氮素水平对小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响及其生理基础

 在大田高产条件下研究了氮素水平对小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响及其生理基础。结果表明 ,适当提高氮素水平既能增加小麦籽粒产量又能提高蛋白质含量 ,使籽粒产量和蛋白质含量达到同步增加 ,氮素水平过高虽能够提高籽粒蛋白质含量 ,但籽粒产量下降。适当提高氮素水平可以提高源器官碳素同化能力和氮素同化能力 ,又能够促进开花前暂贮于营养器官中的同化物质向籽粒中运转 ,增加籽粒中淀粉合成有关酶和氮素同化酶的活性 ,从而导致小麦籽粒产量和蛋白质含量同步增加。氮素水平过高 ,虽能促进源器官和籽粒中的氮素同化能力 ,但由于碳素同化酶和籽粒淀粉合成酶活性降低和开花前暂贮于营养器官中的同化物质向籽粒中的运转效率降低 ,而导致小麦籽粒蛋白质含量提高 ,产量下降。     

水稻籽粒蛋白质积累的模拟模型研究

 【目的】蛋白质含量是稻米的重要品质指标。通过解析和综合水稻植株氮素积累和转运的动态规律及其与环境因子和基因型的定量关系，构建一个基于氮流生理过程的水稻籽粒蛋白质形成模拟模型，以期为水稻生产中籽粒蛋白质指标的动态预测和管理决策提供量化工具。【方法】以田间试验资料为基础，结合已有水稻生长模型，采用生理发育时间作为定量生育进程的尺度，通过解析和综合水稻植株氮素积累和转运动态的基本规律及其与环境因子和基因型的定量关系，构建花前植株氮素吸收与积累、花后氮素吸收与转运及籽粒蛋白质形成过程的模拟模型。【结果】利用不同年份、不同生态点、不同品种类型和不同肥水条件下的大田试验资料对籽粒蛋白质形成模型进行了检验，籽粒蛋白质含量模拟值与观测值之间的决定系数大于0.84，根均方差（RMSE）小于0.26%。表明模型具有较好的通用性和可靠性，可以较准确地预测不同条件下的水稻籽粒蛋白质含量与蛋白质产量。【结论】基于植株氮素积累和转运的生理生态过程，以生理发育时间为主线，建立了较为简化的水稻籽粒蛋白质积累动态的模拟模型，模型的研究不仅为定量预测不同生态与肥水条件下不同水稻品种籽粒蛋白质含量与蛋白质产量的动态变化奠定了基础，而且是对国内外现有水稻生长与产量模拟模型的发展和完善。     

简析氮素营养对超高产小麦的调控

小麦籽粒蛋白质含量与氮代谢密切相关。许多研究表明,小麦籽粒氮一方面来自开花后吸收的氮素,另一方面来自开花前营养体积累氮素的再运转。在营养体氮素的再运转中,蛋白质的降解起着重要作用,蛋白质的降解又与蛋白水解酶活性的上升相关,小麦籽粒中的氮素绝大部分来自开花前植株贮存氮素的再运转,只有少部分是开花后吸收的。因此,在小麦生产中除了强调提高植株后期吸收氮素的能力外,应十分重视叶片蛋白质的降解,即氮素的再运转分配,选择开花后氮素吸收同化和氮素再运转能力强的小麦品种,既有利于提高籽粒产量,又可提高籽粒蛋白质含量。此外,小麦籽粒也具有氮素同化能力,关于籽粒的氮素同化能力与籽粒蛋白质含量的关系,有待进一步研究。通过氮素对小麦光合能力、生理活性、群体质量、籽粒产量及粒质量的调控,以及对库源流关系的影响,达到小麦高产的目的。     

氮素营养对超高产小麦调控的研究进展

小麦籽粒蛋白质含量与氮代谢密切相关。许多研究表明,小麦籽粒氮的来源一方面来自开花后吸收的氮素,另一方面来自开花前营养体积累氮素的再运转。小麦籽粒中的氮素绝大部分来自开花前植株贮存氮素的再运转,只有少部分是开花后吸收的。蛋白质的降解与蛋白水解酶活性的上升相关,它在营养体氮素的再运转中起着重要作用。因此,在小麦生产中除了强调提高植株后期吸收氮素的能力外,也应十分重视叶片蛋白质的降解,即氮素的再运转分配。选择开花后氮素吸收同化和氮素再运转能力强的小麦品种,既可提高籽粒产量,又可提高籽粒蛋白质含量。此外,小麦籽粒还具有氮素同化能力。通过氮素对小麦光合能力、生理活性、群体质量、籽粒产量及粒重的调控,以及对库源流关系的影响,来达到小麦高产的目的。     

小麦氮营养研究进展

根据目前国内外氮素营养研究的现状．从氮素营养对小麦生理特性、群体质量与叶片光合特性、籽粒产量及粒重的调控、小麦籽粒品质、小麦籽粒品质与产量的相关性等方面的影响阐述了小麦氮素营养研究进展,并概述了提高小麦产量和蛋白质含量的氮素营养机理和调控措施．进而表明氮素在小麦营养中的重要作用。     

不同播期对冬小麦碳氮运转和产量的影响

于2004～2005年在大田条件下,研究了不同播期对冬小麦植株C-N的积累、运转规律及籽粒产量和蛋白质含量的影响.结果表明,适当晚播(10月22日播种)可以提高冬小麦成熟期单茎籽粒重和籽粒氮素积累量,提高开花前营养器官贮存干物质和氮素的转运量以及转运干物质和氮素对籽粒重和籽粒氮素积累的贡献率.适当晚播的小麦穗粒数、千粒重和蛋白质含量有所增加,籽粒产量和蛋白质产量显著提高.由此可见,高产小麦适当晚播有利于籽粒产量和蛋白质产量的提高.     

小麦氮营养研究进展

氮素是小麦生长发育所必需的大量营养元素之一,对小麦的产量和品质等方面有着重要的影响。根据目前国内外氮素营养研究的现状,从氮素营养对小麦生理特性的影响、群体质量和叶片光合特性的影响、籽粒产量及粒重的调控、氮素对小麦籽粒品质的影响、小麦籽粒品质与产量的相关性等方面阐述了小麦氮素营养研究的进展,并概述了提高小麦产量和蛋白质含量的氮素营养机理和调控措施,进而表明了氮素在小麦营养中的重要作用。     

钾素水平对小麦氮素积累和运转及籽粒蛋白质形成的影响

 【目的】试图阐明施钾对小麦植株氮素积累、运转和籽粒蛋白质形成的影响机理。【方法】在池栽条件下，以宁麦9号（低蛋白）和扬麦10号（中蛋白）两个蛋白质含量不同的冬小麦品种为材料，研究了不同施钾水平下植株氮素积累、运转和开花期叶片含钾量的特征及其与籽粒蛋白质和各组分含量的关系。【结果】与不施钾相比，施钾提高了籽粒蛋白质含量，极显著提高了球蛋白和醇溶蛋白含量，由于对谷蛋白含量的作用甚微，因而显著降低了谷/醇比。施钾提高了开花期叶片含钾量进而显著促进了小麦植株花前氮素的积累和贮存氮素的运转，较高的开花期叶片钾营养水平显著提高了扬麦10号的花后氮积累，但对宁麦9号花后氮积累的促进作用较小。两种类型小麦的籽粒蛋白质含量对施钾的响应程度不同，扬麦10号大于宁麦9号。【结论】施钾条件下，因较高开花期叶片含钾量而显著提高的宁麦9号花前贮存氮素运转量和扬麦10号花后氮积累量，分别是这两种类型小麦籽粒蛋白质含量增加的重要生理原因。在本试验条件下，宁麦9号和扬麦10号的适宜施钾水平分别为K2O 150、225 kg·ha-1。     

6-BA对小麦花后C/N物质运转和籽粒品质的影响

在田间条件下,以豫麦34和扬麦9号2个蛋白质含量不同的小麦品种为材料,花后用0.01 mol.mL-16-BA分别处理穗部和旗叶,研究6-BA对小麦花后植株C/N物质积累与转运规律的影响及其与小麦籽粒蛋白质和淀粉形成的关系。结果表明,6-BA处理降低了小麦籽粒质量和总淀粉含量,但显著提高了籽粒蛋白质含量,且旗叶处理比穗部处理的效果更为显著。6-BA处理显著提高了籽粒谷蛋白含量,对清蛋白和球蛋白的影响较小;穗处理的籽粒醇溶蛋白含量低于对照和旗叶处理,使穗处理的谷蛋白/醇溶蛋白显著增加。与对照相比,6-BA处理降低了扬麦9号籽粒支链淀粉含量,豫麦34在不同处理间无显著差异。6-BA处理降低了营养器官花前贮存干物质和氮素的转运量与转运率,也降低了花后干物质积累量,但提高了花后氮素同化量及同化氮素对籽粒氮的贡献率。与穗处理相比,旗叶处理降低了花前贮藏干物质和氮素运转量对籽粒产量和氮素积累量的贡献率,但提高了花后同化干物质和氮素对籽粒产量和氮素积累量的贡献率。上述结果表明6-BA处理促进了籽粒蛋白质的合成,但降低了籽粒质量和淀粉的合成,旗叶处理较穗处理作用大。     

水稻植株氮素吸收与籽粒蛋白质积累模型

 【目的】建立基于生理生态过程的水稻籽粒蛋白质积累模拟模型。【方法】基于不同地点、品种及施氮水平的田间试验资料,通过解析花前植株氮素吸收与积累、花后氮素吸收与转运的动态特征及定量关系,构建水稻植株氮素吸收与籽粒蛋白质积累的模拟模型。【结果】水稻籽粒中氮素积累速率取决于源限制下的可获取氮源和库限制下的氮素积累速率;源限制下的可获取氮源取决于营养器官向籽粒转运的氮素和花后植株吸收的氮素,库限制下的氮素积累速率由潜在氮素积累速率及温度、水分和氮素因子效应来综合决定。营养器官中的氮素转运又分为叶片和茎中积累氮素的转运;花前叶片和茎中的相对氮含量随播后生长度日线性增加;花后叶片和茎中的相对氮含量随花后生长度日线性递减;花后吸收的氮素随籽粒重的增加对数递增。利用独立的田间试验资料对所建模型进行了检验,结果显示模拟值与观测值之间具有较好的一致性,其中花前叶片与茎秆氮素吸收量、花后籽粒氮素吸收量、花后叶片与茎秆中氮素转运量的决定系数分别为0.968、0.980、0.974、0.970和0.976,根均方差分别为16.55%、13.24%、9.53%、10.93%和9.29%;籽粒蛋白质含量的决定系数分别为0.930,根均方差分别为7.82%。【结论】模型对不同栽培条件下水稻植株氮素吸收与转运以及籽粒蛋白质积累具有较好的预测性,为水稻生产中籽粒蛋白质指标的动态预测提供了量化工具。     

普通小麦营养器官氮素和果聚糖的运转

 研究了普通小麦营养器官氮素和果聚糖的运转及其与籽粒产量和蛋白质含量的关系。结果表明 ,基因型间营养器官在氮素和果聚糖的累积和运转方面存在显著差异。高蛋白质基因型营养器官氮素累积多且转移也多 ,后期吸收较少 ;而低蛋白质基因型则正好相反。叶片是氮素的主要贮存器官 ,果聚糖则主要贮存在茎鞘。增施氮肥提高了营养器官氮素的累积和运转 ,但降低了果聚糖的累积和运转。叶片、茎鞘、全株营养器官总氮素的运转与籽粒蛋白质含量呈正相关 ;茎鞘、全株营养器官总果聚糖的运转与籽粒产量呈正相关。果聚糖的运转与籽粒蛋白质含量呈负相关 ,与氮素的运转则无相关。     

不同施氮量对大豆蛋白质和脂肪含量的影响

在不同施氮水平下对大豆合交98-1667进行叶片氮素、籽粒蛋白质及脂肪含量的影响研究。结果表明:N2(90 kg.hm-2,纯氮)处理中大豆叶片氮素和籽粒蛋白质含量最高,其次是N1(45 kg.hm-2,纯氮)处理,N0和N3处理在叶片氮素含量和籽粒蛋白质含量中的差异不显著,说明不施氮或高施氮对大豆生长均不利,尤其对大豆氮素和蛋白质含量的抑制影响较大。但对大豆脂肪含量的影响不显著。     

不同施氮下优质稻植株花后碳氮物质流转与籽粒生长的相关性

以桂华占、八桂香为材料,在高氮(NH,High nitrogen)、中氮(NM,Middle nitrogen)、低氮(NL,Low nitrogen)三个施氮水平下,研究了优质稻花后碳氮物质积累、运转与籽粒生长特征及其相互的关系。结果表明:①在不同施氮水平下,干物质转运效率为53.60%～62.23%,氮素转运效率为12.33%～37.95%,茎鞘和叶片干物质转运对籽粒干物质积累的贡献率为12.33%～37.95%,茎鞘和叶片氮素转运对籽粒氮素积累贡献率为47.93%～117.2%。②施氮水平影响桂华占和八桂香花后碳氮流转及籽粒的生长。高氮条件下增加叶片碳氮同化物的转运,不利于茎鞘碳氮同化物向籽粒转运。增施氮肥在一定程度上提高了地上总氮和籽粒氮的积累量,提高了籽粒氮收获指数,蛋白质含量上升。低氮处理虽能促进茎鞘碳氮同化物的转运率,但籽粒收获指数明显变低。③不同施氮水平下,桂华占和八桂香花后碳氮流转与籽粒的生长间存在密切的相关,花后茎叶干物质运转速度和转运率都与籽粒起始灌浆势呈正相关;籽粒最大灌浆速率与叶干物质运转速度和转运率呈正相关;叶片中总氮转运率与籽粒蛋白质产量呈正相关。花后茎叶氮素积累量的减少,伴随着籽粒氮素积累量的增加和籽粒蛋白质含量的升高是同步的;茎鞘花后同化物碳氮比与籽粒蛋白质含量及产量呈正相关,与籽粒直链淀粉含量及淀粉、蛋白质比呈负相关。不同施氮水平下氮素转运效率和贡献率表现出一定差异,这种差异与水稻植株自身对氮生理利用效率密切相关。     

不同施氮量条件下灌溉量对小麦氮素吸收转运和分配的影响

【目的】研究灌溉量和施氮量对氮素吸收转运特性的影响及其与籽粒蛋白质含量的关系。【方法】试验在山东农业大学实验农场防雨池栽条件下进行,选取高产强筋小麦品种济麦20为试验材料。利用15N同位素示踪技术,于开花期和收获期分别测定各器官中不同来源氮素的吸收量与分配比例、成熟期籽粒产量、水分利用率等。【结果】施氮量和灌溉量对植株吸氮量、籽粒产量、籽粒蛋白质含量的影响存在互作,其中灌溉量的效应大于施氮量的效应,是影响以上诸项指标的主导因素。同一施氮量条件下,增加灌溉量,成熟期氮素吸收总量增加,但籽粒蛋白质含量降低;随灌溉量增加,土壤氮的吸收量和占总氮量的比例增大,肥料氮的吸收量和占总氮量的比例减小,表明增加灌溉量导致氮素吸收总量的增加主要是通过提高土壤氮的吸收量和占总氮量的比例实现的;增加灌溉量对籽粒蛋白质含量的稀释效应则主要表现为,增加灌溉量抑制开花后营养器官中积累的氮素向籽粒的转移,最终不利于籽粒蛋白质含量的提高。灌溉量不变,施氮量由120 kg•ha-1增加到240 kg•ha-1,各营养器官中氮素的积累量增加,但开花后营养器官中积累的氮素向籽粒的转移率降低,最终籽粒蛋白质含量亦不高。【结论】施氮量为120 kg•ha-1,全生育期灌溉底墒水和拔节水（W2N1）的处理,小麦植株吸收的氮素向籽粒分配量大,开花前营养器官中积累的氮素向籽粒转移率高,籽粒蛋白质含量最高,水分利用率亦最高,但籽粒产量仅为5 534.26 kg•ha-1;施氮量为120 kg•ha-1,全生育期灌溉底墒水、拔节水和开花水（W3N1）的处理,小麦植株吸收的氮素向籽粒分配量、氮素向籽粒转移率、水分利用率均较高,籽粒蛋白质含量达14.54%,籽粒产量达7 411.37 kg•ha-1,是本试验的最佳处理。     

大豆氮素积累及其对籽粒蛋白质含量的影响

大豆植株营养器官氮素积累峰值与籽粒蛋白质含量呈极显著正相关。开花后60d叶片、茎秆、荚皮的氮素百分含量与籽粒蛋白质含量呈显著正相关。大豆营养器官氮素积累峰值、氮素运转量及运转效率对籽粒的贡献率均表现为:叶片>茎秆>荚皮。高蛋白品种东农42氮素积累峰值高、出现早、持续时间长于另外两个品种。     

氮磷用量对极早熟春玉米品质影响的研究

为合理使用肥料,提高玉米品质,以极早熟玉米新品种边单3号为试验材料,在6个氮素用量和6个磷素用量条件下,研究氮磷肥用量对边单3号品质的影响。结果表明:玉米籽粒的蛋白质、脂肪、淀粉和赖氨酸等含量的变化均受氮素和磷素用量的影响,蛋白质、淀粉及赖氨酸的含量受氮素的影响较大,而籽粒脂肪的含量受磷素的影响较大。     

基于氮素运转原理和GRA-PLS算法的冬小麦籽粒蛋白质含量遥感预测

【目的】及时、有效地预测籽粒蛋白质含量,能够为优质小麦品种的收购和加工提供科学合理的决策支持信息。本研究从籽粒蛋白质形成的氮素运转规律出发,研究冬小麦籽粒蛋白质遥感预测的可行性及在区域与年际间的扩展性,为高分辨率遥感卫星进行大面积蛋白质预测提供理论依据。【方法】利用2012-2013年4个冬小麦品种×4个氮肥梯度的试验数据和地面高光谱数据进行建模;基于小麦籽粒蛋白质形成的氮素运转机理,通过分析籽粒氮素累积量的两个主要来源及其之间的比例关系,重点抓住开花前的植株氮素累积量再运转这一主要来源,而灌浆期根际的氮素直接吸收则通过其与前者的比例关系来确定,通过相关农学参数模型的耦合,同时加入温度影响因子对籽粒氮素运转的影响,初步阐明了利用开花期小麦叶片氮含量可以预测籽粒蛋白质含量的应用机理;然后选择与叶片氮含量相关的植被指数,利用灰色关联分析-偏最小二乘算法（GRA-PLS）选择与叶片氮含量关联度较高的植被指数并进行小麦叶片氮含量的估算,通过与氮素运转模型的耦合构建了基于氮素运转原理的籽粒蛋白质含量遥感预测模型;最后利用2009-2010年的品种×播期×肥料试验和2012-2013年的其他品种氮肥处理试验进行验证。【结果】（1）通过GRA方法对叶片氮含量和植被指数间的关联度进行计算,选择关联度较大的前5个植被指数进行叶片氮含量建模,其植被指数分别为mND705、NDVIcanste、Readone、DCNI和NDCI;（2）通过PLS方法构建的叶片氮含量模型,建模结果的预测值与实测值的决定系数（R2）和均方根误差（RMSE）分别为0.859和0.257%,验证结果的R2和RMSE分别为0.726和0.063%,利用GRA-PLS方法估算叶片氮素含量具有较好的稳定性;（3）构建的蛋白质预测模型,建模结果和验证结果的预测值与实测值的R2和RMSE分别为0.713、1.30%和0.609、1.19%,预测模型具有较高的精度与可靠性。【结论】基于氮素运转规律构建的小麦籽粒蛋白质含量遥感预测模型,可以作为应用开花期遥感信息来预测籽粒蛋白质含量的机理性解释,初步实现了本研究区域和年际间的籽粒蛋白质含量预测,具有一定的应用前景。     

喷洒亚硫酸氢钠对小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响

 以两个产量相近 ,但蛋白质含量差异较大的小麦品种为材料 ,在不同氮素营养水平下 ,研究了喷洒低浓度亚硫酸氢钠对硝酸还原过程及籽粒产量和蛋白质含量的影响 ,以探讨光合碳氮代谢关系与产量和蛋白质含量形成的内在机制。结果表明 ,在小麦灌浆期喷洒亚硫酸氢钠虽然可使籽粒产量增加 ,但硝酸还原能力减弱 ,最终导致籽粒蛋白质含量下降。不论是否喷洒亚硫酸氢钠 ,高蛋白小麦品种的硝酸还原能力及最终籽粒蛋白质含量均高于低蛋白小麦品种。     

不同生态条件下不同基因型小麦干物质和氮素积累与分配特征

以40个主栽小麦品种／品系为材料，研究了不同基因型小麦籽粒干物质与氮素的来源及累积转运过程，分析了氮素累积转运的基因型差异及其对生态环境的反应。结果表明，不同环境下小麦植株干物质与氮素的积累与转运差异明显，籽粒蛋白质含量不同的小麦基因型，植株氮素与干物质的积累与分配过程有显的差异。干物质与氮素的再分配是同步进行的，籽粒蛋白质含量与花后合成氮素的再分配量呈极显正相关(r=0．6375**)，而籽粒产量的提高有赖于花后植株氮素吸收合成能力及光合能力的增强。     

水稻籽粒蛋白质积累特性的研究

以不同蛋白质含量的水稻品种为试材,研究了水稻籽粒蛋白质的积累特性。结果表明,单粒蛋白质含量随籽粒发育而增加,而单位干重的蛋白质含量却以开花后7天最高,14至21天降至最低,以后又逐步上升,28天趋于稳定。籽粒蛋白质的积累受叶片氮素降解和运转的影响,高蛋白质含量比低含量的品种具更强的叶片蛋白酶活性,叶片氮素的降解能力更强。并且,前者籽粒中游离氮基酸含量高于后者。籽粒蛋白质的积累也受环境条件的影响,抽穗期施氮可以提高籽粒蛋白质含量。