花期喷施不同微量元素对小麦产量和品质的影响开题报告

1. 研究目的与意义

(一) 本课题的意义：

小麦（Triticum aestivum L.）是世界上最重要的粮食作物之一，占全球粮食产量的30%以上^[1]。小麦在温带国家广泛种植，主要是因为它具有较高的适应性和高产潜能，而且面筋蛋白的粘弹性使得面团可以被加工成面包、意面、面条和其他食品。小麦也为人类膳食提供人体必需氨基酸、矿物质、维生素、有益植物化学成分和膳食纤维等。世界各地对小麦产量和品质的改善十分重视。在栽培和育种工作者的共同努力下，小麦单产和总产大幅提高。在提供充足水分和矿物营养并有效控制病虫害的条件下，小麦产量可达10 mts/ha,远高于其他温带作物^[2]。随着人民生活水平的提高和小麦消费多元化方向的发展，人们对优质面粉的需求量迅速增大，小麦生产目标也由单纯的量的需求转向量质并重，并对小麦面粉及其制成品的品质提出了更高的要求。我国对小麦品质形成理论与改良途径研究相对落后，经过多方努力，我国优质小麦终于进入国际市场，但品质低于世界水平。因此，加强小麦品质调优技术的研究，促进我国优质小麦的生产与推进尤为重要，这已成为当前麦作科学研究的热点。

粒重是构成谷物产量的重要因素，而占小麦籽粒重量85%以上的组织是胚乳部分^[3]。胚乳中的主要贮藏物质是淀粉和蛋白质，分别积累在胚乳细胞的淀粉体和蛋白体内^[4]。淀粉体的数量与大小决定着颖果的重量，花后第7d胚乳细胞中出现淀粉体并开始积累淀粉，大小淀粉体的数目在细胞间变幅很大。蛋白质体在花后第9d出现，蛋白质在粗糙内质网上形成，通过高尔基体转移积累在液泡中。内质网是蛋白质运往其他细胞器的起点，并是蛋白质的临时储存部位。这些贮藏蛋白的积累为人类和动物提供重要的营养来源^[5]。小麦制品的优劣主要取决于这两种成分的质和量，其中蛋白质的尤为重要。与国外小麦相比，国内小麦的蛋白质含量并不低，但面筋质量较差，其强度和延展性有待进一步提高^[6]。

本课题主要针对小麦面筋，结合其他小麦品质来探讨优质小麦的供应不足问题。要解决我国优质小麦供应不足的问题，除了优质的品种外，环境条件也起到非常重要的作用。N、P、K的供应，微量元素和氨基酸液肥的补充等化学调控可以有效的提高或者降低小麦的面筋含量。根据需求的不同，配置不同的外源调控物质，从而可以高效快速地获得合适的专用小麦。

(二) 国内外研究概况：

1小麦籽粒

1.1小麦籽粒结构和形态

从外形来看，小麦籽粒可分为腹背两面，腹面有腹沟，背面基部有胚，顶端着生短而硬的绒毛。小麦籽粒属于颖果，其解剖结构外层为果皮，果皮内是真正的种子，包括种皮、珠心层、胚和胚乳。果皮包括外果皮、中间细胞层、横细胞层和管状细胞层各层组织，成熟果皮为无色。种皮由透明的内、外种皮和夹在其中的色素层构成，色素层的色素决定小麦籽粒的颜色。种皮的内侧是珠心层，与种皮结合紧密，透水性较差。珠心层以内是胚乳，其最外层是由一单层或两层厚壁细胞构成的糊粉层，糊粉层以内是淀粉质胚乳，占籽粒重量的绝大部分^[7]。胚位于籽粒背面基部，内侧紧贴胚乳，外侧被皮层包裹。

果皮起源于子房壁，种皮由胚珠外被产生，两者都来自母本组织，合称为皮层，厚为40-60μm。皮层重量占小麦籽粒的8.5%。皮层厚度与与加工品质直接相关，籽粒皮层越厚皮层占籽粒重量越大，出粉率越低，麸皮越多。胚乳一般占籽粒总重的82%-85%，加上糊粉层可达90%左右。胚乳的主要成分是淀粉和蛋白质，淀粉占籽粒重量的60%-68%，蛋白质占7%-18%^[8]。小麦品质的优劣主要决定于这两种成分的含量和性质，其中蛋白质尤为重要。糊粉层的化学组分除了含较多的蛋白质和纤维素外还含有丰富的无机盐。脂肪、B族维生素和多种蛋白酶，有很高的营养价值。但因其和种皮组织结合紧密，传统的磨粉工艺会把原本属于胚乳组织的糊粉层和皮层一起磨去，采用分层磨粉新工艺可使其得以保留。胚占籽粒总重的2.5%，含有较高的脂肪，约达6%-11%，还含有蛋白质、可溶性糖、多种酶和大量维生素^[9]。

1.2 小麦籽粒的化学组成

小麦籽粒的化学成分主要有蛋白质、碳水化合物、脂类、矿物质和维生素等^[10]。这些成分是人体所需的各种营养成分，其含量高低和平衡程度决定其营养品质的优劣。因不同品种、产区、气候和栽培条件等不同其含量也不尽相同，而且籽粒的不同部位化学成分的组分含量也不同。

小麦蛋白质含量和质量是影响小麦营养品质和加工品质的重要因素^[11]。小麦籽粒蛋白质含量在13%左右，存在于籽粒的各个部分，但分布很不均匀，其中种皮和果皮约占5%、胚占3.5%、盾片占4.5%、糊粉层占15%、胚乳占72%。不同部位蛋白质含量不同，胚乳和糊粉层含量较高。胚乳由里向外，蛋白质含量和性质均有一定差异，蛋白质含量越接近种皮含量越高。淀粉约占小麦籽粒的57%-67%，以淀粉粒的形式存在，可分为A、B型：A淀粉粒是透镜状的大淀粉粒，B型是圆形的小淀粉粒^[12]。淀粉是葡聚糖的聚合体，根据葡萄糖分子之间的连接方式不同分为直链淀粉和支链淀粉。在小麦淀粉中直链淀粉占25%，支链淀粉占75%。

纤维素常与半纤维素伴生，是小麦细胞壁的主要成分，占籽粒重量的1.9%-3.4%，主要分布在皮层中。面粉中纤维素含量可反映小麦粉的加工精度。小麦籽粒中糖含量约有4.3%，在小麦籽粒各部分中，胚的含糖量最高，可达24%^[13]。小麦籽粒脂肪含量一般为1.9%-2.5%，在胚中含量最高，可达15%以上。但在小麦贮藏过程中，脂肪易发生酸败，从而影响品质。小麦籽粒矿质含量一般为1.5%-2%，大部分存在于麸皮和胚中，糊粉层中含量最高。籽粒中维生素含量很低，主要是复合维生素B、泛酸及维生素E，维生素A、C、D含量很少。维生素主要集中在胚和糊粉层中。制粉中出粉率低和烘焙中高温都会使维生素含量降低和破坏^[14]。

各类化学成分占小麦籽粒组成部分的比例如图所示：

表1 小麦籽粒各组成部分的化学成分（干物质）

注：引自《小麦面粉品质改良与检测技术》，2008^[14]

2小麦品质概念及主要指标

小麦品质是指小麦籽粒对某种特定最终用途的适合性，是指其对制造某种面食品要求的满足程度^[15]，是衡量小麦品质好坏的依据。一般小麦品质可分为外观品质、营养品质、加工品质、食味品质和安全品质等。

小麦籽粒外观品质是指小麦籽粒外部形态特征，指标包括籽粒性状、粒色、整齐度、饱满度、角质率等。这些指标不仅直接影响小麦的商品价值，而且与加工品质、营养品质关系密切^[16]。

加工品质是指小麦籽粒和面粉对制粉和制作不同食品的适应性，包括磨粉品质（一次加工品质）和食品品质（二次加工品质）。一次加工品质是指将小麦加工成面粉的过程中加工机具、流程和经济效益对小麦构成和物化特性的要求，如小麦籽粒饱满程度、容重、千粒重、皮色等，出粉率是磨粉品质的主要指标；二次加工品质是指在制作各种食品时对面粉理化特性的要求，即通常所说的焙烤品质和蒸煮品质，主要指面粉制成品的口感、滋味、烘焙特性和蒸炸等特性，是评价籽粒和面粉品质的基本指标和依据，主要指标包括面筋含量、面筋质量、沉降值、降落值、面团形成时间、面团稳定时间、软化度、评价值、延伸性、最大抗阻能力等，其中面团稳定时间和抗拉伸强度与面团品质关系最大^[17]。

营养品质是指小麦籽粒中含有的营养物质对人营养需要的适应性和满足程度 ^[17]，包含蛋白质、维生素、矿物质、必需氨基酸、淀粉、纤维素、脂肪、矿物质等。其中，在小麦中重要的指标就是是蛋白质与各组分含量和比例及组成蛋白质的氨基酸种类、淀粉的组成与种类等。食味品质主要是指制作出的食品在食用时所表现出的物化特性，如性状、口感、滋味等。安全与卫生品质主要是指籽粒、面粉和面制食品中矿质元素含量的高低、有毒物质种类的多少与含量高低及抗营养因子含量的高低、食品中含有的微生物数量等，包括小麦生产过程中化肥施用量和残留量、产品中农药残留量、加工过程中增白剂使用量等^[17]。

3小麦面筋

小麦面筋试生产小麦淀粉时的副产物，面筋蛋白主要是由醇溶蛋白和麦谷蛋白组成，合称储藏蛋白其蛋白的组成和结构是影响小麦面团特性和烘焙品质的重要因素。麦谷蛋白是一种非均质的大分子聚合体，具有β-螺旋结构，分子量可从8万到几千万Dalton，是自然界中最大的蛋白质^{[62, 63]}，由于其实际分子量很大，且溶于稀酸或烯碱，而他们会破坏麦谷蛋白的一级结构，因此其实际分子量至今仍未测出。麦谷蛋白是多聚体蛋白，各肽链相对分子量高达数百万kD，肽链间以二硫键相链接，同时其氨基酸组成也多为极性氨基酸，二硫键与其中的极性氨基酸是决定面团强度的主要因素，赋予面团以弹性^[62]。根据十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）迁移率，麦谷蛋白可分为A、B、C、D四个区域：其中A区域为HMW-GS，占小麦总蛋白的5%~10%，分子量为80~120 kD；B、C和D区域为LMW-GS，占小麦总蛋白的20%~30%，分子量在30~51 kD之间^{[64, 65]}。

HMW-GS由位于小麦染色体1A、1B和1D长臂上的Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1三个位点上的等位基因控制，其中，Glu-A1位点有3对等位基因，编码1、2*和Null亚基；Glu-B1位点有11对等位基因，编码6、7、8、9、13、14、15、16、17、18、19、20、21和22亚基；Glu-D1位点有6对等位基因，编码2、3、4、5、10和12亚基。尽管大多数六倍体栽培小麦品种有6个高分子麦谷蛋白基因但由于等位基因现象和基因沉默效应，只表达其中的3~5个：其中2条由1D控制，1或2条由1B控制，1或0条由1A控制^[66-69]。根据编码HMW-GS的全长或部分基因测序结果，推测其一级结构，发现HMW-GS由N端、C端和高度重复的中间区域组成，N端和C端是保守性很高的重复区域，是半胱氨酸集中区，强亲水性，表现为α-螺旋结构，分别由81-104个和42个氨基酸组成，较大的x型HMW-GS在N末端有3个半胱氨酸残基，较小的y型HMW-GS有5个半胱氨酸残基；所有的HMW-GS在C末端有1个半胱氨酸残基^{[62, 64, 70]}。中间疏水区由高度重复的440~681个氨基酸组成，排列为β-转角，包括六肽（PGQGQQ）、九肽（GYYPTSPQQ）等，x-型HMW-GS的重复区还具有一个三肽（GQQ），部分HMW-GS在中间重复区还含有半胱氨酸残基，这些结构域可能是HMW-GS为面团提供强度和弹性的分子基础。

小麦胚乳中LMW-GS含量相对较高，约占三分之一的贮藏蛋白和60~75%的麦谷蛋白^{[71, 72]}。LMW-GS分别由小麦染色体1A、1B和1D短臂上的Glu-A3、Glu-B3、Glu-D3等位基因控制。按照N末端氨基酸序列中第一个氨基酸残基，LMW-GS又可分为s、m和i三种类型，其起始氨基酸分别为丝氨酸（S）、甲硫氨酸（M）和异亮氨酸（I）^[73]。LMW-m含量最多，分子量为31.8~39.6kD；与m-型相比，LWM-s型亚基具有较大的分子量，为37.0~42.5kD；尽管缺少N末端保守区，LMW-i亚基也有较高的分子量，大小为39.2~43.0kD^[72]。一般认为LMW-GS亚基含8个游离巯基，其中6个形成分子内二硫键，另外两个游离的巯基与HMW-GS的游离巯基形成分子间二硫键，将LMW-GS连接到HMW-GS骨架中，聚合为麦谷蛋白大聚体。根据麦谷蛋白在SDS提取液中的溶解特性，可将麦谷蛋白分为可溶性麦谷蛋白和不溶性麦谷蛋白，不溶性谷蛋白的分子量较大，被称为麦谷蛋白大聚合体（GMP），其不溶于SDS提取液，只有在SDS提取液中加入还原剂或经过超声波处理后才能溶解^{[73, 74]}[Southan, 1999 #746][Southan, 1999 #746]。 GMP是小麦籽粒中最重要的谷蛋白聚合体，成熟期籽粒GMP含量和分子量分布对面团特征和烘烤品质有重要影响，其作用远大于可溶性谷蛋白聚合体。麦谷蛋白大聚合体在胚乳中以颗粒形式存在，平均粒径20－50μm左右^[75]，粒径范围为1~300 μm ^{[76, 77]}，而研究表明，并非所有的麦谷蛋白聚合体对面团品质的贡献是相同的，只有那些粒径达到一定大小的麦谷蛋白聚合体（即大聚合体，GMP）才在面筋蛋白网络结构建成中发挥作用^[63]。。麦谷蛋白大聚合体含量与沉降值之间具有较高相关性，麦谷蛋白大聚合体的绝对含量和相对含量与面团形成时间、面团最大抗延阻力及面包体积呈显著正相关^[78-80]，与蛋白质含量、沉淀值和主要粉质参数呈显著正相关，其含量越高，其面筋强度较大，最终面包烘烤品质较好^{[81, 82]}。

麦谷蛋白主要是由HMW-GS和LMW-GS通过二硫键链接而成的大小不一的聚合体。研究表明，GMP的积累和粒度分布受麦谷蛋白亚基的组成与比例、分子内游离巯基数目和亚基间二硫键数目调控。HMW-GS和LMW-GS各条亚基中半胱氨酸残基（巯基）数目有很大的差异，从而导致麦谷蛋白聚合程度的差异^[83]。Weegels等研究认为，当HMW-GS和y-型亚基相对含量增加时，谷蛋白聚合体的分布向较大方向偏移，不溶性谷蛋白（即GMP）的含量提高，从而使烘烤品质变优^[84]。HWM-GS含量对大粒径（＞100μm）的GMP颗粒显著正相关，而对小粒径（＜10μm）的GMP颗粒呈显著负相关^[85-87]，麦谷蛋白聚合体的由此可见，GMP在决定小麦加工品质中起着重要作用，而其粒度分布则是重要的表征。

醇溶蛋白分子成球状（如图1），表面积较小，分子间的相互作用不强，所以，醇溶蛋白缺少弹性，但具有一定的流动性，决定面团粘性和延展性。醇溶蛋白为单体蛋白，分子量较小，约在 30~80 k D 之间，富含谷氨酰胺和脯氨酸，醇溶蛋白分子中二硫键都分布在分子内部（如图2）。

醇溶蛋白占面筋总蛋白的40％-50％，因此醇溶蛋白是面筋 的主要成分，它的性质决定了各种工艺过程包括面包小麦粉的品质^[88]。醇溶蛋白根据酸性条件下电泳迁移率不同被分为α-、β-、γ-和ω-四种类型，含量分别为25％、30％、30％、15％^[89]。其中α-、β-、γ-三种醇溶蛋白结构相近，均有重复 N端区域和非重复 C 端区域，肽链上存在3~4个分子内二硫键^[90]。分子量为30~45KD^[91].而ω醇溶蛋白结构特殊，以一个肽段为主要的重复区域（PGGPPPGG），该段因为没有半胱氨酸残基，所以其不能形成二硫键^[92]，而是通过谷氨酰胺残基上的氢键与其它亚基或蛋白质进行结合，ω醇溶蛋白分子量较大，大概为 65~80 kD^[91]。在α醇溶蛋白中N-段和C-段几乎是等长的，N端的区域由两段重复的氨基酸顺序组成PGGPT 和 PGPGPPP，形成富含β转角的结构；但是β转角在肽链上分布不规则，不能形成β螺旋，因而没弹性^[93]，所以在溶液中呈现棍棒状。ω醇溶蛋白中β转角虽然有规则的分布于整个肽链，但是由于分子缺乏半胱氨酸，因此肽链间不能交联形成弹性化合物^[94,95]。

图1：醇溶蛋白与麦谷蛋白相互作用形成面筋模型

4．外源调节剂选取及叶面肥的含义

4.1微量元素在植物中的生物学功能

微量元素包括铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等，相对于大量元素而言在生物体内含量极少，但与动植物的生存和健康息息相关，具有至关重要的作用. 通过与蛋白质和其它有机基团结合，形成了酶、激素、维生素等生物大分子，发挥着重要的生理生化功能。微量元素构成了体内重要的载体与电子传递系统，参与激素与维生素的合成，还对遗传信息的携带者核酸的物理、化学性质均可产生影响. 多种RNA聚合酶中含有锌，而核酸还原酶的作用则依赖于铁^[96]。铁、锌、硒3种微量元素在植物体内具有重要的生物学功能，含量过多或过少，都将导致植物产生生理疾病^[97-99]。

锌是植物体内多种酶的组成成分和活化剂。小麦缺锌表现为麦苗叶片失绿，心叶白化，中后期植株矮小，叶小而脆，根系变黑，空秕粒多，千粒重低^[100]。铁是人们发现的第一个植物必需微量元素^[101]铁在植物呼吸、光合和氮代谢等的氧化还原过程中都起着重要作用^[102]植株缺铁叶子会变黄，得黄叶病^[103]。硒对高等植物具有抗氧化作用，可提高植株的抗逆性和抗衰老能力，促进植株的正常生长，推测硒可能是高等植物的必需微量元素^[104]。此外，微量元素还有重金属拮抗和环境胁迫抵制，影响植物气味等功能^[105]。在植物中微量元素只有在其最适浓度范围内才能发挥其生物学功能，例如硒的一般低于0.110^-6才促进植物的生长发育，超过一定的浓度范围，会抑制植物的生长发育，对植物产生毒害，浓度越高抑制越强，产生的毒害作用越大. 一般非硒积累的植物含硒量50 mg/kg时，就会使植物中毒，表现出生长缓慢、植株矮小、叶子失绿等中毒症状^[106]。

4.2微量元素对小麦生长发育、产量及品质的影响

4.2.1微量元素对小麦产量的影响

对于缺锌条件下，锌对小麦产量的影响，研究结果表明，缺锌是制约小麦高产的主要因素之一。缺锌条件下小麦当季补锌可增产3.57%~12.32%。锌对小麦的增产作用主要归因于：锌提高了小麦根系和茎蘖的发育质量，延长了叶片的有效功能期，促进了干物质积累，增加了成穗数和粒重^[10]。用锌肥拌种效果优于用铁肥拌种，铁肥与锌肥配合施用效果更好，用锌铁肥拌种，小麦单株穗数、穗粒数、千粒重及产量均较对照有所增加^[107]。在农业生产中，常常观察到施少量硒对农作物的产量有促进作用的例子。如程伯容等在东北病区进行了玉米、小麦、大豆等作物的喷硒试验，以亚硒酸钠喷洒叶面，均得到增产效果^[108]。由以上研究结果可见，目前关于微量元素对小麦产量影响的研究多集中于利用肥料拌种、农药喷洒等外施方法，而不同小麦品种对微量元素吸收能力的差异却尚未见报道。

4.2.2微量元素对小麦生长发育的影响

适量的锌可以加速小麦植株的生长、分蘖和春化作用^[109]，但如果超过一定浓度，如Zn² 浓度高于10^-4mol/L时，种子萌发、种子中α-淀粉酶活性和幼苗生长均显著受抑；随着Zn² 浓度的增加和培养时间的延长，细胞膜透性增加，根系活力下降和硝酸还原酶活性降低，根冠比下降^[110]。小麦不同生长发育时期所含微量元素会有所变化。霍晓婷等测定了田间高产试验条件下冬小麦不同生育时期植株地上部各器官的铁含量，结果表明，麦株含铁量随生育时期呈单峰曲线变化，其峰顶位于返青期；铁吸收量随生育时期呈双峰曲线变化，其峰顶分别位于拔节期和乳熟期，而峰谷出现在开花期。各生育阶段麦株体内的铁，始终以叶片分配比例最高^[111]，这一趋势与锌的分配大体一致^[112]。依据植物对硒吸收量的水平差异可以将植物划分为聚硒植物、非聚硒植物（大多为农作物和草本植物）和富硫并且高硒植物。小麦属于非聚硒植物^[113]。有研究证明，喷洒硒肥能提高小麦叶片中SOD的活性，起到促进生长的作用。在小麦灌浆初、中期喷施硒肥后，叶片中的丙二醛（MDA）含量都有不同程度的降低。MDA是细胞膜脂过氧化产物，降低叶片中MDA含量后，能延缓作物的衰老^[114]。硒在一定浓度范围内对小麦的生长发育及籽粒性状具有较为明显的促进作用^[115]。硒对植物生长的作用符合一般必需营养元素对生物体反应的Bertrand生物剂量规律，因而也有可能是植物生长所必需的营养元素^[116]。

前人研究证明，锌、铁、硒，均在一定浓度范围内能够促进小麦的生长发育。因此，研究微量元素在植物中有效作用的浓度范围，对促进作物生长、增加产量以及提高人类膳食营养都具有指导意义。

4.2.3微量元素对小麦品质的影响

由于喷施锌提高了小麦旗叶的硝酸还原酶（NR）活性、谷丙转氨酶（GPT）活性和叶绿素含量，从而可以提高小麦籽粒的沉淀值、湿面筋、出粉率、吸水量和稳定时间，但对蛋白质、形成时间没有影响^[117]。还有研究成果表明，在缺锌土壤上施锌肥使小麦籽粒的含氮量和17种氨基酸的含量都有所提高，从而提高了小麦的品质^[118]。此外，有报道指出，高浓度铁可降低小麦叶锈病、黑粉病、全蚀病的危害程度。加硒化肥使得麦粒的氨基酸结构发生了相应的变化，苯丙氨酸减少了12.7%；作为小麦的第一限制性氨基酸赖氨酸增加了15.6%，从而弥补了小麦赖氨酸含量的不足，提高了小麦的营养价值^[119]。以上研究结果说明，适当外施锌、铁、硒肥可以提高小麦营养价值并减少病害，是提高小麦品质的一种重要措施。但目前国内外对小麦营养品质的研究多数集中在蛋白质、面筋、沉降值、稳定时间等方面，在微量元素含量方面研究很少，富含微量元素的功能性小麦选育尚未见报道。

4.3叶面喷施外源氮素

4.3.1氮肥对小麦籽粒灌浆过程产生的影响

小麦籽粒灌浆期是影响小麦产量及品质的关键时期，这个时期，小麦植株内各个器官使用碳水化合物和氮磷等营养元素的多少，以及将光合产物从营养器官转运到小麦籽粒的多少均会影响到小麦收获时籽粒的重量及品质。在小麦灌浆期中后期，叶片由于逐渐的衰老，其叶绿素的含量下降，导致叶片光合作用的速率下降，叶片也会逐渐失绿变黄，影响营养器官内产生的干物质向小麦的籽粒中转运，使籽粒的重量增加的速度减慢^[120]。有研究发现，小麦植株在开花以后，地上部分各个器官的光合产物的积累量，会随10 天左右达到最大值，地上部分各个器官的光合产物对小麦籽粒重量的贡献会随着施用氮肥量的增加而提高。营养贮存器官的形成会受到施用氮肥量的多少的影响，施用氮肥量在适宜的范围内时，随着施用氮肥量的增加会对营养贮存器官的形成产生促进作用。而营养贮存器官的多少能影响到临时贮存其中的光合产物量的多少。然而，随着施氮量的增加，小麦植株内不同营养器官内贮存的光合产物的输出率并不会随之提高。当施用氮肥的量过高时会引起小麦植株的氮元素的利用率下降，从而导致小麦产量的降低。籽粒灌浆速率和灌浆期持续时间对小麦籽粒重量有着非常重要的影响^[121]。前人的研究表明，遗传因素是决定小麦籽粒的灌浆速度的一个非常重要的因素^[122]，而籽粒灌浆期持续时间的主要影响因子是环境，尤其是温度的影响。前人的研究表明，施用氮肥对小麦不同的生理指标的影响不同，其能使小麦的成穗数、结实小穗数以及穗粒数显著增加，千粒重则会下降，而成穗数对小麦产量的贡献相比其他指标来说更大，因而最终会增加小麦的产量。另外，施用氮肥会使小麦籽粒灌浆期的平均灌浆速率下降，延长灌浆期的持续时间，使小麦籽粒灌浆后期灌浆速率下降的速度减少^[123]。

4.3.2氮肥对小麦产量的影响

氮元素供应充足时，小麦群体结构相对合理，可以有较大的叶面积进行光合作用，从而增加小麦植株的干物质积累，最终提高小麦的产量。穗数、穗粒数和千粒重是影响小麦产量高低的重要因素，要想使小麦获得高产，必须合理配置各项指标，使三项指标的乘积达到最大值。氮肥的施用量、施用方式以及氮元素的施用形态都可以对小麦产量产生影响。氮肥影响小麦产量的主要机理是通过提高单位面积内小麦的穗数和穗粒数从而提高产量，然而，氮肥的施用对小麦籽粒千粒重的提高没有呈现出显著的相关关系^[124]。小麦的成穗数和穗粒数会随着施用氮肥量的增加而有所增加，但是当施氮量过大时，小麦的成穗数会出现明显的下降。氮肥能显著增加小麦在返青期和拔节期分蘖成穗的数量，增加单位面积内的穗数。适量的施氮量和拔节期施氮比例可以显著的提高小麦的产量和品质，当施氮量和拔节期施氮比例过高时，小麦产量和品质则显著降低。^[125]氮肥施用量过低或者过高都能对小麦的生长产生不良影响。氮肥施用量过低时，小麦植株的根系营养不足，造成根系细弱，影响小麦的分蘖的形成，导致小麦叶片发黄，成穗数减少，最终影响小麦产量；氮肥施用量过高时，小麦植株的分蘖能力会有所提高，单位面积内的穗数也会随之增加，小麦群体也会有所增加，然而，由于小麦植株之间的相互影响，使中下部分的叶片因为光照不足而导致光合作用下降；并且小麦会贪青晚熟，影响了小麦叶片内同化产物向小麦籽粒内的转运，使小麦籽粒的生长受到影响，导致小麦籽粒重量下降，影响到小麦最终的产量。

4.3.3氮肥对小麦籽粒品质的影响

小麦籽粒品质主要是指小麦籽粒的某种特定用途的特性强弱，一般所说的籽粒品质可以分成营养品质和加工品质两种。小麦的籽粒品质受到多种因素的影响，有遗传因素、气候条件、施肥条件等，而在施肥条件中，对小麦籽粒品质影响较大的因素是氮肥^[126]。研究表明，在小麦生长发育的中后期，随着施用氮肥量的增加，小麦的品质会有所提高，而且将不同的施氮模式进行比较，可以发现在拔节期和孕穗期分两次进行施用氮肥的效果相对其他施肥模式最好，这是因为将氮肥的追肥时期适当的后移可以促进小麦植株对氮元素的吸收，因而能显著改善小麦籽粒的品质。施用氮肥量与小麦籽粒的重量以及蛋白质含量之间都存在着二次曲线的相关关系^[127]。而且，籽粒要获得较高的蛋白质含量所需要施用氮肥的含量同籽粒要获得较高的重量所需要施用氮肥的含量相比，前者需要更多的施氮量。当施用氮肥量在一定的范围内时，随着施氮量的增加，小麦籽粒中的蛋白质含量是逐渐增加的，然而在施氮量过高时，蛋白质含量则会因为施氮量过多而出现下降的趋势。同不施用氮肥或施用较少的氮肥相比，施用适量的氮肥的小麦籽粒中的蛋白质的含量会有一个明显的提高。但是施用氮肥的量过多的时候不仅对提高蛋白质含量的作用很小，而且还能影响到小麦籽粒的产量，同时籽粒的加工品质和营养价值也不一定会提高。随着施用氮肥量的增加，小麦籽粒的蛋白质及其组分的含量、沉淀值和稳定时间、干面筋含量等指标均会随着增加。施用氮肥适量时，籽粒蛋白质的含量提高，小麦的产量也会增加，小麦的加工品质得到一定程度的改善。当施用氮肥过多时，小麦籽粒的加工品质反而下降，小麦的产量也会随之下降。提高施氮量会对小麦干面筋含量和沉降值产生一个显著的促进作用，氮素与籽粒的容重值之间并没有此种作用^[128]。

4.4叶面肥

绝大多数陆生植物依靠根系吸收养分，但是植物的叶片也可以吸收外源物质，如气体、营养元素、农药等，叶片在吸收水分的同时能够像根一样的地把营养物质吸收到植物体中去。叶面肥是以叶面吸收为目的，是将营养元素施用于农作物叶片表面，通过叶片的吸收而发挥功能的一种肥料类型。叶面肥的作用时间迅速，因此大大提高了肥料的时效性，并且其简单的操作和吸收效率，有效的减少了成本。大量研究表明，叶面施肥对养分的吸收利用与根系吸收一样，都能起到改善作物品质和提高产量的效果。矿质元素、氮素、氨基酸液肥等都能够增加小麦产量，改善小麦品质。

(三) 应用前景：

N、P、K的供应，微量元素和氨基酸液肥的补充等化学调控可以有效的提高或者降低小麦的面筋含量。根据需求的不同，配置不同的外源调控物质，从而可以高效快速地获得合适的专用小麦。

2. 研究内容和预期目标

1. 研究目标

a) 探究不同外源微量元素对小麦品质的影响。

b) 明确不同外源微量元素对小麦品质影响的生理机制。

3. 研究的方法与步骤

4. 可行性分析：

本项目组依托南京农业大学生物科学实验中心，拥有本项目开展所需要的主要仪器设备。学校本部建有 1.5 公顷高标准实验田、网室等基础实施，可满足项目开展的需要。

4. 参考文献

本实验从外援调节剂方面来提高或者降低小麦的面筋含量和品质，从而形成一系列配套方案，来增强小麦的专用性。当需要不同筋力小麦时，可以通过外源物质的喷施来解决此问题，并且增筋降筋的稳定性比较高。

5. 计划与进度安排

2022.7- 2022.2：对已有样品进行室内试验分析，分析结果并调整方案，期间完成大田播种。

2022.3- 2022.5：根据已有实验的结果进行调整本年度的试验安排，完成样品采集等工作。

2022.5-2022.6：完成试验样品的室内分析，整理实验结果，并及时补做相关实验使结果更加完善，撰写毕业论文。