氮硫调控小麦籽粒麦谷蛋白大聚合体积累与粒度分布的生理机制研究

小麦籽粒麦谷蛋白大聚合体（GMP）的含量与粒度分布特征是决定小麦品质的重要因素，主要受高分子量（HMW-GS）和低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）合成、亚基分子内游离巯基（半胱氨酸残基）数目和分子间二硫键数目的调节，氮和硫是蛋白质与半胱氨酸合成最重要的元素，因而是调控GMP积累与粒度分布的关键因子。本项目拟以GMP粒度分布差异较大的不同品质类型小麦品种和遗传背景相同的近等基因系为材料，重点研究氮硫对小麦籽粒麦谷蛋白聚合体积累及其粒度分布特征的调控效应，以及对HMW-GS和LMW-GS合成、亚基分子内游离巯基数目和分子间二硫键形成的影响，并从籽粒氮代谢和半胱氨酸合成、HMW-GS和LMW-GS编码基因表达动态等角度，研究明确氮硫调控小麦籽粒GMP积累与粒度分布的生理生化与分子生物学机制，以深化小麦籽粒品质形成机理与调控途径研究，为小麦籽粒品质定向调优栽培技术的建立提供理论支持。

小麦籽粒麦谷蛋白大聚合体（GMP）的含量与粒度分布特征是决定小麦品质的重要因素，它是由高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）和低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）通过二硫键链接而成的大小不一的聚合体。本项目以不同品质类型小麦品种和遗传背景相同的近等基因系为材料，研究了小麦籽粒GMP 积累与粒度分布动态特征以及氮、硫施用量和运筹方式对小麦籽粒GMP 积累与粒度分布的调控效应。结果显示：不同小麦品种和家系的籽粒各亚基在花后13 d 均已形成，但不同亚基起始形成时间不同；各亚基含量随灌浆进程呈上升趋势。籽粒HMW-GS 含量以蛋白含量高的家系高于对应的低蛋白家系。施氮量对小麦籽粒HMW-GS的起始形成作用不明显，施氮水平在0-225 kg• hm﹣2范围内，小麦籽粒中总HMW-GS 和GMP 含量均随施氮量增加而提高，同时增施氮肥可以提高小麦品种（家系）HMW-GS积累速度，延长其快速积累期，提高GMP含量，改变亚基间的比例。在相同氮肥水平下，籽粒总蛋白含量高的品种，其GMP和HMW-GS含量和积累量也相对较高。GMP和HMW-GS含量随硫肥施用量的增加呈先升高后降低的趋势，表现为S45>S67.5>S0，增施硫肥提高了大粒径GMP所占表面积和体积比，而巯基和二硫键含量则随硫肥施用量的增加逐渐升高，表现为S67.5>S45>S0。在保证一定硫肥用量的基础上，降低追肥比例有利GMP含量提高。追硫对HMW-GS、巯基、二硫键含量的影响比较一致，均随着追肥比例的增加先升高后降低，在7：3或5:5下最高。增施氮、硫肥有利于提高籽粒GMP含量，且全生育期GMP含量随氮、硫肥的增施呈先升高后降低的趋势。在施氮量为210～270 kg.hm-2范围内，硫肥施用量在45～67.5 kg.hm-2范围内，适当控制硫肥基追比例在7:3至5:5范围下可以提高蛋白质含量，增加GMP和HMW-GS、巯基和二硫键含量。灌浆期叶面喷施含硫氨基酸及氮素不同程度地提高了小麦籽粒蛋白质及组分含量、GMP含量和总亚基及各亚基的含量。单独施用氨基酸对籽粒蛋白质及其组分无显著影响，氨基酸与尿素有一定互作效应。研究结果为通过氮硫肥料运筹，实现小麦品质定向调优栽培提供理论依据与技术支持。