全 文 :收稿日期:!""#""# 接受日期:!""&"′(’
基金项目:国家自然科学基金()"*#("!+);青岛农业大学博士启动基金(+)"’!))资助。
作者简介:马东辉((%#&—),男,山东昌邑人,硕士研究生,主要从事小麦栽培生理方面的研究。
! 通讯作者 ,-.:"’)!&+"&"**#,/0123.:425678-98"(:(+); <=1;>?2=?256@356:(!+; <=1<br施氮量和花后土壤含水量对小麦氮代谢特性和 子粒蛋白质含量的影响 马东辉,王月福!,赵长星!,林 琪 (青岛农业大学植物科技学院,山东青岛,!++("%) 摘要:在池栽条件下,研究了施氮量和花后土壤相对含水量对小麦氮代谢特性和子粒蛋白质含量的影响。结果表 明,在同一施氮量下,旗叶和子粒硝酸还原酶(AB)和谷氨酰胺合成酶(CD)活性表现为花后土壤相对含水量(D=3. E-.2F3G- 42F-E <=5F-5F,DBHI)在 +"J!#"J时最高,过低(*"J!’"J)或过高(&"J!%"J)均降低 AB和 CD活性。旗叶 蛋白酶活性随土壤相对含水量增加而降低;花后土壤相对含水量过低不利于叶片游离氨基酸含量的提高,过高则 前期氨基酸合成少,后期向子粒转运不彻底。子粒游离氨基酸和蛋白质含量也随土壤相对含水量增加而降低;子 粒蛋白质积累量以花后土壤相对含水量为 +"J!#"J 时最高,过高和过低均不利于子粒蛋白质积累。在同一土壤 含水量下,旗叶和子粒 AB和 CD活性表现为随着施氮量的增加而升高,蛋白酶活性随着施氮量增加而降低;旗叶 和子粒游离氨基酸含量、子粒蛋白质含量和积累量随施氮量增加而提高,但施氮量过多,蛋白质积累量增加幅度减 小。试验表明,小麦生产中可以通过施用氮肥和控制花后土壤水分含量技术,调节植株氮代谢,提高子粒蛋白质含 量。 关键词:小麦;施氮量;土壤相对含水量;氮代谢;蛋白质含量 中图分类号:D’(!;( 文献标识码:K 文章编号:(""&’"’L(!""&)"+"(")′"#
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含量乘以 HGA为蛋白质含量。蛋白酶活性的测定、
氨肽酶活性测定及内肽酶活性测定参照郝再彬编著
的《植物生理实验技术》。游离氨基酸含量用水合茚
三酮法。
硝酸还原酶活性采用活体测定方法,略作改进。
反应体系主要包括:CGD )Y 粗酶提取液,?GB )Y
CG? )"* I Y UOTL 磷酸缓冲液,CGD )Y BGK ))"* I Y
OZRN溶液。LC[保温 LC )+#,加入 ? )Y对 @氨基
苯磺酸溶液,使其终止反应,加 ? )Y!@萘胺溶液,
显色 BC )+#后离心 ?C )+#,上清液用分光光度计在
HDC #)处测定吸光值。
谷氨酰胺合成酶活性测定:取 ? 1新鲜叶片或
其他器官剪碎于研钵中,加入 D )Y CGCH ))"* I Y磷
酸缓冲液(7N AGD,含 CGD )"* I Y蔗糖和 D ))"* I Y的
Y @半胱氨酸),于冰浴中研磨后,以 ?BCCC F 1 离心
?H )+#,上清液为酶粗提液。取 ? )Y 酶液加入 L )Y
酶反应液(含 HC ))"* I Y Y @谷氨酸钠、D ))"* I Y ZQS
@ BO&、DC ))"* I Y 羟胺、BC ))"* I Y 硫酸镁、?C
))"* I Y Y @ 半胱氨酸、DC ))"* I Y 磷酸缓冲液),在
LC[下反应 ?H )+#再加入按 ? \? \?混合的三氯乙酸
(LCM)、HGH )"* I Y 盐酸和 KM三氯化铁(溶入 CG?
)"* I Y盐酸溶液),放置 ?C )+#后,于 HDC #)处比色。
重复 L次,取其平均值。
试验数据采用 ;S;;(?CGC)进行数据分析,检 验进行各处理组间的显著性差异分析。 + 结果与分析 +*) 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦旗叶硝 酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性变化的影响 硝酸还原酶(O<)和谷氨酰胺合成酶(];)是植 ELC? 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ?D卷 物体内氮素同化的关键酶。图 !"、# 看出,小麦旗 叶%和 &’活性变化基本一致,自开花后呈逐渐下
降趋势。在同一施氮量下,前期(开花后 (! )前)旗叶
%和 &’可保持较
高的活性。在同一土壤相对含水量下,旗叶 %和 &’活性,促进氮素同化。
图 ! 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦旗叶硝酸还原酶(")和谷氨酰胺合成酶(#)活性的影响
%和 &’活性表现为
先升高后降低的趋势,到花后 !, )到达最大值,以
后随着子粒的生长发育又降低。在同一施氮量下,
花后 (! )前子粒 %和 &’活性的
提高,不利于氮素同化。在同一土壤相对含水量下,
子粒 %&’! ())*+,- .) /%,0.&*/ )*0,%1%2*0 03,* 3/4 5.-,63/,7*-%- 89:; ./ <9(")3/4 =8(#)3+,%>%,%*- %/ ?7*3, &03%/-
图 @ 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦旗叶内肽酶(")和氨肽酶(#)活性的影响
!的处理
最高,& 处理最低;之后则表现为
!处理次之,&处理最低。表明花 后土壤相对含水量过低不利于叶片游离氨基酸含量 的增加,而土壤相对含水量过高,不利于叶片前期氨 基酸的合成,后期含量高与向子粒转运的不彻底有 关。在同一土壤相对含水量下,旗叶游离氨基酸含 "%’& 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 &(卷 量随着施氮量的增加而升高。 图 !" 看出,子粒游离氨基酸含量在花后 #!
前升高,之后迅速下降。在同一施氮量下,子粒游离
氨基酸含量随着土壤相对含水量的增加而降低,表
明花后土壤相对含水量过高不利于子粒游离氨基酸
含量的提高,这可能是限制其子粒蛋白质含量升高
的主要原因之一。在同一土壤相对含水量下,子粒
游离氨基酸含量随着施氮量的增加而升高,表明增
施氮肥可以提高子粒游离氨基酸含量。
图 ! 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦旗叶(")和子粒(#)游离氨基酸含量的影响
"")+./,*/,
%/ =7*3, )13& 1*3>*-(")3/4 &03%/-(#)
?@A 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦开花后
氮素同化运转的影响
以营养体氮素积累最高的开花期氮素积累量减
去成熟期营养体氮素积累量估测营养体氮素向子粒
的运转量,将子粒氮素积累总量减去氮素转移量作
为花后吸收氮量。
表 #看出,氮转移量占子粒氮积累量的 %&’##(
!)*’+,(,而花后吸收氮量占 %’-,(!)’.%(。在
同一施氮量下,氮转移量均表现为花后土壤相对含
水量为 /*处理最高,/# 处理次之,/+ 处理最低;
花后吸收氮量表现为 /* 处理最高,/+ 处理次之,
/#处理最低,说明保持花后适宜的土壤相对含水
量不仅使氮转移量增多,而且也提高了花后吸收氮
量,因而提高了子粒氮积累总量。从占子粒氮的比
例看,氮转移量占的比例表现为花后土壤相对含水
量为 /#处理最高,/+处理次之,/*处理最低;花
后吸收氮量占的比例则表现为 /*处理最高,/+处
理次之,/#处理最低。
在同一土壤相对含水量下,氮肥对氮转移量的影
响表现不一致。在花后土壤相对含水量为 /#处理
时,表现为施 0 **, 12 3 45*的处理最高,+&& 12 3 45*处
理次之,#,& 12 3 45*处理最低;而 /#和 /+的处理,
均表现为施 0 **, 12 3 45*的处理最高,+&&和 #,& 12 3
45*处理差异不显著。花后吸收氮量和占子粒氮的
比例,均表现为随施氮量的增加而增加。
?@B 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦蛋白质
含量及积累量变化的影响
在子粒发育过程中蛋白质含量呈现出高 6低 6
高的变化趋势(图 ,7)。在同一施氮量下,子粒蛋白
质含量随着花后土壤相对含水量的升高而减小,表
明提高花后土壤相对含水量导致子粒蛋白质含量降
低。在同一土壤相对含水量下,随施氮量提高子粒
蛋白质含量增大,表明增施氮肥可提高子粒蛋白质
含量。
从小麦开花后子粒蛋白质积累量(图 ,")也看
出,小麦开花后子粒蛋白质积累随着子粒生长发育
)+&#-期 马东辉,等:施氮量和花后土壤含水量对小麦氮代谢特性和子粒蛋白质含量的影响
而不断增加。在同一施氮量下,以花后土壤相对含
水量为 !"处理的子粒蛋白质积累量最高,表明花
后土壤含水量过高和过低均不利于子粒蛋白质的积
累。在同一土壤相对含水量下,随施氮量增加,子粒
蛋白质积累量升高,但施氮量过多,蛋白质积累量增
加幅度减小甚至降低,表明在本试验条件下,增施氮
肥可提高子粒单粒蛋白质积累量,但施氮量过高时,
蛋白质积累量增加幅度减小。
表 ! 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦开花后氮素同化运转的影响
"#%&’
(() * +,")
相对含水量
-!.
(/)
子粒氮
0%235’%&’
(,) * 3&’,)
占子粒氮百分数
/ 12 )%&’ %5&’%12 #
(/)
89: ;:!9:(!8) <:=>" % "?=<> @A B"=<9 A "=<9 ’ >=C9 @A
C:!>:(!") <=C: 5 8:=;8 @ "C=;: %@
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注(#E&’):不同字母表示在不同施氮量下 9/水平上差异显著 F155’’2& G’&&’3 ,’%2 31)2151A%2& H2D’D155′’2& 21&E)′2%&’ %& 9/ G’I’G 7
图 < 施氮量和花后土壤相对含水量对小麦子粒蛋白质含量(=)和蛋白质积累(>)的影响
?.0@< ’((&)*+ ,( -.*/,0&- (&/*.%.1&/ /#*& #-2 3,+*4#-*5&+.+ 6789 ,- 3/,*&.- ),-*&-*(=)#-2 #))A:A%#*.,-(>).- ;5&#* 0/#.-+
B 讨论
植物氮素同化的主要途径之一是以铵直接参与
氨基酸的合成与转化,硝酸还原酶(#-)、谷氨酰胺
合成酶(0J)等关键酶参与了催化和调节[?]。有研
究表明,小麦灌浆初期旗叶 #-活性与作物子粒产
量、子粒含氮量呈显著正相关[B]。在本试验中,在同
一土壤相对含水量下,旗叶和子粒 #-和 0J活性表
现为随着施氮量的增加而升高;蛋白酶活性随着施
氮量增加而降低;旗叶和子粒游离氨基酸含量随着
:;:8 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 8;卷
施氮量增加而升高。子粒蛋白质含量和积累量随施
氮量增加而提高,但施氮量过多,蛋白质积累量增加
幅度减小。本试验结果与前人研究结果基本一致。
前人研究表明,土壤水分亏缺和渍水均导致小
麦旗叶 !"活性降低[#),)/(0):1+∗ % =>>?@A B> 4;ACB5?4 48AC;A;B4 B4 AD?
@D345? B> E?F ?4GFH? 3@A;I;AF J8C;45 AD? 4;ACB5?4 H?A3KBL;MH 34J E?CN
4?L OCBA?;4 @B4A?4A ;4 P;4A?C PD?3A[.]- Q@A3 Q5CB4- ’;4-,)),)/(0):1+∗0,*)(*):**R%*++2
(345 < S,68 9 (,’D; 6 !" #0,∗)(∗):∗∗R,,),(+):/)%//2(345<T,<;B45′U,V3<V−=>>?@AMB>J;>>?C?4A4;ACB5?4M>BCB4E?F?4GFH?3@A;I;AF;4IBLI?J;44;ACB5?4H?A3KBL;MH34J5C3;4OCBA?;4@B4A?4A;4MO?@;3LAFPD?3A@8LA;I3CM[.]−Q@A3=@BL−′;4−,),,),(+):/)%//2[+]李永庚,蒋高明,杨景成−温度对小麦碳氮代谢、产量及品质影响[.]−植物生态学报,)*,)1()):#0+%#0R2 :; 6 &,.;345 & V,6345 . T- =>>?@AM B> A?HO?C3A8C? B4 @3CKB4 34J 4;ACB5?4 H?A3KBL;MH,F;?LJ 34J W83L;AF B> PD?3A[.]- Q@A3 UDFAB?@BL - ’;4-,)*,)1()):#0+%#0R2 [,] 赵春,焦念元,宁堂原,等 - 不同环境条件下小麦氮代谢关键酶 活性及子粒品质[.]- 应用生态学报,)0,#1(#):#/00%#/12 9D3B T,.;3B ! 6,!;45 X 6 !" # % =4GFH? 3@A;I;A;?M ;4 4;ACB5?4
H?A3KBL;MH B> P;4A?C PD?3A 34J ;AM 5C3;4 W83L;AF 84J?C J;>>?C?4A ?4I;N
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T3; " &,9D345 V,S3; 9 V !" #0,#) (#):+R%,,2 [1] 王旭东,于振文,王东 - 钾对小麦旗叶蛋白水解酶活性和子粒 品质的影响[.]- 作物学报,)∗,)R()):)/,∗,)R()):)/,+,#,(*):,##%,#02 <8 9 9,9DB8 & ’- "?M?3C@D 3JI34@? ;4 4;ACB5?4 H?A3KBL;MH B> OL34A 34J ;AM ?4I;CB4H?4A C?58L3A;B4[.]- TD;4- .- QOOL - =@BL -,)+,#, (*):,##%,#02 [R] 洪剑明,柴小清,曾晓光,等 - 小麦硝酸还原酶活性与营养诊断 和品种选育研究[.]- 作物学报,#RR0,))(,):0*+%0*12 YB45 . V,T3; < Z,9?45 < & !" # % ’A8JF B4 4;AC3A? C?J8@A3M? 3@A;IN
;AF K?AP??4 48AC;A;B4 J;354BM;M 34J I3C;?AF KC??J;45 B> PD?3A[.]- Q@A3
Q5CB4- ’;4-,#RR0,))(,):0*+%0*12
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[#)] \3CK?C . ’- 73@ABCM ;4>L8?4@;45 AD? 5C3;4 F;?LJ 34J W83L;AF ;4 ;CC;53A?J
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A;B4 L?I?L B4 5C3;4 OCBA?;4 34J >C?? 3H;4B 3@;J @B4A?4A B> BC534M 3KBI?
5CB84J B> J;>>?C?4A PD?3A I3C;?AF[.]- Q@A3 \BA - \BC?3LN]@@;J?4A -
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5?4 H?A3KBL;MH 34J 5C3;4 OCBA?;4 3@@8H8L3A;B4 B> PD?3A 84J?C J;>>?C?4A
P3A?C AC?3AH?4AM[.]- TD;4- .- =@BL -,)$$0,),()):#+R%#,+-
#+$#0期 马东辉,等:施氮量和花后土壤含水量对小麦氮代谢特性和子粒蛋白质含量的影响