海藻糖处理对花后高温胁迫弱筋小麦生选6号产量形成及品质的影响

王 犇，李宇星，李 哲，姜沣溢，黄正来，樊永惠，张文静，马尚宇

(安徽农业大学 农学院/农业农村部黄淮南部小麦生物学与遗传育种重点实验室，安徽 合肥 230036)

我国糕点、饼干等行业发展迅猛，年增量在20%左右，而弱筋小麦是制作糕点、饼干的重要原材料[1]。21世纪以来伴随着人类碳排放的上升，温室效应呈现出加剧的趋势，温室效应的加剧导致极端高温发生概率上升[2]。高温胁迫是影响小麦产量及品质的重要因素，高温胁迫下小麦生育期缩短，衰老速率提高，导致营养器官储藏的干物质向籽粒的转运量及转运速率降低，花后光合同化速率降低，同化量减少，最终导致产量的降低[3-4]。高温胁迫下籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量均呈现上升趋势，而麦谷蛋白在高温胁迫籽粒中表现为下降趋势[5]。蛋白质组分含量与籽粒加工品质密切相关，籽粒中谷蛋白及醇溶蛋白是构成湿面筋的主要成分[6-7]。花后高温胁迫下籽粒蛋白质含量表现为上升趋势，籽粒中淀粉含量表现出与蛋白质含量相反的变化，即花后高温胁迫会降低籽粒淀粉含量[8]。而淀粉含量、蛋白质组分含量都与籽粒加工品质密切相关，因此探究如何缓解高温胁迫对籽粒品质的影响是亟待解决的问题。海藻糖在生物界中广泛存在，且与植物抗逆能力密切相关[9-10]。高温胁迫下小麦海藻糖水平呈上升趋势，且外源添加海藻糖能够延缓植株的衰老[11]，但海藻糖对花后高温胁迫小麦产量形成及籽粒品质的影响未见报道。

1 材料与方法

1.1 实验设计

试验于2020—2021年于安徽省淮南市国家农业科技园区进行，供试品种为该地区大面积种植的优质高抗弱筋小麦生选6号(由红旗种业提供)。土壤有机质含量为20.37 g·kg-1，全氮含量为1.30 g·kg-1，碱解氮含量为117.5 mg·kg-1，有效磷含量为47.4 mg·kg-1，速效钾含量为382 mg·kg-1，土壤pH值约为7.39。播种日期为2020年11月1日，基本苗为3×106hm-2，播种方式采用机条播，行距设置为20 cm，小区长2 m，宽2.5 m，面积为5 m2，重复3次。全生育期施纯氮240 kg·hm-2，基追比为7∶3，磷肥(P2O5)100 kg·hm-2，钾肥(K2O)150 kg·hm-2，作为基肥一次性施入。在抽穗期(2021年4月8日)、开花期(2021年4月18日)、花后10 d(2021年4月28日)喷施海藻糖，分别记为T1、T2、T3。海藻糖(购自麦克林生物公司)浓度设置为5、10、15 mmol·L-1，喷施量为200 mL·m-2，分别记为C1、C2、C3，以喷施等量清水为对照(CK)。在花后15～19 d进行高温处理，处理期间无有效降雨，高温处理时间为每天10：00—18：00，以RC-4HC温度计记录温度变化情况(表1)。

表1 高温处理时大棚内外平均温度变化

1.2 测定指标及取样方法

1.2.1 产量及千粒重测定

每小区选取长势均匀且具有代表性的地块收取2 m2，风干后脱粒称重，使用电脑水分测定仪测定水分并折合成13%含水量计产，每处理数1 000粒称重，重复3次。

1.2.2 干物质积累转运与分配

在开花期、成熟期每处理取40单茎，分器官烘干后按照马尚宇等[12]的方法计算花前干物质转运量、花前干物质转运率、花前干物质转运量对籽粒的贡献率、花后干物质积累量、花后干物质积累量对籽粒的贡献率。

1.2.3 淀粉含量的测定

参照高俊凤[13]的方法，称取过100目筛的样品0.1 g，80%乙醇提取去除可溶性糖后使用高氯酸分解淀粉，使用蒽酮-硫酸溶液进行比色，计算淀粉含量。

1.2.4 蛋白质组分含量测定

采用分级提取法[14]，以考马斯亮蓝作为显色剂计算蛋白质含量。

1.2.5 籽粒加工品质测定

使用近红外谷物测定仪DA-7200对籽粒蛋白质含量、容重、湿面筋、形成时间、稳定时间及沉降值进行测定。

1.3 数据处理

使用Microsoft Excel 2019软件进行数据的整理，用Origin 2017软件作图，用DPS v7.05软件进行差异显著性分析(Duncan新复极差法)。

2 结果与分析

2.1 海藻糖处理对花后高温胁迫籽粒产量的影响

由图1可知，海藻糖处理后小麦产量较对照显著增加，其中T1时期C3浓度处理产量较CK增加最多达19.75%。海藻糖对产量的影响表现出海藻糖浓度对产量的提升效应要大于喷施时期对产量的影响。T1时期海藻糖处理较T2、T3时期产量增加量分别为4.56%和2.28%。C3浓度海藻糖处理较C1、C2处理产量增加量分别为3.09%和8.24%，与CK相比增加了11.73%。由图2可知，海藻糖处理后籽粒千粒重表现出与产量相似的趋势，表现为浓度处理对千粒重的影响要大于喷施时期对千粒重的影响。以T1时期喷施C3浓度海藻糖处理最佳，籽粒千粒重最大为45.86 g。

T1、T2和T3分别表示抽穗期、开花期、花后10 d，C1、C2和C3分别表示5、10、15 mmol·L-1海藻糖处理，CK表示清水对照。不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

图2 海藻糖处理对花后高温胁迫弱筋小麦生选6号千粒重的影响

2.2 海藻糖处理对花后高温胁迫小麦干物质分配的影响

由表2可知，海藻糖处理提高了籽粒干物质分配量与分配比例；茎鞘+叶片干物质分配量随着海藻糖浓度的提高呈现下降的趋势。T1时期处理籽粒干物质分配量及比例要高于T2和T3时期，C3处理下籽粒干物质分配量及比例要高于C1和C2处理，且海藻糖处理后营养器官干物质分配量及占比与CK相比均呈现下降趋势。

表2 海藻糖处理对花后高温胁迫下弱筋小麦生选6号干物质分配的影响

2.3 海藻糖处理对花后高温胁迫干物质积累与转运的影响

由表3可知，海藻糖处理显著提高了花前营养器官储藏的干物质向籽粒中的转运量及转运率，提高了花后干物质积累量。由图3可知，随着花前干物质转运量与花后干物质积累量的提高，产量也随之提高。花后干物质积累量与产量的相关性要高于花前干物质转运量与产量的相关性。

表3 海藻糖处理对花后高温胁迫弱筋小麦生选6号干物质积累与转运的影响

续表3 Continued Table 3

图3 小麦花前干物质转运量(A)与花后干物质积累量(B)与产量的相关性

2.4 海藻糖处理对花后高温胁迫籽粒淀粉含量及蛋白质组分含量的影响

由图4可知，海藻糖处理后花后籽粒淀粉含量较CK呈现增加趋势，且海藻糖浓度越高籽粒淀粉含量越高，且3个生育时期中C2、C3两个水平间无显著差异，但C3处理要略高于C2处理。由表4可知，海藻糖处理显著降低了籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量，但谷蛋白含量要高于CK，并且海藻糖处理下籽粒谷/醇值显著高于CK。

图4 籽粒品质聚类分析图

表4 海藻糖处理对花后高温胁迫小麦籽粒蛋白质组分含量的影响

图4 海藻糖处理对花后高温胁迫弱筋小麦生选6号淀粉含量的影响

2.5 海藻糖处理对花后高温胁迫籽粒加工品质的影响

由表5可知，海藻糖处理降低了籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、稳定时间及沉降值,且与CK有显著差异。弱筋小麦应具备蛋白质含量低、筋性弱的特征，我国现行优质弱筋小麦品质标准[15]规定优质弱筋小麦籽粒蛋白质含量≤11.5%，湿面筋含量≤22.0%，面团稳定时间≤2.5 min。海藻糖处理后各项指标均接近现行优质弱筋小麦标准，说明海藻糖能够改善花后高温胁迫的籽粒加工品质，使高温胁迫下的小麦籽粒更接近优质弱筋小麦标准。

2.6 海藻糖处理花后高温胁迫下籽粒品质聚类分析

通过对籽粒淀粉含量、蛋白质组分含量、籽粒加工品质进行数据标准化后使用欧式最短距离法进行聚类分析，得到聚类分析图(图4)。由图4可知，随着海藻糖处理浓度的提升，根据籽粒加工品质、蛋白质组分含量及淀粉含量的差异显著性分析结果可知，C3和C2处理要优于C1处理及CK。因此可以通过聚类分析辅助差异显著性分析评价海藻糖喷施时期与浓度对籽粒品质的改善作用，筛选出最佳喷施浓度与时间。由图4可知在T1时期喷施海藻糖效果最佳，喷施C3浓度海藻糖较C1、C2浓度品质更好。

3 讨论

3.1 对产量形成的影响

高温胁迫是造成产量降低的重要因素，花后高温胁迫会造成植株提前衰老，光合同化物减少，生育期缩短[16-18]。花后高温胁迫会导致籽粒灌浆不充分，营养器官中贮藏的光合同化物向籽粒中运输速率变缓，造成产量的降低[19-21]。本试验研究表明，海藻糖处理提高了花前干物质向籽粒中的运输速率，以及花前干物质对籽粒的贡献率，说明海藻糖能够缓解高温胁迫伤害。花后干物质积累量是籽粒产量的主要构成因素，马尚宇等[12]研究表明，花后干物质积累量对籽粒的贡献率占比约为2/3，花前干物质转运量对籽粒的贡献率占比约为1/3。本试验中海藻糖处理后花前干物质转运量与花后干物质积累量均有所提升，通过相关性分析可以得出花后干物质积累量与产量的相关性更高，这说明高温胁迫对小麦花后干物质积累量的影响要大于对花前干物质转移量的影响[22]。提高小麦的耐性能够增加高温胁迫下小麦花后干物质积累量，有助于营养器官干物质向籽粒中运输，从而获得较高的产量[23]。如花后高温胁迫下外施多胺提高了小麦内源保护酶活性，增加了花后干物质积累量对籽粒的贡献率[24]。 本试验抽穗期喷施15 mmol·L-1海藻糖处理下籽粒产量、花后干物质积累量均高于其他处理，说明通过调整海藻糖的喷施时间与浓度能够提升高温胁迫下花后干物质积累量，保障高温胁迫下小麦产量的稳定。

3.2 对品质的改善作用

高温胁迫不仅影响小麦产量，还会导致籽粒品质变劣[25-27]。小麦籽粒中淀粉及蛋白质含量与面团形成时间、延展性和强度有直接联系[5，28]。高温胁迫影响可溶性淀粉合酶(SSS)、结合态淀粉合酶(GBSS)、淀粉分支酶(SBE)、ADPG焦磷酸化酶(AGPase)、蔗糖合酶(SS) 等小麦籽粒淀粉合成关键酶导致籽粒淀粉含量下降，品质变劣[8，29-31]。本试验中海藻糖处理后籽粒淀粉含量较CK显著增加，说明海藻糖处理对花后高温胁迫籽粒淀粉合成具有积极作用。高温胁迫下氮代谢关键酶谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)活性降低导致籽粒中蛋白质合成受阻，从而引起蛋白质品质变劣，组分含量发生改变[32-33]。弱筋小麦蛋白质含量应低于12.5%，湿面筋含量应低于26%[34]，而优质弱筋小麦籽粒蛋白质含量应低于11.5%，湿面筋含量应低于22.0%[15]。海藻糖处理后籽粒蛋白质含量显著低于CK，淀粉含量较CK显著增加，说明海藻糖对籽粒品质有明显的改善作用。这可能是因为海藻糖处理提高了小麦的耐热性，增加了淀粉合成途径占比，降低了蛋白质合成途径比例[35]。但海藻糖对花后高温胁迫籽粒淀粉合成的机理及改善籽粒品质的机理还不明确，关于海藻糖对花后高温胁迫小麦产量的提升作用及品质的改善作用机理有待进一步研究。