经过40多年的研究和发展,稀土农用在技术和基础理论研究领域取得了显著成果,明确了适宜浓度稀土具有提高产量、改善品质以及增强作物对不良环境抗逆性的生物学效应,稀土在农业上的推广应用也取得了显著的社会效益和经济效益。但是近年来由于稀土的相关机制研究进展缓慢,使得稀土农用发展渐缓。小麦是我国的主要粮食作物之一,产量和品质除了受到品种本身的遗传特性决定外,还受到栽培措施和环境条件的影响,由于栽培措施不当等原因,一些优质品种所生产商品麦常出现品质稳定性较差,品质性状之间不协调。本文以小麦为材料,采用大田种植和实验室水培方式,通过相关生理指标检测和小麦籽粒品质分析、2-DE以及质谱技术,研究了稀土元素镧对不同筋力类型小麦品种生理指标、产量和品质的作用,为改良小麦品质提供栽培技术措施。此外,还研究了不同稀土配合物的生物学效应、小麦对镧的耐性机制,并应用蛋白质组学的方法研究了小麦对0.5mmol/L和5.0mmol/L镧浓度响应的差异表达蛋白,发现了一些与镧的生物学效应和耐性相关的蛋白质。主要研究结果如下:1、不同稀土配合物对小麦生理特性的影响农业应用中通常把稀土氧化物转化为离子或配合物形式以利于植物吸收。本研究以Cl-、NO3-、甘氨酸为稀土镧、钕配体,以稀土浓度为其配合物处理浓度,在苗期进行叶面喷施。不同镧配合物在La3+浓度为0.5mmol/L-1.5mmol/L时,对皖麦33和扬麦158叶片叶绿素含量均有促进作用。不同镧配合物处理下,同一品种硝酸还原酶活性变化趋势基本一致,因此镧是主效因子。适宜浓度的镧与Cl-、NO3-配合物能提高小麦SOD酶活性,而POD酶活性呈降低趋势。钕配合物各处理植株叶片叶绿素含量呈降低趋势,配体NO3-在Nd3+浓度为0.5mmol/L-2.0mmol/L时两品种硝酸还原酶活性均增强显著。钕甘氨酸配合物能增强SOD活性,不同钕配合物都有激活POD的效应。2、镧对小麦巯基化合物和可溶性蛋白的影响以发芽率为指标,对小麦种子进行镧胁迫处理、筛选。在200个栽培品种(系)中,周8425B、偃展4110、豫展9804、安农9192和豫麦36等对镧耐性较强,皖麦41、豫展1号、安农90202、皖麦46、皖麦19和安农8559等对镧较敏感。耐镧品种周8425B和镧敏感品种皖麦41幼苗用不同镧溶液处理后,检测了叶片和根系的总巯基、蛋白巯基、非蛋白巯基含量,表明耐性品种是通过根系合成较多的非蛋白巯基络合镧,减少镧向地上部的运输,而达到植株对镧耐性的提高。而敏感品种根系蛋白巯基受镧胁迫后含量下降,可能会有更多量的镧吸收运输到地上部分,因此叶片表达的蛋白巯基增多,高浓度镧的胁迫作用在根部会更为突出,表现出对镧的耐受程度会下降。3、镧对不同筋型小麦品种生理指标的影响大田种植不同筋力类型(筋型)小麦,在拔节期和灌浆期喷施lacl3。0.5mmol/l~1.5mmol/l处理,不同生育期叶绿素含量较对照均有不同程度提高。皖麦33只在两次喷施累加后才表现出对sod的激活作用,而扬麦158和皖麦48在喷施1次后对sod就有激活作用,mda含量相应减少,说明扬麦158和皖麦48对镧更为敏感。适宜浓度的镧对扬花期叶片硝酸还原酶活性有增强效应。镧对不同筋型小麦硝酸还原酶活性和产量有正效应的最适浓度范围存在差异。4、镧对不同筋型小麦品种品质的影响收获大田试验小麦籽粒,进行小麦营养品质和加工品质各指标分析,表明喷施0.5mmol/l-1.5mmol/lla3+,提高了小麦的产量,改善了专用小麦的品质,且面粉中镧浓度处于安全水平,而且la3+对不同筋型小麦品种的影响有差异。强筋小麦皖麦33喷施0.5mmol/l-1.5mmol/lla3+产量增加,蛋白质含量增加,脂肪氧化酶(lox)和多酚氧化酶(ppo)活性降低,类胡萝卜素含量增加,面粉营养价值提高,储藏期延长;面粉吸收率降低,但仍能满足高筋粉的要求;水溶性戊聚糖在镧1.5mmol/lla3+时增加,对品质具有一定改善作用。中筋小麦扬麦158喷施1.0mmol/l-1.5mmol/lla3+增产显著,淀粉糊化过程中,高峰黏度显著增加,面粉加工品质得到改良,lox和ppo活性有所增加,类胡萝卜素含量减少,面粉较白,商品性好,但安全储藏期相对缩短。弱筋小麦皖麦48喷施0.5mmol/l-1.5mmol/lla3+增产显著,湿面筋含量增加,高峰黏度在0.5mmol/lla3+时显著增加,lox活性显著降低,ppo活性显著提升,类胡萝卜素含量1.0mmol/lla3+时显著增加;低浓度镧处理时,营养价值提高,但面粉颜色偏黄。面粉吸水率均显著降低,面团稳定时间呈降低趋势,且1.0mmol/l-1.5mmol/lla3+处理时,总戊聚糖含量降低,有利于改善弱筋小麦加工品质。5、稀土元素镧对小麦蛋白质组的影响通过0.5mmol/l、5.0mmol/l镧处理小麦,提取叶片鲜样组织液,采用2-de获得差异蛋白点,并用maldi-tof-ms进行质谱鉴定。0.5mmol/lla3+处理后,小麦叶片与对照比有27个蛋白点丰度改变达到1.2倍,其中18个点上调表达,9个下调表达。5.0mmol/lla3+处理后,小麦叶片与对照比有34个蛋白点丰度改变达到1.2倍,其中14个蛋白点上调表达,20个蛋白点下调表达。这些差异表达蛋白是镧在适宜浓度刺激作用和高浓度抑制作用的生物学效应的分子基础。15个差异蛋白点质谱分析匹配成功。在镧浓度为0.5mmol/l处理时,出现了刺激效应的叶绿体1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基和果糖二磷酸醛缩酶含量的上升,酶活性增强,并出现了胁迫作用的线粒体中抑制素表达量下降。因此,该浓度对小麦生长以刺激效应为主,增强了光合作用,加速糖代谢,这有利于籽粒粗蛋白质和淀粉积累以及产量的形成和品质的改善。镧浓度为5.0mmol/L浓度处理时,出现了与植物逆境抗性有关的蛋白表达,过氧化氢酶表达量下降,植物已出现了逆境胁迫,叶绿素a-b结合蛋白、磷酸核酮糖羧化酶、铁氧还蛋白与植物光合作用有关酶的表达强度下降,并伴随着ATP合成酶和噻唑生物合成酶的表达强度升高,表明植物生长已受到影响并处于抑制胁迫作用下。