高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒谷蛋白大聚合体、淀粉粒度分布和品质性状的影响

摘要

本文以两个不同品质类型小麦品种（郑麦366和豫农949）为材料，连续2年采用盆栽方式与人工气候室模拟高温相结合的方法，研究了灌浆期不同时段（前期和中期）高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉粒度分布、谷蛋白大聚合体(Glutenin macropolymer, GMP)粒度分布及籽粒氮代谢关键酶活性的影响，分析不同逆境胁迫下小麦淀粉组成与特性、蛋白质含量与组成和产量的变化，旨在探讨逆境胁迫影响小麦籽粒淀粉和蛋白质品质的内在机制与范围，为小麦抗逆调优高产栽培提供理论依据。
　　其主要研究结果如下:
　　一、小麦籽粒淀粉粒度分析结果表明，淀粉粒数目分布表现为单峰曲线，而体积和表面积均表现为双峰分布。逆境胁迫主要影响小麦籽粒淀粉粒体积和表面积分布，对淀粉粒数目分布的影响较小。在高温、干旱及其复合胁迫下，强筋小麦品种郑麦366的＞9.9μm淀粉粒（A型）体积百分比显著下降，＜2.8μm的淀粉粒表面积百分比显著下降，而2.8-5.8μm和5.8-9.9μm的淀粉粒体积百分比显著升高。中筋小麦豫农949的＞9.9μm（A型）淀粉粒体积和表面积百分比显著升高，2.8-5.8μm和5.8-9.9μm的淀粉粒体积百分比显著降低。两品种比较，强筋小麦郑麦366籽粒淀粉粒体积分布受逆境胁迫的影响较大。不同处理比较，前期高温干旱复合胁迫(HT1+DS)＞前期高温胁迫（花后8～11 d，HT1）＞干旱胁迫(DS)＞中期高温胁迫（花后18～21 d，HT2）＞中期高温干旱复合胁迫(HT2+DS)。结合电镜扫描观察发现，前期高温干旱复合胁迫下淀粉粒明显变形、体积减小。
　　二、灌浆期高温、干旱及其复合胁迫显著影响小麦籽粒淀粉含量、组成和淀粉特性:使籽粒直链淀粉、支链淀粉及总淀粉含量均下降，但对直链淀粉的影响较小，因此使直/支比升高。不同胁迫处理对淀粉糊化特性参数（峰值粘度、低谷粘度、终结粘度、稀懈值和回生值）及膨胀势的影响存在差异:干旱胁迫使强筋小麦郑麦366的糊化特性参数显著升高、膨胀势降低，而使中筋小麦豫农949的糊化特性参数显著降低，膨胀势升高;但高温处理和高温干旱复合胁迫下，两品种的糊化特性参数及膨胀势均降低。两品种比较，中筋小麦豫农949淀粉含量及淀粉特性更易受逆境胁迫的影响。不同处理相比，高温胁迫的影响明显大于干旱处理，高温干旱复合胁迫具有明显的叠加效应。从不同时期高温处理看，前期影响大于中期。
　　三、籽粒淀粉粒度分布与淀粉含量的相关分析结果表明，总淀粉、直链和支链淀粉含量与＞9.9μm（A型）淀粉粒体积和表面积分布均呈极显著的负相关，与2.8-5.8μm的淀粉粒体积和表面积百分比呈极显著的正相关。表明淀粉粒体积和表面积分布对淀粉含量及其组分的影响较大，淀粉粒数目百分比主要影响直链淀粉含量。籽粒淀粉粒度分布与淀粉糊化特性也有一定的相关性，其中淀粉粒数目分布与糊化特性的关系较密切。研究结果还表明，膨胀势、糊化特性参数（峰值粘度、终结粘度、稀懈值和回生值）与支链淀粉和总淀粉含量极显著或显著正相关，但与直/支比极显著或显著负相关。上述结果表明，逆境胁迫通过改变籽粒淀粉粒度分布发生改变，影响支链淀粉和总淀粉含量，改变淀粉直/支比，进而影响了淀粉品质特性。
　　四、灌浆期高温、干旱及其复合胁迫均使两品种总蛋白质含量显著提高，灌浆前期高温、高温干旱复合胁迫和干旱胁迫均导致谷/醇比显著下降，而中期高温及高温干旱复合胁迫使谷/醇比显著升高。籽粒蛋白质含量及组成对面粉色泽有重要影响，L*与总蛋白质含量、球蛋白和谷蛋白含量极显著或显著负相关，与谷/醇比显著正相关。a*与总蛋白质和谷蛋白含量均极显著正相关，b*与总蛋白质和球蛋白、谷蛋白含量显著或极显著正相关，与谷/醇比显著负相关。可见逆境胁迫下，总蛋白质含量升高及组成变化，影响面粉L*、a*和b*值，并最终影响面粉色泽。
　　五、灌浆期高温、干旱及其复合胁迫使两品种籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)和谷丙转氨酶(GPT)活性升高。相关分析表明，籽粒GS和GPT活性与醇溶蛋白含量呈极显著正相关，籽粒GPT活性与总蛋白含量呈极显著正相关，籽粒GS活性与谷/醇比显著负相关。表明高温、干旱及其复合胁迫下，籽粒GS和GPT活性变化影响醇溶蛋白含量及谷/醇比，从而影响蛋白质含量。
　　六、灌浆期高温、干旱及其复合胁迫影响小麦籽粒谷蛋白大聚合体(GMP)积累，使成熟期籽粒GMP含量升高。不同胁迫对GMP粒度分布的影响存在品种间差异:强筋小麦郑麦366 GMP小颗粒(＜10μm)所占比例（体积、表面积）降低，大颗粒（＞100μm）所占比例升高;而中筋小麦豫农949则相反。高温、干旱及其复合胁迫对两品种籽粒GMP数目分布的影响均较小。相关分析结果表明，GMP含量、蛋白质含量与＜10μm的GMP颗粒体积、表面积百分比及＜100μm的GMP颗粒表面积百分比呈极显著或显著负相关，与10-100μm和＞100μm的GMP颗粒表面积百分比呈极显著或显著的正相关。说明逆境胁迫主要通过影响GMP大小颗粒体积、表面积分布，从而影响GMP含量和蛋白质含量。
　　七、高温、干旱及其复合胁迫使小麦灌浆速率降低，从而降低千粒重、穗粒重和产量。高温干旱复合胁迫下、，籽粒灌浆期缩短6d，对产量的影响较单一因子胁迫严重，表现出明显的叠加效应。同时，逆境胁迫亦导致小麦籽粒蛋白质和淀粉产量下降。其中郑麦366更易受高温胁迫的影响，豫农949受干旱胁迫的影响较大。蛋白质和淀粉是小麦产量的主要组成部分，对产量形成有重要影响。穗粒数、穗粒重、千粒重和盆产量与淀粉含量、淀粉产量及蛋白质产量均极显著正相关，与蛋白质含量极显著负相关。因此，高温、干旱及其复合胁迫下，淀粉和蛋白质积累受抑制是造成粒重和产量下降的重要原因。

目录

声明

摘要

中英文缩写

综述 高温和干旱胁迫对小麦籽粒淀粉和蛋白质品质影响的研究进展

1 高温和干旱胁迫对小麦籽粒淀粉品质的影响

1．1 小麦籽粒淀粉组成及特性与品质的关系

1．2 高温和干旱胁迫对小麦籽粒淀粉品质的影响

2 高温和干旱胁迫对小麦籽粒蛋白质品质的影响

2．1 小麦籽粒蛋白质含量、组成及其理化特性与品质的关系

2．2 氮代谢关键酶与蛋白质积累的关系

2．3 高温和干旱胁迫对小麦籽粒蛋白质品质的影响

3 高温和干旱胁迫对小麦籽粒产量的影响

3．1 高温胁迫对产量的影响

3．2 干旱胁迫对产量的影响

引言

第一章 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉粒度分布的影响

1 材料与方法

1．1 供试材料与试验设计

1．2 测定项目与方法

1．3 数据分析

2 结果与分析

2．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉粒度分布的影响

2．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对郑麦366淀粉粒形态的影响

2．3 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉组成的影响

2．4 小麦籽粒淀粉粒度分布与淀粉组成的相关性分析

3 结论与讨论

3．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉粒度分布和形态的影响

3．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉含量的影响

3．3 小麦籽粒淀粉粒度分布与淀粉含量的关系

第二章 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉特性的影响

1 材料与方法

1．1 供试材料与试验设计

1．2 测定项目与方法

2 结果与分析

2．1 灌浆前期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉糊化特性的影响

2．2 灌浆前期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉膨胀势的影响

2．3 小麦籽粒淀粉糊化特性、膨胀势及淀粉粒度分布的相关性分析

2．4 小麦籽粒淀粉糊化特性、膨胀势及淀粉含量的相关性分析

3 结论与讨论

3．1 灌浆前期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉特性的影响

3．2 小麦籽粒淀粉特性与淀粉粒度分布的关系

3．3 小麦籽粒淀粉特性与淀粉组成的关系

第三章 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒蛋白质含量及其组成的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定项目与方法

1．3 数据分析

2 结果与分析

2．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒蛋白质含量及其组分的影响

2．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对面粉色泽的影响

2．3 小麦籽粒蛋白质含量及其组成与面粉色泽的相关性分析

3 结论与讨论

3．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒蛋白质含量及其组成的影响

3．2 面粉色泽与籽粒蛋白质含量及其组成的关系

第四章 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒氮代谢关键酶活性的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定项目与方法

1．3 数据分析

2 结果与分析

2．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒GS活性的影响

2．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒GPT活性的影响

2．3 小麦籽粒GS和GPT活性与成熟期籽粒蛋白质含量及其组分的关系

3 结论与讨论

3．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒GS和GPT活性的影响

3．2 小麦籽粒GS和GPT活性与蛋白质含量及其组成的关系

第五章 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒谷蛋白大聚合体(GMP)含量及其粒度分布的影响

1 材料与方法

1．1 供试材料与试验设计

1．2 测定项目与方法

1．3 统计分析

2 结果与分析

2．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒GMP粒度分布的影响

2．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对籽粒GMP含量的影响

2．3 GMP粒度分布与成熟期GMP和蛋白质含量的相关分析

3 结论与讨论

3．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对GMP含量的影响

3．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对GMP粒度分布的影响

3．3 谷蛋白大聚合体(GMP)粒度分布与GMP和蛋白质含量的关系

第六章 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒产量及构成的影响

1 材料与方法

1．1 供试材料与试验设计

1．2 测定项目与方法

2 结果与分析

2．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒灌浆进程的影响

2．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉产量的影响

2．3 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒蛋白质产量的影响

2．4 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒产量构成的影响

3、结论与讨论

3．1 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒产量及构成的影响

3．2 灌浆期高温、干旱及其复合胁迫对小麦籽粒淀粉和蛋白质产量的影响

结论与讨论

1 结论

2 讨论

2．1 高温和干旱胁迫下小麦籽粒淀粉粒度分布与品质的关系

2．2 高温和干旱胁迫下小麦籽粒谷蛋白大聚合体(GMP)含量、组成及颗粒分布与品质的关系

2．3 高温和干旱胁迫下小麦籽粒N代谢相关酶活性与品质和产量的关系

2．4 高温和干旱胁迫下C、N代谢对小麦产量和品质的影响

3 本文创新之处

参考文献

发表论文