全 文 ：开放式 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白的影响
*
朱新开1 摇 刘晓成1 摇 孙陶芳1 摇 郭文善1**摇 朱建国2 摇 Kazhuhiko Kobayashi3
( 1 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009; 2 中国科学院南京土壤研究所, 南京 210008; 3 东京大学农
学院, 日本东京 113鄄8657)
摘摇 要摇 于 2006—2009 年应用 FACE研究平台,设计 O3 浓度增高 50% (E)和自然浓度(CK)
两个处理,采用烟农 19、扬麦 16、扬麦 15 和扬辐麦 2 号 4 个品种,研究了 O3 浓度增高对不同
类型小麦品种籽粒蛋白质组分及其动态的影响.结果表明:随着 O3 浓度增高,籽粒蛋白质含
量上升,3 个年度上升幅度分别为 7郾 55% ~ 16郾 37% (2006—2007 年度)、4郾 93% ~ 22郾 63%
(2007—2008 年度)和 2郾 29% ~ 17郾 65% (2008—2009 年度),处理间、品种和年度间差异显
著;但籽粒蛋白质产量显著或极显著下降,3 个年度降幅分别为 1郾 83% ~ 11郾 64% (2006—
2007 年度), -0郾 41% ~ 24郾 22% (2007—2008 年度)和-1郾 90% ~ 15郾 81% (2008—2009 年
度) .籽粒蛋白质 4 种组分(清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白)含量均表现为 O3 浓度增高处
理高于自然浓度处理,品种间和年度间差异显著,且处理间醇溶蛋白和球蛋白含量差异显著,
而清蛋白和谷蛋白含量差异不显著.
关键词摇 小麦摇 FACE摇 O3 浓度增高摇 蛋白质含量摇 蛋白质组分
文章编号摇 1001-9332(2010)10-2551-07摇 中图分类号摇 X503郾 231摇 文献标识码摇 A
Effects of elevated ozone concentration on wheat grain protein components with FACE system.
ZHU Xin鄄kai1, LIU Xiao鄄cheng1, SUN Tao鄄fang1, GUO Wen鄄shan1, ZHU Jian鄄guo2, Kazhuhiko
Kobayashi3 (1Jiangsu Province Key Laboratary of Crop Genetics and Physiology, Yangzhou University,
Yangzhou 225009, Jiangsu, China; 2Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing
210008, China; 3Graduate School of Agricultural and Life Sciences, University of Tokyo, 1鄄1鄄1 Yayoi,
Bunkyo, Tokyo 113鄄8657, Japan) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(10): 2551-2557.
Abstract: In 2006-2009, a Free鄄Air Controlled Enrichment (FACE) system was applied to study
the effects of elevated ozone concentration ([ O3 ]) on the grain protein components and their
dynamics of four winter wheat varieties Yannong 19, Yangmai 16, Yangmai 15, and Yangfumai 2.
Two levels of [O3] were installed, i. e. , ambient level (CK鄄O3) and 50% higher than the ambient
level (E鄄O3). With the increase of [O3], the grain protein content of the varieties increased, with
the increment being 7郾 55% - 16郾 37% (2006 - 2007), 4郾 93% - 22郾 63% (2007 - 2008), and
2郾 29% -17郾 65% (2008-2009) in the three years, respectively, and the differences between treat鄄
ments, varieties, and years being all significant. Adversely, the grain protein yield was decreased
significantly by 1郾 83% -11郾 64% (2006 - 2007 ), - 0郾 41% - 24郾 22% (2007 - 2008 ), and
-1郾 90% -15郾 81% (2008-2009), respectively in the three years. The contents of four grain pro鄄
tein components (albumin, globulin, gliadin, and glutenin) were significantly higher under E鄄O3
than under CK鄄O3, and the differences between treatments, varieties, and years were significant,
except the albumin and glutenin contents between treatments.
Key words: wheat; FACE; elevated O3 concentration; protein content; protein component.
*国家科技部国际科技合作计划项目(2009DFA31110)、中国科学院
科研装备研制项目 ( YZ0603 )、中国科学院国际合作重点项目
(GJHZ0748)、日本环境厅全球环境研究基金项目 (中日合作)
(C鄄062)和扬州大学创新基金项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: guows@ yzu. edu. cn
2010鄄03鄄11 收稿,2010鄄07鄄22 接受.
摇 摇 自 20 世纪 40 年代以来,随着工业的迅猛发展, 大量人为源和少量天然源的氮氧化物(NOx)以及挥
发性有机物(VOCs)等释放量增加,它们在太阳光照
射下,经一系列光化学反应生成二次污染物 O3,致
使近地层 O3 浓度呈逐渐增加趋势[1],目前近地层
(距地面 1 ~ 2 km)O3 浓度平均以每年 2%左右的速
度递增,21 世纪初全球陆地上空对流层的 O3 平均
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 10 月摇 第 21 卷摇 第 10 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
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2010,21(10): 2551-2557
浓度已达到 60 nl·L-1,远超过敏感植物和主要农
作物 O3 损伤的阀值(40 nl·L-1),东亚地区特别是
中国的中东部,O3 浓度增幅更大[2-4],已对农作物的
生长发育[5-7]和产量形成[6-9]产生了影响和危害.多
年来, 国内外学者利用气室、农田等就 O3 对不同植
物和作物生理生化过程、细胞微观结构、生长发育、
产量和品质等方面的影响进行了深入探索. 小麦是
我国重要的粮食作物,同时也被认为是对 O3 特别敏
感的作物之一[10],尤其在决定产量的灌浆期 O3 对
其影响更大,但不同小麦品种对 O3 的响应具有较大
的差异性[7] . 目前采用封闭式或开顶式气室( open
top chamber,OTC)研究 O3 对小麦生长发育和产量
形成的影响已有许多报道[5-6,9],而开放条件下的研
究报道则极少[11] .有关 O3 对小麦籽粒营养品质(如
蛋白质、淀粉等)影响的研究报道不多,已有研究表
明,在 OTC 条件下,随 O3 浓度提高,春小麦籽粒相
对蛋白质含量上升,而籽粒蛋白质产量下降[12];冬
小麦籽粒中氨基酸和蛋白质含量提高,而淀粉含量
下降[13],但在开放式 O3 浓度升高 ( ozone鄄free air
controlled enrichment, O3 鄄FACE)平台上研究 O3 浓
度增高对小麦籽粒品质的影响尚未见报道. 本试验
拟采用 O3 鄄FACE 平台,研究 O3 浓度增加对不同类
型小麦籽粒蛋白质及其组分含量的影响,以期为不
同类型小麦品质调优栽培提供依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
试验于 2006—2009 年在中国 FACE 研究基地
进行,该基地位于江苏省江都市小纪镇马凌村良种
场(32毅35忆5义 N, 119毅42忆0义 E),年均降水量 980 mm
左右,年均蒸发量>1100 mm,年均温度 14郾 9 益,年
日照时数>2100 h,无霜期 220 d,耕作方式为水稻 /
冬小麦轮作.土壤为砂姜潮雏形土的砂壤质地,土壤
特性:砂粒(1 ~ 0郾 05 mm)9郾 2% ,泥粒(0郾 05 ~ 0郾 001
mm) 65郾 7% , 粘粒 ( < 0郾 001 mm ) 25郾 1% , 容重
1郾 2 g·cm-3,土壤有机碳( SOC) 15 g·kg-1,全氮
1郾 59 g·kg-1,全磷 1郾 23 g·kg-1,速效磷 10郾 4 mg·
kg-1,pH 6郾 8.
1郾 2摇 FACE试验平台
FACE试验平台分设 3 个 O3 处理(FACE,E)圈
和 3 个对照(Ambient,CK)圈,各圈之间间隔大于
70 m,以减少 O3 释放对其他圈的影响. O3 处理圈为
直径 14 m的正八角形,8 根放气管道在作物冠层上
方 50 ~ 60 cm处.晴天每天 9:00—18:00 释放 O3,使
圈内 O3 浓度始终比对照圈实时 O3 浓度(正常大气
环境下 O3 浓度)高 50% ,雨天、雾天、环境中 O3 浓
度低于 20 ppb或高于 170 ppb 时暂停通气.在 90%
的放气时间内,平台控制区域 O3 浓度的误差在控制
目标值的 20%以内. 3 个对照圈无 O3 鄄FACE 管道,
环境条件与自然状态完全一致.
1郾 3摇 试验设计
采用两因素随机区组设计,以 O3 浓度为主区,
设 O3 浓度较自然条件下增高 50% (E)和自然浓度
对照(CK)两个处理,O3 处理时间分别为 2007 年 4
月 14 日至成熟、2008 年 3 月 5 日至成熟和 2009 年
3 月 6 日至成熟,具体处理浓度和天数见表 1;品种
为副区,供试品种为烟农 19、扬麦 16、扬麦 15 和扬
辐麦 2 号.施氮量为 210 kg·hm-2,氮肥运筹比例为
基肥 颐 壮蘖肥 颐 倒二叶肥=6 颐 1 颐 3,基肥于播种前
施用,壮蘖肥于越冬始期施用,倒二叶肥于叶龄余数
1郾 5 时施用,磷(P2O5)、钾(K2O)肥施用量 90 kg·
hm-2,磷、钾肥运筹比例为基肥 颐 拔节肥 = 6 颐 4. 播
期分别为 2006 年 11 月 5 日、2007 年 11 月 15 日和
2008 年 11 月 19 日,基本苗 225伊104 株·hm-2,人工
条播,行距为 25 cm.
1郾 4摇 测定项目与方法
成熟期取样室内考种,记录结实粒数、千粒重、
结实小穗数、退化小穗数,分小区脱粒、计实产.每品
表 1摇 O3 胁迫处理时间与浓度
Tab. 1摇 Duration time and concentration of O3 under different treatments
年度
Year
开始处理时间
Beginning time
(m鄄d)
处理天数
Treatment
days
O3 平均浓度
O3 average concentration (M7) (nl·L-1)
处理
Treatment
对照
Ambient
O3 暴露
Exposure to O3 AOT40 (nl·L-1·h)
处理
Treatment
对照
Ambient
2006—2007 04鄄14 39 74郾 76 53郾 65 13034郾 12 6120郾 75
2007—2008 03鄄05 85 56郾 43 44郾 41 17227郾 94 8216郾 70
2008—2009 03鄄06 80 56郾 36 42郾 80 15328郾 27 6326郾 48
M7:在规定的 7 h周期内(一般是 9:00—16:00)O3 的日平均浓度 Daily mean concentration during a 7 h period (9:00—16:00);AOT40:处理期间
累积 O3 剂量值(即 O3 浓度高于 40 nl·L-1界限的累积暴露值之和)Accumulated O3 exposure over a threshold of 40 nl·L-1 .
2552 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 21 卷
种取 50 g 籽粒,磨碎后用 H2SO4鄄H2O2鄄靛酚蓝比色法
测定籽粒含氮率, 籽粒含氮率伊5郾 7 即为蛋白质含
量[14] .采用连续提取法测定籽粒蛋白质组分含量[15] .
1郾 5摇 数据处理
用 Excel软件制图,用 SPSS 软件进行三因素方
差分析,其中因素分别为 O3 浓度、品种和年度.差异
显著性分析采用 LSD法.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质含量和产量的
影响
在 FACE条件下,O3 浓度增高后小麦籽粒蛋白
质含量上升,3 个年度蛋白质含量增加幅度分别为
7郾 55% ~ 16郾 37% (2006—2007 年度)、 4郾 93% ~
22郾 63% (2007—2008 年度) 和 2郾 29% ~ 17郾 65%
(2008—2009 年度),与对照差异达极显著水平,品
种和年度间差异也达显著或极显著水平,且处理伊
品种、品种伊年度及品种伊年度伊处理间的互作效应
明显(表 2、表 3).
在 FACE条件下,O3 浓度增高后,烟农 19、扬麦
16 和扬辐麦 2 号 3 个品种籽粒蛋白质产量均表现
为下降趋势,下降幅度分别为 1郾 83% ~ 11郾 64%
(2006—2007 年度)、6郾 83% ~ 24郾 22% (2007—2008
年度)和 12郾 96% ~ 15郾 81% (2008—2009 年度),仅
2007—2009 年扬麦 15 略有上升.统计分析表明,蛋
白质产量处理间差异不显著,但品种和年度间差异
达极显著水平,且处理伊品种、品种伊年度及品种伊年
度伊处理间的互作效应明显(表 2、表 3).
表 2摇 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质含量和产量的影响
Tab. 2摇 Effects of elevated O3 concentration on grain protein content and yield in wheat
品种
Variety
处理
Treatment
2007
蛋白质含量
Protein content
(% )
蛋白质产量
Protein yield
(mg)
2008
蛋白质含量
Protein content
(% )
蛋白质产量
Protein yield
(mg)
2009
蛋白质含量
Protein content
(% )
蛋白质产量
Protein yield
(mg)
扬辐麦 2 号 E 12郾 75abAB 4郾 292 12郾 18cC 4郾 106 12郾 49bcdAB 4郾 398
Yangfumai 2 CK 10郾 98cB 4郾 743 10郾 14fE 4郾 407 11郾 64deB 5郾 221
扬麦 15 E 11郾 97bcAB 4郾 790 12郾 73bB 4郾 584 13郾 48aA 5郾 050
Yangmai 15 CK 11郾 13cAB 5郾 331 10郾 38efEF 4郾 565 11郾 46eB 4郾 956
扬麦 16 E 12郾 78abAB 4郾 886 11郾 19dD 4郾 242 13郾 49aA 4郾 851
Yangmai 16 CK 11郾 42bcAB 4郾 977 10郾 67eE 4郾 693 13郾 19abA 5郾 573
烟农 19 E 13郾 76aA 4郾 029 13郾 68aA 3郾 994 13郾 11abcA 4郾 602
Yannong 19 CK 11郾 82bcAB 4郾 560 12郾 77bB 5郾 271 12郾 26cdeAB 5郾 466
E:O3 浓度增高 Elevated O3 concentration;CK:对照 Control. 同列不同小、大写字母分别表示所有品种不同处理间差异显著(P<0郾 05)和极显著
(P<0郾 01) Different small and capital letters in the same column meant significant difference among treatments at 0郾 05 and 0郾 01 levels, respectively. 下
同 The same below.
表 3摇 不同处理小麦籽粒蛋白质含量和产量差异分析
Tab. 3摇 Variance analysis of grain protein content and yield in wheat under different treatments
项目
Item
变异来源
Source of variation
自由度
df
平方和
Sum of squares
均方
Mean square
F值
F value
P值
P value
蛋白质含量 O3 浓度 O3 concentration(A) 1 31郾 034 31郾 034 424郾 214 0郾 0023**
Protein content 品种 Variety (B) 3 15郾 334 5郾 111 18郾 105 0郾 0001*
年度 Year (C) 2 10郾 363 5郾 182 29郾 391 0郾 0001**
A伊B 3 2郾 631 0郾 877 3郾 106 0郾 0670ns
A伊C 2 0郾 860 0郾 430 2郾 439 0郾 1033ns
B伊C 6 14郾 118 2郾 353 13郾 346 0郾 0001**
A伊B伊C 6 4郾 268 0郾 711 4郾 035 0郾 0040**
蛋白质产量 O3 浓度 O3 concentration(A) 1 4郾 410 4郾 410 8郾 336 0郾 1019ns
Protein yield 品种 Variety (B) 3 1郾 594 0郾 531 15郾 495 0郾 0002**
年度 Year (C) 2 3郾 432 1郾 716 39郾 535 0郾 0001**
A伊B 3 1郾 291 0郾 430 12郾 547 0郾 0005**
A伊C 2 0郾 092 0郾 046 1郾 065 0郾 3568ns
B伊C 6 1郾 676 0郾 279 6郾 435 0郾 0002**
A伊B伊C 6 1郾 205 0郾 201 4郾 627 0郾 0017**
* P<0郾 05; ** P<0郾 01; ns:不显著 Not significant. 下同 The same below.
355210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱新开等: 开放式 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白的影响摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 比较蛋白质含量和蛋白质产量的变化幅度可以
看出,FACE条件下,O3 浓度增高对蛋白质含量和蛋
白质产量的影响在不同类型品种间表现不同,如
2006—2007 年度扬麦 16 籽粒蛋白质含量增高幅度
较大,达 11郾 96% ,但蛋白质产量下降 1郾 83% ;
2007—2008 年度和 2008—2009 年度扬麦 15 籽粒蛋
白质含量增高幅度最大, 分别为 22郾 63% 和
17郾 65% ,但其蛋白质产量仅略有增加,增加幅度分
别为 0郾 41%和 1郾 90% (表 2). 说明 O3 浓度增高对
小麦籽粒氮化合物代谢的影响存在基因型差异,也
表明 O3 浓度增高对光合功能影响存在差异,导致蛋
白质含量和产量变化存在不一致性.
2郾 2摇 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质含量动态的影响
FACE条件下,O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质
含量动态的影响呈“高鄄低鄄高冶的变化特征,开花后
逐渐下降,在花后 15 d左右达谷值,之后有所回升,
与自然生长条件下小麦籽粒蛋白质含量的动态趋势
一致,但到达谷值的时间和不同时期的含量存在差
异.如扬辐麦 2 号,3 个年度 O3 浓度增高处理于花
后 14 ~ 15 d 出现低谷,此时籽粒蛋白质含量分别为
8郾 78% (2006—2007 年度)、 10郾 14% (2007—2008
年度)和 9郾 49% (2008—2009 年度),而对照处理于
花后 14 ~ 15 d或 21 d出现低谷,此时籽粒蛋白质含
量分 别 为 7郾 09% ( 2006—2007 年 度 )、 8郾 77%
(2007—2008 年度)和 8郾 94% (2008—2009 年度)
(图 1).
2郾 3摇 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质及其组分含量
和比例的影响
FACE条件下,O3 浓度增高处理对不同品种籽
粒蛋白质各组分含量影响不同,4 种蛋白质组分含
量均表现出不同程度的增加,但各组分含量增加的
幅度不同,其中影响较大的是醇溶蛋白含量(表 4).
方差分析结果表明,醇溶蛋白含量在处理、品种、年
度间差异达显著或极显著水平,在处理 伊年度、
品种伊年度、处理伊品种伊年度的互作效应明显;清蛋
白含量在品种、年度间差异及品种伊年度的互作效
应达极显著水平;球蛋白含量在处理、年度间差异及
处理伊品种、品种伊年度的互作效应达极显著水平;
谷蛋白含量在品种、年度间差异及处理伊品种、品种
伊年度的互作效应达显著或极显著水平(表 5).
摇 摇 4 种蛋白质组分占蛋白质含量的比例对 FACE
条件下 O3 浓度增高的反应各不相同,3 个年度的清
蛋白含量所占比例除烟农 19 表现为增加外,其他 3
个品种均表现为降低趋势;球蛋白所占比例在
2006—2007 年度表现为持平或降低,而 2007—2009
两个年度表现为上升趋势;3 个年度醇溶蛋白所占
比例均表现为上升趋势,而谷蛋白所占比例多表现
为下降趋势(表 4、表 5). 说明 O3 浓度增高相对提
高了醇溶蛋白的含量和比例,这对改善小麦籽粒加
工品质作用较大.
图 1摇 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质含量动态的影响
Fig. 1摇 Effects of elevated O3 concentration on dynamics of grain protein content in wheat.
E:O3 浓度增高 Elevated O3 concentration;CK:对照 Ambient. a)扬辐麦 2 号 Yangfumai 2; b)扬麦 15 Yangmai 15; c)扬麦 16 Yangmai 16; d)烟农
19 Yannong 19.
4552 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 21 卷
表 4摇 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白质组分含量和比例的影响
Tab. 4摇 Effects of elevated O3 concentration on content and percentage of grain protein components in wheat
年度
Year
品种
Variety
处理
Treatment
蛋白质组分含量
Content of protein components (% )
清蛋白
Albumin
球蛋白
Globulin
醇溶蛋白
Gliadin
谷蛋白
Glutenin
蛋白质组分比例
Percentage of protein components (% )
清蛋白
Albumin
球蛋白
Globulin
醇溶蛋白
Gliadin
谷蛋白
Glutenin
2007 扬辐麦 2 号 E 2郾 03a 1郾 25aA 3郾 88abAB 3郾 39deBC 15郾 96 9郾 76 30郾 56 26郾 79
Yangfumai 2 CK 1郾 78a 1郾 23abAB 3郾 14cC 3郾 24eC 16郾 29 11郾 25 28郾 68 29郾 47
扬麦 15 E 1郾 87a 0郾 84cAB 3郾 92cAB 3郾 57bcdBC 15郾 58 6郾 99 32郾 78 29郾 84
Yangmai 15 CK 1郾 82a 0郾 78CB 3郾 04cC 3郾 54bcdBC 16郾 39 7郾 01 27郾 28 31郾 82
扬麦 16 E 1郾 92a 1郾 02abcAB 3郾 97aAB 3郾 79bAB 15郾 08 8郾 00 31郾 11 29郾 69
Yangmai 16 CK 1郾 77a 0郾 98bcAB 3郾 58bBC 3郾 72bcBC 15郾 51 8郾 62 31郾 33 32郾 58
烟农 19 E 2郾 09a 1郾 03abcAB 4郾 21aA 4郾 12aA 15郾 19 7郾 52 30郾 57 29郾 95
Yannong 19 CK 1郾 77a 0郾 94cB 3郾 10cC 3郾 47cdeBC 14郾 97 7郾 91 26郾 23 29郾 39
2008 扬辐麦 2 号 E 2郾 48bAB 0郾 66bcdBC 4郾 28aAB 2郾 58bAB 20郾 36 5郾 46 35郾 18 21郾 20
Yangfumai 2 CK 2郾 37bcBC 0郾 51cdBC 2郾 73cD 2郾 16cB 23郾 38 5郾 07 26郾 89 21郾 24
扬麦 15 E 2郾 65aA 1郾 32aA 3郾 50bC 3郾 12aAB 20郾 80 10郾 34 27郾 47 24郾 55
Yangmai 15 CK 2郾 24cdCD 0郾 66bcdBC 2郾 76cD 3郾 00abAB 21郾 55 6郾 37 26郾 57 28郾 87
扬麦 16 E 2郾 20deCD 1郾 04abAB 3郾 63bBC 3郾 11aAB 19郾 63 9郾 32 32郾 41 27郾 80
Yangmai 16 CK 2郾 15deCD 0郾 59cdBC 2郾 75cD 2郾 89abAB 20郾 16 5郾 56 25郾 74 27郾 08
烟农 19 E 2郾 06eD 0郾 87bcABC 4郾 44aA 3郾 11aAB 15郾 04 6郾 43 32郾 41 22郾 63
Yannong 19 CK 1郾 79fE 0郾 41dC 3郾 72bBC 2郾 59bAB 14郾 00 3郾 20 29郾 13 20郾 28
2009 扬辐麦 2 号 E 1郾 69cdB 0郾 80bAB 3郾 21dCD 4郾 17abAB 13郾 54 6郾 44 25郾 72 33郾 36
Yangfumai 2 CK 1郾 65dB 0郾 63dCD 2郾 88eD 3郾 48dB 14郾 15 5郾 38 24郾 71 29郾 93
扬麦 15 E 1郾 84bcAB 0郾 68cdC 3郾 75bcABC 4郾 45aA 13郾 65 5郾 07 27郾 87 33郾 02
Yangmai 15 CK 1郾 63dB 0郾 52eD 2郾 70eD 4郾 12abcAB 14郾 27 4郾 58 23郾 59 35郾 93
扬麦 16 E 1郾 87bAB 0郾 86aA 3郾 91abAB 3郾 99bcAB 13郾 92 6郾 41 29郾 11 29郾 70
Yangmai 16 CK 1郾 86bAB 0郾 68cdC 3郾 55cBC 3郾 72bcdAB 14郾 11 5郾 18 27郾 01 28郾 28
烟农 19 E 2郾 03aA 0郾 73cBC 4郾 20aA 3郾 71cdAB 15郾 67 5郾 54 32郾 06 28郾 30
Yannong 19 CK 1郾 83bcAB 0郾 64dC 3郾 55cBC 3郾 49dB 14郾 92 5郾 21 28郾 92 28郾 46
表 5摇 不同处理小麦籽粒蛋白质组分含量(玉)分比例(域)差异比较(P值)
Tab. 5摇 Variance analysis of content of grain protein components under different treatments in wheat (P value)
变异来源
Source of variation
清蛋白 Albumin
玉 域
球蛋白 Globulin
玉 域
醇溶蛋白 Gliadin
玉 域
谷蛋白 Glutenin
玉 域
O3 浓度 O3 concentration (A) 0郾 0274* 0郾 0876 0郾 0064** 0郾 0027** 0郾 0014** 0郾 0036** 0郾 0169* 0郾 2797
品种 Variety (B) 0郾 4680 0郾 0040** 0郾 3903 0郾 0656 0郾 0001** 0郾 0032** 0郾 0001** 0郾 0001**
年度 Year (C) 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0017** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001**
A伊B 0郾 3057 0郾 3401 0郾 5438 0郾 3769 0郾 0262* 0郾 8197 0郾 0532 0郾 0288*
A伊C 0郾 6568 0郾 7195 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0002** 0郾 0175* 0郾 4192 0郾 0936
B伊C 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 0001**
A伊B伊C 0郾 6712 0郾 8198 0郾 2658 0郾 3905 0郾 0001** 0郾 0001** 0郾 1595 0郾 0677
3摇 讨摇 摇 论
有关 O3 对小麦籽粒品质影响的研究结果相对
较少,已有研究表明,OTC平台条件下,O3 浓度增高
使小麦籽粒蛋白质含量增加 49郾 88% ,单株蛋白质
产量降低 61郾 12% [5];玉米籽粒蛋白质和淀粉含量
降低,而粗脂肪和蛋脂总量略有升高,百粒重、穗粒
数和穗粒重均显著低于对照[16];但也有研究结果表
明,大气 O3 浓度增加使大豆、水稻和冬小麦籽粒蛋
白质含量增加、脂肪含量降低[13,17-18] . 本试验结果
表明,FACE平台条件下,O3 浓度增高使小麦籽粒蛋
白质含量上升,上升幅度为 4郾 93% ~ 22郾 63% ,但籽
粒蛋白质产量下降, 下降幅度为 - 1郾 90% ~
24郾 22% ,这与王春乙等[5]、付宇等[16]的研究结论基
本一致,不同的是不同品种在 FACE 和 OTC 条件下
的变化幅度存在差异.但与郭建平等[13,17]的研究结
论有所不同,究其原因,可能与不同试验采用的试验
方法、试验条件、试验品种等不同有关. 已有研究表
明,OTC 条件下,不同品种对 O3 的反应存在差
异[19] .本试验结果也表明, FACE 条件下,不同类型
555210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱新开等: 开放式 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白的影响摇 摇 摇 摇 摇
小麦品种籽粒蛋白质含量和产量的变化幅度对 O3
浓度增高的反应不同,存在品种间差异,且在不同年
度间也存在差异,这可能与本试验条件下 O3 通气时
间长短和浓度高低有关,2007 年开始通气时间在小
麦开花期前后,时间只有 39 d左右,FACE平均浓度
(M7 值)为 74郾 76 nl·L-1,以扬辐麦 2 号、扬麦 16
变化最大;2008 及 2009 年开始通气时间在小麦拔
节期前后,通气时间分别为 85 和 80 d,FACE 平均
浓度(M7 值)分别为 56郾 43 nl·L-1和 56郾 36 nl·
L-1,以扬辐麦 2 号和扬麦 15 变化幅度较大,在处理
浓度、时期与时间上均表现出差异.
前人对正常生长条件下小麦籽粒蛋白质及其组
分含量的动态研究较多,正常生长条件下,籽粒蛋白
质含量动态呈“高鄄低鄄高冶的趋势[20-21],有关温度、
CO2、水分、盐分、重金属等逆境条件对籽粒蛋白质
含量和产量的影响已有报道,但有关 O3 浓度增高对
籽粒蛋白质含量动态及蛋白质组分含量的影响研究
报道极少.本试验结果表明,O3 浓度增高条件下,小
麦籽粒蛋白质含量动态与正常条件下基本一致,仅
改变了不同时期蛋白质含量的高低和谷值出现的时
间.
O3 浓度增高一方面影响了小麦光合产物的生
产与运转,另一方面影响了植株根系对矿质营养元
素的吸收与转运,进而影响产量[19,22] . 本试验结果
表明,不同类型小麦品种籽粒蛋白质含量和产量变
化对 O3 浓度增高的反应趋势不同,表明 O3 对小麦
籽粒碳、氮化合物代谢的影响呈现出基因型差异特
征,其中对烟农 19 籽粒碳水化合物代谢的影响较
大,蛋白质产量下降幅度最大;对扬麦 15 等品种籽
粒碳水化合物代谢的影响较小,因而其蛋白质产量
变化幅度较小.生产中如能选育出碳水化合物对 O3
浓度增高反应较小的品种类型,可以作为专用小麦
亲本或材料在生产中推广应用,可减弱大气 O3 浓度
增高对小麦生产的影响,稳定小麦生产,实现优质高
产.
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作者简介摇 朱新开,男,1968 年生,博士.主要从事麦类作物
营养生理和优质高产高效栽培技术研究. E鄄mail: xkzhu@
yzu. edu. cn
责任编辑摇 张凤丽
755210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱新开等: 开放式 O3 浓度增高对小麦籽粒蛋白的影响摇 摇 摇 摇 摇