不同氮素形态对小麦产量和质量的影响

不同氮素形态对小麦产量和质量的影响

根据许多研究，骨碳吸收主要是由于氮素基因的供应水平。小麦籽粒蛋白质合成所需氮素,不论是开花前贮存氮素的再分配,还是开花后新吸收同化的氮素,都主要是以氨基酸的形式运输到籽粒中,用于籽粒蛋白质的合成。作为植株体内氮化物的主要存在方式和运输形式,氨基酸不但把氮素的吸收、同化与器官中蛋白质的合成和降解联系在一起,也是源库间实现氮素分配、转移、再分配的主要方式。因此,研究小麦花后植株体内游离氨基酸含量的变化动态及其与籽粒蛋白质含量的关系,对探讨如何提高小麦籽粒蛋白质含量有着十分重要的意义。关于小麦植株地上各器官游离氨基酸含量的变化及其与籽粒蛋白质含量的关系已有研究报道,但关于氮素形态与专用型小麦品种地上各器官游离氨基酸含量的动态变化及其与籽粒蛋白质含量的关系的研究尚未见报道。因此,本试验以豫麦34为材料,研究了3种不同氮素形态对小麦地上各器官游离氨基酸含量的动态变化、籽粒蛋白质含量及其组分的影响,以期为小麦生产中合理施用氮肥、促进各器官中氮素的运转、稳定提高小麦籽粒品质提供理论依据。1材料和方法1.1试验设计和方法试验于2007-2009年采用盆栽方法在河南农业大学科教园区进行。供试土壤为潮土。土壤基础养分含量为:有机质14.29g·kg-1、全氮1.50g·kg-1、碱解氮57.17mg·kg-1、有效磷16.9mg·kg-1、速效钾195.95mg·kg-1。试验所用盆钵直径30cm,深38cm,每盆装土20kg。供试小麦品种为豫麦34(弱春性、多穗、大粒、早熟、面包专用)。氮素形态为:硝态氮(分析纯NaNO3)、铵态氮(分析纯NH4HCO3)和酰胺态氮(分析纯尿素)。每盆施纯氮5.1g,K2O3.3g和P2052.9g,磷、钾肥于播种前1次施入,用量按6∶4的比例于播种前和拔节期分别施入。混肥前每盆施入总氮量10%的硝化抑制剂双氰胺,以保证氮素形态的相对稳定。试验于10月18日统一播种,每盆播种14粒,5叶期定苗,每盆定10株。定期灌水,各处理保持一致的土壤相对含水量。完全随机排列,重复9次。1.2测量设计和方法1.2.1茎干和穗轴总含量测定水合三酮比色法于开花期、花后10d、20d和30d取各处理中主茎,按旗叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶、茎、鞘、籽粒、颖壳和穗轴分开,立即置入液氮中速冻4h后,放入-40℃冰箱中保存,采用水合茚三酮比色法测定。1.2.2测定了整粒碳和蛋白质含量籽粒风干制粉后,采用半微量凯氏定氮法测定全氮,再乘以系数5.7换算为蛋白质含量。1.2.3总蛋白和谷蛋白籽粒制粉后,取0.2g,依次用蒸馏水、10%氯化钠、75%酒精和0.2%的氢氧化钠溶液连续提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白。用半微量凯氏定氮法测定蛋白质各组分含量。2结果与分析2.1氮素形式对小麦各器官官游离氨基酸含量的影响2.1.1花后不同时期中游离氨基酸含量的变化由表1可以看出,各施氮处理叶片中游离氨基酸含量均呈现以开花期为最高、之后持续降低的变化趋势。在开花及开花后各个时期,不同叶位叶片中游离氨基酸含量大小均表现为旗叶>倒二叶>倒三叶>倒四叶,差异显著。除花后30d外,其他时期中酰胺态氮处理旗叶、倒二叶中游离氨基酸含量最高。花后20d后,旗叶、倒二叶含量下降迅速,酰胺态氮处理比硝态氮处理多下降0.110和0.078mg·g-1,比铵态氮处理多下降0.098和0.120mg·g-1。倒三叶中,开花期硝态氮处理游离氨基酸含量最高,酰胺态氮处理次之,在花后10d、20d酰胺态氮处理游离氨基酸含量最高,花后20d后迅速下降,降幅较大,其两处理下降幅度较小。倒四叶中游离氨基酸含量变化趋势与倒三叶相似。说明酰胺态氮肥能够提高小麦灌浆前、中期叶片中游离氨基酸的积累,后期大量游离氨基酸含量的减少表明有更多的氮素向籽粒的运转,有利于籽粒蛋白质的合成。2.1.2酰胺态氮处理后各病理性质的变化茎和叶鞘中游离氨基酸含量的变化趋势与叶片相似,但整体降低幅度较小(表1)。茎中游离氨基酸含量、硝态氮处理和胺态氮处理在花后20～30d变化较小,酰胺态氮处理整体变化趋势明显,下降幅度较大。叶鞘中游离氨基酸含量,酰胺态氮处理相对于其他两个处理在开花期至花后10d,下降幅度较小,之后含量迅速下降。表明酰胺态氮处理下小麦茎和叶鞘中游离氨基酸后期滞留较少,向籽粒中的转移程度高,促进了籽粒蛋白质的合成。2.1.3开花期硝态氮处理及花后10d各处理中游离氨基酸含量的变化由表1可以看出,穗轴和颖壳中游离氨基酸含量的变化趋势表现为开花期之后逐渐升高,至花后10d达到最大值,之后下降。处理间游离氨基酸含量比较,开花期硝态氮处理最高,酰胺态氮处理最低,之后升高,在花后10d各处理含量均达到最高,之后逐渐下降,在花后30d达到最低。其中,酰胺态氮处理在花后10～20d较高,花后20～30d迅速下降。2.1.4游离氨基酸测定试验结果(表2)表明,花后10d籽粒中游离氨基酸含量最高,此后一直呈下降趋势,花后20～30d下降趋势变缓,随后又迅速下降,三个处理下降趋势基本一致。同一时期不同处理之间游离氨基酸含量动态变化存在差异。从花后10d到20d,以酰胺态氮处理的游离氨基酸含量最高;花后20d酰胺态氮处理游离氨基酸含量下降较缓,花后40d时高于其他处理,说明酰胺态氮处理在籽粒发育后期可为蛋白质合成提供较多的氮源。2.2不同处理对全氮含量的影响从表2可以看出,三个施氮处理的籽粒全氮含量在发育过程中都呈现“高-低-高”的变化趋势,在花后20d处于最低值,同期处理之间全氮含量存在差异。在整个籽粒发育过程中酰胺态氮处理的全氮含量在灌浆中后期一直最高,铵态氮处理的全氮含量一直最低。酰胺态氮处理在花后20d之前,全氮含量比铵态氮处理低,后期全氮含量高于铵态氮处理,这和籽粒发育后期酰胺态氮处理有较高浓度游离氨基酸含量相一致。2.3不同形态氮素处理对麦谷蛋白/醇溶蛋白的影响由表3可以看出,氮素形态对豫麦34籽粒蛋白组分含量影响明显。硝态氮处理球蛋白含量最高,与其他处理差异显著;铵态氮处理,醇溶蛋白和麦谷蛋白含量最高;而酰胺态氮处理,清蛋白含量最高,与其他处理间差异显著。3种形态氮素处理间麦谷蛋白/醇溶蛋白的比值差异均达到显著,其中酰胺态氮处理最高,达到1.209%。酰胺态氮处理的蛋白质含量最高,达到18.716%。3酰胺态氮处理对小麦籽粒品质的影响氨基酸是小麦植株氮化物的主要存在方式,是源库间实现氮素分配、运转、再分配的主要形式,也是合成籽粒蛋白质的底物。不同的栽培措施与耕作方式以及改变源库间平衡的因素均可影响小麦各器官的氨基酸及蛋白质含量。本研究结果表明,小麦叶片游离氨基酸含量在开花期达到最高,之后均呈现持续下降的趋势。而在同一时期不同叶位间其游离氨基酸含量分布较明显,主要集中在旗叶、倒二叶中,倒三叶、倒四叶中含量相对较少。茎和叶鞘中游离氨基酸含量的变化趋势与叶片相似,但整体降低幅度较小。穗轴和颖壳中游离氨基酸含量在花后10d达到最大值,之后含量下降。地上各器官中游离氨基酸含量比较,叶片较高,而茎和叶鞘较低。表明叶片是籽粒蛋白质合成所需氨基酸的主要来源之一,旗叶、倒二叶作为小麦的主要功能叶,特别是旗叶,作为小麦体内氮贮存与同化的主要营养器官,对籽粒产量与品质的贡献最大。处理间比较,花后30d前,各器官中游离氨基酸含量均以酰胺态氮处理最大(开化期倒四叶、穗轴和颖壳除外),开花后30d大部分以酰胺态氮处理最低,其他处理在不同籽粒发育时期含量互有高低。说明施用酰胺态氮肥能够促进小麦灌浆前、中期叶片中游离氨基酸的积累,后期游离氨基酸含量的大量减少,表明有更多的氮向籽粒运转,加速籽粒蛋白质的合成。籽粒中游离氨基酸含量变化表现为不断下降的趋势,全氮含量呈“高-低-高”的变化趋势。酰胺态氮处理在灌浆前、中期游离氨基酸含量最高,之后下降迅速;全氮含量在灌浆中后期最高。说明施用酰胺态氮肥能显著提高灌浆盛期籽粒游离氨基酸含量,而较高浓度的游离氨基酸含量更有利于籽粒的蛋白质合成。小麦籽粒