不同類型土壤對小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響

魏 鑫，常旭虹，王德梅，陶志強，王艷杰，楊玉雙，趙廣才

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點試驗室，北京 100081；2.東北林業(yè)大學森林植物生態(tài)學教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150000)

小麥作為我國最重要的口糧，其產(chǎn)量及品質(zhì)的發(fā)展直接影響國家糧食安全和社會穩(wěn)定。近幾十年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展生活水平的提高，人們對小麥品質(zhì)的要求也日益提高。目前，小麥在我國分布廣泛，除海南省外其他地區(qū)均有不同規(guī)模的小麥生產(chǎn)[1-2]。在高產(chǎn)水平上提高品質(zhì)將是我國未來小麥生產(chǎn)發(fā)展的重要任務。小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)不僅受遺傳因素的控制，而且還受生態(tài)環(huán)境的影響[3-5]。土壤養(yǎng)分含量直接影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，楊 陽等[6]提出，小麥品質(zhì)受土壤質(zhì)地影響較大。良好的土壤環(huán)境能夠滿足小麥生長對營養(yǎng)物質(zhì)的需求，使小麥獲得高產(chǎn)的同時改善其籽粒品質(zhì)。王 浩等[7-8]研究表明，土壤對小麥品質(zhì)的影響不僅體現(xiàn)在土壤養(yǎng)分和水分上，土壤類型對小麥品質(zhì)也有重要影響。

為獲得更多土壤與小麥產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系的資料，本試驗采用來自中國和埃及的不同小麥品種為供試材料，分析比較三種類型土壤對小麥植株性狀、產(chǎn)量性狀和籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響，為小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤為來自黑龍江的黑土、北京的潮土和云南的紅土。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分如表1。供試小麥品種為來自天津的津強8號和來自埃及的Egypt New。試驗采用盆栽方法，于2018-2019年在中國農(nóng)業(yè)科學研究院作物科學研究所溫室內(nèi)進行。

表1 供試土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分Table 1 Basic nutrient of soil tested

1.2 試驗設(shè)計

試驗為隨機區(qū)組設(shè)計，主因素為土壤類型(A)，A1：黑土；A2：潮土；A3：紅土；次因素為品種(B)，B1：津強8號；B2：Egypt New。于2018年10月18日將供試土壤混勻后裝盆并播種，每盆裝土3 kg，盆內(nèi)徑22 cm，高18 cm，每盆播種10粒，3次重復，三葉期時留苗8株，合計18盆。2018年11月20日移入溫室，2019年2月11日收獲。拔節(jié)期每盆追尿素1 g；生育期間保證水分供應充足。

1.3 測定項目與方法

收獲后室內(nèi)考種，測定指標有株高、穗長、穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量、千粒重、籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量。蛋白組分采用連續(xù)振蕩法順序提取清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白[9]。籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量采用凱氏定氮法用FOSS Kjeltec2003全自動凱氏定氮儀(丹麥FOSS公司)進行測定。蛋白質(zhì)含量與籽粒含氮量換算系數(shù)5.7。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，用DPS軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種植株及產(chǎn)量性狀比較

由表2可知，在三種供試土壤類型綜合分析下，2個小麥品種被測植株及產(chǎn)量性狀無顯著差異。其中，津強8號的株高、穗長、千粒重都略高于Egypt New，Egypt New的穗粒數(shù)和產(chǎn)量略高于津強8號，均未達到顯著差異水平。表明供試品種的籽粒產(chǎn)量及植株性狀差異較小。

2.2 類型土壤對小麥產(chǎn)量及植株性狀的影響

由表3可知，黑土條件下的小麥株高、產(chǎn)量極顯著高于潮土和紅土；穗長、穗粒數(shù)顯著高于潮土和紅土；千粒重略高于潮土，差異不顯著，而極顯著高于紅土；潮土條件下的千粒重略高于紅土，差異不顯著。說明土壤類型對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有較大影響。

表2 不同小麥品種的植株及產(chǎn)量性狀比較Table 2 Comparison of plant and yield characters of different wheat varieties

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。下同。

Different lowercase letters following data in same column mean significant difference at 0.05 level.The same below.

表3 不同土壤下類型小麥植株及產(chǎn)量性狀比較 Table 3 Comparison of wheat plant and yield characters under different soil types

同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示差異在0.01水平顯著。

Different uppercase letters following data in same column indicate significant difference at 0.01 level.

2.3 不同品種小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量 比較

由圖1可知，Egypt New的籽?？偟鞍?、清蛋白略高于津強8小麥，球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白略低于津強8小麥，但差異均未達到顯著水平，表明兩個小麥品種間籽?？偟鞍准敖M分含量差異較小。兩個小麥品種不同蛋白組分含量的高低趨勢一致，均表現(xiàn)為醇溶蛋白>谷蛋白>清蛋白>球蛋白，表明栽培條件對兩個小麥品種蛋白質(zhì)及其組分含量的影響一致。

圖柱上不同字母表示差異在0.05水平顯著。下同。

Different letters above columnes indicated significant differences at 0.05 level.The same below.

圖1 不同品種蛋白質(zhì)組分比較

Fig.1 Protein component comparison of different varieties

2.4 土壤類型對小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響

由圖2可知，紅土條件下的籽?？偟鞍缀扛哂诤谕梁统蓖?，且差異達到極顯著水平。三種土壤類型下的清蛋白和球蛋白含量均表現(xiàn)為：紅土>潮土>黑土，且相互間差異顯著，表明土壤類型對清蛋白和球蛋白含量的影響較大。醇溶蛋白含量表現(xiàn)為：紅土>潮土>黑土，且紅土條件下的醇溶蛋白含量顯著高于黑土，但與潮土未達到顯著水平，潮土與黑土之間也差異不顯著。谷蛋白含量表現(xiàn)為：紅土>黑土>潮土，但差異均未達到顯著水平。綜上所述，不同土壤類型對小麥籽粒蛋白組分的影響不盡相同。由于紅土條件小麥籽粒產(chǎn)量明顯較低，推測其籽粒總蛋白及其組分含量較高可能與籽粒氮素積累能力較高或淀粉含量較低有關(guān)，具體原因有待進一步驗證。

2.5 不同小麥品種籽粒蛋白及其組分產(chǎn)量的 比較

由表4可知，Egypt New的籽?？偟鞍?、清蛋白、球蛋白及醇溶蛋白產(chǎn)量均略高于津強8，但差異均未達到顯著水平，表明供試品種間的籽?？偟鞍准敖M分產(chǎn)量差異較小。

2.6 不同土壤類型對小麥籽粒蛋白及其組分產(chǎn)量的影響

不同的土壤類型對小麥籽粒蛋白及其組分的產(chǎn)量有顯著影響(表5)?？偟鞍住⑶宓鞍?、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白產(chǎn)量均表現(xiàn)為黑土>潮土>紅土，且相互間差異均達到極顯著水平。

圖柱上不同大小寫字母分別表示差異在0.01和0.05水平上顯著。

Different capital and small letters on the column indicate significant difference at 0.01 and 0.05 levels,respectively.

圖2 不同土壤類型對蛋白質(zhì)組分的影響

Fig.2 Effects of different soil types on protein composition

表4 不同品種籽粒蛋白及其組分產(chǎn)量的比較
Table 4 Comparison of grain protein and its components yield of different wheat varietiesg·pot-1

品種Variety總蛋白Total protein清蛋白Albumin球蛋白Globin醇溶蛋白Gliadin谷蛋白Glutelin津強8號 Jinqiang 80.75a0.14a0.07a 0.27a 0.26aEgypt New0.79a0.16a 0.08a 0.28a0.26a

表5 不同土壤類型條件下籽粒蛋白及其組分產(chǎn)量的比較Table 5 Comparison of grain protein and its components yield of wheat under different soil types g·pot-1

3 討 論

雷振生[10]和柳偉偉[11]等研究認為，小麥蛋白質(zhì)含量與土壤速效磷、速效鉀呈顯著正相關(guān)。本研究中，黑土的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效氮及速效鉀含量均遠遠高于紅土和潮土，但紅土條件下小麥蛋白質(zhì)及其組分含量高于黑土和潮土，推測由于紅土條件下小麥籽粒產(chǎn)量顯著降低，而施入的氮素與黑土和潮土處理的相同，故其供應單位籽粒的氮素相對較多，黑土和潮土處理的產(chǎn)量較高，稀釋了籽粒中的氮素含量，最終表現(xiàn)為紅土的籽粒蛋白質(zhì)及其組分的含量較高，具體原因有待進一步驗證。本試驗中，津強8號和Egypt New兩個小麥品種籽粒產(chǎn)量無顯著差異，兩個小麥品種不同蛋白組分含量和籽粒蛋白產(chǎn)量趨勢一致，均表現(xiàn)為醇溶蛋白>谷蛋白>清蛋白>球蛋白，表明土壤類型對兩個小麥品種的影響一致。本研究中，被測植株和產(chǎn)量指標均較大田明顯低，推測原因可能有以下兩點：一是所采集土壤熟化程度較低；二是溫室培養(yǎng)使小麥生育期較短。具體原因還需要更多品種和多年試驗驗證。