晉中晚熟冬麥區(qū)小麥品種籽粒蛋白質(zhì)積累特性差異研究

崔辰明，孫 敏，黃 磊

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

在我國(guó)，小麥?zhǔn)莾H次于玉米的第二大糧食作物。小麥提供人類消耗蛋白質(zhì)總量的20.3%，熱量的18.6%，食物總量的11.1%，超過其他任何作物，而小麥籽粒發(fā)育過程中蛋白質(zhì)的積累規(guī)律對(duì)優(yōu)質(zhì)小麥栽培措施的制定及優(yōu)質(zhì)小麥品種的選育都有重要的理論和實(shí)踐意義，因此，前人對(duì)小麥籽粒發(fā)育過程中蛋白質(zhì)的積累規(guī)律方面進(jìn)行了很多研究。田紀(jì)春等[1-3]研究表明，在小麥籽粒灌漿成熟過程中，各品種蛋白質(zhì)含量的變化規(guī)律基本一致，呈高—低—高的變化趨勢(shì)。小麥籽粒發(fā)育初期蛋白質(zhì)含量較高，隨著籽粒發(fā)育其含量逐漸降低，到開花后20 d左右降至低谷，以后又逐漸上升。孫振綱等[4]對(duì)小麥品質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在一定溫度范圍內(nèi)，較高的溫度有利于籽粒蛋白質(zhì)的形成和積累。Pelton等[5-8]對(duì)蛋白質(zhì)各組分的動(dòng)態(tài)變化研究表明，清蛋白和球蛋白表現(xiàn)為隨籽粒發(fā)育從高到低的變化，而醇溶蛋白和谷蛋白表現(xiàn)為從低到高的變化。在籽粒發(fā)育前期，籽粒蛋白質(zhì)中主要是清蛋白和球蛋白，而后期主要是醇溶蛋白和谷蛋白。成熟籽粒中，各組分積累量大小依次為谷蛋白（32.80%）＞醇溶蛋白（25.15%）＞清蛋白（18.78%）＞球蛋白（14.09%）＞殘余蛋白（9.16%），有時(shí)醇溶蛋白大于谷蛋白[9]。Banziger等[10]對(duì)蛋白質(zhì)的積累研究表明，各組分間快速增長(zhǎng)期的出現(xiàn)及經(jīng)歷時(shí)間的長(zhǎng)短差異較大，清蛋白快速增長(zhǎng)期為開花后第8～20天，谷蛋白為花后第12～32天，醇溶蛋白為開花后第16～32天；球蛋白在整個(gè)灌漿期均趨于較平穩(wěn)的上升，谷蛋白、醇溶蛋白快速增長(zhǎng)期出現(xiàn)較晚，經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)，積累量較多。

為進(jìn)一步了解不同品種小麥籽粒形成的生理機(jī)制，本試驗(yàn)對(duì)不同小麥品種籽粒蛋白質(zhì)積累特性的差異進(jìn)行了研究，旨在為小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2007—2009年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，采用大田試驗(yàn)，土壤肥力中等，20 cm土層內(nèi)全氮含量0.120%，速效氮84.62mg/kg，速效磷45.81mg/kg，速效鉀53.12mg/kg，有機(jī)質(zhì)7.41 g/kg。試驗(yàn)單因素隨機(jī)排列，設(shè)040018-19，山農(nóng) 121（SN121），長(zhǎng)治 9578（CZ9578），農(nóng)大 189（ND189），山農(nóng) 129（SN129）共 5個(gè)處理。同時(shí)基施氮（尿素）、磷、鉀肥，氮、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥施用量分別為 140，150，150 kg/hm2。9 月 28 日播種，基本苗 225×104株 /hm2，行距 20 cm，人工條播，小區(qū)面積16m2，重復(fù)3次。

開花期選擇同天開花、大小均勻的穗掛牌標(biāo)記，于開花后每隔5 d取樣1次，直至成熟，每次取30穗，80℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎后測(cè)定蛋白質(zhì)及其組分含量。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 籽粒蛋白質(zhì)及組分含量測(cè)定 籽粒磨碎后，用H2SO4-H2O2-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定籽粒含氮率，含氮率×5.7即為蛋白質(zhì)含量。籽粒蛋白質(zhì)組分的測(cè)定采用連續(xù)提取法進(jìn)行。

1.2.2 成熟期考種及產(chǎn)量測(cè)定 成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、每穗平均粒數(shù)及千粒質(zhì)量，每小區(qū)取20株測(cè)定生物產(chǎn)量，收割2m2計(jì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和SAS 9.0軟件進(jìn)行計(jì)算、繪圖與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的差異

從表1可以看出，不同小麥品種籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量之間的差異不同。

表1 不同小麥品種籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的差異

從表1還可以看出，不同小麥品種籽粒清蛋白含量的差異表現(xiàn)為：農(nóng)大189，山農(nóng)129，040018-19這3個(gè)品種間清蛋白含量差異不顯著，其他2個(gè)品種間差異顯著，且山農(nóng)121含量最高，長(zhǎng)治9578含量最低。在籽粒球蛋白含量方面，山農(nóng)129和農(nóng)大189差異不顯著，其他品種間差異達(dá)到顯著水平，且以山農(nóng)121含量最高，長(zhǎng)治9578含量最低。在籽粒醇溶蛋白含量方面，山農(nóng)129和040018-19這2個(gè)品種差異不顯著，其他品種間差異達(dá)到顯著水平，以山農(nóng)121含量最高，長(zhǎng)治9578含量最低。在籽粒谷蛋白含量方面，農(nóng)大189和山農(nóng)121差異不顯著，且含量最高，040018-19和長(zhǎng)治9578差異亦不顯著，且含量最低。在籽粒蛋白質(zhì)含量方面，山農(nóng)129和山農(nóng)121這2個(gè)品種差異不顯著，其他品種間差異均達(dá)到顯著水平，且以農(nóng)大189含量最高，長(zhǎng)治9578含量最低。分析不同小麥品種籽粒谷醇比的差異可以看出，農(nóng)大189和山農(nóng)121谷醇比差異不顯著，且比值最高，040018-19和長(zhǎng)治9578谷醇比差異亦不顯著，且比值最低。

由此可以看出，農(nóng)大189和山農(nóng)121的蛋白質(zhì)組分含量均保持較高，且山農(nóng)121略高于農(nóng)大189；長(zhǎng)治9578的蛋白質(zhì)含量低，可能是由于其蛋白質(zhì)組分均保持最低水平。農(nóng)大189和山農(nóng)121的谷醇比顯著高于其他品種。由此可見，農(nóng)大189和山農(nóng)121品質(zhì)較好，長(zhǎng)治9578品質(zhì)較差。

2.2 籽粒蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的差異

從圖1可以看出，不同小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，均呈現(xiàn)“高—低—高”的“V”型變化特征，5個(gè)品種均在花后15 d籽粒蛋白質(zhì)含量最低。

雖然小麥籽粒蛋白質(zhì)含量積累變化動(dòng)態(tài)基本一致，但不同品種之間存在差異。分析圖1可以得出，山農(nóng)121在灌漿前期下降速度較快，花后15 d時(shí)蛋白質(zhì)含量最低，灌漿后期其蛋白質(zhì)含量迅速回升，曲線波動(dòng)大；農(nóng)大189在灌漿期間蛋白質(zhì)含量始終高于山農(nóng)121。農(nóng)大189蛋白質(zhì)含量高的原因，可能是其灌漿期間蛋白質(zhì)含量保持最高且曲線波動(dòng)不大；長(zhǎng)治9578蛋白質(zhì)含量低，可能是由于其灌漿期間蛋白質(zhì)含量低的結(jié)果。

2.3 籽粒蛋白質(zhì)組分動(dòng)態(tài)變化的差異

分析圖2不同小麥品種籽粒清蛋白含量動(dòng)態(tài)變化的差異可得出，長(zhǎng)治9578在整個(gè)灌漿過程中，清蛋白含量最低，山農(nóng)121最高；5個(gè)小麥品種均在花后5～10 d迅速下降，花后10～20 d下降緩和，開花20 d以后趨于平緩。

分析圖3不同小麥品種籽粒球蛋白含量動(dòng)態(tài)變化的差異得出，山農(nóng)121灌漿前期下降較快，后期迅速回升，曲線波動(dòng)較大；長(zhǎng)治9578在整個(gè)灌漿過程中，球蛋白含量均保持最低；040018-19，山農(nóng)129，農(nóng)大189曲線波動(dòng)較小。

分析圖4不同小麥品種籽粒醇溶蛋白含量動(dòng)態(tài)變化的差異可得出，長(zhǎng)治9578在整個(gè)灌漿過程中，醇溶蛋白含量均保持最低；山農(nóng)121在灌漿前期增加較緩慢，后期增加較快，曲線波動(dòng)較大；其余3個(gè)小麥品種農(nóng)大189、山農(nóng)129和040018-19變化趨勢(shì)一致。

從圖5不同小麥品種籽粒谷蛋白含量動(dòng)態(tài)變化的差異可看出，山農(nóng)121在整個(gè)灌漿過程中，谷蛋白含量均保持最高；而長(zhǎng)治9578在整個(gè)灌漿過程中，谷蛋白含量均保持最低；其余3個(gè)小麥品種變化趨勢(shì)一致。

山農(nóng)121在灌漿期間蛋白質(zhì)含量的曲線波動(dòng)較大，這可能是由于其蛋白質(zhì)組分含量曲線波動(dòng)較大的結(jié)果；長(zhǎng)治9578灌漿期間蛋白質(zhì)含量低，這可能是因?yàn)槠涞鞍踪|(zhì)的組分含量均保持最低所致。

3 結(jié)論與討論

不同小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，均呈現(xiàn)“高—低—高”的“V”型變化特征；不同小麥品種均在花后15 d籽粒蛋白質(zhì)含量最低。不同小麥品種籽粒蛋白質(zhì)組分含量的積累規(guī)律亦一致，在籽粒灌漿始期籽粒清蛋白的含量較高，隨籽粒發(fā)育成熟逐漸下降；籽粒球蛋白含量在整個(gè)籽粒發(fā)育成熟過程中始終較低，花后15 d達(dá)到最低，而后有所回升；籽粒醇溶蛋白和谷蛋白含量皆隨籽粒發(fā)育成熟逐漸升高。楊延兵等[11]研究了不同品質(zhì)類型小麥籽粒游離氨基酸、蛋白質(zhì)及其組分的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果表明，籽粒發(fā)育前期蛋白質(zhì)含量較高；到籽粒灌漿期，蛋白質(zhì)相對(duì)含量下降；到籽粒發(fā)育后期蛋白質(zhì)含量又逐漸上升，這種蛋白質(zhì)合成動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)“高—低—高”的變化趨勢(shì)，與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。

在灌漿期間，農(nóng)大189蛋白質(zhì)含量保持較高，顯著高于其他品種，這與高蛋白品種農(nóng)大189蛋白質(zhì)含量高相一致。山農(nóng)129和040018-19的蛋白質(zhì)組分含量顯著低于農(nóng)大189。山農(nóng)121蛋白質(zhì)含量在灌漿前期下降速度較快，花后15 d時(shí)蛋白質(zhì)含量最低，灌漿后期其蛋白質(zhì)含量迅速回升，曲線波動(dòng)大；整個(gè)灌漿過程中，清蛋白含量最高，球蛋白含量前期下降較快，后期迅速回升，曲線波動(dòng)較大，醇溶蛋白含量前期增加較緩慢，后期增加較快，曲線波動(dòng)較大；谷蛋白含量均保持最高。長(zhǎng)治9578的蛋白質(zhì)組分含量均保持最低水平；灌漿期間其蛋白質(zhì)組分含量均保持最低，其清蛋白含量、球蛋白含量、醇溶蛋白含量、谷蛋白含量亦保持最低。

由此可以得出，在蛋白質(zhì)形成中，灌漿期間的蛋白質(zhì)組分含量是影響小麥品質(zhì)的一個(gè)因素。如果灌漿期間蛋白質(zhì)組分含量保持較高水平，小麥品質(zhì)就好；灌漿期間的蛋白質(zhì)組分含量保持較低水平，小麥品質(zhì)就差。蛋白質(zhì)組分含量是影響蛋白質(zhì)含量高低的重要因素。

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