籽粒淀粉表面积和体积分布,显著提高弱势粒位B型淀粉粒表面积和体积百分数,缩小了不同粒位之间的差异,有利于籽粒均质调控;小麦强、弱势粒位相比,弱势粒位有较高的直链淀粉和总淀粉含量。喷施BR和GA可以有效调控小麦直/支链淀粉比例,有提高弱势粒位支链淀粉含量的趋势;喷施BR和GA还可有效调控小麦籽粒面粉糊化参数和粉质仪参数,从而改善小麦品质。本研究对小麦育种和高产优质栽培具有理论和实践价值。

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英文摘要

1 前言

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 小麦籽粒淀粉的组成、结构及特性

1.2.2 淀粉粒的结构和组成

1.2.3 小麦籽粒淀粉的生物合成

1.2.4 小麦籽粒淀粉的组成、结构与品质的关系

1.2.5 不同类型小麦籽粒淀粉形成的差异及穂位、粒位效应

1.2.6 气候生态因素对小麦淀粉品质的影响

1.2.6.1 水分

1.2.6.2 温度

1.2.6.3 光照

1.2.6.4 激素

1.2.7 淀粉与加工品质的关系

1.2.7.1 糊化参数

1.2.7.2 粉质仪参数

1.2.7.3 降落值

2 材料与方法

2.1 试验材料与设计

2.2 测定项目与方法

2.2.1 制粉

2.2.2 淀粉指标测定

2.2.2.1 淀粉含量

2.2.2.2 淀粉粒的提取与测定

2.2.3 生理指标测定项目

2.2.3.1 蔗糖、可溶性总糖含量测定

2.2.3.2 旗叶叶绿素含量测定

2.2.4 淀粉加工特性的测定项目

2.2.4.1 糊化特性测定

2.2.4.2 粉质仪参数测定

2.2.4.3 降落值

2.2.4.4 蛋白质含量的测定

3 结果与分析

3.1 BR 和GA 对小麦不同穗位、粒位籽粒重及穗粒重的调控

3.1.1 BR 和GA 对不同小穗粒重的影响

3.1.2 小麦不同粒位籽粒千粒重分析

3.1.3 BR 和GA 对小穗粒数、粒重和穗粒重的影响

3.1.4 BR 和GA 对小麦不同粒位籽粒粒重的影响

3.1.5 BR 和GA 对不同粒位粒重增重动态的影响

3.2 BR 和GA 对小麦不同穗位、粒位籽粒淀粉粒度分布特征的调控

3.2.1 小麦不同品种籽粒淀粉粒分布特征

3.2.1.1 小麦不同品种籽粒淀粉粒体积分布特征

3.2.1.2 小麦不同品种籽粒淀粉粒表面积分布特征

3.2.1.3 小麦不同品种籽粒淀粉粒数目分布特征

3.2.2 小麦不同粒位籽粒淀粉粒分布特征

3.2.2.1 小麦不同粒位籽粒淀粉粒数目分布特征

3.2.2.2 小麦不同粒位籽粒淀粉粒表面积分布特征

3.2.2.3 小麦不同粒位籽粒淀粉粒体积分布特征

3.2.3 BR 和GA 对不同品种小麦籽粒淀粉粒度分布的影响

3.2.3.1 BR 和GA 对小麦淀粉粒度体积分布的影响

3.2.3.2 BR 和GA 对小麦淀粉粒度数目分布的影响

3.2.3.3 BR 和GA 对小麦淀粉粒度表面积分布的影响

3.2.4 BR 和GA 对小麦不同粒位淀粉粒度分布的影响

3.2.4.1 BR 和GA 对小麦不同粒位淀粉粒数目分布的影响

3.2.4.2 BR 和GA 对小麦不同粒位淀粉粒体积分布的影响

3.2.4.3 BR 和GA 对不同粒位淀粉粒表面积分布的影响

3.3 BR 和GA 对小麦不同穗位粒位籽粒淀粉积累及糖含量的调控

3.3.1 不同品种小麦籽粒淀粉积累动态

3.3.1.1 小麦不同品种直、支链淀粉积累动态

3.3.1.2 小麦不同时期总淀粉积累量

3.3.1.3 小麦不同时期直/支淀粉比例变化

3.3.2 小麦不同粒位籽粒淀粉积累动态

3.3.2.1 小麦不同粒位籽粒直链淀粉积累动态

3.3.2.2 小麦不同粒位籽粒支链淀粉积累动态

3.3.2.3 小麦不同粒位籽粒总淀粉积累动态

3.3.2.4 小麦不同粒位籽粒直/支淀粉比例变化趋势

3.3.3 小麦不同品种糖的变化动态

3.3.3.1 小麦不同品种籽粒蔗糖含量变化动态

3.3.3.2 小麦不同时期总糖含量变化动态

3.3.4 小麦不同粒位籽粒糖含量变化动态

3.3.4.1 小麦不同粒位籽粒蔗糖含量变化动态

3.3.4.2 小麦不同粒位籽粒总糖含量变化动态

3.3.5 BR 和GA 对小麦不同品种淀粉积累动态影响

3.3.5.1 BR 和GA 对小麦不同品种直链淀粉积累动态影响

3.3.5.2 BR 和GA 对小麦不同时期支链淀粉积累动态的影响

3.3.5.3 BR 和GA 对小麦不同时期总淀粉积累动态的影响

3.3.6 BR 和GA 对小麦不同粒位淀粉积累动态的影响

3.3.6.1 BR 和GA 对小麦不同粒位直链淀粉积累动态的影响

3.3.6.2 BR 和GA 对小麦不同粒位支链淀粉积累动态的影响

3.3.6.3 BR 和GA 对小麦不同粒位总淀粉积累动态的影响

3.3.6.4 BR 和GA 对小麦不同粒位籽粒直/支链淀粉比例动态影响

3.3.7 BR 和GA 对小麦不同粒位籽粒糖积累动态变化影响

3.3.7.1 BR 和GA 对小麦不同粒位籽粒蔗糖变化动态的影响

3.3.7.2 BR 和GA 对小麦不同粒位籽粒可溶性总糖积累动态的影响

3.4 BR 和GA 对小麦灌浆期旗叶、茎、鞘中糖及旗叶中叶绿素的调控

3.4.1 BR 和GA 对小麦灌浆期旗叶中叶绿素的调控

3.4.2 BR 和GA 对小麦灌浆期旗叶中糖含量的调控

3.4.2.1 BR 和GA 对小麦旗叶蔗糖含量的调控

3.4.2.2 BR 和GA 对小麦旗叶中可溶性总糖含量的调控

3.4.3 BR 和GA 对小麦灌浆期鞘中糖含量的调控

3.4.3.1 BR 和GA 对小麦鞘中蔗糖含量的调控

3.4.3.2 BR 和GA 对小麦鞘中可溶性总糖含量的调控

3.4.4 BR 和GA 对小麦灌浆期茎中糖含量的调控

3.4.4.1 BR 和GA 对小麦茎中蔗糖含量的调控

3.4.4.2 BR 和GA 对小麦茎中可溶性总糖含量的调控

3.4.5 茎、旗叶和鞘中糖含量与淀粉积累速率之间的相关性分析

3.5 BR 和GA 对小麦淀粉加工品质的影响

3.5.1 BR 和GA 对小麦糊化特性的影响

3.5.2 BR 和GA 对小麦粉质仪参数和降落值的影响

3.5.3 BR 和GA 对小麦籽粒淀粉和蛋白质含量的影响

3.5.4 淀粉和蛋白质含量与糊化参数和粉质仪参数的相关性分析

4 讨论

4.1 小麦不同穗位和粒位籽粒粒重差异性与穗粒重和品质的关系

4.2 不同粒位小麦籽粒淀粉粒度分布及调控效应

4.3 BR 和GA 对小麦不同粒位籽粒淀粉积累及糖转化的影响

4.4 BR 和GA 对小麦旗叶、茎、鞘中可溶性总糖和蔗糖含量的影响

4.5 BR 和GA 对小麦加工品质的影响

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文和成果

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