溫度對不同筋型小麥游離氨基酸與籽粒蛋白質(zhì)含量的影響?yīng)?/h1>
2013-12-31 00:00:00宋康朱彥威李鵬張鳳云
山東農(nóng)業(yè)科學 2013年12期
收稿日期：2013-07-04
基金項目：山東省自然科學基金項目“利用抗寒性突變體分離小麥抗寒性相關(guān)基因”（ZR2009DQ024）
作者簡介： 宋康（1978-），女，助理研究員，從事農(nóng)產(chǎn)品加工研究。E-mail：skangmail@sinacom
*通訊作者：張鳳云（1963-），女，農(nóng)藝師，從事小麥育種與栽培研究。E-mail：fyzhang63@163com
摘要：以濟南17和濰麥8號兩個不同筋型小麥品種為材料，研究花后溫度對小麥籽粒蛋白質(zhì)和植株氨基酸含量的影響。結(jié)果表明，灌漿期高溫提高了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，兩個筋型品種表現(xiàn)出相同的趨勢；提高了小麥葉片和莖鞘中游離氨基酸含量，向籽粒中運輸?shù)陌被岬牧恳苍黾樱欣谧蚜５鞍踪|(zhì)的合成。對黃淮海等北方強筋小麥而言，后期高溫對提高籽粒蛋白質(zhì)含量是有利的，但降低了弱筋小麥的品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：小麥；溫度；蛋白質(zhì)；氨基酸
中圖分類號：S512.101文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）12-0024-04
近年山東小麥灌漿后期高溫天氣頻發(fā)，導致籽粒灌漿期縮短，粒重下降，小麥減產(chǎn)。有研究表明，高溫一般會引起籽粒蛋白質(zhì)組分的明顯變化，從而影響小麥的籽粒品質(zhì)[1，2]；花后高溫是影響山東小麥籽粒品質(zhì)的重要因素之一[3]。因此，研究小麥花后高溫對籽粒品質(zhì)形成的影響具有十分重要的意義。本研究以兩種不同筋型小麥品種為對象，以常溫為對照，研究小麥籽粒蛋白質(zhì)在高溫條件下的變化動態(tài)及其與植株氨基酸含量的關(guān)系，旨在為小麥的抗逆栽培提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試材與試驗設(shè)計
供試品種為強筋小麥濟南17和弱筋小麥濰麥8號。采用盆栽試驗，于2011～2012年在山東省農(nóng)業(yè)科學院與濟南市天橋區(qū)達仁農(nóng)場進行。供試土壤有機質(zhì)含量為12.2 g/kg，堿解氮59.2mg/kg，速效磷14.5 mg/kg，速效鉀92.3 mg/kg。試驗用盆直徑30 cm，高25 cm。10月15日播種，每品種20盆，每盆留苗10株。于開花后7 d將植株長勢一致的5盆移入A230746型光溫培養(yǎng)箱進行溫度處理。 設(shè)4個處理，T1：34℃；T2：32℃；T3：26℃；T4：24℃，其中，T1、T2為高溫處理，T3、T4為常溫處理。隨機排列，每次取樣后對盆缽進行調(diào)換。不同溫度處理的光照時間均為12 h，相對濕度控制在60%左右。
1.2測定項目和方法
選同一天開花麥穗進行標記，每7 d取樣1次。105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。成熟時收獲籽粒，放置1個月后測定籽粒主要品質(zhì)指標。
1.3數(shù)據(jù)處理與作圖
用Microsoft Excel軟件。
2結(jié)果與分析
2.1不同溫度處理對籽粒蛋白質(zhì)含量的影響
從圖1可以看出，花后高溫縮短小麥籽粒灌漿期，與常溫相比成熟期明顯提前，并且顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量。不同溫度處理下小麥籽粒蛋白質(zhì)含量在開花后均呈先降低后升高趨勢，在花后21 d達到最低。各處理間比較，T1和T2籽粒蛋白質(zhì)含量顯著高于T3和T4處理。兩個品種比較，濰麥8號在T1、T2處理下成熟期籽粒蛋白質(zhì)含量比T4處理分別高14.8%和17.3%，濟南17分別高19.2%和12.7%，表明高溫對不同筋型小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響相同。
2.2不同溫度處理對葉片游離氨基酸含量的影響
由圖2可以看出，高溫提高了小麥葉片游離氨基酸含量，處理后7 d達最大值，隨后一直下降，到成熟期其含量一直高于常溫處理；而常溫處理下，濰麥8號葉片游離氨基酸含量呈持續(xù)下降趨勢，濟南17則在花后14 d達最大值。表明兩品種在常溫下葉片氨基酸代謝存在差異，在高溫下濰麥8號葉片對溫度變化的反應(yīng)更為敏感。
2.3不同溫度處理對莖鞘游離氨基酸含量的影響
不同品種莖鞘游離氨基酸含量均為高溫處理后7 d達到最大，隨后呈下降趨勢（圖3）。高溫處理下濰麥8號莖鞘游離氨基酸含量與常溫處理間比較幾無差異，而濟南17莖鞘游離氨基酸含量在花后14～21 d顯著高于常溫處理。表明不同品種類型對溫度變化的響應(yīng)不同。
2.4不同溫度處理對籽粒游離氨基酸含量的影響
籽粒游離氨基酸含量從花后7 d到成熟一直呈下降趨勢，各處理間差異較小；處理14 d后，差異明顯，高溫處理籽粒氨基酸含量呈快速下降趨勢，而常溫處理下降趨勢趨于平緩（圖4）。表明高溫處理加速了灌漿后期籽粒游離氨基酸向蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，利于蛋白質(zhì)的合成。
3結(jié)論與討論
小麥籽粒蛋白質(zhì)含量是反映籽粒品質(zhì)特性的重要指標之一，蛋白質(zhì)各組分的相對含量與比例決定了面粉面團形成時間、強度、延展性和面包體積[8， 9]。而溫度控制著作物的發(fā)育，并在一定程度上影響籽粒灌漿過程，有研究表明小麥開花后短時間的高溫脅迫就可以使小麥品質(zhì)變劣。本研究表明，灌漿期高溫提高了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，兩品種表現(xiàn)了相同的趨勢。蛋白質(zhì)構(gòu)成也是影響小麥籽粒品質(zhì)的重要因素，高溫對籽粒蛋白構(gòu)成的影響需進一步研究。
前人研究表明植株地上部器官中氨基酸含量與籽粒中蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，提高營養(yǎng)器官游離氨基酸含量，可以保證籽粒氨基酸供應(yīng)充足，促進籽粒蛋白質(zhì)的合成。本研究表明，高溫提高了小麥葉片和莖鞘中游離氨基酸含量，向籽粒中運輸?shù)陌被岬牧恳苍黾樱欣谧蚜５鞍踪|(zhì)的合成，這可能與營養(yǎng)器官蛋白質(zhì)水解加速有關(guān)。高溫處理前期籽粒中游離氨基酸含量高于常溫處理，但后期下降較常溫處理快，最終含量低于常溫處理，這說明高溫促進了籽粒中氨基酸向蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，利于籽粒蛋白質(zhì)的合成。對黃淮海等北方強筋小麥而言，后期高溫對提高籽粒蛋白質(zhì)含量是有利的，但降低了弱筋小麥的品質(zhì)。
參考文獻：
[1]Stone P J，Nicolas M E Comparison of sudden heat stress with gradual exposure to high temperature during grain filling in two wheat varieties differing in heat tolerance：Ⅱ Fractional protein accumulation[J] Australian Journal of Plant Physiology，1998，25：1-11
[2]Gebbing T，Schnyder H Pre-anthesis reserve utilization for protein and carbohydrate synthesis in grains of wheat[J] Plant Physiology，1999，121：871-878
[3]解樹斌，曹新有，劉建軍，等 高溫與干熱風對小麥的影響及其防控措施[J] 山東農(nóng)業(yè)科學，2013，45（3）：126- 131
[4]王晨陽，朱云集，夏國軍，等 后期高溫條件下小麥旗葉光合參數(shù)的變化及其相關(guān)性分析[J] 華北農(nóng)學報，2003，18（3）：8-11
[5]李永庚，于振文，張秀杰，等 小麥產(chǎn)量與品質(zhì)對灌漿不同階段高溫脅迫的響應(yīng)[J] 植物生態(tài)學報，2005，29（3）：461-466
[6]趙輝，戴廷波，荊奇，等 灌漿期高溫對兩種品質(zhì)類型小麥品種籽粒淀粉合成關(guān)鍵酶活性的影響[J] 作物學報，2006，32（3）：423-429
[7]閆素輝，李文陽，邵慶勤，等 灌漿期高溫對小麥旗葉凈光合速率及籽粒生長的影響[J] 安徽科技學院學報，2011，25（1）：18-22
[8]宋曉玲，韓鋒溪，胡景江，等 干旱-高溫交叉逆境對小麥葉片蛋白質(zhì)表達的影響[J] 西北農(nóng)業(yè)學報，2012，21（10）：22-27
[9]張平平，何中虎，夏先春，等 高溫脅迫對小麥蛋白質(zhì)和淀粉品質(zhì)影響的研究進展[J] 麥類作物學報，2005，25（5）：129-132
[10]尹云星，王晨陽，盧紅芳，等 灌漿前期高溫對小麥籽粒氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響[J] 麥類作物學報，2013，33（2）：368-371
[11]趙輝，荊奇，戴廷波，等 花后高溫和水分逆境對小麥籽粒蛋白質(zhì)形成及其關(guān)鍵酶活性的影響[J] 作物學報，2007，33（12）：2021-2027
收稿日期：2013-07-04
基金項目：山東省自然科學基金項目“利用抗寒性突變體分離小麥抗寒性相關(guān)基因”（ZR2009DQ024）
作者簡介： 宋康（1978-），女，助理研究員，從事農(nóng)產(chǎn)品加工研究。E-mail：skangmail@sinacom
*通訊作者：張鳳云（1963-），女，農(nóng)藝師，從事小麥育種與栽培研究。E-mail：fyzhang63@163com
摘要：以濟南17和濰麥8號兩個不同筋型小麥品種為材料，研究花后溫度對小麥籽粒蛋白質(zhì)和植株氨基酸含量的影響。結(jié)果表明，灌漿期高溫提高了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，兩個筋型品種表現(xiàn)出相同的趨勢；提高了小麥葉片和莖鞘中游離氨基酸含量，向籽粒中運輸?shù)陌被岬牧恳苍黾樱欣谧蚜５鞍踪|(zhì)的合成。對黃淮海等北方強筋小麥而言，后期高溫對提高籽粒蛋白質(zhì)含量是有利的，但降低了弱筋小麥的品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：小麥；溫度；蛋白質(zhì)；氨基酸
中圖分類號：S512.101文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）12-0024-04
近年山東小麥灌漿后期高溫天氣頻發(fā)，導致籽粒灌漿期縮短，粒重下降，小麥減產(chǎn)。有研究表明，高溫一般會引起籽粒蛋白質(zhì)組分的明顯變化，從而影響小麥的籽粒品質(zhì)[1，2]；花后高溫是影響山東小麥籽粒品質(zhì)的重要因素之一[3]。因此，研究小麥花后高溫對籽粒品質(zhì)形成的影響具有十分重要的意義。本研究以兩種不同筋型小麥品種為對象，以常溫為對照，研究小麥籽粒蛋白質(zhì)在高溫條件下的變化動態(tài)及其與植株氨基酸含量的關(guān)系，旨在為小麥的抗逆栽培提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試材與試驗設(shè)計
供試品種為強筋小麥濟南17和弱筋小麥濰麥8號。采用盆栽試驗，于2011～2012年在山東省農(nóng)業(yè)科學院與濟南市天橋區(qū)達仁農(nóng)場進行。供試土壤有機質(zhì)含量為12.2 g/kg，堿解氮59.2mg/kg，速效磷14.5 mg/kg，速效鉀92.3 mg/kg。試驗用盆直徑30 cm，高25 cm。10月15日播種，每品種20盆，每盆留苗10株。于開花后7 d將植株長勢一致的5盆移入A230746型光溫培養(yǎng)箱進行溫度處理。 設(shè)4個處理，T1：34℃；T2：32℃；T3：26℃；T4：24℃，其中，T1、T2為高溫處理，T3、T4為常溫處理。隨機排列，每次取樣后對盆缽進行調(diào)換。不同溫度處理的光照時間均為12 h，相對濕度控制在60%左右。
1.2測定項目和方法
選同一天開花麥穗進行標記，每7 d取樣1次。105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。成熟時收獲籽粒，放置1個月后測定籽粒主要品質(zhì)指標。
1.3數(shù)據(jù)處理與作圖
用Microsoft Excel軟件。
2結(jié)果與分析
2.1不同溫度處理對籽粒蛋白質(zhì)含量的影響
從圖1可以看出，花后高溫縮短小麥籽粒灌漿期，與常溫相比成熟期明顯提前，并且顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量。不同溫度處理下小麥籽粒蛋白質(zhì)含量在開花后均呈先降低后升高趨勢，在花后21 d達到最低。各處理間比較，T1和T2籽粒蛋白質(zhì)含量顯著高于T3和T4處理。兩個品種比較，濰麥8號在T1、T2處理下成熟期籽粒蛋白質(zhì)含量比T4處理分別高14.8%和17.3%，濟南17分別高19.2%和12.7%，表明高溫對不同筋型小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響相同。
2.2不同溫度處理對葉片游離氨基酸含量的影響
由圖2可以看出，高溫提高了小麥葉片游離氨基酸含量，處理后7 d達最大值，隨后一直下降，到成熟期其含量一直高于常溫處理；而常溫處理下，濰麥8號葉片游離氨基酸含量呈持續(xù)下降趨勢，濟南17則在花后14 d達最大值。表明兩品種在常溫下葉片氨基酸代謝存在差異，在高溫下濰麥8號葉片對溫度變化的反應(yīng)更為敏感。
2.3不同溫度處理對莖鞘游離氨基酸含量的影響
不同品種莖鞘游離氨基酸含量均為高溫處理后7 d達到最大，隨后呈下降趨勢（圖3）。高溫處理下濰麥8號莖鞘游離氨基酸含量與常溫處理間比較幾無差異，而濟南17莖鞘游離氨基酸含量在花后14～21 d顯著高于常溫處理。表明不同品種類型對溫度變化的響應(yīng)不同。
2.4不同溫度處理對籽粒游離氨基酸含量的影響
籽粒游離氨基酸含量從花后7 d到成熟一直呈下降趨勢，各處理間差異較小；處理14 d后，差異明顯，高溫處理籽粒氨基酸含量呈快速下降趨勢，而常溫處理下降趨勢趨于平緩（圖4）。表明高溫處理加速了灌漿后期籽粒游離氨基酸向蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，利于蛋白質(zhì)的合成。
3結(jié)論與討論
小麥籽粒蛋白質(zhì)含量是反映籽粒品質(zhì)特性的重要指標之一，蛋白質(zhì)各組分的相對含量與比例決定了面粉面團形成時間、強度、延展性和面包體積[8， 9]。而溫度控制著作物的發(fā)育，并在一定程度上影響籽粒灌漿過程，有研究表明小麥開花后短時間的高溫脅迫就可以使小麥品質(zhì)變劣。本研究表明，灌漿期高溫提高了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，兩品種表現(xiàn)了相同的趨勢。蛋白質(zhì)構(gòu)成也是影響小麥籽粒品質(zhì)的重要因素，高溫對籽粒蛋白構(gòu)成的影響需進一步研究。
前人研究表明植株地上部器官中氨基酸含量與籽粒中蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，提高營養(yǎng)器官游離氨基酸含量，可以保證籽粒氨基酸供應(yīng)充足，促進籽粒蛋白質(zhì)的合成。本研究表明，高溫提高了小麥葉片和莖鞘中游離氨基酸含量，向籽粒中運輸?shù)陌被岬牧恳苍黾樱欣谧蚜５鞍踪|(zhì)的合成，這可能與營養(yǎng)器官蛋白質(zhì)水解加速有關(guān)。高溫處理前期籽粒中游離氨基酸含量高于常溫處理，但后期下降較常溫處理快，最終含量低于常溫處理，這說明高溫促進了籽粒中氨基酸向蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，利于籽粒蛋白質(zhì)的合成。對黃淮海等北方強筋小麥而言，后期高溫對提高籽粒蛋白質(zhì)含量是有利的，但降低了弱筋小麥的品質(zhì)。
參考文獻：
[1]Stone P J，Nicolas M E Comparison of sudden heat stress with gradual exposure to high temperature during grain filling in two wheat varieties differing in heat tolerance：Ⅱ Fractional protein accumulation[J] Australian Journal of Plant Physiology，1998，25：1-11
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[6]趙輝，戴廷波，荊奇，等 灌漿期高溫對兩種品質(zhì)類型小麥品種籽粒淀粉合成關(guān)鍵酶活性的影響[J] 作物學報，2006，32（3）：423-429
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[9]張平平，何中虎，夏先春，等 高溫脅迫對小麥蛋白質(zhì)和淀粉品質(zhì)影響的研究進展[J] 麥類作物學報，2005，25（5）：129-132
[10]尹云星，王晨陽，盧紅芳，等 灌漿前期高溫對小麥籽粒氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響[J] 麥類作物學報，2013，33（2）：368-371
[11]趙輝，荊奇，戴廷波，等 花后高溫和水分逆境對小麥籽粒蛋白質(zhì)形成及其關(guān)鍵酶活性的影響[J] 作物學報，2007，33（12）：2021-2027
