不同氮素形態對小麥產量和質量的影響

根據許多研究，骨碳吸收主要是由于氮素基因的供應水平。小麥籽粒蛋白質合成所需氮素,不論是開花前貯存氮素的再分配,還是開花后新吸收同化的氮素,都主要是以氨基酸的形式運輸到籽粒中,用于籽粒蛋白質的合成。作為植株體內氮化物的主要存在方式和運輸形式,氨基酸不但把氮素的吸收、同化與器官中蛋白質的合成和降解聯系在一起,也是源庫間實現氮素分配、轉移、再分配的主要方式。因此,研究小麥花后植株體內游離氨基酸含量的變化動態及其與籽粒蛋白質含量的關系,對探討如何提高小麥籽粒蛋白質含量有著十分重要的意義。關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含量的關系已有研究報道,但關于氮素形態與專用型小麥品種地上各器官游離氨基酸含量的動態變化及其與籽粒蛋白質含量的關系的研究尚未見報道。因此,本試驗以豫麥34為材料,研究了3種不同氮素形態對小麥地上各器官游離氨基酸含量的動態變化、籽粒蛋白質含量及其組分的影響,以期為小麥生產中合理施用氮肥、促進各器官中氮素的運轉、穩定提高小麥籽粒品質提供理論依據。1材料和方法1.1試驗設計和方法試驗于2007-2009年采用盆栽方法在河南農業大學科教園區進行。供試土壤為潮土。土壤基礎養分含量為:有機質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)。氮素形態為:硝態氮(分析純NaNO3)、銨態氮(分析純NH4HCO3)和酰胺態氮(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期分別施入。混肥前每盆施入總氮量10%的硝化抑制劑雙氰胺,以保證氮素形態的相對穩定。試驗于10月18日統一播種,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含水量。完全隨機排列,重復9次。1.2測量設計和方法1.2.1莖干和穗軸總含量測定水合三酮比色法于開花期、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,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定。1.2.2測定了整粒碳和蛋白質含量籽粒風干制粉后,采用半微量凱氏定氮法測定全氮,再乘以系數5.7換算為蛋白質含量。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定蛋白質各組分含量。2結果與分析2.1氮素形式對小麥各器官官游離氨基酸含量的影響2.1.1花后不同時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以開花期為最高、之后持續降低的變化趨勢。在開花及開花后各個時期,不同葉位葉片中游離氨基酸含量大小均表現為旗葉>倒二葉>倒三葉>倒四葉,差異顯著。除花后30d外,其他時期中酰胺態氮處理旗葉、倒二葉中游離氨基酸含量最高。花后20d后,旗葉、倒二葉含量下降迅速,酰胺態氮處理比硝態氮處理多下降0.110和0.078mg·g-1,比銨態氮處理多下降0.098和0.120mg·g-1。倒三葉中,開花期硝態氮處理游離氨基酸含量最高,酰胺態氮處理次之,在花后10d、20d酰胺態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與倒三葉相似。說明酰胺態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轉,有利于籽粒蛋白質的合成。2.1.2酰胺態氮處理后各病理性質的變化莖和葉鞘中游離氨基酸含量的變化趨勢與葉片相似,但整體降低幅度較小(表1)。莖中游離氨基酸含量、硝態氮處理和胺態氮處理在花后20～30d變化較小,酰胺態氮處理整體變化趨勢明顯,下降幅度較大。葉鞘中游離氨基酸含量,酰胺態氮處理相對于其他兩個處理在開花期至花后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,向籽粒中的轉移程度高,促進了籽粒蛋白質的合成。2.1.3開花期硝態氮處理及花后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表現為開花期之后逐漸升高,至花后10d達到最大值,之后下降。處理間游離氨基酸含量比較,開花期硝態氮處理最高,酰胺態氮處理最低,之后升高,在花后10d各處理含量均達到最高,之后逐漸下降,在花后30d達到最低。其中,酰胺態氮處理在花后10～20d較高,花后20～30d迅速下降。2.1.4游離氨基酸測定試驗結果(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,花后20～30d下降趨勢變緩,隨后又迅速下降,三個處理下降趨勢基本一致。同一時期不同處理之間游離氨基酸含量動態變化存在差異。從花后10d到20d,以酰胺態氮處理的游離氨基酸含量最高;花后20d酰胺態氮處理游離氨基酸含量下降較緩,花后40d時高于其他處理,說明酰胺態氮處理在籽粒發育后期可為蛋白質合成提供較多的氮源。2.2不同處理對全氮含量的影響從表2可以看出,三個施氮處理的籽粒全氮含量在發育過程中都呈現“高-低-高”的變化趨勢,在花后20d處于最低值,同期處理之間全氮含量存在差異。在整個籽粒發育過程中酰胺態氮處理的全氮含量在灌漿中后期一直最高,銨態氮處理的全氮含量一直最低。酰胺態氮處理在花后20d之前,全氮含量比銨態氮處理低,后期全氮含量高于銨態氮處理,這和籽粒發育后期酰胺態氮處理有較高濃度游離氨基酸含量相一致。2.3不同形態氮素處理對麥谷蛋白/醇溶蛋白的影響由表3可以看出,氮素形態對豫麥34籽粒蛋白組分含量影響明顯。硝態氮處理球蛋白含量最高,與其他處理差異顯著;銨態氮處理,醇溶蛋白和麥谷蛋白含量最高;而酰胺態氮處理,清蛋白含量最高,與其他處理間差異顯著。3種形態氮素處理間麥谷蛋白/醇溶蛋白的比值差異均達到顯著,其中酰胺態氮處理最高,達到1.209%。酰胺態氮處理的蛋白質含量最高,達到18.716%。3酰胺態氮處理對小麥籽粒品質的影響氨基酸是小麥植株氮化物的主要存在方式,是源庫間實現氮素分配、運轉、再分配的主要形式,也是合成籽粒蛋白質的底物。不同的栽培措施與耕作方式以及改變源庫間平衡的因素均可影響小麥各器官的氨基酸及蛋白質含量。本研究結果表明,小麥葉片游離氨基酸含量在開花期達到最高,之后均呈現持續下降的趨勢。而在同一時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、倒四葉中含量相對較少。莖和葉鞘中游離氨基酸含量的變化趨勢與葉片相似,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合成所需氨基酸的主要來源之一,旗葉、倒二葉作為小麥的主要功能葉,特別是旗葉,作為小麥體內氮貯存與同化的主要營養器官,對籽粒產量與品質的貢獻最大。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氮處理最大(開化期倒四葉、穗軸和穎殼除外),開花后30d大部分以酰胺態氮處理最低,其他處理在不同籽粒發育時期含量互有高低。說明施用酰胺態氮肥能夠促進小麥灌漿前、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轉,加速籽粒蛋白質的合成。籽粒中游離氨基酸含量變化表現為不斷下降的趨勢,全氮含量呈“高-低-高”的變化趨勢。酰胺態氮處理在灌漿前、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。說明施用酰胺態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合成。小麥籽粒