施氮量和土壤水分对小麦碳氮代谢和产量与品质形成的影响

摘要

本研究于2004-2005年在山东农业大学实验农场进行。选用强筋小麦济麦20和中筋小麦泰山23品种为试验材料，采用田间试验和防雨棚池栽试验相结合的方法，利用15N同位素示踪、酶学研究技术等，系统研究了施氮量和土壤水分对土壤氮素变化和籽粒产量及加工品质的影响及其生理机制，探讨了不同土壤水分条件下，灌浆期遮光及源库比例改变对籽粒蛋白质和淀粉积累的影响。主要结果如下： 1不同小麦品种产量和品质形成的差异与济麦20相比较，泰山23旗叶光合速率高值持续时间长、磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性高，制造的光合产物多，茎鞘中贮存的可溶性糖含量高，灌浆中、后期向籽粒的转运率和转运量高，籽粒产量显著高于济麦20。 与泰山23比较，济麦20灌浆前中期具有较高的氮素同化酶活性，灌浆中后期具有较高的蛋白质水解酶活性，灌浆前期旗叶游离氨基酸含量高，灌浆中、后期向籽粒的转运率和转运量高，成熟期籽粒蛋白质含量及谷蛋白大聚合体含量高，籽粒加工品质显著优于泰山23。 2防雨池栽条件下施氮量和土壤水分对土壤氮素和小麦产量及品质形成的影响各处理全生育期不接受自然降水，定额灌溉，每次灌水量为60mm。 2.1对土壤硝态氮含量的影响冬前、拔节、开花、灌浆期灌水，加剧0-60cm土层土壤硝态氮向深层土壤的运移。施氮量由120kg/hm2增加到240kg/hm2，各浇水处理80-140cm土层土壤硝态氮含量显著增加。 2.2对旗叶光合特性的影响施氮量由120kg/hm2增加到240kg/hm2，提高了旗叶光合速率及SPS活性，但抑制了旗叶蔗糖向籽粒的转运。全生育期不浇水的处理与浇水处理相比较，降低了旗叶光合速率、SPS活性和旗叶蔗糖含量；冬水对其无显著影响；开花水和灌浆水均促进旗叶光1合速率、SPS活性及蔗糖含量提高，但灌浆水抑制旗叶蔗糖向籽粒的转运。施氮量为120kg/hm2，浇底水、拔节水、开花水的处理的粒重显著高于其他处理。 2.3对氮素吸收、分配、转运的影响施氮量由120kg/hm2增加到240kg/hm2，各器官的氮素积累量增加，向籽粒中的分配量增加。全生育期不浇水的处理，抑制了小麦植株对氮素的吸收，促进氮素向籽粒转运；冬水、开花水、灌浆水均促进植株对氮素的吸收，其中肥料氮的吸收比例降低，土壤氮的吸收比例升高；增加灌水次数不利于氮素向籽粒的转移。施氮量为240kg/hm2，全生育期浇底水和拔节水的处理，小麦植株吸收的氮素向籽籽粒转移率高，分配量大。 2.4对旗叶蛋白质同化及降解的影响施氮量由120kg/hm2增加至240kg/hm2，旗叶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、蛋白质水解酶活性提高，植株具有较高的游离氨基酸含量，有利于籽粒蛋白质含量提高。全生育期不浇水的处理，抑制了旗叶NR、GS活性提高，降低了游离氨基酸含量；冬水对以上诸指标无显著影响；开花水和灌浆水提高了NR、GS和蛋白质水解酶活性，但抑制了旗叶游离氨基酸的输出，不利于籽粒蛋白质含量的提高。防雨条件下，施氮量为240kg/hm2，浇底水和拔节水，获得了较高的籽粒蛋白质含量。 2.5对籽粒产量和品质的影响全生育期不浇水的处理，施氮量由120kg/hm2增加到240kg/hm2，籽粒产量提高；灌水条件下，施氮量由120kg/hm2增加到240kg/hm2，籽粒产量降低。冬水、开花水、灌浆水均有利于籽粒产量提高。施氮量为120kg/hm2，浇底水、冬水、拔节水、开花水、灌浆水的处理，籽粒产量最高；在此基础上减少灌水，籽粒产量降低；增加施氮量籽粒产量亦降低。 施氮量由120kg/hm2增加到240kg/hm2，沉降值、面团稳定时间降低。全生育期不浇水的处理，沉降值、面团稳定时间均较高；增加灌水，沉降值、面团稳定时间降低。 2.6不同处理氮肥利用率和水分利用率的差异每公顷施纯氮120kg，全生育期浇5水的处理，氮肥利用率最高；增施氮肥或减少灌水，氮肥利用率降低。每公顷施纯氮120kg，全生育期不进行灌水，获得高的水分利用率；增施氮肥或增加灌水，水分利用率均降低。 3田间试验条件下施氮量和土壤水分对土壤氮素和小麦碳氮代谢的影响小麦生育期间各降水量分别为，播种-冬前：35.4mm，冬前-起身：14.5mm，起身-拨节：21，拔节-开花：30.8，开花-成熟：94.4mm。 23.1对土壤硝态氮含量的影响施氮量为180kg/hm2，土壤剖面各土层土壤硝态氮含量比不施氮处理显著增加，施氮量增加至240kg/hm2时，土壤剖面硝态氮含量进一步增加。不浇水处理土壤剖面硝态氮向深层运移幅度最小，土壤硝态氮集中在0-40cm土层；浇底水、拔节水的处理，成熟期0-80cm土层土壤硝态氮含量减少，100-140cm土层土壤硝态氮含量显著增加；全生育期浇5水的处理，成熟期土壤硝态氮向深层运移幅度最大。 3.2对旗叶光合特性和倒二茎果聚糖含量的影响施氮量为180kg/hm2时，旗叶光合速率、SPS活性及倒二茎果聚糖含量比不施氮处理显著增加；施氮量为240kg/hm2时，旗叶光合速率、SPS活性及倒二茎果聚糖含量进一步增加，但增加幅度减小。全生育期不浇水的处理，旗叶光合速率、SPS活性和倒二茎果聚糖含量降低；冬水对其无显著影响，开花水、灌浆水对其有促进作用，但灌浆水抑制倒二茎果聚糖向籽粒的转运。施氮量为180kg/hm2，全生育期浇底水、拔节水、开花水的处理，旗叶光合速率、SPS活性、倒二茎果聚糖含量高，获得较高粒重。 3.3对全氮在各器官的分配及转运的影响不施氮处理，各器官的氮素积累量少，开花后向籽粒转移率高；施氮量为180kg/hm2时，各器官中的氮素积累量增加，但不利于其向籽粒转移；施氮量增加到240kg/hm2时，各营养器官的氮素积累量最大，向籽粒转移率最低。小麦全生育期不进行灌概，成熟期氮素在营养器官中的分配比例低，向籽粒转的移率高；浇底水和拔节水的处理，成熟期营养器官中氮素的分配比例增加，向籽粒转移率降低，在此基础上增加冬水对各器官氮素的分配比例及转移率无显著影响；全生育期浇5水的处理，成熟期营养器官中氮素的分配量最大，向籽粒的转移率最低。 3.4对旗叶氮素同化及蛋白质降解的影响施氮量为180kg/hm2时，旗叶NR、GS活性及蛋白质水解酶活性显著高于不施氮处理；施氮量为240kg/hm2时，旗叶NR、GS活性及蛋白质水解酶活性进一步提高，但幅度减小。全生育期不浇水的处理，降低了旗叶NR、GS活性和灌浆中后期蛋白质水解酶活性；冬水对旗叶氮素的同化及蛋白质降解无显著影响；开花水和灌浆水提高了灌浆中后期旗叶NR、GS活性，但灌浆水降低了灌浆中后期旗叶的蛋白质水解酶活性。施氮量为180kg/hm2，全生育期浇底水、拔节水、开花水的处理，灌浆前中期旗叶NR、GS活性高，灌浆中后期蛋白质水解酶活性高，籽粒蛋白质含量显著高于其他处理。 3.5对籽粒产量和加工品质的影响3施氮量在0-240kg/hm2范围内，泰山23籽粒产量随施氮量增加而提高；在此范围内，适当增加施氮量(180kg/hm2)，济麦20籽粒产量增加，氮肥过量(240kg/hm2)，济麦20籽粒产量降低。全生育期不浇水的处理，济麦20和泰山23籽粒产量均降低；冬水对济麦20和泰山23籽粒产量无显著影响；灌浆水导致济麦20和泰山23籽粒产量降低。 在浇3水(底水、拔节水和开花水)的条件下，每公顷施纯氮180kg的处理，获得了较高沉降值和面团稳定时间；施氮量为240kg/hm2，沉降值和面团稳定时间降低。全生育期不浇水的处理，不利于沉降值、面团稳定时间的提高；冬水对其无显著影响；灌浆水降低了沉降值和面团稳定时间。 每公顷施纯氮180kg，全生育期浇3水(底水、拔节水和开花水)的处理，济麦20籽粒产量高，品质亦好；在此肥水条件下，泰山23亦获得较好加工品质，氮肥用量增加至240kg/hm2，泰山23产量进一步提高，但品质下降。 3.6对氮肥利用率和水分利用率的影响氮肥用量为180kg/hm2，可获得较高氮素增产效率，氮肥过量，其增产效率降低。小麦全生育期不进行人工灌水，氮素生产效率最低；冬水对氮素生产效率无显著影响，浇灌浆水，氮素生产效率降低。不同品种间比较，J20氮素生产效率大于T23。 4不同土壤水分条件下遮光对小麦碳氮代谢的影响灌浆期遮光，抑制光合作用进行及SPS活性，降低子粒产量；灌浆中期遮光对产量影响最大，灌浆后期遮光影响最小，灌浆前期遮光影响居中。遮光条件下，全生育期不浇水的处理，旗叶光合速率、SPS活性低，产量亦低；冬水对其无显著影响；灌浆水提高了旗叶光合速率、SPS活性，但抑制旗叶蔗糖的输出，子粒产量亦较低。同一遮光条件下，全生育期浇3水(底水、拔节水和开花水)，籽粒产量最高。 遮光条件下，旗叶NR活性、GS活性及蛋白质水解酶活性低，其后恢复到较高水平。灌浆前期遮光，沉降值和面团稳定时间显著低于对照；灌浆中期、后期遮光，沉降值和面团稳定时间显著高于对照，且中期遮光，沉降值和面团稳定时间升高幅度大于后期遮光。遮光条件下，全生育期不浇水的处理，降低了旗叶NR、GS活性和灌浆中后期旗叶蛋白质水解酶活性，不利于籽粒蛋白质各组分及总蛋白积累，最终沉降值和面团稳定时间降低；浇冬水对以上诸指标无显著影响；灌浆水导致沉降值和面团稳定时间降低。同一遮光条件下，全生育期浇3水(底水、拔节水和开花水)的处理，品质最优。

目录

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摘要

英文缩略表

前言

第一章不同小麦品种产量和品质形成的生理基础

第二章防雨条件下施氮量和土壤水分对小麦碳氮代谢和产量及品质形成的影响

第三章施氮量和土壤水分对不同小麦品种碳氮代谢的影响

1试验材料与方法

2结果与分析

2.1不同处理对小麦-土壤体系土壤含水量和硝态氮含量的影响

2.2不同处理对不同小麦品种碳代谢的影响

2.3不同处理对小麦氮代谢的影响

2.4不同处理对小麦产量和品质的影响

2.5不同处理氮肥利用率和水分利用率的差异

2.7小结

第四章不同土壤水分条件下遮光对小麦碳氮代谢的影响

第五章不同土壤水分条件下源库比例改变对小麦碳氮代谢的影响

讨论

结论

参考文献

致谢

在读期间发表论文情况