全 文 ：长期轮作对黄土高原旱地小麦籽粒
蛋白质营养品质的影响*
蔡摇 艳1,3 摇 郝明德2**
( 1西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌 712100; 3 四川农业
大学资源环境学院, 成都 611130)
摘摇 要摇 在长期定位试验条件下,研究了黄土高原旱地粮草(小麦鄄红豆草)、粮豆(小麦鄄豌
豆)和粮饲(小麦鄄玉米)3 种典型轮作制度对小麦籽粒蛋白质营养品质的影响.结果表明: 轮
作制度及茬口年限可对黄土高原旱地小麦籽粒蛋白质营养品质产生不同程度的影响.与连作
小麦相比,实行小麦鄄红豆草轮作后,小麦籽粒蛋白质营养品质较稳定,且其籽粒蛋白质必需
氨基酸含量、氨基酸评分、氨基酸比值系数、化学评分和氨基酸指数均较高,可作为黄土高原生
产优质蛋白小麦的轮作制度;小麦与豌豆进行轮作,豌豆茬后 1 年小麦籽粒蛋白质营养品质较
高,但豌豆茬后 2年小麦籽粒蛋白质必需氨基酸含量较低,且多种必需氨基酸评分和化学评分
低于连作小麦,必需氨基酸指数比连作小麦低 12. 2% ,营养品质较低;虽然粮饲轮作小麦籽粒蛋
白质营养品质较稳定,但其粗蛋白、必需氨基酸含量及氨基酸平衡程度均低于连作小麦.
关键词摇 轮作摇 黄土高原摇 小麦摇 蛋白质品质摇 营养品质
文章编号摇 1001-9332(2013)05-1354-07摇 中图分类号摇 S35,S51摇 文献标识码摇 A
Effects of long鄄term rotation on the nutritional quality of wheat grain protein on dryland of
Loess Plateau, Northwest China. CAI Yan1,3, HAO Ming鄄de2 ( 1 College of Natural Resources
and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China; 2 Institute of Soil
and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi China; 3College of
Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. ,2013,24(5): 1354-1360.
Abstract: A long鄄term experiment was conducted on the dryland of Loess Plateau to study the
effects of three typical rotation systems, including wheat鄄sainfoin rotation, wheat鄄pea rotation, and
wheat鄄maize rotation, on the nutritional quality of wheat grain protein. Rotation system and the
cropping years of rotated plants affected the nutritional quality of wheat grain protein in varying de鄄
grees. As compared with continuous wheat cropping, wheat鄄sainfoin rotation made the nutritional
quality of wheat grain protein relatively stable, and the essential amino acid content, amino acid
score, amino acid ratio coefficient, chemical score, and amino acid index of the protein all relative鄄
ly high, being able to be adopted as a cropping system to product high quality protein wheat in
Loess Plateau. Under wheat鄄pea rotation, the nutritional quality of wheat grain protein after 1鄄year
pea cropping was relatively high, but the essential amino acid content of wheat grain protein after
2鄄year pea cropping was relatively low, and several essential amino acid scores and chemical score
of the grain protein were lower than those under continuous wheat cropping. Furthermore, the es鄄
sential amino acid index was 12. 2% lower than that under continuous wheat cropping. Therefore,
wheat鄄pea rotation showed a relatively low nutritional quality of wheat grain protein. Under wheat鄄
maize rotation, the nutritional quality of wheat grain protein was also relatively stable, but the crude
protein and essential amino acid contents and amino acid balance level were lower than those under
continuous wheat cropping.
Key words: rotation; Loess Plateau; wheat; protein quality; nutritional quality.
*国家重点基础研究发展计划项目(2009CB118604)、国家科技支撑计划重大项目(2011BAD31B01)和中国科学院知识创新工程重要方向项目
(KZCX2鄄YW鄄JC408)资助.
**通讯作者. E鄄mail: mdhao@ ms. iswc. ac. cn
2012鄄09鄄07 收稿,2013鄄02鄄26 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 5 月摇 第 24 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2013,24(5): 1354-1360
摇 摇 小麦是世界主要粮食作物之一,占全世界 35%
的人口以小麦为主食,也是人类植物性蛋白质的重
要来源.小麦籽粒蛋白质的营养品质主要取决于其
中蛋白质含量的高低和蛋白质中必需氨基酸组成的
平衡程度,其高低直接关系到人类对其营养成分的
利用程度,是小麦品种选育和改良的首要目标[1-2] .
大量研究表明,水分管理、轮作制度和施肥等生产管
理措施对小麦籽粒蛋白质和必需氨基酸含量会产生
明显影响[3-7],但这些研究仅探讨了生产措施对小
麦籽粒蛋白质和氨基酸含量的影响,未深入研究其
对小麦籽粒必需氨基酸组成平衡程度的影响,尤其
是长期轮作制度对小麦籽粒蛋白质营养品质的影响
研究尚未见报道.黄土高原是我国传统的旱作农业
区,在我国旱地农业中具有典型性和代表性.本文以
黄土高原长期定位轮作试验中小麦为研究对象,探
讨该地区粮草、粮豆和粮饲 3 种典型轮作制度及不
同茬口年限对小麦籽粒蛋白质营养品质的影响,旨
在为黄土高原旱地合理利用茬口效应、提高小麦蛋
白质营养品质提供参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 试验区域概况
试验地位于陕西省长武县十里铺村塬面旱地,
地处黄土高原中南部,农业生产完全依赖天然降水,
属典型的旱作农业区,一年一熟.多年平均降水量为
578郾 5 mm,其中 7—9 月降水量占总量的 57%左右,
年均气温 9郾 3 益,年均日照时数 2230 h.
1郾 2摇 试验材料
试验土壤为粘化黑垆土,母质是深厚的中壤质
马兰黄土,全剖面土质均匀疏松,通透性好,肥力中
等.试验开始时耕层土壤有机质 10郾 50 g·kg-1,全
氮 0郾 80 g · kg-1,碱解氮 37 mg · kg-1,有效磷
2郾 0 mg·kg-1,速效钾 129 mg·kg-1,pH(H2O) 8郾 4.
供试小麦品种为长武 134,田间管理同大田.
1郾 3摇 试验设计
长期定位试验于 1984 年布置.小区长10郾 26 m,
宽 6郾 5 m,面积 66郾 69 m2 . 每个处理 3 次重复,随机
区组排列.设 3 种轮作制度:粮草轮作为:红豆草寅
小麦寅小麦+红豆草(小麦收获后复种红豆草),3 年
为一个轮作周期;粮豆轮作为:豌豆寅小麦寅小麦+
糜子(小麦收获后复种糜子),3 年为一个轮作周期;
粮饲轮作为:玉米寅小麦寅小麦+糜子(小麦收获后
复种糜子),3 年为一个轮作周期;同时设置小麦连
作处理作为对照.各处理施肥量为 N 120 kg·hm-2,
P2O5 60 kg·hm-2,所施氮肥为尿素,磷肥为过磷酸
钙,皆于作物播前将肥料撒施地表后耕翻入土.
1郾 4摇 测定项目与方法
小麦籽粒成熟后随机取混合样.用凯氏定氮法
测定粗蛋白含量;参照宋治军和经重光[8]的方法,
用 121MB型氨基酸分析仪测定小麦籽粒各氨基酸
含量(色氨酸受条件限制未测定).
1郾 5摇 蛋白质营养品质评价方法
根据 FAO / WHO 1973 年建议的每克氮(或蛋白
质)氨基酸评分标准模式和鸡蛋蛋白模式进行小麦
籽粒蛋白质营养价值评定[9] . 分别按公式计算各处
理小麦籽粒蛋白质必需氨基酸评分(AAS)、氨基酸
比值系数 ( RC)、化学评分 ( CS) 和氨基酸指数
(EAAI) [10]:
AAS=测定的必需氨基酸含量(mg·g-1 pro) /
FAO / WHO模式参考值(mg·g-1 pro)
根据 FAO / WHO研究报告[9],标准蛋白质中 7
种(类)必需氨基酸模式(mg·g-1 pro)如下:苏氨酸
40,缬氨酸 50,异亮氨酸 40,亮氨酸 70,赖氨酸 55,
蛋氨酸+胱氨酸 35,苯丙氨酸+酪氨酸 60.
RC= AASAAS均值
CS=测定的必需氨基酸含量(mg·g-1 pro) /鸡
蛋蛋白质中同种氨基酸含量(mg·g-1 pro)
根据 FAO / WHO 研究报告,鸡蛋蛋白质中 7 种
(类)必需氨基酸模式(mg·g-1 pro)如下:苏氨酸
47,缬氨酸 66,异亮氨酸 54,亮氨酸 86,赖氨酸 70,
蛋氨酸+半胱氨酸 57,苯丙氨酸+酪氨酸 93.
EAAI=n 100 aA 伊100
b
B 伊100
c
C…伊100
g
G
式中:a、b、c、…、g分别为试验测定的蛋白质中必需
氨基酸的含量(mg·g-1 pro);A、B、C、…、G 分别为
鸡蛋蛋白质中必需氨基酸的含量;n 为必需氨基酸
的个数,本试验中 n=7.
1郾 6摇 数据处理
采用 Excel 2003 软件进行数据处理.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 长期轮作对小麦籽粒粗蛋白和氨基酸含量的
影响
从表 1 可以看出,轮作对小麦籽粒必需氨基酸
的影响程度最大,其变异系数为 10郾 3% .豌豆茬后 1
年小麦籽粒粗蛋白、必需氨基酸含量和氨基酸总量
稍高于连作小麦,其余各轮作方式小麦籽粒粗蛋白、
55315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 蔡摇 艳等: 长期轮作对黄土高原旱地小麦籽粒蛋白质营养品质的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
必需氨基酸含量和氨基酸总量均比连作小麦低,尤
其是粮饲轮作中玉米茬后 1 年种植小麦,其粗蛋白
和必需氨基酸含量比连作小麦分别减少 3郾 1%和
1郾 1% ,而其氨基酸总量仅为连作小麦的 79郾 1% .就
3 个指标的平均值而言,连作小麦>粮豆轮作小麦>
粮草轮作小麦>粮饲轮作小麦,说明采取轮作方式
会在不同程度上整体降低小麦籽粒蛋白质和氨基酸
含量.
摇 摇 粮豆轮作中不同年限小麦籽粒粗蛋白和必需氨
基酸含量变化最大,粮饲轮作其次,粮草轮作小麦籽
粒粗蛋白和必需氨基酸含量最稳定(表 1). 粮草轮
作中,红豆草茬后 1 年小麦籽粒粗蛋白低于 2 年小
麦,但其必需氨基酸比 2 年小麦高 11郾 7% ;粮豆轮
作中,豌豆茬后 1 年小麦粗蛋白、必需氨基酸含量和
氨基酸总量分别比 2 年小麦高 14郾 7% 、17郾 5% 和
14郾 7% ;粮饲轮作中,玉米茬后 2 年小麦粗蛋白、必
需氨基酸含量和氨基酸总量分别比 1 年小麦高
14郾 8% 、18郾 0%和 17郾 5% .
豌豆茬后 1 年和 2 年小麦及红豆草茬后 1 年小
麦籽粒必需氨基酸含量与氨基酸总量的比值(E / T)
为 37郾 0% ~39郾 1% ,必需氨基酸含量与非必需氨基
酸含量的比值(E / N)为 60郾 9% ~ 63郾 0% ,与 FAO /
WHO提出的比值最接近 ( E / T 约 40% , E / N 约
60% ) [10] .而粮饲轮作小麦籽粒因必需氨基酸含量
较低或非必需氨基酸含量较高, E / T 和 E / N 与
FAO / WHO标准相差较远,说明粮饲轮作不利于小
麦籽粒优质蛋白质的形成(表 1).
2郾 2摇 长期轮作对小麦籽粒蛋白质必需氨基酸含量
的影响
从表 2 可以看出,轮作对小麦籽粒蛋白质中含
硫氨基酸的影响程度最大,其变异系数达到
18郾 9% ,其次为缬氨酸(9郾 8% ),对异亮氨酸的影响
程度最小(6郾 3% ). 小麦籽粒蛋白质中各必需氨基
酸以苯丙氨酸+酪氨酸和亮氨酸含量最高,平均值
分别为 61 和 60 mg·g-1 pro;含硫氨基酸(蛋氨酸+
半胱氨酸)和赖氨酸含量最低,平均值分别为 23 和
25 mg·g-1 pro(表 2).
粮豆轮作中豌豆茬后小麦种植年限对其籽粒蛋
白质必需氨基酸的影响最明显. 豌豆茬后 1 年小麦
籽粒蛋白质中氨基酸含量最高,其必需氨基酸总量
比连作小麦高 27 mg·g-1 pro,且各必需氨基酸含
量均为最高值或次高值. 但豌豆茬后2年小麦籽粒
表 1摇 长期轮作下小麦籽粒粗蛋白和氨基酸含量及比例
Table 1摇 Contents and proportion of crude protein and amino acids of wheat grain under long鄄term rotation (%)
种植制度 Rotation system 茬口 Stubble CP E N T E / T N / T E / N
小麦连作 Continuous wheat 17郾 4 4郾 8 8郾 2 12郾 9 36郾 9 63郾 1 58郾 5
粮草轮作 Wheat鄄sainfoin rotation T1 15郾 5 4郾 7 7郾 3 12郾 0 39郾 1 60郾 9 64郾 2
T2 17郾 2 4郾 2 7郾 7 11郾 9 35郾 1 64郾 9 54郾 1
粮豆轮作 Wheat鄄pea rotation T1 17郾 6 5郾 0 8郾 2 13郾 2 37郾 9 62郾 1 61郾 1
T2 15郾 3 4郾 3 7郾 2 11郾 5 37郾 0 63郾 0 58郾 8
粮饲轮作 Wheat鄄maize rotation T1 14郾 2 3郾 6 6郾 6 10郾 2 35郾 5 64郾 5 55郾 0
T2 16郾 4 4郾 3 7郾 7 12郾 0 35郾 7 64郾 4 55郾 4
变异系数 Coefficient variation 7郾 7 10郾 3 7郾 4 8郾 1 3郾 9 2郾 3 6郾 2
CP:粗蛋白含量 Content of crude protein; E:必需氨基酸含量 Content of essential amino acids; N:非必需氨基酸含量 Content of non鄄essential amino
acids; T: 氨基酸总量 Total content of amino acids. T1和 T2分别表示轮作后第 1 和第 2 年种植 T1 and T2 meant planting in the first and second years
respectively after rotation郾 下同 The same below郾
表 2摇 长期轮作下小麦籽粒蛋白质必需氨基酸含量
Table 2摇 Essential amino acids contents of wheat grain protein under long鄄term rotation (mg·g-1 pro)
种植制度
Rotation system
茬口
Stubble
苏氨酸
Thr
缬氨酸
Val
异亮
氨酸
Ile
亮氨酸
Leu
赖氨酸
Lys
蛋氨酸+
半胱氨酸
Met+Cys
苯丙氨酸+
酪氨酸
Phe +Tyr
T
小麦连作 Continuous wheat 27 38 33 59 23 29 65 274
粮草轮作 Wheat鄄sainfoin rotation T1 28 44 32 61 28 25 67 284
T2 28 46 30 60 26 25 62 277
粮豆轮作 Wheat鄄pea rotation T1 31 48 34 68 29 28 63 301
T2 26 36 29 54 24 18 56 243
粮饲轮作 Wheat鄄maize rotation T1 26 43 30 59 24 18 56 255
T2 26 44 29 60 23 21 60 262
变异系数 Coefficient variation (% ) 7郾 1 9郾 8 6郾 3 7郾 1 9郾 3 18郾 9 6郾 8
T:必需氨基酸总量 Total content of essential amino acids郾
6531 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
蛋白质中氨基酸含量最低,其必需氨基酸总量比连
作小麦低 11郾 3% ,且各必需氨基酸含量均为最低值
或次低值.粮草轮作、粮饲轮作中茬口年限对小麦籽
粒蛋白质中必需氨基酸的影响程度较小,玉米茬后
1 年和 2 年小麦及红豆草茬后 1 年和 2 年小麦籽粒
蛋白质中必需氨基酸总量相差无几.总体来看,粮草
轮作小麦籽粒蛋白质必需氨基酸总量 (平均
281 mg·g-1 pro)>连作小麦(274 mg·g-1 pro) >粮
豆轮作(平均 272 mg·g-1 pro)>粮饲轮作(平均 259
mg·g-1 pro)(表 2).
轮作可不同程度提高小麦籽粒蛋白质中赖氨酸
含量,其中,豌豆茬后 1 年小麦籽粒赖氨酸含量比连
作小麦增加 26郾 1% .同时轮作使小麦籽粒蛋白质中
含硫氨基酸含量不同程度降低,尤其是豌豆茬后 2
年小麦及玉米茬后 1 年小麦,其含硫氨基酸含量比
连作小麦低 37郾 9% (表 2).
2郾 3摇 长期轮作对小麦籽粒蛋白质必需氨基酸评分
和氨基酸比值系数的影响
从表 3 可以看出,各处理小麦籽粒蛋白质必需
氨基酸评分值(AAS)为 42 ~ 111,除部分处理苯丙
氨酸+酪氨酸评分值高于 100 外,其他必需氨基酸
含量均低于标准蛋白氨基酸组分. 其中赖氨酸评分
值最低,说明赖氨酸是小麦籽粒蛋白质第 1 限制性
氨基酸,且玉米茬后 2 年小麦评分值最低,仅为
WHO / FAO模式标准值的 42郾 1% . 多数处理以含硫
氨基酸为第 2 限制性氨基酸,如粮饲轮作小麦、豌豆
茬后 2 年小麦等;少数以苏氨酸为第 2 限制性氨基
酸,如红豆草茬后 2 年小麦、豌豆茬后 1 年小麦. 豌
豆茬后 2 年小麦籽粒 AAS 最低,为 44 ~ 93,而豌豆
茬后 1 年小麦籽粒 AAS最高,为 53 ~ 105.
此外,苯丙氨酸+酪氨酸在各处理小麦籽粒蛋
白中与标准蛋白组分比例最接近,但部分处理下其
值大于 100,也会影响小麦籽粒蛋白质的营养价值.
摇 摇 现代营养学研究认为,必需氨基酸不足将影响
蛋白质的营养价值,而某种必需氨基酸过剩也会限
制蛋白质的营养价值.若氨基酸比值系数(RC)= 1,
表明食物中蛋白质氨基酸含量比例与模式氨基酸一
致;若 RC>1,表明该氨基酸相对过剩;若 RC<1,则
表明该必需氨基酸相对不足. 从表 4 可以看出,与
FAO / WHO标准模式相比,小麦籽粒苯丙氨酸+酪氨
酸含量明显过剩,其 RC为 1郾 24 ~ 1郾 40;缬氨酸和亮
氨酸稍显过剩;异亮氨酸含量与标准模式较一致,
RC为 0郾 97 ~ 1郾 07;赖氨酸含量明显不足,RC 仅
0郾 55 ~ 0郾 65,但采取轮作后小麦籽粒蛋白质氨基酸
平衡性较好,赖氨酸 RC值均比连作小麦高,在一定
程度上增加了小麦蛋白质营养品质.
表 3摇 长期轮作下小麦籽粒蛋白质必需氨基酸评分
Table 3摇 Essential amino acids scores of wheat grain protein under long鄄term rotation
种植制度
Rotation system
茬口
Stubble
苏氨酸
Thr
缬氨酸
Val
异亮氨酸
Ile
亮氨酸
Leu
赖氨酸
Lys
蛋氨酸+
半胱氨酸
Met+Cys
苯丙氨酸+
酪氨酸
Phe +Tyr
小麦连作 Continuous wheat 66 77 83 85 42 82 108
粮草轮作 Wheat鄄sainfoin rotation T1 70 87 79 88 51 70 111
T2 69 91 76 86 48 72 103
粮豆轮作 Wheat鄄pea rotation T1 78 96 85 98 53 79 105
T2 64 72 72 77 44 51 93
粮饲轮作 Wheat鄄maize rotation T1 65 85 74 84 43 52 93
T2 64 88 74 85 42 59 99
表 4摇 长期轮作下小麦籽粒蛋白质氨基酸比值系数
Table 4摇 Amino acids ratio coefficients of wheat grain protein under long鄄term rotation
种植制度
Rotation system
茬口
Stubble
苏氨酸
Thr
缬氨酸
Val
异亮氨酸
Ile
亮氨酸
Leu
赖氨酸
Lys
蛋氨酸+
半胱氨酸
Met+Cys
苯丙氨酸+
酪氨酸
Phe +Tyr
小麦连作 Continuous wheat 0郾 86 0郾 99 1郾 07 1郾 09 0郾 55 1郾 06 1郾 39
粮草轮作 Wheat鄄sainfoin rotation T1 0郾 89 1郾 10 1郾 00 1郾 10 0郾 64 0郾 89 1郾 40
T2 0郾 89 1郾 17 0郾 97 1郾 10 0郾 62 0郾 92 1郾 32
粮豆轮作 Wheat鄄pea rotation T1 0郾 91 1郾 14 1郾 00 1郾 15 0郾 62 0郾 93 1郾 24
T2 0郾 94 1郾 07 1郾 07 1郾 14 0郾 65 0郾 76 1郾 38
粮饲轮作 Wheat鄄maize rotation T1 0郾 92 1郾 20 1郾 05 1郾 19 0郾 60 0郾 73 1郾 32
T2 0郾 88 1郾 21 1郾 01 1郾 16 0郾 58 0郾 81 1郾 36
75315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 蔡摇 艳等: 长期轮作对黄土高原旱地小麦籽粒蛋白质营养品质的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 5摇 长期轮作下小麦籽粒蛋白质必需氨基酸的化学评分
Table 5摇 Chemical scores of essential amino acids of wheat grain protein under long鄄term rotation
种植制度
Rotation system
茬口
Stubble
苏氨酸
Thr
缬氨酸
Val
异亮氨酸
Ile
亮氨酸
Leu
赖氨酸
Lys
蛋氨酸+
半胱氨酸
Met+Cys
苯丙氨酸+
酪氨酸
Phe +Tyr
小麦连作 Continuous wheat 57 58 61 69 33 50 70
粮草轮作 Wheat鄄sainfoin rotation T1 60 66 59 71 40 43 72
T2 59 69 56 70 38 44 67
粮豆轮作 Wheat鄄pea rotation T1 66 73 63 80 41 48 68
T2 54 55 54 63 35 31 60
粮饲轮作 Wheat鄄maize rotation T1 55 64 55 69 34 32 60
T2 55 67 55 69 33 36 64
2郾 4摇 长期轮作对小麦籽粒蛋白质必需氨基酸的化
学评分和必需氨基酸指数的影响
一般认为,鸡蛋蛋白质中所含必需氨基酸比例
最接近人体需要,在体内近 100%可被利用. 从表 5
可以看出,虽然进行轮作后,小麦籽粒蛋白质营养品
质仍低于鸡蛋蛋白,但除豌豆茬后 2 年小麦外,轮作
可使小麦籽粒蛋白质中缬氨酸、亮氨酸、赖氨酸和苯
丙氨酸+酪氨酸的化学评分值提高或维持不变.
必需氨基酸指数(EAAI)越大,蛋白质中氨基酸
组成越平衡,蛋白质的质量和利用率越高.从图 1 可
以看出,豌豆茬后 1 年小麦籽粒 EAAI 最高,比连作
小麦增加 10郾 6% ;豌豆茬后 2 年小麦籽粒 EAAI 最
低,比连作小麦减少 12郾 2% .整体来看,粮草轮作小
麦籽粒 EAAI(平均 56郾 8) >小麦连作(55郾 5) >粮豆
轮作(平均 55郾 1)>粮饲轮作(平均 51郾 5).从图 1 还
可以看出,豌豆茬后 1 年及红豆草茬后 1 年小麦籽
粒氨基酸平衡性分别优于豌豆茬后 2 年及红豆草茬
后 2 年小麦,而玉米茬后小麦则相反.
图 1摇 长期轮作对小麦籽粒蛋白质必需氨基酸指数的影响
Fig. 1 摇 Effects of long鄄term rotation on essential amino acid
index (EAAI) of wheat grain protein郾
CK:小麦连作 Continuous wheat; WS:粮草轮作 Wheat鄄sainfoin rota鄄
tion; WP:粮豆轮作 Wheat鄄pea rotation; WM:粮饲轮作 Wheat鄄maize
rotation郾 T1和 T2分别表示轮作后第 1 和第 2 年种植 T1 and T2 meant
planting in the first and second years respectively after rotation郾
3摇 讨摇 摇 论
红豆草属豆科牧草,根系发达,产草量高,草质
优良,被誉为“牧草皇后冶 [11],在我国西北和华北地
区畜牧业发展中颇受重视. 豌豆为种植较广的一年
生豆科植物.前人研究表明,与连作相比,小麦与豆
科植物轮作可显著提高土壤微生物多样性,影响农
业生态系统的稳定性[12];并且可提高土壤中过氧化
氢酶和磷酸酶活性[13],加快土壤 C 循环和 P 活化,
增加土壤有效养分含量;同时降低土壤氮素矿化率,
有利于土壤氮素的稳定和积累[14] . 因此,小麦与豆
科作物轮作可提高土壤肥力水平,且豆科作物所占
比例越大,土壤肥力增幅越大[15],小麦品质越好.豆
科植物改善土壤肥力水平的作用与豆科植物种类及
茬口年限有关. 刘晓宏等[16]研究了小麦鄄红豆草轮
作系统和小麦鄄豌豆轮作系统土壤氮素的变化,发现
小麦鄄红豆草轮作系统土壤有机氮水平更高,土壤剖
面供氮能力更强,这可能是本研究中粮草轮作和粮
豆轮作小麦籽粒蛋白质营养品质差异的重要原因.
此外,李兆丽[17]认为,红豆草有利于土壤有机质和
氮素的累积,且红豆草种植年限越长,该作用越明
显,这在一定程度上说明了红豆草茬后 1 年小麦地
和 2 年小麦地土壤肥力水平的差异.本研究表明,小
麦与豆科植物轮作,可提高小麦籽粒蛋白质氨基酸
的平衡性,且豆科植物茬后 1 年小麦优于 2 年小麦,
其结果与土壤肥力水平的变化一致.
一般认为,赖氨酸为小麦籽粒第 1 限制性氨基
酸,苏氨酸则为第 2 限制性氨基酸,本研究结果与此
一致.多数研究认为小麦籽粒蛋白质含量与必需氨
基酸含量呈极显著正相关[2,18], 其相关系数为
0郾 756 ~ 1.陈华萍等[19]指出,小麦蛋白质与赖氨酸
呈正相关,因此可考虑在提高蛋白质含量的基础上
提高赖氨酸含量,进而提高小麦籽粒蛋白质营养品
8531 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
质.但另有研究认为,高蛋白小麦品种氨基酸含量虽
然较高, 但氨基酸组成的平衡性欠佳, 蛋白质营养
品质仍然不容乐观[20] . 本研究中,小麦籽粒蛋白质
含量与异亮氨酸、含硫氨基酸含量呈显著正相关,其
相关系数分别为 0郾 669 和 0郾 667,与其他氨基酸含
量则呈非显著相关关系;轮作虽然提高了小麦籽粒
赖氨酸含量,进而提高了小麦籽粒氨基酸的平衡性
及籽粒蛋白质的营养价值,但籽粒蛋白质含量大多
低于连作小麦.因此是否可以通过合理的土壤管理
措施提高小麦籽粒蛋白质含量,进而提高其必需氨
基酸含量及蛋白质营养品质值得商榷.
本文仅探讨了轮作对小麦籽粒蛋白质营养品质
的影响.小麦其他营养品质如沉淀值、面筋含量等,
及加工品质如蒸煮品质、烘烤品质等也是衡量小麦
品质的重要指标.土壤肥力水平对小麦品质有较大
影响,高肥力土壤栽培的小麦,其籽粒湿面筋含量、
沉降值、面团形成时间等均显著高于或长于低肥力
土壤[21-22] .樊虎玲等[6]研究表明,黄土高原地区采
取粮草(小麦鄄苜蓿)长周期轮作有利于提高小麦粉
面团的强度和筋力,粉质质量指数明显增加. 此外,
小麦鄄豌豆轮作也可改善小麦面团的流变学性
质[23] .但红豆草鄄小麦轮作是否可改善小麦籽粒的
其他营养品质和加工品质未见报道,因此,应深入研
究黄土高原地区各种轮作模式和茬口年限对小麦品
质的全面影响,以期为该地区优质小麦生产提供理
论和技术参考.
4摇 结摇 摇 论
轮作制度和茬口年限对小麦籽粒必需氨基酸含
量的影响大于蛋白质.粮豆轮作中,豌豆茬后 1 年小
麦籽粒蛋白质、必需氨基酸含量稍高于连作小麦,但
2 年小麦籽粒蛋白质、必需氨基酸含量分别比连作
小麦低 11郾 7%和 10郾 9% .粮草轮作中,红豆草茬后 1
年小麦必需氨基酸含量与连作小麦接近,2 年小麦
蛋白质含量与连作小麦接近.粮饲轮作中,玉米茬后
2 年小麦籽粒蛋白质、必需氨基酸含量高于 1 年小
麦,但两者均明显低于连作小麦.
轮作制度和茬口年限对小麦籽粒蛋白质中含硫
氨基酸的影响程度最大,变异系数达 18郾 9% . 虽然
轮作后赖氨酸仍为小麦籽粒蛋白质第 1 限制性氨基
酸,但轮作后小麦籽粒赖氨酸含量提高 0(玉米茬后
2 年小麦) ~ 26郾 1% (豌豆茬后 1 年小麦),进而提高
其必需氨基酸评分值和氨基酸比值系数.
除豌豆茬后 2 年小麦外,轮作可提高小麦籽粒
蛋白质中多种必需氨基酸的化学评分值,从而提高
其营养价值.粮草轮作不同茬口年限小麦必需氨基
酸指数(EAAI)均高于连作小麦,表现出较高的平衡
性和稳定性,可作为黄土高原生产优质蛋白小麦优
先选取的轮作制度.
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作者简介 摇 蔡 摇 艳,女,1976 年生,博士研究生,副教授. 主
要从事土壤与植物营养研究,发表论文 10 余篇. E鄄mail:
caiyya@ 126. com
责任编辑摇 张凤丽
0631 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷