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后期追氮对小麦籽粒加工品质及蛋白质空间分布的影响

后期追氮对小麦籽粒加工品质及蛋白质空间分布的影响

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作者：付博阳河北农业大学

学位级别：硕士

小麦是我国主要的粮食作物之一,长期以来,我国小麦产量不断提高,而其籽粒加工品质未得到同步改善。因此,在高产或稳产条件下,提高小麦加工品质是当前我国小麦生产重要任务之一。氮素调控尤其是后期追氮是提高小麦籽粒加工品质的重要途... 详细信息

小麦是我国主要的粮食作物之一,长期以来,我国小麦产量不断提高,而其籽粒加工品质未得到同步改善。因此,在高产或稳产条件下,提高小麦加工品质是当前我国小麦生产重要任务之一。氮素调控尤其是后期追氮是提高小麦籽粒加工品质的重要途径。前人关于后期追氮对小麦籽粒加工品质的影响研究结论不甚一致,其原因可能在于已有研究中“后期施氮”的范围较为模糊,涵盖了从小麦拔节期至开花期较为宽泛的范围,导致优质小麦生产的最佳施氮时期未形成一致结论。此外,小麦籽粒中蛋白质及面筋蛋白含量空间分布由外至内呈现先上升后下降的趋势,以糊粉层或亚糊粉层含量最高,且其空间分布受氮素调控影响,而后期追氮对籽粒蛋白质空间分布的影响未见报道。因此,本研究于2017年10月至2020年6月在河北省宁晋县开展田间试验,供试作物为优质强筋冬小麦“藁优2018”,在总施氮量一致的基础上,设置了 4个处理:无后期追氮处理(NE:基施氮+拔节期追氮)和不同后期追氮处理(NB、NH、NF:将NE处理拔节期追施氮肥的50%于分别孕穗期、抽穗期和开花期追施)。研究不同追氮时期对小麦籽粒产量和加工品质的影响,并探究后期追氮对小麦籽粒蛋白质空间分布的调控规律。主要研究结果如下:(1)与无后期追氮处理相比,将拔节期追施氮肥的50%于孕穗期施用,小麦地上部生物量显著提高10.6%,籽粒产量显著提高12.6%,而后期追氮时期晚于孕穗期,该效果逐渐消失。后期追氮可显著提高小麦千粒重,其中孕穗期追氮处理和抽穗期追氮处理千粒重显著提高3.0%和5.0%;孕穗期追氮显著提高了小麦穗粒数,且随追氮时期后延,穗粒数显著下降。此外,孕穗期追氮还显著提高了小麦籽粒、茎叶及地上部吸氮量,增幅分别为13.4%、29.4%和13.0%。(2)与无后期追氮处理相比,后期追氮处理未提高小麦籽粒蛋白质含量,然而优化了籽粒蛋白质组成,显著提高了醇溶蛋白和谷蛋白含量,增幅分别为7.4%～11.3%和4.1%～7.3%;后期追氮处理中,孕穗期追氮处理醇溶蛋白和谷蛋白含量最高,而随追氮时期由孕穗期后延至开花期,醇溶蛋白含量呈下降趋势,谷蛋白含量则显著降低。后期追氮可降低小麦籽粒中直链淀粉含量,其中孕穗期追氮处理直链淀粉含量降低最为显著。此外,后期追氮显著提高了小麦面粉湿面筋含量和沉淀值;后期追氮处理中,随后期追氮时期延后,沉淀值显著下降,其中以孕穗期追氮理沉淀值最高,达56.3 mL。(3)通过籽粒分层磨粉技术,将籽粒由外至内分为9层(P1-P9),蛋白质及其组分的空间分布表现为:清蛋白和球蛋白含量由外至内呈现下降趋势;醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量呈先上升后降低的趋势,在P2层(糊粉层)或P3层(亚糊粉层)达到最高。与无后期追氮处理相比,孕穗期追氮处理P1层(种皮)和P6层(胚乳)蛋白质含量分别显著提高7.4%和11.0%,P1-P5层面筋蛋白含量显著提高4.4%～7.2%。可见,后期追氮尤其是孕穗期追氮处理不仅显著提高了籽粒外层(糊粉层或亚糊粉层)蛋白质及面筋蛋白含量,还显著提高了胚乳中蛋白质及面筋蛋白含量。(4)小麦成熟期0～100 cm 土层中硝态氮累积量随土层加深基本呈现下降的趋势,且主要集中在0～40 cm 土层中。孕穗期追氮处理2017-2018季小麦0～40 cm 土层中硝态氮累积量显著低于其他处理,而开花期追氮处理在三季小麦成熟期0～40 cm 土层硝态氮累积量均显著高于其他处理。此外,各处理间处理微生物多样性指数及群落组成无显著差异。因此,孕穗期追氮可保证较低的氮素残留,而且对根际微生物多样性和群落结构无显著影响。综上所述,孕穗期追氮不仅显著提高了小麦籽粒产量,还优化了小麦籽粒蛋白质组成,进而提高了小麦籽粒加工品质,实现了产量和品质的协同提高。籽粒蛋白质空间分布受追氮时期调控,后期追氮可显著提高小麦籽粒糊粉层及外胚乳蛋白质及面筋蛋白含量。此外,孕穗期追氮可保证成熟期土壤中较低的硝态氮残留,降低氮素淋溶损失的风险,而不影响根际土壤微生物多样性及群落组成。因此,综合考虑小麦高产优质和环境友好协同发展,基施氮+拔节期追氮+孕穗期追氮为本试验条件下的最佳氮肥运筹模式。

关键词：小麦后期追氮产量加工品质蛋白质空间分布

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拔节期和孕穗期双期低温对小麦籽粒品质的影响

拔节期和孕穗期双期低温对小麦籽粒品质的影响

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作者：史可佳南京农业大学

学位级别：硕士

随着经济的发展和人民生活水平的提高,小麦籽粒品质越来越为人们所关注,而小麦高产与优质之间的矛盾也日益凸显,产量和品质的同步提升成为小麦生产的主要目标之一。小麦籽粒品质不仅由品种特性决定,还受到环境条件的影响,而在环境因素... 详细信息

随着经济的发展和人民生活水平的提高,小麦籽粒品质越来越为人们所关注,而小麦高产与优质之间的矛盾也日益凸显,产量和品质的同步提升成为小麦生产的主要目标之一。小麦籽粒品质不仅由品种特性决定,还受到环境条件的影响,而在环境因素中又以温度的影响最为突出。随着全球升温态势的发展,小麦春季遭受多次冷害的频率和强度也在不断上升,给小麦生产带来了极其不利的影响,造成了小麦产量下降、品质变劣。因此,针对春季多发性冷害对小麦籽粒品质形成的影响展开深入的研究,可为未来气候情境下小麦品质的提高及小麦籽粒的有效利用提供一定的理论参考和数据支持。本研究以温度敏感型小麦—扬麦16和温度钝感型小麦—徐麦30作为试验材料,利用人工气候室进行不同低温时期和低温水平的处理,来分析和量化低温对小麦籽粒品质形成及籽粒蛋白质空间分布的影响,并进一步探讨前期低温是否能够提高小麦的低温抗性,减轻后期低温对小麦籽粒品质的影响。本研究的主要研究结果如下:（1）低温处理后,小麦灌浆过程中籽粒蛋白质含量高于CK,且随温度的下降而升高,而籽粒蛋白质积累量、淀粉及其组分含量和积累量均低于CK,且随温度的下降而降低。不同低温时期对小麦籽粒蛋白质含量及积累量、淀粉及其组分积累量（扬麦16支链淀粉和总淀粉除外）的影响表现为:孕穗期＞双期＞拔节期,而对籽粒淀粉及其组分含量（徐麦30直链淀粉除外）的影响表现为:双期＞孕穗期＞拔节期。拔节期低温对小麦籽粒蛋白质、淀粉及其组分的积累具有锻炼效应,且锻炼效应随温度的下降呈升高趋势（扬麦16籽粒蛋白质和直链淀粉积累量除外）。小麦籽粒蛋白质和淀粉及其组分积累的logistic特征参数随温度的下降而降低,其中低温对最大积累速率（Rmax）的影响最大,而对积累活跃生长期（D）的影响最小。此外,将籽粒蛋白质和淀粉及其组分积累量的logistic特征参数与处理期间的累积低温度日（ACDD）进行拟合后发现,籽粒蛋白质的积累特征参数与基于空气温度的ACDD（ACDDa）相关性更高,而籽粒淀粉及其组分的积累特征参数与基于冠层温度的ACDD（ACDDc）相关性更高。（2）拔节期、孕穗期以及拔节和孕穗双期低温对成熟期小麦籽粒各品质指标均有显著的影响（清蛋白含量和扬麦16籽粒长宽比除外）,其中以孕穗期低温的影响最大,双期次之,拔节期影响最小。随着处理温度的下降,籽粒中总蛋白质、球蛋白、醇溶蛋白、干面筋、湿面筋含量以及沉降值均呈现升高的趋势,而籽粒中总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量以及粒长和粒宽均呈现降低的趋势。拔节期低温对成熟期的小麦籽粒品质具有一定的锻炼效应,其中醇溶蛋白含量的锻炼效应最大,籽粒淀粉直支比的锻炼效应最小。此外,成熟期小麦籽粒各品质指标与处理期间的ACDD均存在一定的相关性,其中营养品质和外观品质与ACDDc的相关性较高,而加工品质与ACDDa的相关性较高。（3）小麦籽粒由外自内蛋白质含量呈先升后降的梯度变化,扬麦16和徐麦30蛋白质含量均在糊粉层（扬麦16在P2,徐麦30在P3）达到最高,在内胚乳层（P9）达到最低。低温处理后,籽粒中同一层的蛋白质含量随温度的下降呈升高趋势。不同低温时期对扬麦16籽粒蛋白质含量空间分布的影响表现为:双期＞孕穗期＞拔节期,对徐麦30的影响表现为:孕穗期＞双期＞拔节期。低温对籽粒不同部位蛋白质含量的影响不同,拔节期和双期低温对扬麦16籽粒糊粉层（P2和P3）蛋白质含量的影响最大,对徐麦30籽粒种皮（P1）、糊粉层（P2和P3）和外胚乳（P5）蛋白质含量的影响最大;孕穗期低温对扬麦16籽粒外胚乳（P5）和中胚乳（P7）蛋白质含量的影响最大,对徐麦30籽粒中胚乳（P6）蛋白质含量的影响最大;此外,两小麦品种籽粒内胚乳（P9）蛋白质含量受低温的影响较小。拔节期低温对籽粒蛋白质含量的空间分布存在锻炼效应,其中扬麦16和徐麦30分别以P1和P6层蛋白质含量的锻炼效应最大,两小麦品种P9层的蛋白质含量锻炼效应最小。此外,拔节期和双期低温处理下,两小麦品种籽粒糊粉层（P2和P3）、外胚乳（P4）和中胚乳（P7）的相对蛋白质含量与ACDDc的相关性较好;孕穗期处理下,除种皮（P1）和中胚乳（P6）外,籽粒其余层的相对蛋白质含量也与ACDDc的相关性较好。

关键词：小麦低温籽粒品质蛋白质空间分布锻炼效应冠层温度

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花后高温干旱互作对小麦籽粒营养品质的影响

花后高温干旱互作对小麦籽粒营养品质的影响

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作者：丁志锋南京农业大学

学位级别：硕士

随着经济社会的日益发展及人民生活水平的不断提高,小麦籽粒品质正受到越来越广泛的关注,如何在提高小麦产量的基础上同步提升品质成为小麦生产的主要目标之一。小麦籽粒品质不仅由品种特性决定,而且受到环境因素的影响,其中温度和水分... 详细信息

随着经济社会的日益发展及人民生活水平的不断提高,小麦籽粒品质正受到越来越广泛的关注,如何在提高小麦产量的基础上同步提升品质成为小麦生产的主要目标之一。小麦籽粒品质不仅由品种特性决定,而且受到环境因素的影响,其中温度和水分是影响小麦籽粒品质的关键气候因子。在全球变暖背景下,小麦在生育后期遭遇高温和干旱胁迫的频率将显著增加,严重威胁籽粒产量和品质。因此,明确高温和干旱互作对小麦籽粒品质的影响,对于定量预测未来气候条件下小麦生产力及制定适应性措施意义重大。本研究主要采用扬麦23和徐麦33两个品种,利用人工气候室实施符合温度日变化规律的不同温度水平和干旱程度的高温干旱互作试验,以定量分析开花期和灌浆期高温干旱互作对小麦成熟期籽粒蛋白质和淀粉空间分布、17种氨基酸和5种矿质元素等营养品质指标的影响。主要研究结果如下:(1)两品种籽粒蛋白质含量由外至内呈现先上升后下降的单峰曲线变化,其中籽粒P2、P3层蛋白质含量相对最高,P8、P9层蛋白质含量相对最低;籽粒各层次淀粉含量由P1至P6或P7层逐渐上升,P7至P9层缓慢下降的单峰曲线分布规律,籽粒P6-P7层淀粉含量最高,而P1层淀粉含量最低。随着高温水平的升高和干旱水平的提升,籽粒各层级的蛋白质含量的增幅呈现上升趋势,而淀粉含量呈现降低趋势。高温干旱胁迫下,籽粒蛋白质含量的增幅一般表现为胚乳层(P4-P9层)>糊粉层(P2-P3层)>种皮层(P1层),而淀粉含量的降幅整体表现为种皮层(P1层)>糊粉层(P2-P3层)>胚乳层(P4-P9层)。高温和干旱互作对两品种各层级蛋白质和淀粉含量存在极显著的互作关系。小麦籽粒中不同层级的相对蛋白质含量基本上是随高温累计度日(HDD)增加而上升,而相对淀粉含量基本上是随HDD增加而下降;两品种籽粒的相对蛋白质含量与HDD敏感性均是灌浆期处理大于开花期处理,而相对淀粉含量与HDD敏感性整体上表现为开花期处理大于灌浆期处理。高温干旱胁迫对扬麦23籽粒不同层级蛋白质含量和淀粉含量影响比徐麦33更大。(2)两小麦品种籽粒多数氨基酸含量在年际间变异较大,年份、处理时期、温度和水分水平及其互作效应对大多数氨基酸含量存在显著影响;随着高温和干旱水平的提升,两品种籽粒的总氨基酸、必需氨基酸和非必需氨基酸含量在开花期和灌浆期处理下整体呈现上升趋势,总体变化幅度大小表现为:非必需氨基酸>总氨基酸>必需氨基酸。扬麦23两个处理时期籽粒的苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸含量对高温和干旱互作更为敏感;徐麦33开花期处理籽粒的酪氨酸、蛋氨酸含量对高温和干旱互作更为敏感,而灌浆期处理籽粒的异亮氨酸和蛋氨酸含量对高温干旱互作更为敏感。两品种必需氨基酸评分、氨基酸比值系数及必需氨基酸指数基本上均随着温度的升高和干旱水平的加深而呈现上升趋势,说明高温干旱胁迫在一定程度上改善了籽粒氨基酸组成的平衡,其中赖氨酸始终是第一限制性氨基酸,而苯丙氨酸+酪氨酸及亮氨酸表现为过剩。小麦籽粒中各类型氨基酸相对含量基本上是随高温累计度日(HDD)增加而上升;两品种的氨基酸相对含量与HDD敏感性均是开花期处理大于灌浆期处理;扬麦23在不同水分水平各处理的氨基酸相对含量与HDD的敏感性均大于徐麦33,总体上说明扬麦23氨基酸含量对高温和干旱互作更为敏感。(3)两品种籽粒P、K、Ca、Fe元素含量整体上随着高温和干旱互作的加深而呈现上升趋势,Zn元素含量整体上呈现下降趋势;除K元素外,高温和干旱互作对扬麦23籽粒矿质元素含量效应达到显著或极显著水平,而徐麦33仅有Fe元素含量达到极显著水平;两品种籽粒P、K、Ca元素积累量整体上在轻度高温和干旱互作下呈现上升趋势,在严重高温和干旱互作下呈现下降趋势;Zn、Fe元素积累量则呈现下降趋势;两品种各元素积累量在高温和干旱互作下均达到显著或极显著水平。小麦籽粒中多数矿质元素含量与千粒重和淀粉及其组分含量之间呈负相关性,与蛋白质及其组分含量之间整体呈正相关性水平,而与干湿面筋含量基本无显著相关性。定量分析表明:小麦籽粒矿质元素含量基本随HDD增加而上升(Zn元素除外),其中K、Fe元素含量对HDD更为敏感;在重度干旱下所有矿质元素积累量随HDD增加而降低,而在正常水分及轻度干旱下各矿质元素积累量随HDD增加有升有降。两品种籽粒P、K元素的含量及积累量对灌浆期高温和干旱互作的敏感性大于开花期,籽粒Zn、Fe元素含量及积累量对开花期高温和干旱互作的敏感性大于灌浆期,籽粒Ca元素含量在两个处理时期对高温和干旱互作的敏感性大体相同,而Ca元素积累量对开花期高温和干旱互作的敏感性大于灌浆期。扬麦23籽粒的矿质元素含量及积累量对高温和干旱互作的敏感性大于徐麦33。

关键词：高温和干旱互作小麦开花期灌浆期蛋白质空间分布淀粉空间分布矿质元素含量氨基酸含量

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