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氮锌施用对小麦矿质元素积累分配和籽粒品质的调控效应

张盼盼  
【摘要】:本研究以高产小麦品种豫麦49-198为材料,采用盆栽和大田试验相结合的方式,设置不同氮、锌处理的两因素试验,其中盆栽试验氮、锌处理均设置2水平(施锌处理为0和0.18 g ZnSO_4·7H_2O/盆,施氮为0和2.32 g N/盆),大田试验施锌处理2水平(0和9.60 kg ZnSO_4·7H_2O/hm~2),施氮处理为4水平(0、180、240和300 kg N/hm~2),系统研究不同氮、锌施用条件下植株生理特性和产量的差异,以及各器官和籽粒中氮、锌元素的转运、累积和分配比例的变化,分析籽粒磨粉各出粉点样品和混合粉中矿质元素含量、有效性及面粉品质性状的差异,综合评价籽粒矿质含量、产量和各混合粉中营养品质之间的关系,以期为小麦产量和品质的同步提高提供理论依据。主要研究结果如下:施锌显著提高了小麦叶片碳酸酐酶(CA)活性,以开花期和灌浆中期最为明显,而对叶片谷氨酸脱氢酶(GDH)活性、光合特性和产量的影响不显著。施氮显著提高了叶片和籽粒中GDH活性、叶片净光合速率(Pn),同时提高产量75.6%,主要表现为穗数和穗粒数的显著增加。施氮还显著提高了收获指数(HI)。随施氮量增加,氮肥偏生产力(PFP)显著下降,氮肥农学利用率(NUE)无明显变化(平均为22.7%);施锌对HI、PFP和NUE无显著影响。施锌对植株花后茎、叶、穗部的氮转运量、转运效率及贡献率均无显著影响。施锌处理显著降低穗部氮素含量13.6%,但提高了各器官中锌含量,其中籽粒锌含量增加42.8%。与不施氮相比,施氮处理显著提高了各器官氮素转运量2.48-2.90倍,且增幅随施氮量增加而增大,穗部和总转运效率则随之显著下降;施氮对茎和叶氮素贡献率的影响未达显著水平。研究还发现,施氮处理提高了各器官及籽粒中氮含量65.4%-112.1%,但随施氮量增加,籽粒氮含量无显著变化,表明在180 kg N/hm~2的施氮条件下籽粒氮含量已达较高水平。施氮亦显著提高了小麦茎、穗和籽粒的锌含量,其中籽粒锌含量提高了8.9%。这表明在潜在缺锌土壤地区,适宜施氮、锌管理措施能表现出一定的增锌效果。另外,从植株氮素的分配比例来看,施锌、氮肥处理均显著降低茎和穗中氮素分配比例,施氮还显著提高了叶和籽粒分配比例;随施氮量增加,籽粒中氮素分配比例又有所下降。对于锌素,施氮、锌均显著增加营养器官中(尤其是穗)锌的分配比例,但明显降低籽粒中锌分配比例约18.0%和28.2%。结果显示,施氮、锌后植株增加的氮多向叶片和籽粒,锌多向穗部转移。相关分析表明,各器官氮素花后转运量、成熟期含量与籽粒产量均呈显著正相关。将籽粒从外向内分为7层(F1-F7),发现F2和F3中氮素含量最高(平均分别为28.64g/kg和28.23 g/kg),而F7最低(16.25 g/kg);锌含量则以F1和F2较高(平均分别为69.01mg/kg和67.72 mg/kg)。施锌处理对各部分氮含量无显著影响,但显著提高了各部位锌含量45.0%-59.3%;施氮处理显著增加了籽粒各部位氮含量(以180 kg N/hm~2处理最大),但仅对F1、F5和F7锌含量有明显影响。从籽粒各部位分配比例来看,施锌处理提高了F1氮素百分比约4.9%,对各部位锌分配比例无显著影响;施氮处理降低F1和F7的氮分配9.40%和6.48%,但增加F2、F3和F4中氮素的分配比例,同时显著提高F7锌分配比例14.3%,但降低其他部分中锌分配比例4.6%-6.3%。这表明施氮使籽粒增加的氮素多向糊粉层,锌多向籽粒内部转移。相关分析表明,籽粒各部位氮含量与籽粒产量呈线性关系,籽粒锌含量与产量和氮含量的关系不明显。对于不同粉路样品和混合粉来说,矿质元素多集中分布于DF、XF和B1样品。施锌处理提高各出粉点样品和混合粉中Zn含量32.7%-67.7%,增加XF中Cu含量8.5%;显著降低DF中N含量,DF、XF和B2中P、K、Ca、Cu、Mn和Fe含量,对混合粉中P、K、Mg、Cu和Fe无显著影响。施氮条件下,各出粉点样品和混合粉中N含量提高31.9%-52.9%,XF、B1、R2、R3和部分混合粉的Ca、Mg、Cu、Mn和Fe含量也明显增加,麸皮和心磨粉各部分中P含量则显著下降。相关分析表明,全粉中N和P含量负相关,K、Ca、Mg、Cu、Mn和Fe之间正相关(R~2为0.330-0.740),Zn和Cu显著正相关。这表明籽粒中大多矿质元素存在着协同效应。从矿质元素在籽粒各出粉点样品的分配比例和有效性看,施锌对N、K、Ca、Mg、Fe和Zn的分配无显著影响,使各粉路样品和混合粉中Zn有效性显著提高,但不同程度的降低了某些出粉点样品和混合粉Ca、Mg、Cu和Fe有效性。施氮处理增加了DF中N、XF中P和Mg、B1中K、R1中Mn和Fe的分配比例,降低R1和R2中P、DF中Mg和Zn的分配,同时增加了心磨粉Cu、Fe和混合粉中Mg和Zn有效性。进一步研究发现,精制粉、标准粉、通粉和全粉的锌日吸收量(TAZ)平均分别为0.22、0.36、0.57和0.98 mg/d,施氮、锌后TAZ提高27.8%-61.0%。各出粉点样品中蛋白质和淀粉含量存在差异,其中蛋白质含量以DF、XF和B3含量较高,总淀粉含量以R1和R2最高。施锌处理对各出粉点样品和混合粉中蛋白质和淀粉的含量无显著影响。施氮处理显著增加了其中蛋白质含量及累积量,提高DF层蛋白质分配比例至21.1%,降低标准粉中总淀粉和支链淀粉含量(以B1、R1和R2较为明显),增加直/支比13.8%。B1、B2和R1样品对标准粉中淀粉的粘度指标影响较大,施氮处理显著降低了标准粉各部分的粘度指标,R1和R2稀懈值在180 kg N/hm~2处理下较高,心磨粉各部分反弹值以240 kg N/hm~2处理下最低。施氮后R3膨胀势显著提高。相关性分析表明,总淀粉、支链淀粉含量与各粘度指标呈显著正相关。对矿质元素含量与产量、各混合粉中蛋白质和淀粉含量进行相关性分析,发现籽粒中N、Ca、Mg、Cu和Fe含量与产量、各混合粉中蛋白质含量均呈显著正相关关系(R~2为0.395-0.991),P与之负相关,N、Ca和Cu含量与精制粉、标准粉和全粉淀粉含量显著负相关。除通粉淀粉外,各混合粉中蛋白质、淀粉含量与产量呈线性关系,与各营养器官氮素转运及成熟期氮素含量也有显著的相关关系。矿质元素与产量、蛋白质和淀粉的关系证明,籽粒中的大多矿质元素含量与精制粉和标准粉的产量和品质存在着协同提高的可能性,即在增加矿质元素含量的同时,也能够提高其蛋白质含量,达到产量、矿质价值和营养品质的协同提高。


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