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小麦产量与品质对灌浆不同阶段高温胁迫的响应

李永庚, 于振文, 张秀杰, 高雷明

植物生态学报 2005, 29 (3): 461-466. DOI: 10.17521/cjpe.2005.0061

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利用人工环境控制室对盆栽冬小麦 (品种 :‘济南 17’和‘鲁麦 2 1’) (Triticumaestivumcv.‘Ji′nan17’and‘Lumai2 1’) 分别在子粒灌浆前期、中期和后期进行了 2 5℃ / 35℃ (夜 /昼 ) 的高温胁迫处理, 以生长在 2 0℃ / 30℃ (夜 /昼 ) 环境中的小麦为对照, 研究了灌浆期不同阶段高温胁迫对小麦产量和品质的影响。结果发现 :1) 子粒蛋白质积累速率在高温处理期间显著提高 (p<0.0 5 ), 但高值持续期缩短, 并最终造成植株氮素积累量减少, 氮素收获指数降低 (p <0.0 5 ) 。 2 ) 小麦蛋白质的组成和品质对不同灌浆阶段的响应存在显著差异, 前期高温胁迫导致麦谷蛋白 /醇溶蛋白的比值以及麦谷蛋白大聚合体 (GMP) 含量增加, 标志蛋白质和淀粉品质的湿面筋含量升高、沉降值增加、膨胀势和高峰粘度等指标也显著提高 ;灌浆中期高温却导致上述指标降低 ;灌浆后期高温在造成粒重减小、产量降低和淀粉品质下降的同时, 却有利于蛋白质含量的提高。 3) 小麦淀粉积累的形成与蛋白质品质的形成是两个既相互联系又相互独立的过程, 高温条件下子粒蛋白质含量的升高是淀粉积累量减少造成的。

品种 Cultivar	处理 Treatments	容重 Test weight (g·L^-1)	淀粉品质指标 Starch quality parameters		蛋白质品质指标 Protein quality parameters
品种 Cultivar	处理 Treatments	容重 Test weight (g·L^-1)	膨胀势 Swelling power (g·g^-1)	高峰粘度 PeakVisc. (RVU)	蛋白质含量 Protein contents (%)	湿面筋含量 Wet gluten contents (%)	沉降值 Sedimentation volume (ml)
‘济南17’ ‘Ji'nan 17’	T0	778^bA	6.84^bB	202.00^bB	13.27^cB	41.34^cC		49.6^bB
	T1	783^aA	8.04^aA	209.33^aA	14.26^bA	43.42^bB		56.8^aA
	T2	769^cB	6.00^cC	196.92^cB	13.30^cB	41.43^cC		47.9^cC
	T3	768^cB	5.54^dD	195.22^cB	14.39^aA	46.83^aA		46.7^dD
‘鲁麦21’ ‘Lumai 21’	T0	802^aA	8.84^bB	240.25^bB	11.56^cB	32.95^bB		34.9^bB
	T1	803^aA	9.64^aA	246.25^aA	12.66^bA	33.08^bB		39.5^aA
	T2	789^bA	8.00^cC	235.50^cC	11.58^cB	31.72^cC		33.4^cC
	T3	788^bA	7.94^cC	229.83^dC	13.01^aA	34.07^aA		33.0^cC

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表2 灌浆期不同阶段分别处在不同温度下的 ‘济南17’ 和 ‘鲁麦21’的淀粉和蛋白质品质

正文中引用本图/表的段落

容重是国家收购小麦时重要的定级依据, 是子粒大小、形状、整齐度、腹沟深浅、胚乳质地的综合反映, 与出粉率显著正相关。高温胁迫后子粒容重降低, 其中灌浆中期和后期高温胁迫对子粒容重的影响更为明显 (p<0.05) (表2) 。

膨胀势是指小麦面粉在达到糊化温度后的吸水特性, 膨胀势高有利于加工优质的面条或水饺 (McCormick & Panozzo, 1991) 。利用快速粘度仪可以测定面粉的高峰粘度, 它与淀粉品质和面条的加工品质关系最为密切, 一般表现为高峰粘度高, 淀粉的品质和面条的加工品质就好 (Bhattacharya,1996) 。灌浆前期经历高温胁迫的小麦的膨胀势和高峰粘度显著升高 (p<0.05) 。灌浆中期和后期的高温胁迫则造成膨胀势和高峰粘度显著降低。高温胁迫也导致蛋白质和湿面筋含量升高, 其中灌浆前期和后期高温对子粒蛋白质和湿面筋含量的影响较为明显 (p<0.05), 而灌浆中期高温胁迫的影响并不显著 (表2) 。

沉降值是单位重量的面粉或全麦粉在弱酸条件下, 经水合作用, 形成絮状沉淀物的体积, 其数值高时蛋白质品质表现较好。在灌浆前期高温处理的小麦沉降值显著升高 (p<0.05), 而灌浆中、后期高温处理的沉降值显著降低 (p<0.05) (表2) 。

本研究的控温试验把小麦子粒灌浆期分为3个阶段进行研究, 即在子粒灌浆的前期、中期和后期分别进行了高温胁迫处理。结果发现, 不同灌浆阶段高温胁迫下小麦蛋白质积累量减少 (图2A) 和氮素收获指数降低 (图2B), 子粒中蛋白质积累速率在高温期内加快, 但高值持续期缩短 (图1AB) 。子粒蛋白质的组成对不同灌浆阶段高温的响应存在显著差异, 前期高温导致麦谷蛋白/醇溶蛋白的比值增加 (图3C) 、GMP含量升高 (图3C) 、沉降值增加 (表2) ;而灌浆中后期高温却导致上述三项指标显著降低。

根据前人的研究结果, 当日最高气温超过32 ℃后, 小麦产量降低、品质下降 (Stone & Nicolas, 1994;Blumenthal et al.1991;Wrigley et al.1994), 本研究结果表明, 当小麦在子粒灌浆前期经历了10 d 35 ℃的高温胁迫后, 小麦的穗粒数、粒重和产量显著降低, 但标志品质优劣的膨胀势、高峰粘度、湿面筋含量和沉降值升高;而灌浆中后期高温条件下上述指标均显著降低。这表明小麦产量和品质的形成是一个既相互联系又相互独立的过程。从本研究的结果来分析, 子粒灌浆前期的高温对小麦产量影响没有后期明显 (图4B、C), 但对提高淀粉品质却较为有利 (表2) ;灌浆中期高温不仅造成粒重和产量的显著降低 (图4B、C), 而且还导致品质的降低 (表2) ;灌浆后期高温在造成粒重减小、产量降低和品质下降的同时, 却有利于蛋白质含量的提高 (表2) 。这表明小麦淀粉的积累与品质的形成是两个既相互联系又相互独立的过程, 高温条件下子粒蛋白质含量的升高是淀粉积累量减少造成的。

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