夜间增温对灌浆期高温胁迫下小麦干物质及灌浆特性的影响

为了解灌浆期高温胁迫下小麦生产力对不同阶段夜间增温的反应,以对温度敏感性不同的两个小麦品种扬麦18(春性品种)和烟农19(半冬性品种)为试验材料,采用可移动塑料增温棚,于2021-2022年对小麦进行不同阶段夜间增温[分蘖期-拔节期增温(W T-J N)、拔节期-孕穗期增温(W J-B N)和孕穗期-开花期增温(W B-A N)]及灌浆期高温胁迫处理,比较分析了不同处理下小麦干物质积累及灌浆特性的差异。结果表明,W T-J N和W J-B N处理主要通过缩短小麦播种-开花的时长,延长灌浆期天数,增加花前干物质转运量、花后干物质积累量和花后干物质积累贡献率,进而提高了开花期和成熟期干物质积累量;促进了干物质在成熟期穗轴+颖壳和籽粒中的积累,降低了小麦茎鞘+叶片中的积累量,增产3.08%~7.62%。灌浆期高温胁迫显著降低了两个品种的产量,而与灌浆期高温胁迫处理(NH)相比,W T-J H和W J-B H处理增产1.21%~6.05%。与不增温处理(NN)相比,在W T-J N和W J-B N处理下两个小麦品种的灌浆期粒重及灌浆速率均提高,W B-A N和NH处理则降低了小麦灌浆参数。这说明分蘖期-拔节期和拔节期-孕穗期夜间增温可提高小麦开花期和成熟期的干物质积累量,促进小麦籽粒灌浆,缓解灌浆期高温胁迫对小麦生产力的不利影响,有助于小麦产量形成。

不同施氮水平下灌浆期高温对水稻贮藏蛋白积累及其合成代谢影响

【目的】揭示不同施氮水平下灌浆结实期高温对稻米贮藏蛋白积累及其组分的影响,明确不同温氮处理组合下稻米贮藏蛋白合成积累过程与籽粒氮代谢关键酶及相关基因表达间关系。【方法】以2个主栽常规晚粳品种(秀水134和秀水09)为材料,利用盆栽土培试验,在水稻穗分化期设低氮(每盆0.5 g尿素)和高氮(每盆2.0 g尿素)2个氮水平,继而通过在水稻灌浆结实期的人工气候箱控温试验,设置高温(日均温度30℃,日最高温和最低温分别为34℃和26℃)和常温(日均温度23℃,日最高温和最低温分别为26℃和20℃),构成低氮-常温(LN-NT)、低氮-高温(LN-HT)、高氮-常温(HN-NT)、高氮-高温(HN-HT)4个处理组合,并结合水稻籽粒灌浆不同时期取样,探讨氮素穗肥对水稻高温灌浆过程贮藏蛋白积累和主要蛋白组分含量影响及其与籽粒氮代谢关键酶及相关基因表达间关系。【结果】氮素穗肥和灌浆期高温均会导致稻米粗蛋白相对含量上升,但在高温处理下单位籽粒中粗蛋白的绝对量却呈降低趋势,以13 kD醇溶蛋白亚基组分在高温处理下的下降幅度最大,从而引起籽粒谷蛋白/醇溶蛋白质比值的上升,其原因主要是由于编码水稻13 kD醇溶蛋白合成基因(Pro13,Pro14和Pro17)在高温处理下的下调表达所致。与之相比,增施氮素穗肥(HN-NT和HN-HT)在引起稻米粗蛋白相对含量提升的同时,单位籽粒中的粗蛋白总量、谷蛋白和醇溶蛋白含量均显著增加,但对贮藏蛋白谷/醇比的影响不明显,且谷蛋白组分中的37 kD酸性亚基和22 kD碱性亚基在不同氮处理水平下的相对比例也基本保持稳定;氮素穗肥可增强灌浆籽粒中的谷氨酰胺合酶(GS)、谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)活性,但HN-HT处理下的籽粒GS、GOT和GPT活性显著低于HN-NT处理,高温胁迫对水稻灌浆中后期籽粒器官中的氮转运代谢具有抑制作用。此外,在不同氮素水平下,灌浆期高温均可引起稻米整精米率的明显下降和垩白度的显著上升,但HN-HT处理的千粒重、结实率、产量水平、整精米率却高于LN-HT处理,且前者的稻米垩白度显著低于后者,氮素穗肥不足加剧了高温胁迫对千粒重、结实率、整精米率和垩白度等产量和品质性状的负面影响。【结论】氮素穗肥对水稻高温灌浆过程贮藏蛋白合成积累起重要调节作用,增施氮素穗肥虽然对水稻籽粒灌浆过程中的谷蛋白和醇溶蛋白质合成具有促进作用,并导致稻米贮藏蛋白相对量与绝对量增加,但对于高温灌浆下13kD醇溶蛋白亚基合成及其组分含量下降具有一定程度的缓解效应,有利于维持贮藏蛋白谷/醇比相对稳定。

籽粒灌浆期高温对不同耐热型玉米品种强弱势粒发育的影响

【目的】灌浆期高温会对玉米籽粒的生长和发育造成不利的影响,是影响玉米稳产和高产的重要因素之一。比较灌浆期高温对不同耐热型玉米品种籽粒形成和生长发育的影响,以期寻找相应的预防和应对措施,避免和缓解高温胁迫伤害。【方法】采用玉米籽粒离体培养技术,以耐热型品种郑单958和热敏感型品种德美亚1号为材料,研究了籽粒灌浆期(授粉后17—28 d)高温对玉米籽粒发育的影响机制。【结果】高温加快了两品种玉米强势粒前期的灌浆速率,但降低了强、弱势粒中后期灌浆速率,总体导致灌浆持续时间缩短,籽粒千粒重下降。在授粉后40 d,郑单958强、弱势粒的干重分别比对照低10.58%和18.95%,德美亚1号强、弱势粒的干重分别比对照低24.78%和28.08%。德美亚1号籽粒干重下降幅度大于郑单958,且差异显著。籽粒灌浆期高温显著降低了玉米籽粒淀粉合成酶的活性,从而影响两品种玉米籽粒的淀粉含量。在授粉后40 d,郑单958强、弱势粒的淀粉含量较对照分别降低了5.20%和6.46%,德美亚1号强、弱势粒的淀粉含量较对照分别降低了13.68%和16.39%,均差异显著。德美亚1号强、弱势粒淀粉合酶的活性较对照分别降低了19.67%和30.03%,均差异显著,郑单958强、弱势粒的淀粉合成酶的活性分别较对照降低了13.70%和11.26%。高温处理后,两种品种玉米籽粒的ABA和IAA含量均上升,ZR含量均下降,而强势粒的GA3含量均上升,弱势粒的GA3含量无明显变化。【结论】籽粒灌浆期高温对德美亚1号强、弱势粒发育的影响均显著高于郑单958,对两品种弱势粒的影响显著高于强势粒。

灌浆初期高温影响水稻籽粒碳氮代谢的机理

以优质粳稻浙禾香2号为材料,在灌浆初期设置适温31℃/24℃(NT)和高温35℃/28℃(HT)2个温度梯度处理,持续5d、10d和15d后以及成熟收获时分别取样观测分析水稻籽粒淀粉、蛋白质和三磷酸腺苷(ATP)形成关键酶活性及其相关基因表达,以明确灌浆初期高温对水稻籽粒碳氮代谢和能量代谢过程影响的机理。结果表明:(1)与NT相比,HT处理显著降低籽粒重和淀粉相对含量,而蛋白质相对含量呈现上升的趋势。(2)HT处理条件下蔗糖转运基因Os SUT1和Os SUT2相对表达量显著降低,而蔗糖分解酶活性随着处理时间的延长呈先升后降的趋势,导致高温条件下蔗糖供应受到抑制。(3)与NT相比,HT条件下糖酵解关键酶己糖激酶和丙酮酸激酶活性显著下降;而三羧酸循环途径关键酶活性的变化在高温下则表现出明显的差异,柠檬酸合酶、α-酮戊二酸脱氢酶及琥珀酸脱氢酶活性显著下降,异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶活性显著升高;HT条件下,ATP(三磷酸腺苷)和ADP(二磷酸腺苷)总量与NT无显著差异。(4)与NT相比,HT处理显著降低ADPG焦磷酸化酶活性,同时降低颗粒结合淀粉合成酶和可溶性淀粉合成酶活性,导致直链淀粉合成受阻;淀粉水解相关酶活性呈上升趋势,说明高温促进了籽粒淀粉水解。(5)与NT相比,HT处理条件下籽粒总氮含量有一定上升,但差异未达显著水平,氨基酸含量呈显著上升趋势,其中谷氨酸和α-酮戊二酸含量显著增加;硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性呈下降趋势,而高温对谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性的影响与适温无显著差异。所以,本试验条件下,高温下籽粒发育受阻的主要原因是蔗糖转运受阻而不是蔗糖利用受抑,同时高温导致糖酵解和三羧酸循环紊乱;高温下籽粒淀粉合成受阻,同时淀粉水解增强;高温下三羧酸循环过程紊乱,α-酮戊二酸积累增加是蛋白质含量上升的原因之一。

灌浆期高温前喷施叶面喷剂对小麦产量及籽粒品质的影响

为探明不同叶面喷剂对小麦灌浆期高温危害的缓解作用,于安徽农业大学农萃园2019—2020年小麦生长季内选用0.3%KH_(2)PO_(4)(PDP)和0.01%芸苔素内酯溶液(BR)开展了大田试验研究。试验设置小麦灌浆期内自然高温来临前连续喷两次PDP、BR及二者的混合溶液(PB),以喷施等量清水为对照(CK),考察喷施后不同处理对小麦旗叶叶绿素含量、干物质积累、产量及产量构成因素和籽粒品质的影响。结果表明:灌浆期高温前喷施PDP、BR均可提升高温后旗叶叶绿素含量,PDP与BR无显著差异,PB处理叶绿素含量最高;不同叶面喷剂显著增加小麦干物质积累,PB总干物质积累量显著高于BR和PDP,后两者间无显著差异;PB干物质量最高是由于其对茎叶及籽粒干物质的提升最多;和CK相比,PDP、BR和PB产量均显著提高,增产幅度为5.43%~9.41%,PB处理产量最高。灌浆期高温前喷施PDP、BR和PB显著改善籽粒品质,主要不同程度地提高了籽粒蛋白质和湿面筋含量,延长面团稳定时间、形成时间及提高面粉沉淀值。综上,小麦灌浆期高温前通过叶面喷施PDP、BR和PB均能显著延缓灌浆期叶片衰老,促进干物质积累,协同提升产量与籽粒品质。以0.3%磷酸二氢钾和0.01%芸苔素内酯溶液混合喷施效果最佳。

矿物掺合料对灌浆料耐高温性能的影响

研究了不同掺量粉煤灰、S95矿粉、超细矿粉、硅灰等矿物掺合料对灌浆料耐高温性能的影响,主要对各种矿物掺合料对灌浆料高温处理后的残余强度比和热冲击处理后的热震强度比的影响进行了测试。测试结果表明:各种矿物掺合料均能不同程度提高灌浆料300℃时的残余强度,残余强度比规律为粉煤灰>矿粉>超细矿粉>硅灰>空白,而400℃时的残余强度比规律为粉煤灰>空白>矿粉>超细矿粉>硅灰,说明粉煤灰在300℃和400℃条件下能够提高灌浆料的残余强度,提高灌浆料的高温使用条件下的残余强度。通过对300℃热震稳定性的比较,发现矿物掺合料对灌浆料热震稳定性的影响主要受其弹性模量和颗粒大小的影响,弹性模量较小且粒度适中的矿粉能提高灌浆料300℃抗热震性能。根据不同使用温度及使用条件,选择不同的矿物掺合料能够提高灌浆料高温下的应用效果。