The Crop Journal | 南京农大揭示控释氮肥组合策略通过调节碳氮代谢过程改善弱筋小麦品质

弱筋小麦蛋白质含量较低且淀粉含量较高，是制作饼干、蛋糕和月饼等烘焙产品的关键原料。随着消费升级和食品工业精细化发展，我国优质弱筋小麦市场需求持续升温，提高国内弱筋小麦的产量和品质势在必行。由于弱筋小麦生育后期氮素投入不宜过多，因此其产量品质协同较难。同时，随着农业生产过程中劳动力和机械燃油等附加成本持续上升，轻简化弱筋小麦施肥新技术仍需开发。控释氮肥组合策略可以通过掺混不同释放时间的氮肥来调节养分的释放从而实现一次施用满足作物的养分需求。因此，通过组合不同释放时间的氮肥实现对养分释放的动态调控可能为弱筋小麦优质绿色生产提供一个新方法。但目前该方法在弱筋小麦生产上的应用还未见评估。

近日，南京农业大学姜东教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Controlled-release nitrogen fertilizer combination strategies regulate carbon and nitrogen metabolic processes to improve soft wheat quality”的研究论文。该研究利用不同释放时间的控释氮肥与常规尿素混合，实现氮素集中释放在弱筋小麦生育中前期，在维持灌浆期氮代谢能力的同时，优化碳代谢过程，从而提高淀粉含量并降低蛋白质含量，因此改善了弱筋小麦的籽粒品质与加工特性。研究阐明了控释氮肥组合策略改善弱筋小麦品质的生理机制，为轻简化弱筋小麦优质绿色施肥新技术开发提供了理论依据和实践支撑。

主要研究结果表明，与常规尿素分次施肥（CK）相比，氮素释放集中在弱筋小麦生育中后期的 BCRNF1 改善了灌浆期氮代谢过程，削弱了灌浆后期的碳代谢能力。具体表现为 BCRNF1 增加了灌浆期叶片的可溶性蛋白含量、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性，并提高了相关基因的表达水平。然而，其降低了灌浆后期叶片的蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶活性。氮素释放集中在弱筋小麦生育中前期的 BCRNF2 则维持了灌浆期氮代谢过程，改善了碳代谢过程，具体表现为 BCRNF2 提高了灌浆期叶片的蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶活性。因此，BCRNF1 促进了籽粒中高 / 低分子量麦谷蛋白亚基、麦谷蛋白、麦谷蛋白大聚体、醇溶蛋白、湿面筋以及蛋白质的积累。相反，BCRNF2 增加了籽粒中淀粉和直链淀粉的含量，同时减少了蛋白质及其相关组分含量。相关分析表明，弱筋小麦灌浆期的碳氮代谢过程与籽粒淀粉和蛋白质及相关组分含量密切相关，并且该过程有效解释了籽粒淀粉和蛋白质及组分含量在不同处理间的变异（图1和图2）。在加工质量方面，与 CK 相比，BCRNF2 降低了吸水率、面团形成时间和面团稳定时间，提高了面团弱化度、峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最终黏度和回升值。BCRNF1 在这些参数上的表现与 BCRNF2 相反。相关分析表明，弱筋小麦籽粒淀粉和蛋白质及相关组分含量与加工特性密切相关，并有效解释了加工特性在不同处理间的变异。当减少施氮量后，BCRNF1 则可以改善部分关键加工品质（图3）。因此，推荐在常规施氮量下使用 BCRNF2，在减氮条件下使用 BCRNF1，以优化弱筋小麦的籽粒品质和加工特性。该研究强调了调控特定生长阶段的氮供应可以通过调节弱筋小麦碳氮代谢过程以提升籽粒品质和加工特性。

图1 不同氮肥类型对弱筋小麦灌浆期氮代谢的影响

图2 不同氮肥类型对弱筋小麦灌浆期碳代谢的影响

图3 弱筋小麦碳氮代谢、籽粒品质和面粉加工品质之间的相关性及贡献度

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