不同氮效率小麦氮素积累转运特性、籽粒蛋白质含量及其对灌溉的响应

何伟娜

（新乡市农业技术推广站，河南 新乡 453000）

小麦是我国重要的粮食作物之一，也是我国人民主要的热量来源和蛋白质来源，其产量高低和品质优劣直接关系着我国的粮食安全和人民的营养健康［1］。随着生活水平的提高以及食品行业的快速发展，人们对小麦品质的要求越来越高，因而在关注提高小麦产量的同时，还应重视改善小麦籽粒品质［2］。蛋白质含量是小麦重要的品质指标之一，直接关系到小麦的营养品质和加工品质［3］。张玉峰等［4］研究证明，小麦籽粒蛋白质含量的高低受基因型和环境条件的共同影响，高蛋白小麦品种在多数环境条件下都能保持较高的蛋白质含量；但也有研究认为，相对于基因型的差异，环境对小麦籽粒蛋白质含量的影响更大［5-6］。小麦籽粒蛋白质形成是氮素吸收、积累、转运和分配的综合作用结果，研究小麦氮素积累转运特性有利于提高小麦籽粒蛋白质含量，进而改善小麦品质［2］。不同小麦品种在氮素吸取和利用以及蛋白质形成方面差异较大，可以通过改变小麦生长环境进行优化［7-8］。王德梅等［9］研究表明，改变环境因素中的水分供应状况可以调节小麦的氮素积累、转运、分配，最终影响籽粒蛋白质的形成。然而，目前有关不同氮效率小麦品种蛋白质含量差异及其对灌溉的响应研究较少。因此，以氮素生理低效（简称氮低效）品种洛旱17、鑫华818 和氮素生理高效（简称氮高效）品种百农418、百农419 为材料，在雨养和灌溉2 种水分条件下，研究不同氮效率小麦品种的氮素积累转运特性、蛋白质含量及蛋白质产量差异及其对灌溉的响应，以期为小麦的高效、优质生产提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验于2016—2017 年在河南省新乡市获嘉县照镜镇前李村进行，试验田土壤为黏土，地下水位4～5 m，0～20 cm 土层土壤pH 值 8.1，有机质含量12.1 g/kg，碱解氮含量55.2 mg/kg，速效磷含量8.3 mg/kg，速效钾含量125.6 mg/kg。

供试小麦品种为洛旱17、鑫华818、百农418、百农419，其中洛旱17、鑫华818 为氮低效品种，百农418、百农419 为氮高效品种。

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计，主区为水分处理，设雨养（全生育期不灌水）和灌溉（灌拔节水和孕穗水）2 个水平，副区为小麦品种，分别为洛旱17、鑫华818、百农 418、百农 419。小区面积 9 m2，重复 3 次。2016 年10 月 16—17 日播种，四叶期分别定苗至 240 万苗/hm2。基肥 N、P2O5、K2O 用量分别为 120、120、120 kg/hm2，在整地前一次性施入，拔节期追施氮肥120 kg/hm2。氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙、氯化钾。小麦生育期共降雨196 mm，与常年平均降水量（201 mm）相当，属于正常年份。其他管理同常规大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 小麦植株氮素积累和转运特性 分别于小麦开花期和成熟期调查单位面积茎蘖数，同时在每个小区取具有代表性的小麦植株样品20 株，统计茎孽数后于105 ℃杀青30 min，之后将开花期植株样品分成茎叶鞘（简称茎叶）和穗两部分，将成熟期植株样品分成茎叶鞘、穗轴+颖壳（简称颖壳）、籽粒三部分，将杀青后的植株样品于65 ℃烘至恒质量，测定干质量并计算干物质积累量。样品粉碎后用H2SO4-H2O2法消解—凯氏定氮法测定全氮含量。

某器官的氮素积累量为该器官干物质积累量与全氮含量之积，某一时期氮素积累量为该时期各器官氮素积累量之和［10］。

参照霍中洋等［10］的方法计算小麦氮素积累转运指标：

花前茎叶（穗）氮素转运量=开花期茎叶（穗）氮素积累量-成熟期茎叶（颖壳）氮素积累量，

花前氮素总转运量=开花期氮素积累量-成熟期茎叶氮素积累量-成熟期颖壳氮素积累量，

花前氮素转运对籽粒的贡献率=花前氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量×100%，

花后氮素积累量=成熟期氮素积累量-开花期氮素积累量。

1.3.2 籽粒蛋白质含量和蛋白质产量 籽粒蛋白质含量（%）=籽粒全氮含量×5.7，籽粒蛋白质产量（kg/hm2）=籽粒氮素积累量×5.7。

2 结果与分析

2.1 不同氮效率小麦品种的氮素积累转运特性及其对灌溉的响应

由表1 可以看出，雨养条件下，氮低效小麦品种茎叶花前氮素转运量高于氮高效品种，平均提高20.43%，穗花前氮素转运量在相同氮效率类型不同品种间差异较大，但在不同氮效率类型小麦品种间的差异不大；氮低效和氮高效小麦品种花前氮素转运对籽粒的贡献率差异不大，且均超过85.00%，说明小麦氮素积累主要来自于花前；氮低效品种花后氮素积累量较氮高效品种提高37.01%。

表1 不同氮效率小麦的氮素积累转运特性及其对灌溉的响应

与雨养条件相比，灌溉可提高氮低效小麦品种茎叶和穗花前氮素转运量，但对氮高效小麦品种的影响品种间表现不同。对氮低效小麦品种进行灌溉可提高花前氮素转运量对籽粒的贡献率，降低花后氮素积累量，降幅达51.15%；而对氮高效小麦品种进行灌溉则会大幅降低花前氮素转运对籽粒的贡献率，使花后氮素积累量增加274.80%。

氮高效小麦品种花前氮素转运量在雨养和灌溉条件下分别较氮低效小麦品种降低15.08% 和10.71%；花前氮素转运对籽粒的贡献率在雨养条件下较氮低效小麦品种增加2.2%，在灌溉条件下较氮低效小麦品种降低22.56%；花后氮素积累量在雨养条件下较氮低效小麦品种降低27.01%，在灌溉条件下则增加460.00%。

2.2 不同氮效率小麦品种成熟期的氮素积累量及其对灌溉的响应

由表2 可以看出，雨养条件下，氮低效、氮高效小麦品种的地上部氮素积累量分别为199.5～213.3、141.1～155.1 kg/hm2，氮高效小麦品种地上部氮素积累量平均较氮低效小麦品种降低28.25%，其中茎叶、颖壳氮积累量分别降低61.98%、48.90%。氮低效、氮高效小麦品种籽粒氮积累量分别为148.3～150.4、117.9～131.5 kg/hm2，氮低效小麦品种籽粒氮积累量平均较氮高效小麦品种增加19.81%。

表2 不同氮效率小麦成熟期氮素积累量及其对灌溉的响应 kg/hm2

与雨养条件相比，灌溉后洛旱17、鑫华818、百农418 和百农419 的茎叶氮积累量分别提高47.06%、-4.26%、273.05%和137.04%，颖壳氮积累量分别提高52.99%、11.54%、276.92%和163.51%，籽粒氮积累量分别提高-2.73%、5.26%、36.30%和44.03%；与雨养条件相比，灌溉后氮低效小麦品种和氮高效小麦品种成熟期氮素积累量分别提高6.59% 和67.05%。可见，与氮低效小麦品种相比，雨养条件下氮高效小麦品种成熟期地上部及各器官的氮素积累量较低，但灌溉后氮高效小麦品种的氮素积累量增幅明显大于氮低效小麦品种。

2.3 不同氮效率小麦品种籽粒蛋白质含量和蛋白质产量及其对灌溉的响应

由表3 可以看出，雨养条件下氮低效小麦品种洛旱17 和鑫华818 的籽粒蛋白质含量分别为17.3%和15.2%，氮高效小麦品种百农418 和百农419 的籽粒蛋白质含量分别为14.4%和14.3%；氮高效小麦品种籽粒蛋白质含量平均较氮低效小麦品种降低11.66%。雨养条件下洛旱17、鑫华818、百农418 和百农419 籽粒蛋白质产量分别为857.0、845.3、672.0、749.4 kg/hm2，氮低效小麦品种的籽粒蛋白质产量平均较氮高效小麦品种提高19.77%。

表3 不同氮效率小麦的籽粒蛋白质含量和蛋白质产量及其对灌溉的响应

与雨养条件下相比，灌溉条件下氮低效和氮高效小麦品种的籽粒蛋白质含量分别降低13.50% 和3.47%，氮高效小麦品种的降幅小于氮低效小麦品种；灌溉后氮低效小麦品种籽粒蛋白质产量与雨养条件下变化不大，而氮高效小麦品种籽粒蛋白质产量较雨养条件下增加40.37%。

3 结论与讨论

如何提高小麦的氮素积累转运特性，并促进氮素在籽粒中的分配，进而提高小麦品质是当前广大科技工作者关注的热点和重点。刘鹏鹏等［6］研究发现，基因型、环境及其互作对冬小麦蛋白质含量有显著影响，且效应表现为环境＞互作＞基因型；张敏等［11］研究指出，减少灌水能促进强筋小麦营养器官氮素向籽粒转运，使籽粒蛋白质含量升高；孙敏等［12］研究表明，高氮吸收型小麦品种秦麦11 灌浆期蛋白质及其组分含量均大于低氮吸收型小麦品种扬9817。本研究结果发现，对氮低效小麦品种而言，灌溉有利于增加小麦花前氮素转运量及花前氮素转运对籽粒的贡献率，但会降低籽粒蛋白质含量；对氮高效小麦品种而言，灌溉降低了花前氮素转运对籽粒的贡献率，增加花后氮素积累量，籽粒蛋白质含量主要受品种遗传的影响较大，受灌溉影响相对较小，蛋白质产量则主要受灌溉条件的控制。生产上应该根据小麦氮素生理效率的高低采用不同的灌溉措施，以保障或提高小麦蛋白质含量。