喷灌对小麦品质形成的影响及其调控机制研究

研究发现与地面灌溉相比，喷灌农田土壤结构、水分养分分布均发生了明显的变化。喷灌水滴和冠层截留水蒸发使喷灌农田近地面空气温度低，相对湿度大，这些影响不仅仅出现在喷灌过程中，而且在喷灌后的整个生育时期长期存在。本项目将重点研究：（1）喷灌对小麦品质形成的影响，主要研究喷灌对小麦蛋白质含量、淀粉糊化特性、面团流变学特性、蛋白质组分和淀粉组分的积累动态等品质性状形成的影响；（2）喷灌影响小麦品质形成的生理机制，主要研究喷灌条件下小麦品质形成对碳氮代谢诸要素变化的响应过程、响应机制和响应的数量化关系；（3）喷灌影响小麦品质形成的生态机制，主要研究喷灌条件下小麦品质形成对土壤环境条件和农田小气候诸要素变化的响应过程、响应机制和响应的数量化关系。通过研究揭示喷灌条件下小麦品质性状的变化规律及其生理生态机制，提出喷灌农田水分养分调控新方法，为科学合理使用喷灌和更好发挥喷灌的综合效益提供科学依据和基本参数。

喷灌作为一种现代灌溉技术，在世界范围内得到了广泛应用。明确喷灌条件下小麦籽粒品质形成规律和调控机制，对深化小麦品质生理研究和指导小麦调优栽培具有重要的理论意义。本项目于2009～2012年三个冬小麦生长季节，以地面灌溉为对照，以强筋小麦郑麦366为主要研究对象，研究了喷灌对小麦碳代谢、氮代谢、籽粒品质形成过程和品质性状等的影响。本课题创新点在于首次发现或揭示了：（1）冬小麦旗叶叶绿素最小荧光(Fo)在两种灌溉方式之间的差异没有达到显著水平。与地面灌溉相比,喷灌条件下PSll的潜在活性(Fv/Fo)和最大光化学转化效率（Fv/Fm）提高, 喷灌增加了灌浆中后期籽粒中蔗糖的供应,导致其淀粉产量的显著增加。喷灌条件下小麦籽粒淀粉含量却下降，这是由于其淀粉产量的提高幅度小于籽粒产量的提高幅度。（2）与地面灌溉相比,喷灌提高了灌浆期小麦旗叶和籽粒中的硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)的活性,有利于旗叶灌浆前期游离氨基酸的积累以及灌浆后期向籽粒的再分配。喷灌条件下冬小麦植株氮素积累量在拔节期与地面灌溉条件下相比没有显著性差异，从孕穗期至成熟期，植株氮素积累量显著高于地面灌溉。喷灌条件下冬小麦营养器官开花前贮藏氮素的氮素运转量高于地面灌溉，这是其蛋白质含量高于地面灌溉的生理基础。 （3）与地面灌溉相比，喷灌降低了小麦的籽粒淀粉含量，提高了籽粒蛋白质含量。对籽粒淀粉、蛋白质组分的影响为：喷灌条件下小麦籽粒直链淀粉含量下降, 直/支链淀粉比下降；喷灌对籽粒清蛋白和球蛋白的含量无显著影响，使醇溶蛋白和麦谷蛋白的含量显著提高。（4）与地面灌溉相比，喷灌提高了小麦的容重、沉降值、面团形成时间和稳定时间。喷灌与地面灌溉条件下小麦淀粉糊化特性表现出明显的差异，除糊化温度和糊化时间差异不显著外，喷灌小麦淀粉的高峰黏度、低谷粘度、稀懈值、最终粘度均显著提高。