CO2濃度和氮肥水平對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理機(jī)制.pdf

1、大氣中CO2濃度是影響作物生產(chǎn)的主要因素之一，IPCC(2007)指出未來全球CO2濃度將持續(xù)升高并且預(yù)測這將可能導(dǎo)致全球氣候變暖。小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成與植株體內(nèi)C/N代謝平衡密切相關(guān)，而且受外界生態(tài)環(huán)境和栽培措施的調(diào)控。CO2濃度和氮肥都是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要生態(tài)因子。因此，明確CO2濃度升高和增施氮肥及其互作對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的的影響及其生理機(jī)制，為評(píng)價(jià)未來大氣CO2濃度升高對(duì)小麥生產(chǎn)的影響及采取合理的調(diào)控措施提供理論依

2、據(jù)。利用農(nóng)田開放式大氣CO2濃度增高(FACE)系統(tǒng)平臺(tái)，以中筋小麥揚(yáng)麥14號(hào)為供試品種，采用了裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，大氣CO2濃度為主區(qū)，氮肥水平為裂區(qū)。CO2濃度處理設(shè)對(duì)照(379μl·L-1，Ambient)和FACE(570μl·L-1，F(xiàn))兩個(gè)水平，施氮水平設(shè)150kg·hm-2(LN)和2.50kg·hm-2(HN)兩個(gè)水平，研究了CO2濃度和氮肥水平對(duì)小麥光合特性、碳水化合物生產(chǎn)與轉(zhuǎn)運(yùn)，氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、籽粒品質(zhì)和面粉加工品質(zhì)的影響

3、，明確了CO2濃度和氮肥水平對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成的生理調(diào)控作用。
　　 獲得的主要研究結(jié)果如下：
　　 1.CO2濃度和氮肥水平顯著提高了小麥籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和生物量；顯著提高了小麥花前貯藏干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率，同時(shí)顯著提高了花后干物質(zhì)積累量和花前貯藏物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，且花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(TAA)和花后干物質(zhì)積累量(PAA)與小麥籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。CO2濃度顯著降低了籽粒蛋白質(zhì)、醇溶

4、蛋白、谷蛋白、面筋含量和沉降值，顯著提高了小麥籽粒淀粉及其組分含量，而氮肥處理具有相反的效應(yīng)。CO2濃度和氮肥水平顯著提高了面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間及峰值黏度、最終黏度，反彈值等黏度特征參數(shù)。此外，CO2濃度與氮肥水平互作對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和生物量有顯著的正效應(yīng)。因此，在未來CO2濃度升高的情況下，維持較高的施氮量有利于提高小麥籽粒產(chǎn)量，改善淀粉糊化特性，緩解品質(zhì)特性的下降。
　　 2.CO2濃度提高了灌漿前中期小麥旗葉凈光合速率(Pn)，灌漿

5、后期旗葉Pn和SPAD值加速下降，氮肥水平顯著提高了小麥旗葉的Pn和SPAD值。CO2濃度降低了氣孔導(dǎo)度，提高了胞間CO2濃度，氮肥水平與CO2濃度具有相反效應(yīng)。CO2濃度升高，旗葉Fo、Fv/Fm、qP下降，NPQ升高，降低了ФPSⅡ的電子傳遞活性，光能大量以熱能的形式耗散。增施氮肥與CO2濃度有相反效應(yīng)，通過提高N素營養(yǎng)可以維持ФPSⅡ反應(yīng)中心高度開放，緩解了CO2濃度帶來的旗葉光合能力的下降。
　　 3.CO2濃度和氮肥水

6、平顯著提高了小麥花后旗葉磷酸蔗糖合成酶(SPS)，籽粒蔗糖合成酶(SS)、游離態(tài)淀粉合成酶(SSS)和束縛態(tài)淀粉合成酶(GBSS)活性，提高了籽粒利用碳同化產(chǎn)物合成淀粉的能力，提高了籽粒淀粉積累速率，CO2濃度提高了籽粒淀粉含量。說明CO2濃度和增施氮肥提高旗葉蔗糖合成能力為籽粒淀粉合成提供了充足的底物，較高的籽粒SS、SSS、GBSS活性為提高籽粒淀粉合成提供了酶學(xué)保障。
　　 4.CO2濃度降低了小麥旗葉硝酸還原酶(NR)和

7、谷氨酰胺合成酶(GS)活性，降低了小麥旗葉游離氨基酸含量，導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｓ坞x氨基酸減少；同時(shí)還降低了籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)和谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)活性，降低了蛋白質(zhì)積累速率，導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量下降。而增施氮肥與CO2濃度的效應(yīng)相反，增施氮肥通過提高旗葉和籽粒中蛋白質(zhì)合成各關(guān)鍵酶活性提高蛋白質(zhì)積累速率，從而提高籽粒蛋白質(zhì)含量。因此在未來大氣CO2濃度升高的情況下，維持較高的施氮量有利于緩解籽粒蛋白質(zhì)含量的下降。
　　 5.CO2

8、濃度和氮肥水平提高了小麥花后旗葉、莖鞘干物重；CO2濃度降低了花后旗葉、莖鞘氮含量，增施氮肥有相反的效應(yīng)。CO2濃度和氮肥水平均顯著提高了小麥葉片和莖鞘花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(TAA)和花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率(TAR)，顯著提高了花后干物質(zhì)積累量(PAA)和花前貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率(CTA)。CO2濃度顯著降低了小麥花前各營養(yǎng)器官貯藏氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(NTAA)，而提高了轉(zhuǎn)運(yùn)率(NTAR)。增施氮肥顯著提高了各營養(yǎng)器官花前貯藏氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(