全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(6): 1060−1068 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30871477), 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB118602)和国家公益性行业(农业)科研
专项(200803037)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 王振林, E-mail: zlwang@sdau.edu.cn, zlwangsd@sina.com, Tel: 0538-8241359
第一作者联系方式: E-mail: sdauct@126.com
Received(收稿日期): 2010-11-15; Accepted(接受日期): 2011-03-08.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01060
氮硫肥配施对小麦籽粒谷蛋白大聚合体含量及粒度分布的影响
蔡 铁 王振林* 尹燕枰 李 勇 陈晓光 王 平 陈二影 郭俊祥
倪英丽 杨卫兵
作物生物学国家重点实验室 / 山东农业大学, 山东泰安 271018
摘 要: 以优质小麦品种山农 15 为材料, 研究了氮硫肥配施对小麦籽粒谷蛋白大聚合体(GMP)含量、高分子量谷蛋
白亚基(HMW-GS)含量、低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)含量和谷蛋白大聚合体(GMP)粒度分布的调控效应。结果表
明, 在一定范围内, 增施氮肥可提高籽粒 GMP含量、HMW-GS含量和 LMW-GS含量。增施硫肥对籽粒 GMP含量无
显著影响, 但降低了 HMW-GS含量和 D区 LMW-GS含量, 提高了 B区和 C区 LMW-GS含量。增施氮肥和硫肥均降
低小粒径(d < 12 µm) GMP颗粒体积和表面积百分比, 提高大粒径(d≥12 µm) GMP颗粒体积百分比和表面积百分比,
但对 GMP颗粒数目百分比无显著影响。相关性分析显示, C区 LMW-GS含量与小粒径 GMP颗粒体积百分比和表面
积百分比均呈显著负相关。说明增施氮肥能改变籽粒 GMP的绝对含量, 增施硫肥却改变籽粒 GMP亚基的相对含量。
增施氮肥和硫肥对大粒径 GMP 颗粒的体积及表面积分布均有正向效应; LMW-GS, 特别是 C 区 LMW-GS 在大粒径
GMP颗粒形成中起重要作用。
关键词: 小麦; 氮肥; 硫肥; HMW-GS; LMW-GS; 谷蛋白大聚合体(GMP)粒度分布
Combined Effects of Nitrogen and Sulphur Fertilization on Content and
Size Distribution of Glutenin Macropolymer in Wheat Grain
CAI Tie, WANG Zhen-Lin*, YIN Yan-Ping, LI Yong, CHEN Xiao-Guang, WANG Ping, CHEN Er-Ying,
GUO Jun-Xiang, NI Ying-Li, and YANG Wei-Bing
National Key Laboratory of Crop Biology / Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China
Abstract: The content and size distribution of glutenin macropolymer (GMP) play key roles in grain quality of wheat (Triticum
aestivum L.). The aims of this study were to analyse the relationship between the content and size distribution of GMP and evalu-
ate combined effects of nitrogen and sulphur fertilization on the content and size distribution of GMP in wheat grain. In the study,
Shannong 15 was used in a field experiment with three nitrogen (N) application levels (120, 240, and 360 kg ha−1) and three sul-
phur (S) application levels (0, 60, and 90 kg ha−1). HMW-GS and LMW-GS were firstly separated using the sodium dodecyl sul-
fate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and each of the subunits was then extracted before quantitative measure-
ment by colorimetric analysis. The result showed that, in certain ranges, contents of GMP, HMW-GS, and LMW-GS were signifi-
cantly increased with more application of nitrogen fertilizes. The increasing application of sulphur showed no significant effect on
GMP content, but reduced contents of HMW-GS and D-LMW-GS and promoted contents of B-LMW-GS and C-LMW-GS. The
content of small GMP particle (diameter less than 12 μm) was significantly reduced with the increase of nitrogen and sulphur
fertilization, and the content of large GMP particle (diameter no less than 12 μm), tended to increase with the increase of nitrogen
application and sulphur application. However, the distribution of GMP particle number was not affected by the nitrogen and sul-
phur treatments. According to correlation analysis, C-LMW-GS content was negatively correlated with the content of small GMP
particle. These results suggested that increasing nitrogen application had the effect on the absolute content of GMP, while in-
creasing sulphur application affected relative content of GMP. Nitrogen and sulphur fertilization have positive modulation on the
content of large GMP particle, and C-LMW-GS plays an important role in the development of large GMP particle.
第 6期 蔡 铁等: 氮硫肥配施对小麦籽粒谷蛋白大聚合体含量及粒度分布的影响 1061


Keywords: Wheat; Nitrogen fertilizer; Sulphur fertilizer; HMW-GS; LMW-GS; Glutenin macropolymer size distribution
麦谷蛋白是小麦贮藏蛋白的主要成分之一, 以
聚合体蛋白形式存在, 其中不溶于 SDS 且分子量较
大的聚合体称为谷蛋白大聚合体 (glutenin macro-
polymer, GMP)。GMP 在面团形成过程中发挥重要
作用[1-2], 与面团和面时间、面团形成时间、面团稳
定时间和面团最大抗拉伸阻力等面团流变学特性指
标呈显著正相关[3], 决定着面粉的烘焙品质[4]。GMP
由高、低分子量谷蛋白亚基(HMW-GS和 LMW-GS)
组成, 其中 HMW-GS 主要影响面筋强度[5], LMW-
GS 主要与面团的延展性相关[2,6]。谷蛋白大聚合体
在小麦胚乳中以球形颗粒结构存在[7-9], 谷蛋白聚合
体的粒度分布影响面粉烘焙性状[10], 从而决定小麦
品质[11]。
小麦籽粒中 GMP 的含量和谷蛋白聚合体的粒度
分布受遗传控制, 栽培环境对其又有显著影响[12]。
Gupta 等[3]认为 GMP 含量主要受两个因素制约, 一
是 HMW-GS 和 LMW-GS 的表达量及二者的相对比
例 , 二是各亚基的分子量大小及其结构。Weegels
等[13]发现, 当 HMW-GS的相对含量增加时, 谷蛋白
聚合体的分布向较大方向偏移 , GMP 含量提高。
Popineau 等[14]研究表明, 以 2+12 亚基替换 5+10 亚
基虽不影响总谷蛋白含量和各亚基含量, 但降低了
GMP 含量。Zhu 等[15-16]报道, 施氮能改变谷蛋白亚
基间的比例, 有利于 HMW-GS 的积累, 增加 GMP
的含量。GMP由 HMW-GS和 LMW-GS通过二硫键
连接并聚合而成, 二硫键是一类在蛋白质多肽链的
两个半胱氨酸之间形成的共价键。Byers 等[17]]研究
表明, 施硫可提高籽粒中半胱氨酸的含量; Wrigley
等[18-19]发现硫缺乏导致小麦贫硫蛋白 HMW-GS 成
比例增加 , 同时富硫蛋白 LMW-GS 成比例减少 ;
Zhao 等[20]报道施硫不直接影响籽粒蛋白质的浓度,
而趋向于增加聚合体蛋白质的比例。但施硫如何影
响谷蛋白大聚合体及其亚基, 目前尚不清楚。梁荣
奇等[21]认为仅靠蛋白质组分含量和 HMW-GS 组成
进行品质评价并不全面, 结合谷蛋白聚合体的含量
和粒度分布进行评价才能更加准确可靠。GMP是小
麦籽粒中最重要的谷蛋白聚合体, 因而研究GMP的
含量和粒度分布及栽培调控效显得尤为必要。已有
学者从土壤质地、施肥及外施激素等方面开展了籽
粒 GMP 含量及粒度分布的研究[22-24], 但在氮硫配
施条件下 GMP含量和粒度分布的变化以及 GMP及
其亚基含量与 GMP 粒度分布的关系, 迄今了解尚
少。为此 , 本试验以优质小麦品种山农 15为材料,
研究了氮硫配施对小麦籽粒 GMP 含量、HMW-GS
含量、LMW-GS 含量和 GMP 粒度分布的影响及籽
粒 HMW-GS含量、LMW-GS含量与 GMP粒度分布
的关系, 以期阐明氮硫配施对小麦品质形成的调控
效应与机制, 为小麦优质栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
选用优质小麦品种山农 15, 于 2008—2010年生
长季种植于山东农业大学泰安实验农场。实验地耕
层(0~20 cm)土壤含有机质 12.3 g kg−1、全氮 0.91 g
kg−1、碱解氮 87.2 mg kg−1、速效磷 18.6 mg kg−1、
速效钾 57.5 mg kg−1、有效硫 18.91 mg kg−1。前茬玉
米秸秆全部粉碎还田。两年播种期均为 10月 10日。
基本苗为每公顷 180 万株, 行距 0.25 m, 小区面积
为 3 m×3 m = 9 m2, 3次重复。收获期分别为 2009
年 6 月 7 日和 2010 年 6 月 10 日。2 年试验小麦植
株开花到成熟的时间均为 35 d。从播种出苗到成熟
收获, 小麦植株生育正常。
采用二因素随机区组设计 , 主区为氮肥处理 ,
设 120(N120)、240(N240)和 360 kg hm−2 (N360) 3个
纯氮施用量水平 ; 副区为硫肥处理 , 设 0(S0)、
60(S60)和 90 kg hm−2 (S90) 3个纯硫施用量水平。所
有处理均施磷肥(以 P2O5计) 75 kg hm−2和钾肥(以
K2O计) 120 kg hm−2。氮、磷、钾、硫肥分别为尿素、
磷酸二铵、氯化钾和硫磺粉, 磷、钾、硫肥全部底
施, 氮肥 50%底施, 50%拔节期(雌雄蕊原基分化期)
结合浇水追施。其他管理措施同一般大田。
在小麦成熟期, 每小区随机选取 1 m2收获所有穗,
剥取籽粒, 70℃烘干至恒重, 磨粉, 用于室内分析。
1.2 GMP测定方法
采用Weegels等[25]和孙辉等[10]的方法测定GMP
含量, 稍作改进。0.05 g全麦粉加 1.5% SDS提取液
1 mL, 常温下 15 500×g离心 15 min, 弃上清液, 用
双缩脲法测定残余物中氮含量作为 GMP的近似值。
参照梁荣奇等 [21]的方法提取 HMW-GS 和
LMW-GS。沉淀(GMP)中加入 200 μL样品缓冲液(含
62.5 mmol L−1 Tris-HCl, pH 6.8, 20%丙三醇, 5% SDS,
1%DTT), 60℃水浴振荡 1 h, 10 000×g离心 10 min,
1062 作 物 学 报 第 37卷

上清液用于 SDS-PAGE 电泳(DYY-22A 型电泳装置,
北京六一仪器厂生产)。分离胶浓度 10%, 浓缩胶浓
度 4%, 胶厚 1 mm, 20个上样孔, 每个样品点样 15
μL, 每板电流 15 mA。电泳结束后, 用 0.05%考马斯
亮蓝 R250染色 24 h, 然后用蒸馏水脱色 2 d。
采取切胶比色法[16]进行 HMW-GS 和 LMW-GS
定量。将脱过色的胶放入白瓷盘中, 在日光灯下用
刀片从凝胶上切下染上色的蛋白质条带, 置玻璃试
管中, 加入 1 mL含有 3% SDS的 50%异丙醇, 用封
口膜封口, 37℃水浴中静置 24 h 提取 HMW-GS 和
LMW-GS, 于 595 nm下测定提取液吸光值。用不同
点样量的标准蛋白(116 kD)做标准曲线, 计算各样
品 HMW-GS 和 LMW-GS 含量, 以各次电泳结果的
平均值作为该样品 HMW-GS和 LMW-GS含量。
在预备试验中 , 我们以中国春 (null, 7+8,
2+12)、Marquis (1, 7+9, 5+10)和济南 17 (1, 7+8, 4+12)
为对照 , 确定山农 15 的 HMW-GS 类型为(1, 7+8,
4+12)。
参照 Don等[26]的方法提取 GMP凝胶。称取 1.4
g样品, 放入 50 mL离心管, 加1.5% SDS溶液 28 mL,
混匀, 80 000×g离心 30 min。取上层蛋白质凝胶 1 g
放入 10 mL离心管, 加 1.5% SDS溶液 5 mL, 混匀。
用 LS 13320激光衍射粒度分析仪(Beckman Coulter,
美国)分析 GMP粒度。
1.3 统计分析
2 年试验结果趋势一致, GMP 含量采用 2 年数
据, GMP亚基采用 2008—2009年度数据, GMP粒度
分布为两年数据的平均值(对两年的试验结果进行
方差分析, F=3.20, P>0.05, 数据一致性较好, 故将 2
年数据合并分析)。采用 Microsoft Excel 2003和 DPS
(Data Processing System)软件进行数据处理和统计
分析。贡献率(%) = SS 变因×100%/(SS 总–SS 误差– SS 区组)[27],
方差分析用随机区组试验设计分析方法 , 用
Duncan’s新复极差(SSR)法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 氮硫肥配施对 GMP 及其亚基含量和粒度分
布的贡献率
方差分析表明, 施氮对 GMP 含量、HMW-GS
含量、LMW-GS含量、GMP粒度分布的影响均达极
显著水平; 施硫对 HMW-GS含量、LMW-GS含量、
GMP粒度分布的影响均达显著水平; 硫肥和氮肥互
作对 HMW-GS 含量、LMW-GS 含量的影响达极显
著水平(表 1)。

表 1 氮硫肥配施对小麦籽粒 GMP及其亚基含量和 GMP粒度分布的影响
Table 1 Effect of nitrogen (N) and sulphur (S) combination on contents of GMP and its subunits and distribution of GMP size in
wheat
GMP含量 GMP content HMW-GS含量 HMW-GS content LMW-GS含量 LMW-GS content 粒度分布 Size distribution变因
Factor F值
F-value
贡献率
Contribution (%)
F值
F-value
贡献率
Contribution (%)
F值
F-value
贡献率
Contribution (%)
F值
F-value
贡献率
Contribution (%)
N 80.60** 95.48 386.01** 74.49 484.19** 69.27 37.86** 80.49
S 1.82 2.15 27.52* 5.29 23.33* 3.34 7.17* 15.25
N×S 3.11 2.37 52.21** 20.13 95.71** 27.39 1.07 4.25
* P < 0.05, ** P < 0.01.

3种变因中, 对 GMP及其亚基含量的贡献率由
大到小依次是施氮量、氮硫互作和施硫量 , 而对
GMP粒度分布的影响因素由大到小依次是施氮量、
施硫量和氮硫互作(表 1)。说明施氮量是小麦籽粒
GMP、HMW-GS和 LMW-GS含量及 GMP粒度分布
的主要调控因素, 除施硫量对GMP粒度分布的直接
调控效应较大外, 硫肥的效应主要通过和氮肥的互
作来表现。
2.2 氮硫肥不同配施用量对 GMP含量的影响
GMP 含量随施氮量的增加而提高, 中氮(N240)
和高氮处理(N360)比低氮处理(N120)显著提高山农
15 的 GMP 含量, 但中氮(N240)与高氮处理(N360)
的 GMP 含量无显著性差异(图 1)。表明适量施氮可
以明显提高 GMP 含量, 过量施氮对提高 GMP 含量
无显著效果。在不同氮水平下施硫, 对 GMP含量的
影响规律性不明显, 且处理间差异不显著; 又结合
表 1中 F值, 得出硫肥及氮硫互作对 GMP含量均无
显著影响。
2.3 氮硫肥不同配施用量对 HMW-GS 含量的影
响
从表 2中 P值可以看出, 氮、硫对总 HMW-GS
和不同位点亚基含量的影响基本相同, 氮、氮硫互
作对各位点亚基和总HMW-GS含量有显著影响, 硫
仅对 7亚基无显著性影响。总 HMW-GS含量随施氮
第 6期 蔡 铁等: 氮硫肥配施对小麦籽粒谷蛋白大聚合体含量及粒度分布的影响 1063



图 1 氮素和硫素对小麦籽粒 GMP含量的影响
Fig. 1 Effects of nitrogen and sulphur treatments on GMP content in wheat grains
数据为 3次重复的平均值±标准误。Data are means ± SE of three replicates.

表 2 氮素和硫素对小麦籽粒 HMW-GS含量的影响
Table 2 Effects of nitrogen and sulphur treatments on HMW-GS content in wheat grains (%)
Glu-A1 Glu-B1 Glu-D1 处理
Treatment 1亚基 Subunit 1 7亚基 Subunit 7 8亚基 Subunit 8 4亚基 Subunit 4 12亚基 Subunit 12
总含量
Total content
N120
S0 0.107 b 0.128 ef 0.091 e 0.112 e 0.123 c 0.560 f
S60 0.076 d 0.123 f 0.069 f 0.100 f 0.101 d 0.468 g
S90 0.098 c 0.144 de 0.096 de 0.126 d 0.137 bc 0.601 e
N240
S0 0.121 a 0.196 a 0.137 a 0.159 a 0.149 ab 0.761 a
S60 0.124 a 0.177 ab 0.129 ab 0.154 a 0.146 abc 0.730 b
S90 0.122 a 0.164 bc 0.091 e 0.137 c 0.145 abc 0.659 d
N360
S0 0.111 b 0.155 cd 0.114 bc 0.157 a 0.165 a 0.701 c
S60 0.119 a 0.180 ab 0.109 cd 0.152 ab 0.135 bc 0.695 c
S90 0.097 c 0.161 bcd 0.107 cde 0.145 bc 0.128 bc 0.638 d
P值 P-value
N 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0026 0.0001
S 0.0085 0.7113 0.0111 0.0178 0.0289 0.0003
N×S 0.0001 0.0049 0.0014 0.0002 0.0226 0.0001
同一列中标以不同小写字母的数值差异达到 0.05显著水平。
Values followed by different letters within columns are significantly different at the 0.05 probability level.

量增加呈现先升高后降低的趋势, 表现为 N240S0 >
N360S0>N120S0, 处理间达显著差异(图 2-A), 表明
适量施氮促进总 HMW-GS积累, 过量施氮不利于总
HMW-GS积累。氮素对各位点亚基含量调控与对总
HMW-GS 含量调控作用相同, 也呈现先升高后降低
的趋势(表 2)。
在低氮(N120)水平下施硫, 随着施硫量的增加,
总 HMW-GS含量先降低后升高; 在中氮(N240)和高
氮(N360)水平下, 总 HMW-GS含量随施硫量的增加
而降低, 处理间差异达显著水平。硫素对各位点亚
基含量调控与对总 HMW-GS 含量调控作用基本一
致(表 2), 说明增施硫肥不利于 HMW-GS积累。
1064 作 物 学 报 第 37卷

2.4 氮硫肥不同配施用量对 LMW-GS 含量的影
响
B区和 C区 LMW-GS含量随施氮量增加呈现先
升高后降低的趋势 , 表现为 N240S0 > N360S0 >
N120S0, 处理间差异显著(图 2-B, C), 表明适量施
氮促进 B区、C区 LMW-GS积累, 过量施氮不利于
B 区、C 区 LMW-GS 积累。D 区 LMW-GS 含量随
施氮量的增加而显著提高(图 2-D)。
在不同氮水平下施硫, B 区、C 区 LMW-GS 含
量随施硫量的增加呈现升高的趋势, 与不施硫相比,
施硫处理显著降低了 D区 LMW-GS含量, 表明增施
硫肥有利于 B区、C区 LMW-GS积累, 但不利于 D
区 LMW-GS积累。
2.5 氮硫肥不同配施用量对 GMP 粒度分布的影
响
2.5.1 GMP 粒度分布特征 不同氮硫处理成熟
期小麦 GMP粒度分布趋势类似(图 3), 粒径为 0.37~
245 µm。GMP颗粒的体积分布为双峰曲线, 第一个
峰值出现在 4.5 µm左右, 第二个峰值出现在 66~100
µm之间, 且处理间差异较大; GMP颗粒的表面积分
布亦呈双峰曲线, 峰值分别出现在 2.5 μm 左右和
60~100 μm之间; GMP颗粒的数目分布为单峰曲线,
峰值出现在 1 μm左右。
2.5.2 氮硫肥不同配施用量对 GMP 颗粒体积分布
的影响 小粒径(d < 12 µm) GMP颗粒体积百分
比为 19.5%~36.9%, 大粒径(d ≥ 12 µm) GMP颗粒体
积百分比为 63.1%~80.5%。随施氮量的增加, 小粒
径 GMP 颗粒的体积百分比显著降低 , 而大粒径
GMP颗粒的体积百分比增加, 处理间差异显著。在
不同的氮肥水平下施硫 , 随施硫量的增加小粒径
GMP 颗粒的体积百分比呈降低趋势 , 而大粒径
GMP颗粒的体积百分比表现为增加趋势(表 3)。

图 2 氮素和硫素对小麦籽粒 GMP亚基含量的影响
Fig. 2 Effect of nitrogen and sulphur on GMP subunit content in wheat grains
数据为 3次重复的平均值±标准误。Data are means ± SE of three replicates.
第 6期 蔡 铁等: 氮硫肥配施对小麦籽粒谷蛋白大聚合体含量及粒度分布的影响 1065



图 3 小麦 GMP颗粒体积(A)、表面积(B)和数目百分比(C)的分布
Fig. 3 Distributions of GMP particles volume (A), surface area (B), and number (C) in wheat grain

表 3 氮素和硫素对谷蛋白大聚合体(GMP)粒度分布的影响
Table 3 Effects of nitrogen and sulphur on size distribution of GMP (%)
体积百分比 Volume 表面积百分比 Surface area 数目百分比 Number 处理
Treatment d < 12 µm d ≥ 12 µm d < 12 µm d ≥ 12 µm d < 12 µm d ≥ 12 µm
N120
S0 36.9 a 63.1 e 89.4 a 10.6 e 99.9 a 0.1 a
S60 36.3 a 63.7 e 88.9 a 11.1 e 99.9 a 0.1 a
S90 32.6 b 67.4 d 87.4 b 12.6 d 99.9 a 0.1 a
N240
S0 30.3 bc 69.7 cd 86.7 bc 13.3 cd 99.9 a 0.1 a
S60 29.3 bcd 70.7 bcd 86.6 bcd 13.4 bcd 99.9 a 0.1 a
S90 27.8 cd 72.2 bc 85.9 cd 14.1 bc 99.9 a 0.1 a
N360
S0 26.0 d 74.0 b 85.4 d 14.6 b 99.9 a 0.1 a
S60 20.2 e 79.8 a 82.1 e 17.9 a 99.9 a 0.1 a
S90 19.5 e 80.5 a 81.4 e 18.6 a 99.9 a 0.1 a
同一列中标以不同小写字母的数值差异达到 0.05显著水平。
Values followed by different letters within columns are significantly different at the 0.05 probability level

2.5.3 氮硫肥不同配施用量对 GMP 颗粒表面积分
布的影响 小粒径和大粒径 GMP 颗粒表面积百
分比分别为 81.4%~89.4%和 10.6%~18.6%。随施氮
量的增加, 小粒径GMP颗粒的表面积百分比显著降
低, 而大粒径 GMP颗粒的表面积百分比增加, 处理
间差异显著。在不同的氮肥水平下施硫, 随施硫量
的增加, 小粒径GMP颗粒的表面积百分比呈降低趋
势, 而大粒径GMP颗粒的表面积百分比表现为增加
趋势(表 3)。
2.5.4 氮硫肥不同配施用量对 GMP 颗粒数目分布
的影响 小粒径 GMP 颗粒数目百分比为 99.9%,
大粒径 GMP颗粒数目百分比为 0.1% (表 3), 表明小
麦籽粒中的 GMP颗粒绝大多数为小颗粒。施氮和施
硫对籽粒 GMP 颗粒数目分布无显著影响 , 表明
GMP颗粒体积百分比和表面积百分比的变化, 并不
依于赖颗粒数目百分比, 而是由单位颗粒体积和表
面积的变化所引起的。
2.6 相关性分析
GMP含量和 C区 LMW-GS含量与小粒径 GMP
颗粒体积百分比、表面积百分比呈显著负相关 ;
HMW-GS含量及 B区和 D区 LMW-GS含量与小粒
径 GMP颗粒体积百分比、表面积百分比均呈不显著
的负相关; GMP 及其亚基含量与小粒径 GMP 颗粒
数目百分比均无相关性(表 4)。

表 4 GMP含量及 GMP亚基与 GMP(d < 12 μm)粒度分布的
相关系数
Table 4 Correlation coefficients of GMP content and GMP
subunits content with GMP size distribution
GMP/GMP亚基含量
Content of GMP/GMP
subunit
体积百分比
Volume
表面积百分比
Surface area
数目百分比
Number
GMP −0.73* −0.69* 0
HMW-GS −0.52 −0.46 0
B-LMW-GS −0.20 −0.17 0
C-LMW-GS −0.67* −0.67* 0
D-LMW-GS −0.29 −0.22 0
* P < 0.05

1066 作 物 学 报 第 37卷

3 讨论
3.1 氮素和硫素内在关系及其互作效应
氮和硫同属于构成植物体有机物质主要组成成
分的必要元素, 植物体内氮同化途径与硫同化途径
相似且相互协调, 两途径之间有密切的交互作用[28-29],
氮、硫中的一种元素缺乏可抑制另一条途径[30]。植株
按照一定的比例吸收氮素和硫素合成蛋白质 [31],
Wrigley等[18]认为 , 籽粒蛋白质的合成受硫营养供
应的影响; 赵首萍等[32]研究表明, 氮的供应水平是
硫能否提高籽粒蛋白质含量的限制因素。本试验表
明施氮量是小麦籽粒 GMP及其亚基含量和 GMP粒
度分布的主要调控因素, 硫素主要通过与氮素互作
来影响 HMW-GS和 LMW-GS含量。
3.2 氮硫对小麦 GMP 及其亚基含量和 GMP 粒
度分布的调控效应
GMP合成受遗传控制, 但其积累则受环境条件
的影响, 增施氮肥可提高 GMP含量, 改变谷蛋白亚
基间的比例[33], 岳鸿伟等[16]研究表明, 氮肥对 GMP
和 HMW-GS 积累的调控效应与氮肥施用量和小麦
品种特性有关。此外, 磷肥、不同土壤质地也可明
显影响GMP和HMW-GS积累[23-24]。在本研究中, 适
量施氮可提高GMP含量、HMW-GS含量和LMW-GS
含量, 过量施氮对提高其含量无显著效果; 在不同
氮水平下施硫, 对 GMP含量的影响作用不同, 且处
理间差异不显著。
根据 SDS-PAGE迁移率, 谷蛋白分为 A、B、C
和 D 4 个区, 其中 A 区为 HMW-GS, 其余三区均
LMW-GS。B、C区为富硫蛋白, 具有含硫氨基酸(半
胱氨酸和甲硫氨酸)残基, 可形成二硫键, A、D区为
贫硫蛋白 , 很少或没有含硫氨基酸残基。Wrigley
等[18-19]证实硫缺乏导致小麦贫硫蛋白 HMW-GS 成
比例增加, 同时富硫蛋白 LMW-GS成比例减少。本
试验在高于土壤硫含量临界值(10 mg kg−1)的基础上
增施硫肥, HMW-GS含量和 D区 LMW-GS含量呈降
低趋势, B区和 C区 LMW-GS 含量呈升高趋势, 表
明在不缺硫的情况下施硫对 HMW-GS 含量和 D 区
LMW-GS 含量积累不利 , 而有利于 B 区和 C 区
LMW-GS 含量的提高。Gupta 等[34]认为环境因素对
品质的作用可能通过影响GMP含量来实现, 推断氮
肥可能通过调节GMP含量而影响品质, 硫肥通过调
节 GMP亚基的相对含量而影响品质。
目前, 有关 GMP粒度分布的报道相对较少, 且
粒径的划分也不尽相同[7-8,23], 鉴于小麦 GMP 体积
分布表现为双峰曲线的变化趋势, 且两峰峰谷在 12
µm 左右, 本试验为便于说明问题, 将 GMP 颗粒划
分为小粒径(d < 12 µm)颗粒和大粒径(d ≥ 12 µm)颗
粒。本课题组通过研究土壤质地、氮肥、磷肥等对小
麦籽粒 GMP 粒度大小变化的影响, 认为谷蛋白大聚
合体的粒度分布特征与小麦品质间关系密切[23-24]。本
研究表明, 随施氮量和施硫量的增加, 小粒径 GMP
颗粒体积百分比、表面积百分比随之降低, 大粒径
GMP颗粒体积百分比、表面积百分比随之增加, 因
此我们推断, GMP对品质的影响体现在GMP数量和
质量上。
3.3 小麦 GMP 粒度分布与 HMW-GS 和 LMW-
GS含量的关系
GMP由 HMW-GS和 LMW-GS通过二硫键连接
并聚合而成。本研究结果显示 , 随氮水平的提高 ,
HMW-GS含量、LMW-GS含量、大粒径 GMP颗粒
体积百分比和表面积百分比随之提高, 同时在不同
的氮水平下施硫, HMW-GS含量和 D区 LMW-GS含
量下降, B 区和 C 区 LMW-GS 含量增加, 大粒径
GMP 颗粒体积百分比和表面积百分比提高。
HMW-GS 含量与小粒径 GMP 颗粒体积百分比呈负
相关, 但未达到显著水平(r= −0.52, P > 0.05), 这与
我们分析 HMW-GS 含量在不同磷肥施用水平下以及
不同土壤质地上与 GMP 粒度分布时获得的结果[23-24]
不同, 这可能是由施硫降低 HMW-GS含量所引起。
同时施硫降低了 HMW-GS 含量, 但大粒径 GMP 颗
粒体积百分比却呈升高趋势, 这可能是施硫提高了
B 区和 C 区 LMW-GS 含量, 更多的 LMW-GS 与
HMW-GS 连接并聚合, 从而提高了大粒径 GMP 颗
粒体积百分比。同时, B区和 D区 LMW-GS与小粒
径 GMP 颗粒体积百分比呈不显著的负相关, C 区
LMW-GS 含量与小粒径 GMP 颗粒体积百分比呈显
著负相关(r = −0.67, P < 0.05), 说明 LMW-GS 在
GMP 颗粒体积百分比和表面积百分比的变化中起
重要作用。但关于 HMW-GS 和 LMW-GS 连接聚合
方式、在 GMP颗粒形成中的作用以及对 GMP颗粒
特性的影响尚不清楚, 有待进一步研究。
4 结论
适量施氮 (240 kg hm−2)有利于小麦籽粒
HMW-GS、LMW-GS 和 GMP 的积累 , 增施硫肥
(0~90 kg hm−2)对籽粒 GMP 含量无显著影响, 但降
低了 HMW-GS 含量和 D 区 LMW-GS 含量, 提高了
第 6期 蔡 铁等: 氮硫肥配施对小麦籽粒谷蛋白大聚合体含量及粒度分布的影响 1067


B区和 C区 LMW-GS含量, 说明增施氮肥能改变籽
粒 GMP 的绝对含量, 增施硫肥却改变 GMP 亚基的
相对含量。增施氮肥和硫肥对小粒径(d < 12 µm)
GMP 颗粒体积及表面积分布均有一定的负向效应,
对其数目分布无显著影响。GMP颗粒体积百分比、
表面积百分比的变化不仅依赖于 HMW-GS, 还依赖
于 LMW-GS, 并且 C区 LMW-GS的作用更为显著。
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