弱筋小麦籽粒品质形成的生理机制及调控指标研究

论文摘要

随着我国小麦专用化的快速发展,弱筋小麦生产越来越受到人们重视。明确弱筋专用小麦籽粒品质形成的生理机制及调控途径,对深化小麦品质生理生态研究和指导弱筋专用小麦调优栽培具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本研究以弱筋小麦扬麦9号和宁麦9号为材料,综合阐明了不同施氮水平和基追比下弱筋小麦籽粒品质形成、植株氮/碳营养、光合特性、碳氮物质运转和相关酶活性的变化特征,揭示了氮肥运筹对弱筋小麦籽粒品质形成的调控机制,并确立了弱筋小麦优质高产群体质量调控指标。主要研究结果如下：1.明确了氮肥运筹对弱筋小麦籽粒产量和品质的综合调控效应。小麦籽粒产量与施氮量呈二次曲线关系,增加施氮量及提高后期追氮比例提高了籽粒蛋白质含量及容重、湿面筋含量、沉降值、吸水率和稳定时间,但降低了总淀粉含量和弱化度。面团形成时间随施氮量的增加而增加,但随追氮比例的增加而降低。施氮量对籽粒蛋白质组分含量均有提高作用,依次为醇溶蛋白>谷蛋白>清蛋白>球蛋白,而追氮比例处理对醇溶蛋白和谷蛋白含量具有显著的正效应。增加施氮量及提高后期追氮比例显著提高了直链淀粉含量和直/支比,但降低了支链淀粉含量。同比例追肥,两次追施比一次施用籽粒产量和蛋白质、醇溶蛋白和谷蛋白含量增加,直链淀粉含量和直/支比增加而总淀粉和支链淀粉含量降低。相关分析表明,弱筋小麦籽粒球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量与籽粒加工品质特性的相关性最大,对改善弱筋小麦加工品质具有重要的作用。2.解析了植株氮/碳营养供应与籽粒产量和品质的形成的机理性关系。增加施氮量和提高追肥比例,提高了各营养器官和冠层各叶片的氮含量,降低了各营养器官和冠层各叶片可溶性总糖含量。营养器官和冠层各叶片碳氮比随施氮量和追肥比例的增加呈降低的趋势。小麦开花期和灌浆期叶片的叶绿素含量、净光合速率、PS Ⅱ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、有效光化学量子产量（Fv’/Fm’）和实际光化学量子产量（FPSⅡ）随施氮量的增加而增加,氮肥后移及2次追肥作用更明显。分析显示,孕穗和开花期碳氮营养状况对调节籽粒产量和品质效果最为显著。孕穗期和开花期植株氮含量与籽粒产量均呈负的二次极显著曲线关系、与籽粒蛋白质的含量和湿面筋含量呈显著正相关,可溶性总糖含量与籽粒淀粉含量呈显著正相关,营养器官碳氮比与籽粒产量呈显著负相关、与蛋白质含量呈正的二次曲线关系、与淀粉含量呈负的二次曲线关系。表明,协调植株氮碳营养,控制适宜的碳氮比值是弱筋小麦获得优质高产的重要生理基础和调控指标。扬麦9号优质高产营养器官氮含量和碳氮比适宜值为：孕穗期,植株2.06%和2.54,茎鞘1.25%和4.12,叶片3.74%和1.31；开花期,植株1.50%和7.53,茎鞘0.77%和20.17,叶片3.53%和1.05。宁麦9号优质高产营养器官氮含量和碳氮比适宜值为：孕穗期,植株1.98%和2.41,茎鞘1.12%和2.92,叶片3.58%和1.79；开花期,植株1.34%和7.05,茎鞘0.77%和15.86,叶片3.20%和1.01。3.探明了氮肥运筹对弱筋小麦花后碳氮物质的积累与运转特征及其与籽粒品质形成的关系。增加施氮量及氮肥后移均显著提高了小麦花后干物质积累,降低了花前储存物质的运转及其对籽粒产量的贡献,明显提高了花前氮素积累和花前储存氮素的再运转与分配。追肥分次施用,对花后碳氮物质的同化及其对籽粒的贡献均有显著的促进效应。弱筋小麦籽粒产量形成的底物主要来源于花后干物质同化量,而蛋白质合成所需的氮素更多依赖于花前储存氮素的再动员与分配。4.明确了氮肥运筹对弱筋小麦籽粒蛋白质和淀粉合成关键酶活性的调控效应。提高施氮水平和追肥比例以及追肥分次施用,提高了花后旗叶谷氨酰胺合成酶（GS）、籽粒GS和谷丙转氨酶（GPT）活性,但降低了灌浆前期旗叶磷酸蔗糖合成酶（SPS）活性,提高了蔗糖合成酶（SS）、束缚态淀粉合成酶（GBSS）和可溶性淀粉合成酶（SSS）活性,追肥分次施用,更有利于提高灌浆后期籽粒淀粉合成酶的活性。氮肥运筹影响源、库器官中蛋白质和淀粉合成关键酶活性。5.综合分析氮肥运筹对群体指标的影响,确立了弱筋小麦优质高产群体质量调控指标体系。孕穗期叶面积指数（LAI）随施氮量的增加而提高；小麦籽粒产量及成熟期生物产量、花后干物质积累量与施氮量均呈二次曲线关系；籽粒蛋白质含量、湿面筋含量与施氮量呈极显著正相关。增加后期追氮比例提高了成熟期生物产量、花后干物质积累量、茎蘖成穗率、孕穗期LAI、籽粒产量、蛋白质含量和湿面筋含量。弱筋小麦实现产量7000kg·hm-2高产优质的氮肥运筹技术为施氮量200kg·hm-2,基肥：拔节肥：孕穗肥为7：2：1,其高产优质协调的关键群体调控指标为最大最适LAI6.9,花后干物质积累量和成熟期生物产量分别为5300kg·hm-2、16500kg·hm-2,成穗数为466×104·hm-2,茎蘖成穗率为50%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 摘要
• 1. 小麦籽粒品质与优质专用小麦概述
• 1.1 小麦籽粒品质指标
• 1.1.1 形态品质
• 1.1.2 加工品质
• 1.1.2.1 磨粉品质
• 1.1.2.2 面粉品质
• 1.1.2.3 面团品质
• 1.1.2.4 烘焙品质、蒸煮品质
• 1.1.3 营养品质
• 1.2 优质专用小麦涵义
• 1.2.1 优质专用小麦的类别
• 1.2.2 优质专用小麦品质指标
• 1.3 影响小麦籽粒品质的因素
• 1.3.1 遗传因素
• 1.3.2 环境因素
• 1.3.2.1 温度
• 1.3.2.2 水分
• 1.3.2.3 光照
• 1.3.2.4 土壤
• 1.3.3 营养因素
• 1.4 小麦籽粒品质形成的生理基础
• 1.4.1 蛋白质的形成
• 1.4.2 淀粉的合成
• 1.4.3 籽粒蛋白质与淀粉互作
• 2. 氮素调控对小麦籽粒产量和品质形成的影响
• 2.1 施氮量对小麦籽粒产量和品质的影响
• 2.2 施氮时期对小麦籽粒产量和品质的影响
• 2.3 氮素不同基追比对小麦籽粒产量和品质的影响
• 3. 小麦栽培诊断指标
• 3.1 群体指标
• 3.2 个体指标
• 4. 本研究的目的和意义
• 参考文献
• Abstract
• 第二章 氮肥运筹对弱筋小麦籽粒产量和品质的调控效应
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 试验设计
• 1.1.1 施氮水平试验
• 1.1.2 氮肥基追比试验
• 1.1.3 施氮水平与基追比互作试验
• 1.2 测定项目和方法
• 2 结果与分析
• 2.1 籽粒产量和产量构成
• 2.2 籽粒蛋白质及组分含量
• 2.3 籽粒淀粉及组分含量
• 2.4 籽粒容重和面粉品质特性
• 2.5 籽粒蛋白质和淀粉含量与加工品质特性的相关性
• 3 讨论与结论
• 3.1 氮肥运筹对弱筋小麦籽粒蛋白质和淀粉形成的影响
• 3.2 弱筋小麦蛋白质、淀粉及各组分含量与加工品质的关系
• 3.3 氮肥对弱筋小麦籽粒产量和品质的协调效应
• 参考文献
• Abstract
• 第三章 氮肥运筹对弱筋小麦氮/碳营养状况的影响
• 摘要
• 1. 材料与方法
• 1.1 试验设计
• 1.2 测定项目与方法
• 1.2.1 植株氮含量与可溶性总糖含量测定
• 1.2.2 叶绿素相对含量和净光合速率的测定
• 1.2.3 叶绿素荧光的测定
• 1.3 数据分析
• 2. 结果与分析
• 2.1 营养器官氮含量的变化
• 2.2 不同叶位叶片氮含量的变化
• 2.3 营养器官可溶性总糖含量的变化
• 2.4 不同叶位叶片可溶性总糖含量的变化
• 2.5 营养器官碳氮比的变化
• 2.6 不同叶位叶片碳氮比的变化
• 2.7 小麦花后叶片叶绿素含量和光合速率的变化
• 2.7.1 小麦叶片叶绿素含量的变化
• 2.7.2 花后旗叶净光合速率的变化
• 2.7.3 花后旗叶叶绿素荧光特性的变化
• 2.8 碳氮营养与籽粒产量和品质的关系
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• Abstract
• 第四章 氮肥运筹对弱筋小麦花后碳氮物质积累与运转的影响
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 试验设计
• 1.2 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 小麦干物质及氮素积累动态
• 2.2 小麦花后干物质积累和运转与籽粒产量
• 2.2.1 小麦花后干物质积累与运转特征
• 2.2.2 小麦花后干物质积累和运转与籽粒产量的关系
• 2.3 小麦花后氮素积累和运转与蛋白质含量
• 2.3.1 小麦花后氮素积累和运转特征
• 2.3.2 小麦花后氮素积累和运转与籽粒蛋白质含量的关系
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• Abstract
• 第五章 氮肥运筹对弱筋小麦籽粒蛋白质和淀粉合成关键酶活性的影响
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 试验设计
• 1.2 田间取样及测定项目
• 1.2.1 旗叶中GS和籽粒中GS、GPT提取和活性测定
• 1.2.2 旗叶中SPS和籽粒中SS、SSS和GBSS提取和活性测定
• 1.3 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 氮肥运筹对旗叶GS、籽粒GS和GPT活性的影响
• 2.1.1 旗叶GS活性
• 2.1.2 籽粒GS和GPT活性
• 2.2 氮肥运筹对旗叶SPS、籽粒SS、SSS和GBSS活性的影响
• 2.2.1 旗叶SPS活性
• 2.2.2 籽粒SS、SSS和GBSS活性
• 2.3 不同氮肥运筹下籽粒蛋白质含量和籽粒淀粉特性与相关酶活性的相关性
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• Abstract
• 第六章 弱筋小麦优质高产群体质量指标体系
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 试验设计
• 1.2 测定项目和方法
• 2 结果与分析
• 2.1 群体茎蘖动态和成穗率
• 2.2 叶面积指数
• 2.3 群体干物质积累动态
• 2.4 籽粒产量和品质
• 2.4.1 籽粒产量
• 2.4.2 籽粒品质
• 2.5 高产优质群体调控指标
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• Abstract
• 第七章 讨论与结论
• 摘要
• 1. 讨论
• 1.1 氮肥运筹对弱筋小麦籽粒产量和品质的调控效应
• 1.2 氮肥运筹影响弱筋小麦籽粒产量和品质的生理机制
• 1.2.1 小麦氮/碳营养供应特征及调控
• 1.2.2 叶片光合生理
• 1.2.3 小麦花后营养器官碳氮物质积累与运转规律
• 1.2.4 籽粒蛋白质和淀粉合成关键酶
• 1.3 弱筋小麦优质高产的群体调控指标
• 1.4 本研究的创新之处
• 1.5 今后的研究设想
• 2. 结论
• 参考文献
• Abstract
• 致谢
• 攻读博士期间发表的学术论文