不同氮素形態(tài)對(duì)小麥產(chǎn)量和質(zhì)量的影響

不同氮素形態(tài)對(duì)小麥產(chǎn)量和質(zhì)量的影響

根據(jù)許多研究，骨碳吸收主要是由于氮素基因的供應(yīng)水平。小麥籽粒蛋白質(zhì)合成所需氮素,不論是開(kāi)花前貯存氮素的再分配,還是開(kāi)花后新吸收同化的氮素,都主要是以氨基酸的形式運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ?用于籽粒蛋白質(zhì)的合成。作為植株體內(nèi)氮化物的主要存在方式和運(yùn)輸形式,氨基酸不但把氮素的吸收、同化與器官中蛋白質(zhì)的合成和降解聯(lián)系在一起,也是源庫(kù)間實(shí)現(xiàn)氮素分配、轉(zhuǎn)移、再分配的主要方式。因此,研究小麥花后植株體內(nèi)游離氨基酸含量的變化動(dòng)態(tài)及其與籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)系,對(duì)探討如何提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量有著十分重要的意義。關(guān)于小麥植株地上各器官游離氨基酸含量的變化及其與籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)系已有研究報(bào)道,但關(guān)于氮素形態(tài)與專用型小麥品種地上各器官游離氨基酸含量的動(dòng)態(tài)變化及其與籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)系的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,本試驗(yàn)以豫麥34為材料,研究了3種不同氮素形態(tài)對(duì)小麥地上各器官游離氨基酸含量的動(dòng)態(tài)變化、籽粒蛋白質(zhì)含量及其組分的影響,以期為小麥生產(chǎn)中合理施用氮肥、促進(jìn)各器官中氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)、穩(wěn)定提高小麥籽粒品質(zhì)提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法試驗(yàn)于2007-2009年采用盆栽方法在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行。供試土壤為潮土。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為:有機(jī)質(zhì)14.29g·kg-1、全氮1.50g·kg-1、堿解氮57.17mg·kg-1、有效磷16.9mg·kg-1、速效鉀195.95mg·kg-1。試驗(yàn)所用盆缽直徑30cm,深38cm,每盆裝土20kg。供試小麥品種為豫麥34(弱春性、多穗、大粒、早熟、面包專用)。氮素形態(tài)為:硝態(tài)氮(分析純NaNO3)、銨態(tài)氮(分析純NH4HCO3)和酰胺態(tài)氮(分析純尿素)。每盆施純氮5.1g,K2O3.3g和P2052.9g,磷、鉀肥于播種前1次施入,用量按6∶4的比例于播種前和拔節(jié)期分別施入?；旆是懊颗枋┤肟偟?0%的硝化抑制劑雙氰胺,以保證氮素形態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定。試驗(yàn)于10月18日統(tǒng)一播種,每盆播種14粒,5葉期定苗,每盆定10株。定期灌水,各處理保持一致的土壤相對(duì)含水量。完全隨機(jī)排列,重復(fù)9次。1.2測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.2.1莖干和穗軸總含量測(cè)定水合三酮比色法于開(kāi)花期、花后10d、20d和30d取各處理中主莖,按旗葉、倒二葉、倒三葉、倒四葉、莖、鞘、籽粒、穎殼和穗軸分開(kāi),立即置入液氮中速凍4h后,放入-40℃冰箱中保存,采用水合茚三酮比色法測(cè)定。1.2.2測(cè)定了整粒碳和蛋白質(zhì)含量籽粒風(fēng)干制粉后,采用半微量凱氏定氮法測(cè)定全氮,再乘以系數(shù)5.7換算為蛋白質(zhì)含量。1.2.3總蛋白和谷蛋白籽粒制粉后,取0.2g,依次用蒸餾水、10%氯化鈉、75%酒精和0.2%的氫氧化鈉溶液連續(xù)提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白。用半微量凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)各組分含量。2結(jié)果與分析2.1氮素形式對(duì)小麥各器官官游離氨基酸含量的影響2.1.1花后不同時(shí)期中游離氨基酸含量的變化由表1可以看出,各施氮處理葉片中游離氨基酸含量均呈現(xiàn)以開(kāi)花期為最高、之后持續(xù)降低的變化趨勢(shì)。在開(kāi)花及開(kāi)花后各個(gè)時(shí)期,不同葉位葉片中游離氨基酸含量大小均表現(xiàn)為旗葉>倒二葉>倒三葉>倒四葉,差異顯著。除花后30d外,其他時(shí)期中酰胺態(tài)氮處理旗葉、倒二葉中游離氨基酸含量最高?；ê?0d后,旗葉、倒二葉含量下降迅速,酰胺態(tài)氮處理比硝態(tài)氮處理多下降0.110和0.078mg·g-1,比銨態(tài)氮處理多下降0.098和0.120mg·g-1。倒三葉中,開(kāi)花期硝態(tài)氮處理游離氨基酸含量最高,酰胺態(tài)氮處理次之,在花后10d、20d酰胺態(tài)氮處理游離氨基酸含量最高,花后20d后迅速下降,降幅較大,其兩處理下降幅度較小。倒四葉中游離氨基酸含量變化趨勢(shì)與倒三葉相似。說(shuō)明酰胺態(tài)氮肥能夠提高小麥灌漿前、中期葉片中游離氨基酸的積累,后期大量游離氨基酸含量的減少表明有更多的氮素向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn),有利于籽粒蛋白質(zhì)的合成。2.1.2酰胺態(tài)氮處理后各病理性質(zhì)的變化莖和葉鞘中游離氨基酸含量的變化趨勢(shì)與葉片相似,但整體降低幅度較小(表1)。莖中游離氨基酸含量、硝態(tài)氮處理和胺態(tài)氮處理在花后20～30d變化較小,酰胺態(tài)氮處理整體變化趨勢(shì)明顯,下降幅度較大。葉鞘中游離氨基酸含量,酰胺態(tài)氮處理相對(duì)于其他兩個(gè)處理在開(kāi)花期至花后10d,下降幅度較小,之后含量迅速下降。表明酰胺態(tài)氮處理下小麥莖和葉鞘中游離氨基酸后期滯留較少,向籽粒中的轉(zhuǎn)移程度高,促進(jìn)了籽粒蛋白質(zhì)的合成。2.1.3開(kāi)花期硝態(tài)氮處理及花后10d各處理中游離氨基酸含量的變化由表1可以看出,穗軸和穎殼中游離氨基酸含量的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為開(kāi)花期之后逐漸升高,至花后10d達(dá)到最大值,之后下降。處理間游離氨基酸含量比較,開(kāi)花期硝態(tài)氮處理最高,酰胺態(tài)氮處理最低,之后升高,在花后10d各處理含量均達(dá)到最高,之后逐漸下降,在花后30d達(dá)到最低。其中,酰胺態(tài)氮處理在花后10～20d較高,花后20～30d迅速下降。2.1.4游離氨基酸測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明,花后10d籽粒中游離氨基酸含量最高,此后一直呈下降趨勢(shì),花后20～30d下降趨勢(shì)變緩,隨后又迅速下降,三個(gè)處理下降趨勢(shì)基本一致。同一時(shí)期不同處理之間游離氨基酸含量動(dòng)態(tài)變化存在差異。從花后10d到20d,以酰胺態(tài)氮處理的游離氨基酸含量最高;花后20d酰胺態(tài)氮處理游離氨基酸含量下降較緩,花后40d時(shí)高于其他處理,說(shuō)明酰胺態(tài)氮處理在籽粒發(fā)育后期可為蛋白質(zhì)合成提供較多的氮源。2.2不同處理對(duì)全氮含量的影響從表2可以看出,三個(gè)施氮處理的籽粒全氮含量在發(fā)育過(guò)程中都呈現(xiàn)“高-低-高”的變化趨勢(shì),在花后20d處于最低值,同期處理之間全氮含量存在差異。在整個(gè)籽粒發(fā)育過(guò)程中酰胺態(tài)氮處理的全氮含量在灌漿中后期一直最高,銨態(tài)氮處理的全氮含量一直最低。酰胺態(tài)氮處理在花后20d之前,全氮含量比銨態(tài)氮處理低,后期全氮含量高于銨態(tài)氮處理,這和籽粒發(fā)育后期酰胺態(tài)氮處理有較高濃度游離氨基酸含量相一致。2.3不同形態(tài)氮素處理對(duì)麥谷蛋白/醇溶蛋白的影響由表3可以看出,氮素形態(tài)對(duì)豫麥34籽粒蛋白組分含量影響明顯。硝態(tài)氮處理球蛋白含量最高,與其他處理差異顯著;銨態(tài)氮處理,醇溶蛋白和麥谷蛋白含量最高;而酰胺態(tài)氮處理,清蛋白含量最高,與其他處理間差異顯著。3種形態(tài)氮素處理間麥谷蛋白/醇溶蛋白的比值差異均達(dá)到顯著,其中酰胺態(tài)氮處理最高,達(dá)到1.209%。酰胺態(tài)氮處理的蛋白質(zhì)含量最高,達(dá)到18.716%。3酰胺態(tài)氮處理對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響氨基酸是小麥植株氮化物的主要存在方式,是源庫(kù)間實(shí)現(xiàn)氮素分配、運(yùn)轉(zhuǎn)、再分配的主要形式,也是合成籽粒蛋白質(zhì)的底物。不同的栽培措施與耕作方式以及改變?cè)磶?kù)間平衡的因素均可影響小麥各器官的氨基酸及蛋白質(zhì)含量。本研究結(jié)果表明,小麥葉片游離氨基酸含量在開(kāi)花期達(dá)到最高,之后均呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)。而在同一時(shí)期不同葉位間其游離氨基酸含量分布較明顯,主要集中在旗葉、倒二葉中,倒三葉、倒四葉中含量相對(duì)較少。莖和葉鞘中游離氨基酸含量的變化趨勢(shì)與葉片相似,但整體降低幅度較小。穗軸和穎殼中游離氨基酸含量在花后10d達(dá)到最大值,之后含量下降。地上各器官中游離氨基酸含量比較,葉片較高,而莖和葉鞘較低。表明葉片是籽粒蛋白質(zhì)合成所需氨基酸的主要來(lái)源之一,旗葉、倒二葉作為小麥的主要功能葉,特別是旗葉,作為小麥體內(nèi)氮貯存與同化的主要營(yíng)養(yǎng)器官,對(duì)籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)的貢獻(xiàn)最大。處理間比較,花后30d前,各器官中游離氨基酸含量均以酰胺態(tài)氮處理最大(開(kāi)化期倒四葉、穗軸和穎殼除外),開(kāi)花后30d大部分以酰胺態(tài)氮處理最低,其他處理在不同籽粒發(fā)育時(shí)期含量互有高低。說(shuō)明施用酰胺態(tài)氮肥能夠促進(jìn)小麥灌漿前、中期葉片中游離氨基酸的積累,后期游離氨基酸含量的大量減少,表明有更多的氮向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn),加速籽粒蛋白質(zhì)的合成。籽粒中游離氨基酸含量變化表現(xiàn)為不斷下降的趨勢(shì),全氮含量呈“高-低-高”的變化趨勢(shì)。酰胺態(tài)氮處理在灌漿前、中期游離氨基酸含量最高,之后下降迅速;全氮含量在灌漿中后期最高。說(shuō)明施用酰胺態(tài)氮肥能顯著提高灌漿盛期籽粒游離氨基酸含量,而較高濃度的游離氨基酸含量更有利于籽粒的蛋白質(zhì)合成。小麥籽粒