不同氮效率小麥氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性、籽粒蛋白質(zhì)含量及其對(duì)灌溉的響應(yīng)

何偉娜

（新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，河南 新鄉(xiāng) 453000）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物之一，也是我國(guó)人民主要的熱量來(lái)源和蛋白質(zhì)來(lái)源，其產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣直接關(guān)系著我國(guó)的糧食安全和人民的營(yíng)養(yǎng)健康［1］。隨著生活水平的提高以及食品行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)小麥品質(zhì)的要求越來(lái)越高，因而在關(guān)注提高小麥產(chǎn)量的同時(shí)，還應(yīng)重視改善小麥籽粒品質(zhì)［2］。蛋白質(zhì)含量是小麥重要的品質(zhì)指標(biāo)之一，直接關(guān)系到小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)［3］。張玉峰等［4］研究證明，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的高低受基因型和環(huán)境條件的共同影響，高蛋白小麥品種在多數(shù)環(huán)境條件下都能保持較高的蛋白質(zhì)含量；但也有研究認(rèn)為，相對(duì)于基因型的差異，環(huán)境對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響更大［5-6］。小麥籽粒蛋白質(zhì)形成是氮素吸收、積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的綜合作用結(jié)果，研究小麥氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性有利于提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，進(jìn)而改善小麥品質(zhì)［2］。不同小麥品種在氮素吸取和利用以及蛋白質(zhì)形成方面差異較大，可以通過(guò)改變小麥生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化［7-8］。王德梅等［9］研究表明，改變環(huán)境因素中的水分供應(yīng)狀況可以調(diào)節(jié)小麥的氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、分配，最終影響籽粒蛋白質(zhì)的形成。然而，目前有關(guān)不同氮效率小麥品種蛋白質(zhì)含量差異及其對(duì)灌溉的響應(yīng)研究較少。因此，以氮素生理低效（簡(jiǎn)稱氮低效）品種洛旱17、鑫華818 和氮素生理高效（簡(jiǎn)稱氮高效）品種百農(nóng)418、百農(nóng)419 為材料，在雨養(yǎng)和灌溉2 種水分條件下，研究不同氮效率小麥品種的氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性、蛋白質(zhì)含量及蛋白質(zhì)產(chǎn)量差異及其對(duì)灌溉的響應(yīng)，以期為小麥的高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及供試材料

試驗(yàn)于2016—2017 年在河南省新鄉(xiāng)市獲嘉縣照鏡鎮(zhèn)前李村進(jìn)行，試驗(yàn)田土壤為黏土，地下水位4～5 m，0～20 cm 土層土壤pH 值 8.1，有機(jī)質(zhì)含量12.1 g/kg，堿解氮含量55.2 mg/kg，速效磷含量8.3 mg/kg，速效鉀含量125.6 mg/kg。

供試小麥品種為洛旱17、鑫華818、百農(nóng)418、百農(nóng)419，其中洛旱17、鑫華818 為氮低效品種，百農(nóng)418、百農(nóng)419 為氮高效品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為水分處理，設(shè)雨養(yǎng)（全生育期不灌水）和灌溉（灌拔節(jié)水和孕穗水）2 個(gè)水平，副區(qū)為小麥品種，分別為洛旱17、鑫華818、百農(nóng) 418、百農(nóng) 419。小區(qū)面積 9 m2，重復(fù) 3 次。2016 年10 月 16—17 日播種，四葉期分別定苗至 240 萬(wàn)苗/hm2。基肥 N、P2O5、K2O 用量分別為 120、120、120 kg/hm2，在整地前一次性施入，拔節(jié)期追施氮肥120 kg/hm2。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀。小麥生育期共降雨196 mm，與常年平均降水量（201 mm）相當(dāng)，屬于正常年份。其他管理同常規(guī)大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 小麥植株氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)特性 分別于小麥開(kāi)花期和成熟期調(diào)查單位面積莖蘗數(shù)，同時(shí)在每個(gè)小區(qū)取具有代表性的小麥植株樣品20 株，統(tǒng)計(jì)莖孽數(shù)后于105 ℃殺青30 min，之后將開(kāi)花期植株樣品分成莖葉鞘（簡(jiǎn)稱莖葉）和穗兩部分，將成熟期植株樣品分成莖葉鞘、穗軸+穎殼（簡(jiǎn)稱穎殼）、籽粒三部分，將殺青后的植株樣品于65 ℃烘至恒質(zhì)量，測(cè)定干質(zhì)量并計(jì)算干物質(zhì)積累量。樣品粉碎后用H2SO4-H2O2法消解—?jiǎng)P氏定氮法測(cè)定全氮含量。

某器官的氮素積累量為該器官干物質(zhì)積累量與全氮含量之積，某一時(shí)期氮素積累量為該時(shí)期各器官氮素積累量之和［10］。

參照霍中洋等［10］的方法計(jì)算小麥氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)指標(biāo)：

花前莖葉（穗）氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量=開(kāi)花期莖葉（穗）氮素積累量-成熟期莖葉（穎殼）氮素積累量，

花前氮素總轉(zhuǎn)運(yùn)量=開(kāi)花期氮素積累量-成熟期莖葉氮素積累量-成熟期穎殼氮素積累量，

花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率=花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮素積累量×100%，

花后氮素積累量=成熟期氮素積累量-開(kāi)花期氮素積累量。

1.3.2 籽粒蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量 籽粒蛋白質(zhì)含量（%）=籽粒全氮含量×5.7，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量（kg/hm2）=籽粒氮素積累量×5.7。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮效率小麥品種的氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性及其對(duì)灌溉的響應(yīng)

由表1 可以看出，雨養(yǎng)條件下，氮低效小麥品種莖葉花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量高于氮高效品種，平均提高20.43%，穗花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量在相同氮效率類型不同品種間差異較大，但在不同氮效率類型小麥品種間的差異不大；氮低效和氮高效小麥品種花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率差異不大，且均超過(guò)85.00%，說(shuō)明小麥氮素積累主要來(lái)自于花前；氮低效品種花后氮素積累量較氮高效品種提高37.01%。

表1 不同氮效率小麥的氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性及其對(duì)灌溉的響應(yīng)

與雨養(yǎng)條件相比，灌溉可提高氮低效小麥品種莖葉和穗花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量，但對(duì)氮高效小麥品種的影響品種間表現(xiàn)不同。對(duì)氮低效小麥品種進(jìn)行灌溉可提高花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，降低花后氮素積累量，降幅達(dá)51.15%；而對(duì)氮高效小麥品種進(jìn)行灌溉則會(huì)大幅降低花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，使花后氮素積累量增加274.80%。

氮高效小麥品種花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量在雨養(yǎng)和灌溉條件下分別較氮低效小麥品種降低15.08% 和10.71%；花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率在雨養(yǎng)條件下較氮低效小麥品種增加2.2%，在灌溉條件下較氮低效小麥品種降低22.56%；花后氮素積累量在雨養(yǎng)條件下較氮低效小麥品種降低27.01%，在灌溉條件下則增加460.00%。

2.2 不同氮效率小麥品種成熟期的氮素積累量及其對(duì)灌溉的響應(yīng)

由表2 可以看出，雨養(yǎng)條件下，氮低效、氮高效小麥品種的地上部氮素積累量分別為199.5～213.3、141.1～155.1 kg/hm2，氮高效小麥品種地上部氮素積累量平均較氮低效小麥品種降低28.25%，其中莖葉、穎殼氮積累量分別降低61.98%、48.90%。氮低效、氮高效小麥品種籽粒氮積累量分別為148.3～150.4、117.9～131.5 kg/hm2，氮低效小麥品種籽粒氮積累量平均較氮高效小麥品種增加19.81%。

表2 不同氮效率小麥成熟期氮素積累量及其對(duì)灌溉的響應(yīng) kg/hm2

與雨養(yǎng)條件相比，灌溉后洛旱17、鑫華818、百農(nóng)418 和百農(nóng)419 的莖葉氮積累量分別提高47.06%、-4.26%、273.05%和137.04%，穎殼氮積累量分別提高52.99%、11.54%、276.92%和163.51%，籽粒氮積累量分別提高-2.73%、5.26%、36.30%和44.03%；與雨養(yǎng)條件相比，灌溉后氮低效小麥品種和氮高效小麥品種成熟期氮素積累量分別提高6.59% 和67.05%。可見(jiàn)，與氮低效小麥品種相比，雨養(yǎng)條件下氮高效小麥品種成熟期地上部及各器官的氮素積累量較低，但灌溉后氮高效小麥品種的氮素積累量增幅明顯大于氮低效小麥品種。

2.3 不同氮效率小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量及其對(duì)灌溉的響應(yīng)

由表3 可以看出，雨養(yǎng)條件下氮低效小麥品種洛旱17 和鑫華818 的籽粒蛋白質(zhì)含量分別為17.3%和15.2%，氮高效小麥品種百農(nóng)418 和百農(nóng)419 的籽粒蛋白質(zhì)含量分別為14.4%和14.3%；氮高效小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量平均較氮低效小麥品種降低11.66%。雨養(yǎng)條件下洛旱17、鑫華818、百農(nóng)418 和百農(nóng)419 籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別為857.0、845.3、672.0、749.4 kg/hm2，氮低效小麥品種的籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量平均較氮高效小麥品種提高19.77%。

表3 不同氮效率小麥的籽粒蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量及其對(duì)灌溉的響應(yīng)

與雨養(yǎng)條件下相比，灌溉條件下氮低效和氮高效小麥品種的籽粒蛋白質(zhì)含量分別降低13.50% 和3.47%，氮高效小麥品種的降幅小于氮低效小麥品種；灌溉后氮低效小麥品種籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量與雨養(yǎng)條件下變化不大，而氮高效小麥品種籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量較雨養(yǎng)條件下增加40.37%。

3 結(jié)論與討論

如何提高小麥的氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性，并促進(jìn)氮素在籽粒中的分配，進(jìn)而提高小麥品質(zhì)是當(dāng)前廣大科技工作者關(guān)注的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。劉鵬鵬等［6］研究發(fā)現(xiàn)，基因型、環(huán)境及其互作對(duì)冬小麥蛋白質(zhì)含量有顯著影響，且效應(yīng)表現(xiàn)為環(huán)境＞互作＞基因型；張敏等［11］研究指出，減少灌水能促進(jìn)強(qiáng)筋小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，使籽粒蛋白質(zhì)含量升高；孫敏等［12］研究表明，高氮吸收型小麥品種秦麥11 灌漿期蛋白質(zhì)及其組分含量均大于低氮吸收型小麥品種揚(yáng)9817。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)氮低效小麥品種而言，灌溉有利于增加小麥花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，但會(huì)降低籽粒蛋白質(zhì)含量；對(duì)氮高效小麥品種而言，灌溉降低了花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，增加花后氮素積累量，籽粒蛋白質(zhì)含量主要受品種遺傳的影響較大，受灌溉影響相對(duì)較小，蛋白質(zhì)產(chǎn)量則主要受灌溉條件的控制。生產(chǎn)上應(yīng)該根據(jù)小麥氮素生理效率的高低采用不同的灌溉措施，以保障或提高小麥蛋白質(zhì)含量。