选用河南主推的强筋品种郑麦366和弱筋品种郑麦004, 2011—2012和2012—2013年度采用盆栽方式种植于河南农业大学科教园区(34°51′ N, 113°35′ E)。供试土壤为壤质潮土, 取自试验区大田0~30 cm耕层, pH 7.94, 含有机质17.8 g kg^-1、全氮0.99 g kg^-1、碱解氮57.9 mg kg^-1、速效磷67.5 mg kg^-1、速效钾204.8 mg kg^-1。过筛后装盆(盆高27 cm, 口直径 24 cm), 每盆10 kg。将盆栽埋于大田, 盆内土壤与盆外大田齐平。2年度均于10月19日播种, 播前每盆施纯氮1.1 g、P₂O₅ 1.3 g和K₂O 1.1 g, 拔节期结合浇水每盆追施纯N 1.1 g; 三叶期定苗, 每盆10株; 生育期管理同大田生产, 未发生病虫害, 2年均于5月30日收获。

共设4个处理, 分别是自然生长的对照(CK)、渍水(WL)、高温(HT)和渍水+高温(WL+HT), 每处理20盆, 共计160盆, 完全随机排列。

WL胁迫为向铺有隔水膜的池中注水, 使水面高于盆内土面1~2 cm。HT胁迫采用塑料膜罩箱增温的方法。于花后5 d开始处理, 时间为10 d, 在处理期间每天10:00—16:00进行增温处理, 每隔2 h记录棚内外的温度(图1-A)。本试验增温期间天气晴好, 棚内平均气温为35.2℃, 棚外平均温度为25.7℃, 棚内外的温度差均控制在7~11℃ (图1-B)。成熟期各处理组取10穗中部小穗第1、第2位籽粒, 105℃杀青30 min后在80℃下烘至恒重。用旋风式样品磨(FOSS, 瑞士)将样品磨全粉, 装入自封袋中备用。

图1

Fig. 1

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	图1 高温处理期间棚内(HT)与棚外(CK)的温度差异A: 一天中处理时间内的温度; B: 胁迫期内每天的温度。Fig. 1 Difference of temperature inside (HT) and outside (CK) the shade during stress periodA: Temperature during treatment time in a day; B: Daily temperature during stress period.

1.3.1 粒重 采用法国肖邦数粒仪数100粒称重, 2次重复, 换算成千粒重。

1.3.2 蛋白质及其组分 用Kjeltec 2300自动凯氏定氮仪(FOSS, 瑞士)测定含氮量, 再乘以5.7换算成蛋白质含量。采用连续振荡法^[20]提取蛋白质组分, 方法略有改进。称取面粉0.500 g (±0.020 g), 置10 mL离心管中, 加5 mL蒸馏水, 摇匀, 振荡30 min后, 2800× g下离心5 min, 将上清液倒入消化管; 再于离心管加5 mL蒸馏水, 用涡旋仪将沉淀悬起, 振荡提取20 min, 于2800× g下离心5 min, 将2次上清液合并。重复提取4次。将合并后的上清液消化、定氮, 含氮量乘以5.7即为清蛋白含量。球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白的提取方法与此相似, 但所用试剂分别为2% NaCl、70%乙醇和0.5% KOH, 重复提取次数, 分别为4、3和4次。

1.3.3 面粉白度 取小麦全粉, 用美能达CR- 400/410色彩色差计测定面粉白度。采用CIE-L*a*b* 色空间表示方法, L*代表亮度值, a*代表红色和绿色之间的变化, b*代表黄色和蓝色之间的变化。

使用SPSS 17.0软件进行方差分析, 用Micro-soft Excel软件绘图。

WL、HT和WL+HT胁迫均导致小麦粒重下降, 两年度趋势一致(图2), 其中2011—2012年度两品种粒重在各处理间差异达显著水平。与CK相比, 该年度3种胁迫处理分别使郑麦366千粒重下降10%、23%和16%, 郑麦004分别下降7%、27%和32%。2012—2013年度, 郑麦366 WL处理的粒重与CK无显著差异, 而HT和WL+HT使粒重显著下降; 郑麦004在3种胁迫处理下粒重较CK均显著下降。由此可见, HT对粒重的影响大于土壤渍水, 而二者复合胁迫加重了危害。

图2

Fig. 2

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	图2 花后土壤渍水(WL)和高温(HT)胁迫对小麦千粒重的影响误差线上不同字母表示同一品种的不同处理间有显著差异( P < 0.05)。Fig. 2 Effects of waterlogging (WL) and high temperature (HT) after anthesis on 1000-grain weight of winter wheatDifferent letters above error bars indicate significant difference among treatments at P < 0.05.

方差分析表明, WL、HT和WL+HT胁迫均影响籽粒蛋白质及其组分含量, 但2年结果略有不同, 两品种受影响程度也不同(表1)。2011—2012年度, WL、WL+HT极显著影响籽粒总蛋白质和麦谷蛋白含量, 而对其他组分影响不显著; HT极显著影响总蛋白质含量及除醇溶蛋白外的其他组分。2012—2013年度, 3种胁迫处理对籽粒总蛋白含量及其组分均有极显著的影响, 且2012—2013年度的影响远大于2011— 2012年度。

WL胁迫后, 2011—2012年度郑麦366的醇溶蛋白含量、郑麦004的总蛋白含量和醇溶蛋白含量显著下降, 其他组分含量下降不显著。2012—2013年度两品种籽粒总蛋白及其组分含量(除郑麦004麦谷蛋白外)均显著下降, 其中郑麦366和郑麦004总蛋白含量分别下降4.6%和0.5%, 说明WL对强筋小麦品种的影响明显大于弱筋品种。

HT胁迫使两品种籽粒总蛋白质及其组分含量均有所增加。2011—2012年度, HT胁迫显著提高了郑麦366和郑麦004籽粒总蛋白质含量及除清蛋白、球蛋白(郑麦366)以外的其他组分含量; 2012—2013年度, HT胁迫对郑麦366籽粒蛋白质含量影响不显著, 但郑麦004籽粒总蛋白含量及除球蛋白外的其他组分含量均显著提高, 表现出HT胁迫对弱筋品种籽粒蛋白质的影响大于强筋品种。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 花后渍水、高温及其复合胁迫对蛋白质及其组分的影响 Table 1 Variance analysis for protein component in grains of different wheat cultivars among the treatments (%) 品种 Cultivar 处理 Treatment 2011-2012 2012-2013 蛋白质Protein 清蛋白Albumin 球蛋白Globulin 醇溶蛋白Gliadin 麦谷蛋白Glutenin 蛋白质Protein 清蛋白Albumin 球蛋白Globulin 醇溶蛋白Gliadin 麦谷蛋白Glutelnin 郑麦366 Zhengmai 366 CK 15.21 b 2.61 a 1.63 a 5.21 b 4.76 bc 18.00 a 2.99 a 1.96 a 4.99 a 5.61 b WL 14.72 b 2.55 a 1.43 a 4.44 c 4.32 c 13.37 c 2.24 a 1.17 c 2.77 c 4.83 c HT 18.64 a 2.88 a 1.65 a 7.32 a 5.80 a 18.16 a 3.08 a 1.94 a 4.94 a 5.57 b WL+HT 15.29 b 2.56 a 1.64 a 4.94 bc 5.16 ab 17.50 b 2.50 b 1.38 b 4.27 b 6.44 a 郑麦004 Zhengmai 004 CK 13.50 d 2.97 b 1.29 b 5.09 b 3.16 c 14.21 c 3.12 c 1.58 ab 3.69 c 3.70 c WL 12.58 c 2.92 b 1.19 b 4.17 c 3.31 c 13.75 d 2.87 d 1.32 b 2.81 d 4.27 b HT 18.68 a 3.09 b 1.75 a 6.03 a 6.82 a 17.36 a 3.59 a 1.90 a 5.14 a 4.18 b WL+HT 16.62 b 3.42 a 1.71 a 5.91 a 4.59 b 16.84 b 3.41 b 1.70 a 4.38 b 5.09 a F值 F-value 品种C 26.06** 59.58** 2.55 31.84** 15.84** 293.13** 1477.16** 0.06 29.16** 492.79** 渍水WL 95.83** 0.20 1.85 2.37 33.63** 485.00** 969.36** 89.84** 665.88** 44.71** 高温HT 735.82** 14.81** 22.59** 2.37 157.38** 1370.86** 575.31** 21.50** 652.73** 149.77** 品种×渍水C×WL 3.09 8.18* 0.09 0.01 3.28 227.62** 250.78** 21.85** 50.18** 34.85** 品种×高温C×HT 115.06** 2.20 8.64* 5.57 31.53** 47.07** 135.97** 7.00* 79.75** 1.36 渍水+高温WL+HT 67.08** 0.29 1.09 3.15 22.40** 188.75** 20.81** 2.25 88.98** 71.45** 品种×渍水+高温C×WL+HT 39.80** 3.87 0.69 0.05 19.27** 195.44** 11.93** 1.63 77.51** 51.19** 同一列数字后不同字母表示处理间差异显著( P<0.05)。* P<0.05水平显著;** P<0.01水平显著( F0.05=5.59, F0.01=12.25)。 Values followed by different letters are significantly different at P<0.05.* Significant at P< 0.05;** significant at P< 0.01 ( F0.05=5.59, F0.01=12.25).

表1 花后渍水、高温及其复合胁迫对蛋白质及其组分的影响 Table 1 Variance analysis for protein component in grains of different wheat cultivars among the treatments (%)

WL+HT复合胁迫对两品种的影响不同, 2年度均使郑麦004籽粒总蛋白质及其组分含量显著增加; 但对郑麦366, 2011—2012年度无显著影响, 2012—2013年度使籽粒总蛋白质及除麦谷蛋白外的其他组分含量显著下降。

方差分析表明(表2), 2011—2012年WL对两品种面粉亮度、红度和灰度均无显著影响; 而2012—2013年度WL使郑麦366面粉亮度显著下降, 红度和灰度显著增加, 郑麦004红度显著增加, 亮度和灰度变化不显著。

HT胁迫导致两品种面粉亮度显著下降, 2年度表现一致。2011—2012年度对郑麦366面粉红度和灰度影响不显著, 但使郑麦004红度和灰度分别增加71%和10%, 达显著水平。2012—2013年度, HT胁迫使郑麦366和郑麦004红度值分别增加62%和88%, 达显著水平, 但对两品种灰度影响不显著。

WL+HT胁迫使两品种面粉亮度显著下降, 红度和灰度增加。其中2011—2012年度使郑麦366和郑麦004亮度分别下降2.2%和2.0%, 红度增加24%和35%; 2012—2013年度亮度分别下降1.6%和1.4%, 红度分别增加79%和55%, 差异均达显著水平。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 花后渍水、高温及其复合胁迫对面粉白度的影响 Table 2 Variance analysis for flour whiteness of different wheat cultivars among the treatments 品种 Cultivar 处理 Treatment 2011-2012 2012-2013 亮度L-value 红度值a-value 灰度值b-value 亮度L-value 红度值a-value 灰度值b-value 郑麦366 Zhengmai 366 CK 87.44 a 1.11 a 14.83 b 86.97 a 0.58 d 12.47 c WL 86.43 ab 1.22 a 15.30 ab 86.36 b 0.71 c 13.22 b HT 86.23 b 1.30 a 15.43 ab 86.02 c 0.93 b 12.48 c WL+HT 85.51 b 1.37 a 15.85 a 85.60 d 1.03 a 14.45 a 郑麦004 Zhengmai 004 CK 87.38 a 1.04 c 14.54 b 88.17 a 0.52 d 11.58 a WL 87.42 a 0.91 c 14.17 b 87.87 a 0.66 c 12.99 a HT 85.29 b 1.78 a 16.01 a 86.57 b 0.98 a 11.99 a WL+HT 85.62 b 1.41 b 15.18 ab 86.91 b 0.81 b 13.04 a F值 F-value 品种C 0.01 0.38 3.60 148.38** 11.32** 11.35** 渍水WL 1.75 2.00 0.16 7.11* 5.30* 33.00** 高温HT 34.77** 48.66** 20.69** 129.54** 230.14** 3.54 品种×渍水C×WL 4.25 9.01* 6.87* 8.13* 10.54* 0.08 品种×高温C×HT 2.98 15.10** 2.79 5.26 0.59 0.74 渍水+高温WL+HT 0.32 1.53 0.43 4.89 16.59** 0.90 品种×渍水+高温C×WL+HT 0.16 1.15 0.34 3.14 13.56** 1.98 同一列数字后不同字母表示处理间差异显著( P<0.05)。* P<0.05水平显著;** P<0.01水平显著( F0.05=5.59, F0.01=12.25)。 Values followed by different letters are significantly different at P<0.05.* Significant at P< 0.05;**significant at P< 0.01 ( F0.05=5.59, F0.01=12.25).

表2 花后渍水、高温及其复合胁迫对面粉白度的影响 Table 2 Variance analysis for flour whiteness of different wheat cultivars among the treatments

3种胁迫下籽粒总蛋白质及麦谷蛋白含量与面粉亮度呈显著或极显著的负相关, 与面粉红度和灰度呈显著或极显著的正相关, 2年度结果一致(表3)。球蛋白对面粉色泽的影响在年度间存在差异: 2011—2012年度球蛋白含量与亮度呈极显著的负相关, 而与红度和灰度呈极显著的正相关; 而2012—2013年度球蛋白含量与面粉色泽指标间相关性均不显著。表明逆境胁迫下籽粒总蛋白质和麦谷蛋白含量的变化是导致面粉色泽变劣的主要原因。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 胁迫处理下面粉的蛋白质组分与白度的相关系数 Table 3 Correlation coefficient between protein components and whiteness of wheat under treatments 蛋白质组分 Protein component 2011-2012 2012-2013 亮度L-value 红度值 a-value 灰度值 b-value 亮度L-value 红度值 a-value 灰度值 b-value 总蛋白 Total protein -0.67** 0.80** 0.70** -0.57* 0.56* 0.07 清蛋白 Albumin -0.23 0.26 -0.09 0.29 0.09 -0.59* 球蛋白 Glutelin -0.63** 0.71** 0.67** -0.07 0.13 -0.47 醇溶蛋白 Gliadin -0.37 0.47 0.40 -0.39 0.44 -0.21 麦谷蛋白 Glutenin -0.66** 0.82** 0.75** -0.77** 0.49 0.67** * P<0.05水平显著;** P<0.01水平显著。* Significant at P< 0.05;** significant at P< 0.01.

表3 胁迫处理下面粉的蛋白质组分与白度的相关系数 Table 3 Correlation coefficient between protein components and whiteness of wheat under treatments

土壤渍水、高温及其复合胁迫对小麦的危害程度因发生时期、持续时间和胁迫强度而变化。小麦开花后由于成穗数已定, 灌浆前期逆境胁迫所造成的减产主要是穗粒数减少所致, 而中期和后期则主要是粒重降低的缘故^[21]。有关籽粒发育不同阶段的影响结论并不一致。有研究认为, 籽粒形成期是胚乳细胞快速分裂和库容形成的重要时期, 该期渍水或高温的影响大于乳熟期^[7]。另有研究表明, 花后20~22 d 受高温影响最大, 而以花后28~30 d影响最小^[22]。高温与干旱胁迫时, 不同小麦品种间存在差异, 强筋品种豫麦34以前期(花后5~8 d)影响最大, 而弱筋品种豫麦50以中期(花后15~18 d)的影响最大^[23]。本研究2年结果一致表明, WL、HT和WL+HT均导致小麦粒重显著下降, 单一胁迫下HT的影响大于WL, 而复合胁迫(WL+HT)加重了危害, 但不是简单的叠加效应。2年度结果的差异与气候条件有关, 如2012—2013年度, 郑麦366 WL处理粒重与CK无显著差异, 主要是由于该年度后期气候干旱, 而渍水初期因旱情解除, 在一定程度上缓解了高温的影响。

小麦籽粒蛋白质合成与积累受土壤水分和环境温度的共同影响。在高温与干旱条件下籽粒蛋白质含量高, 土壤渍水时降低^[24,25], 渍水还导致谷/醇比下降^[15,16]。籽粒氮素积累量的降幅表现为花后渍水大于花前渍水, 以花前+花后2次渍水的影响最大^[26]。单一高温胁迫, 对籽粒中淀粉合成的影响大于对蛋白质的合成, 因此导致粒重下降, 蛋白质含量相对升高^[17,18], 其中清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量均显著增加, 而麦谷蛋白含量降低, 因此谷/醇比下降^[15]。也有研究发现, 灌浆前期高温导致谷/醇比增加, 而中后期下降^[21]。本研究结果表明, WL使两品种籽粒蛋白质及其组分含量均下降, 这与粒重的下降相吻合, 而HT胁迫使籽粒蛋白质及其组分含量显著增加, 这是因为籽粒蛋白质合成的受抑制程度小于淀粉合成和粒重降幅较大^[27]。WL+HT胁迫对两品种的影响不同, 两年度均使郑麦004籽粒总蛋白质及其组分含量显著增加, 但对郑麦366而言, 2011—2012年度无影响, 2012—2013年度使籽粒总蛋白质及其组分含量显著下降, 这可能与不同品种对逆境胁迫的敏感性差异有关。就蛋白质及其组分的变幅看, 强筋品种郑麦366对WL较敏感, 弱筋品种郑麦004对HT更敏感。因此, 专用小麦生产应高度重视品种布局, 强筋小麦应避免在易渍(涝)区或低洼地种植, 而弱筋型小麦不适合种植在后期气温回升过快、易发生高温或干热风的区域。

面粉白度是小麦磨粉品质的主要指标, 与出粉率、灰分和麸星含量、面粉细度密切相关, 影响面食制品的评分^[28]。因此, 面粉亮度、红度和灰度是面粉分级的重要指标。前人围绕面粉白度与品质性状的关系做了大量研究^[12,29,30], 但很少涉及逆境胁迫下面粉白度变化。本研究中, WL、HT和WL+HT胁迫均使两品种面粉亮度下降, 红度和灰度显著增加, 表明逆境胁迫下面粉色泽变劣。相关分析表明, 籽粒总蛋白质和麦谷蛋白含量与面粉亮度显著负相关, 与面粉红度和灰度呈显著正相关, 而其他蛋白组分与面粉色泽的相关性多未达显著水平。这表明逆境胁迫下面粉白度的变化主要是由于籽粒蛋白质含量, 尤其麦谷蛋白含量的变化。黄淮麦区地处暖温带向北亚热带过渡地带, 南北跨度大, 自然条件差异明显, 小麦生育期间自然灾害较多, 因此生产时应注意及时采取应变措施, 缓解逆境灾害对小麦产量和品质的不利影响。