全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(12): 2241−2250 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)和山东省自然科学基金项目
(ZR2010CM044)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: ye.zi0316@163.com
Received(收稿日期): 2011-04-19; Accepted(接受日期): 2011-07-25; Published online(网络出版日期): 2011-09-29.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110929.1550.003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.02241
施氮时期对小麦籽粒 HMW-GS积累及 GMP粒度分布的影响
曹 丽 1 王振林 1,* 戴忠民 2 尹燕枰 1 翟学旭 1 倪英丽 1 蔡 铁 1
李 勇 1 王 平 1 陈二影 1 郭俊祥 1 陈晓光 1
1作物生物学国家重点实验室 / 山东农业大学农学院, 山东泰安 271018; 2德州学院, 山东德州 253023
摘 要: 在 225 kg hm−2施氮水平下, 设置起身肥(SE, GS 30)、拔节肥(JT, GS 32)和孕穗肥(BT, GS 41) 3个追施氮肥处
理(底追比 1 : 1), 研究了追肥时期对强筋小麦济南 17和弱筋小麦鲁麦 21籽粒 HMW-GS积累和 GMP粒度分布的影
响。结果表明, 两品种籽粒 HMW-GS于花后 14 d均已形成, 济南 17籽粒 HMW-GS和 GMP含量均高于鲁麦 21, 说
明强筋小麦具有较强的谷蛋白积累能力。济南 17成熟期籽粒 HMW-GS和 GMP含量以 SE处理最高, 施氮时期后移
其含量呈下降趋势。JT 处理显著提高鲁麦 21 灌浆中后期 HMW-GS 的积累速度, 延长 HMW-GS 的快速积累期。济
南 17 SE处理和鲁麦 21 JT处理的籽粒 x型亚基(1、4或 5、7)在灌浆中后期的积累速率显著提高。追肥时期对 y型
亚基的积累速率无显著影响。追氮时期后移均提高两品种籽粒 GMP小颗粒的(粒径<12 μm)体积和表面积百分比, 降
低大颗粒(粒径>100 μm)体积和表面积百分比。济南 17粒径>12 μm的 GMP颗粒数目百分比因追氮时期后移而增加,
鲁麦 21粒径>12 μm的 GMP颗粒数目百分比则降低。含 4+12亚基的强筋小麦济南 17比含 5+10亚基的弱筋小麦鲁
麦 21 偏向于更高的大颗粒体积比例, 说明亚基间的聚合和 GMP 颗粒的分布不仅与亚基类型有关, 而且与单位面粉
中亚基的含量密切相关。
关键词: 小麦; 施氮时期; 高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS); 谷蛋白大聚合体(GMP)
Effect of Nitrogen Fertilization Timing on HMW-GS Accumulation and GMP
Size Distribution in Wheat Grains
CAO Li1, WANG Zhen-Lin1,*, DAI Zhong-Min2, YIN Yan-Ping1, ZHAI Xue-Xu1, NI Ying-Li1, CAI Tie1, LI
Yong1, WANG Ping1, CHEN Er-Ying1, GUO Jun-Xiang1, and CHEN Xiao-Guang1
1 State Key Laboratory of Crop Biology / Agronomy College, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2 Dezhou College, Dezhou
253023, China
Abstract: Wheat processing quality has close relationships with high molecular weight glutenin subunits (HMW-GS) and glu-
tenin macropolyer (GMP) in grains. Nitrogen fertilization scheme could affect the accumulation of HMW-GS and the size distri-
bution of GMP. In this study, we used a strong gluten winter wheat cultivar, Jinan 17, and a weak gluten winter wheat cultivar,
Lumai 21, to investigate the effects of nitrogen topdressing stage on the accumulation of HMW-GS and the size distribution of
GMP in grains. The nitrogen fertilizer rate during the whole growth period was 225 kg ha−1, of which a half was applied as base
fertilizer and the other half was topdressed at pseudo stem erection (SE, GS 30), jointing (JT, GS 32), or booting (BT, GS 41)
stage. The spike samples were collected from 7 d after anthesis (DAA) to maturity with a 7-day interval. The HMW-GS in grains
formed before 14 DAA, and Jinan 17 had higher contents of HMW-GS and GMP than Lumai 21, which indicated that more glu-
tenin is accumulated in the strong gluten cultivar than in the weak gluten cultivar. At maturity, the contents of HMW-GS and
GMP in Jinan 17 showed decreasing trends with the delay of topdressing practice, and the highest values were observed in the SE
treatment. In Lumai 21, compared to the SE and BT treatments, the JT treatment significantly accelerated the HMW-GS accumu-
lation at middle-late stage of grain filling, and the rapid accumulation period was prolonged. At middle-late stage of grain filling,
2242 作 物 学 报 第 37卷

the accumulation rates of x-type subunits (1, 4, 5, and 7) were increased significantly in the SE treatment of Jinan 17 and the JT
treatment of Lumai 21, whereas the y-type subunits were seldom affected by nitrogen application timing. For both cultivars, delay
of nitrogen topdressing enhanced the percentages of volume and surface of GMP particle with diameter less than 12 μm, but re-
duced those of GMP particle with diameter larger than 100 µm. The percentage of GMP particle number with diameter larger than
12 μm was increased in Jinan 17 with the delay of nitrogen topdressing but decreased in Lumai 21. The percentage of large GMP
particle volume was higher in Jinan 17 (containing subunit pair 4+12) than in Lumai 21 (containing subunit pair 5+10). This result
suggested that polymerization of subunits and GMP particles are related to not only the subunit type but also the subunit content
per unit of flour.
Keywords: Wheat; Nitrogen fertilization stage; High molecular weight glutenin subunits (HMW-GS); Glutenin macropolyer
(GMP)
麦谷蛋白是小麦籽粒中重要的贮藏蛋白, 约占
面筋蛋白的 35%, 决定面团的弹性和强度, 与面包
烘烤品质有密切关系 [1]。不溶于十二烷基磺酸钠
(sodium dodecyl sulfonate, SDS)的谷蛋白聚合体分
子量较大 , 称为谷蛋白大聚合体 (glutenin macro-
polymer, GMP)。谷蛋白大聚合体在胚乳中以颗粒形
式存在, 粒径范围为 1~300 μm[2-4]。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[5]。麦谷蛋白大
聚合体含量与沉降值之间具有较高相关性[6-7], 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[8-9],
不溶性谷蛋白聚合体占谷蛋白聚合体总含量的百分
数与面团形成时间呈极显著正相关[10]。
麦谷蛋白由高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和
低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)通过二硫键形成纤
维状结构 , 使面团具有一定的弹性和强度。
HMW-GS 在面筋蛋白中起网络骨架的作用, 其含量
只占小麦储藏蛋白的 6%~l0%, 但对籽粒加工品质
的贡献达到 35%~40%[11]。HMW-GS由染色体 1A、
1B和 1D长臂上的位点 Glu-A1、Glu-B1和 G1u-D1
控制 , 每个位点包含连接在一起的 2个基因, 分别
编码 x 型和 y 型亚基。Zhu 等[12]研究发现, G1u-D1
位点的 5+10 亚基类型比 2+12 亚基类型的 x/y 亚基
比率大, 并且 5+10亚基中的 x型亚基被更多用来形
成 SDS 不溶性谷蛋白。HMW-GS 表达量对品质具
有显著影响[12]。Sutton[14]和 Kolster等[15]利用不同品
质类型的小麦研究发现 , 烘烤品质好的小麦品种 ,
HMW-GS 绝对表达量和相对表达量皆高于烘烤品
质较差的品种。Huang等[16]研究发现, HMW-GS的
表达量与面包体积成正相关。
小麦胚乳中麦谷蛋白亚基组成和数量受遗传控
制, 具有品种稳定性, 但其含量又受环境条件的影
响[13]。Don等[17]指出, GMP含量对栽培环境的敏感
程度远远大于蛋白质。氮素是影响小麦籽粒蛋白质
含量及组分的重要因素。施用氮肥有利于小麦籽粒
GMP含量的积累, 改变谷蛋白亚基间的比例[13]。施
氮时期对氮素吸收利用以及对小麦籽粒蛋白质组分
积累的影响已有研究 [18-19], 但关于施氮时期对
HMW-GS 表达量以及对 GMP 粒度分布的影响, 迄
今了解尚少。本试验以 2 个不同品质类型的小麦品
种为材料, 研究施氮时期对 HMW-GS 动态积累和
GMP 粒度分布的影响, 以阐明小麦品质形成机制,
为构建小麦品质调优栽培技术提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
选用强筋小麦济南 17 (蛋白质含量 14.7%, 湿
面筋含量 33.8%)和弱筋小麦鲁麦 21 (蛋白质含量
12.1%, 湿面筋含量 27.4%), 于 2009—2011 年生长
季种植于山东农业大学泰安试验农场。试验地耕层
(0~20 cm)土壤含有机质 12.3 g kg−1、全氮 0.9 g kg−1、
速效磷 18.6 mg kg−1、速效钾 57.5 mg kg−1、碱解氮
87.2 mg kg−1。小麦全生育期施纯氮 225 kg hm−2、
P2O5 75 kg hm−2、K2O 120 kg hm−2, 氮肥为尿素, 磷
肥为过磷酸钙, 钾肥为氯化钾, 全部磷肥和钾肥以
及一半的氮肥作为基肥于播种前均匀撒施于各小区
后翻耕, 另一半氮肥开沟追施。设 3个追肥处理, 施
肥期分别为起身期(SE)、拔节期(JT)和孕穗期(BT)。
2 年播种期均为 10 月 10日, 收获期分别为 2010 年
6月 10日和 2011年 6月 13日, 基本苗为每公顷 225
万株, 行距 25 cm, 3次重复, 小区面积 3 m × 3 m = 9
m2, 随机区组排列。2010年和 2011年开花至成熟期
大致的温光条件见图 1。
穂开花期选择生长一致且同日开花的 挂牌标
记, 从花后 7 d开始, 每 7 d取一次样(最后一次采
用收获期籽粒 ), 每次取 10 穂 , 及时剥出籽粒 ,
105℃杀青 15 min后于 60℃烘箱烘至恒重, 用于室
内分析。
第 12期 曹 丽等: 施氮时期对小麦籽粒 HMW-GS积累及 GMP粒度分布的影响 2243



图 1 小麦开花至成熟期的温度和日照时间
Fig. 1 Mean daily temperatures and sunshine durations from anthesis to maturity of wheat


1.2 GMP含量及粒度测定方法
参照 Weegels等[20]和孙辉等[5]的方法测定 GMP
含量, 并稍作改进。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。每个样品测 3次, 取平均值。
参照 Don等[17]的方法提取 GMP凝胶。称取 1.5
g 样品, 装入 50 mL 离心管, 加 1.5% SDS 溶液 30
mL, 混匀, 75 500×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。
1.3 HMW-GS的定量方法
参照梁荣奇等 [21]的方法提取 HMW-GS。称取
40 mg 样品, 加入 50%异丙醇 60℃水浴 30 min,
10 000×g离心, 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, 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
用切胶比色法对 HMW-GS定量。
在预备试验中, 先以中国春(null, 7+8, 2+12)、
Marquis (1, 7+9, 5+10)和小偃 6号(1, 14+15, 2+12)为
对照, 确定济南 17 HMW-GS类型(1, 7+8, 4+12), 鲁
麦 21的 HMW-GS类型(1, 7+8, 5+10)。
1.4 生育期界定方法
采用 Zadoks[22]生育期界定系统, 主要生育期为
0~9级。
1.5 统计分析
2 年试验结果趋势一致, GMP 含量与粒度分布
采用 2年数据, HMW-GS积累采用 2009—2010年度
数据。采用 Microsoft Excel 2003和 DPS (Data Pro-
cessing System)软件处理数据和统计分析。
2244 作 物 学 报 第 37卷

2 结果与分析
2.1 总 HMW-GS的积累
从花后 14 d开始检测到HMW-GS的存在(图 2)。
整个灌浆过程, 济南 17 籽粒 HMW-GS 积累量均显
著高于鲁麦 21。济南 17籽粒 HMW-GS含量于花后
7~28 d 呈持续快速上升趋势, 花后 28~35 d 略有下
降(图 3-A)。随籽粒灌浆发育, 鲁麦 21籽粒HMW-GS
逐渐积累, 至花后 35 d, HMW-GS含量达最大值(图
3-B)。济南 17起身期施氮增加了花后 21~28 d籽粒
HMW-GS 的积累速度, 成熟期籽粒 HMW-GS 含量
比拔节期追肥高 16.9%, 比孕穗期追肥高 27.3%。鲁
麦 21起身期追肥和孕穗期追肥处理于花后 14~21 d
达HMW-GS快速积累期, 而拔节期追肥处理在花后
21~35 d 达快速积累期, 说明拔节期追施氮肥有利
于提高弱筋小麦鲁麦 21 灌浆中后期籽粒 HMW-GS
的积累速度, 并延长快速积累期。

图 2 济南 17(A)和鲁麦 21(B)籽粒 HMW-GS亚基积累动态的 SDS-PAGE电泳图谱(2009–2010)
Fig. 2 SDS-PAGE profile of the accumulation dynamics of HWM-GS in Jinan 17 (A) and Lumai 21 (B) in 2009–2010

图 3 不同追氮时期处理对济南 17(A)和鲁麦 21(B)籽粒 HMW-GS含量的影响
Fig. 3 Effect of nitrogen topdressed stage on total HMW-GS content in grains of Jinan 17 (A) and Lumai 21 (B)
SE、JT和 BT分别表示起身期、拔节期和孕穗期追氮处理。
SE, JT, and BT are treatments with nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting stages, respectively.

2.2 各 HMW-GS的积累
小麦胚乳 HMW-GS 各亚基在花后含量变化与
总亚基变化趋势一致(图 4)。不同追肥处理两品种小
麦 8 亚基和 12 亚基(济南 17)或 10 亚基(鲁麦 21)的
积累速度变化不大。起身期追肥显著提高了强筋小
麦济南 17籽粒 1、4、7亚基花后 21~28 d的积累速
度, 弱筋小麦鲁麦 21拔节期追施氮肥处理, 使 1、5、
7亚基于花后 28~35 d的积累速度迅速增加, 说明不
同时期追施氮肥主要影响了籽粒 x 型亚基灌浆中后
期的积累速度。两品种 SE和 JT处理时成熟期各亚
基的相对含量为 7 亚基>12 亚基(10 亚基)>4 亚基(5
亚基)>1亚基>8亚基, BT处理时表现为 7亚基>4亚
基(5亚基)>12亚基(10亚基)>1亚基>8亚基, 说明孕
穗期追施氮肥更利于提高 4 亚基(或 5 亚基)的相对
比例。
2.3 HMW-GS亚基对的积累
小麦籽粒 HMW-GS 亚基对的含量变化也与总
亚基变化趋势一致(图 5)。2个品种小麦都表现为
Glu-D1 位点编码的亚基对(4+12 或 5+10)含量高于
Glu-B1位点编码的亚基对(7+8)。起身期追施氮肥明
显提高了济南 17 灌浆中期 4+12 亚基对的积累, 拔
节期追施氮肥更利于提高弱筋小麦鲁麦 21花后
21~35 d Glu-A1位点 1亚基的积累速度。
2.4 GMP含量动态变化
济南 17籽粒GMP含量呈双峰变化趋势(图 6-A,
B), 第 1 个峰值出现在花后 14 d, 与籽粒淀粉快速
第 12期 曹 丽等: 施氮时期对小麦籽粒 HMW-GS积累及 GMP粒度分布的影响 2245



图 4 不同追氮时期处理对济南 17和鲁麦 21籽粒各 HMW-GS含量的影响
Fig. 4 Effect of nitrogen topdressed stage on fraction of each HMW-GS content in grains of Jinan 17 and Lumai 21
SE、JT和 BT分别表示起身期、拔节期和孕穗期追氮处理。
SE, JT, and BT are treatments with nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting stages, respectively.

积累迟于蛋白质积累有关, 第 2 个峰值出现在花后
28 d, 成熟期籽粒 GMP 含量随施氮时期后移而降
低。鲁麦 21籽粒 GMP含量呈先上升后下降再上升
趋势(图 6-C, D), 花后 21~28 d, JT处理的上升趋势
明显高于其他处理, 成熟期籽粒 GMP 含量也以 JT
处理最高, 说明拔节期追施氮肥有利于鲁麦 21灌浆
中后期籽粒 GMP积累速度的提高, 增加积累量。同
一施肥处理下, 强筋小麦济南 17 籽粒 GMP 含量显
著高于鲁麦 21。花后 21 d, 2个品种的籽粒 GMP含
量很低(图 6), 这可能与此阶段籽粒淀粉积累快于蛋
白质积累而形成的“稀释效应”有关。
2.5 GMP粒度分布
2.5.1 GMP 粒度分布特征 2 个品种籽粒 GMP
颗粒的体积分布均呈双峰曲线, 第 1个峰值出现在
4.5 μm左右, 第 2 个峰值出现在 80~127 μm之间,
品种及处理间差异明显(图 7-A, B)。小麦 GMP 颗
粒的数目分布为单峰曲线, 峰值出现在 1 μm 左右
(图 7-E, F), GMP颗粒表面积分布亦呈双峰曲线 ,
峰值分别出现在 2 μm 左右和 73~116 μm 之间(图
7-C, D)。
2.5.2 体积分布 粒径<12 μm的 GMP颗粒占总
体积的 14.7%~34.6%, 而粒径 12~100 μm和>100 μm
的颗粒对总体积的贡献率分别为 31.6%~54.9%和
17.4%~53.8% (表 1)。随施氮时期后移, 显著增加了
两品种<12 μm GMP 颗粒体积百分比, 而>100 μm
GMP颗粒的体积百分比显著降低, 说明氮肥后移有
利于增加小麦小颗粒所占体积百分比, 降低大颗粒
体积百分比。
2246 作 物 学 报 第 37卷


图 5 不同追氮时期处理对济南 17和鲁麦 21籽粒 HMW-GS对含量的影响
Fig. 5 Effect of nitrogen topdressed stage on fraction of each HMW-GS (pair) content in grains of Jinan 17 and Lumai 21
SE、JT和 BT分别表示起身期、拔节期和孕穗期追氮处理。
SE, JT, and BT are treatments with nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting stages, respectively.

2.5.3 表面积分布 小麦 GMP<12 μm颗粒占总
颗粒面积的 77.2%~93.1%, 12~100 μm和>100 μm颗
粒分别占总颗粒面积的 5.9%~14.4%和 1.1%~6.5%
(表 1)。随施氮时期后移, 2个品种小麦 GMP粒径<12
μm的颗粒所占表面积百分比显著增加, 而>100 μm
颗粒所占表面积百分比显著降低, 说明氮肥后移增
加了籽粒小颗粒表面积百分比, 降低了大颗粒表面
积百分比。
2.5.4 数目分布 GMP 数目的 99.89%~99.99%
为粒径<12 μm的颗粒, 而粒径<2.5 μm和<4.5 μm的
颗粒数目比例分别是 88.39%~94.36%和 97.90%~
99.34%。施氮时期后移, 增加了济南 17粒径>12 μm
的 GMP颗粒数目比例, 降低了鲁麦 21粒径>12 μm
的 GMP 颗粒数目比例, 对其他粒径 GMP 颗粒数目
无显著影响(表 2)。
3 讨论
3.1 小麦籽粒 HMW-GS 积累动态和 GMP 含量
与施氮时期的关系
HMW-GS 作为 GMP 的组成成分, 主要通过改
变谷蛋白聚合体的含量和分子量分布来影响面团的
加工品质[21]。籽粒 HMW-GS和 GMP积累及含量受
栽培条件所影响, 合理施用氮肥可以明显提高籽粒
GMP以及其组分 HMW-GS的含量[13,18,23-25]。本研究
表明, 施氮时期对 HMW-GS 积累的影响因品种而
异。起身期追施氮肥提高了济南 17 籽粒 HMW-GS
花后 14~28 d 的积累速度, 使成熟期籽粒总 HMW-
GS和GMP含量显著高于其他处理。拔节期施氮, 延
迟鲁麦 21 籽粒总 HMW-GS 的快速积累, 但有利于
提高积累速度 , 延长快速积累期 , 使成熟期籽粒
第 12期 曹 丽等: 施氮时期对小麦籽粒 HMW-GS积累及 GMP粒度分布的影响 2247



图 6 不同追氮时期处理对济南 17(A)和鲁麦 21(B)籽粒 GMP含量的影响
Fig. 6 Effect of nitrogen topdressed stage on GMP content in grains of Jinan 17 (A) and Lumai 21 (B)
A: 济南 17 (2009–2010); B: 济南 17 (2010–2011); C: 鲁麦 21 (2009–2010); D: 鲁麦 21 (2010–2011)。SE、JT和 BT分别表示起身期、
拔节期和孕穗期追氮处理。
A: Jinan 17 (2009–2010); B: Jinan 17 (2010–2011); C: Lumai 21 (2009–2010); D: Lumai 21 (2010–2011). SE, JT, and BT are treatments with
nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting stages, respectively.

HMW-GS 和 GMP 含量明显提高。这与强筋小麦济
南 17具有较强的蛋白质合成能力, 因而对氮肥需求
的时间相对于弱筋小麦要早有关。上述结果说明 ,
氮肥追施时期主要通过影响小麦籽粒灌浆中期
HMW-GS 的积累速度而改变成熟期籽粒 HMW-GS
和 GMP的含量。
HMW-GS在 SDS-PAGE电泳图谱上, 一般含有
3~5 条带, 其中受 1D 位点控制的有 2 条, 受 1B 位
点控制的有 2条或 1条, 受 1A位点控制的有 l条或
没有[26]。HMW-GS含量由起始形成时间和积累过程
共同决定, 形成时间早有利于其积累 , 但积累过程
决定了最终含量[24]。Zhu 等[27]研究发现, 小麦籽粒
HMW-GS一般在花后 9~13 d开始形成, 以亚基 7比
较明显, 其他亚基在花后 13~17 d陆续表达。本研究
中, 同一品种籽粒HMW-GS形成起始时间在不同施
氮时期处理间未表现出差异, 说明HMW-GS的起始
积累主要与品种特性有关。适当推迟追施氮肥时间
促进了 Glu-D1 位点 x 型亚基(4 亚基或 5 亚基)的积
累。起身期追施氮肥促进了济南 17籽粒 1、4、7亚
基以及 Glu-D1位点亚基花后 21~28 d的积累, 鲁麦
21 拔节期追肥处理, 明显提高了 1 (Glu-A1 位点亚
基)、5、7亚基花后 28~35 d的积累速度。上述结果
说明 , 不同时期施氮主要影响 x型亚基灌浆中后期
的积累速度, 并且不同位点HMW-GS的表达对追肥
时期的敏感程度具有品种间差异。
3.2 小麦籽粒 GMP 粒度分布特征与 HMW-GS
积累的关系
小麦胚乳中的谷蛋白大聚合体以球形颗粒结构
存在, 其含量和粒度分布与面团特性和烘烤品质密
切相关, 聚合体的粒度分布对面筋强度作用大于其
含量, 谷蛋白大聚合体的分子量分布具有遗传性差
异, 又受栽培环境的影响[2-5]。本研究表明, 两品种
GMP 颗粒数目主要由粒径<12 μm 颗粒组成, 而表
面积分布的大部分(83.9%~91.4%)为粒径<12 μm 颗
粒。施氮时期后移, 不利于大粒径(>100 μm) GMP
颗粒所占体积和表面积百分比提高, 而促使小粒径
(<12 μm)颗粒所占体积和表面积百分比提高。王凤
成等[28]认为, 亚基 5 在分子结构上具有较多半胱氨
酸残基,能形成更多的二硫键, 从而使含 5+10 亚基
的谷蛋白聚合体偏向于较大分子量, 本研究中, 含
4+12亚基的强筋小麦济南 17比含 5+10亚基的弱筋
小麦鲁麦 21偏向于更高的大颗粒体积比例, 这与济
南 17籽粒 HMW-GS含量显著高于鲁麦 21有关, 说
明亚基间的聚合不仅与亚基类型有关, 还与亚基的
2248 作 物 学 报 第 37卷


图 7 不同追氮时期处理对济南 17和鲁麦 21籽粒 GMP粒度分布的影响(2009–2011)
Fig. 7 Effect of nitrogen topdressed stage on GMP distribution in Jinan 17 and Lumai 21 in 2009–2011
SE、JT和 BT分别表示起身期、拔节期和孕穗期追氮处理。
SE, JT, and BT are treatments with nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting stages, respectively.

表 1 济南 17和鲁麦 21的 GMP体积与表面积分布
Table 1 Distribution of GMP volume and surface area in Jinan 17 and Lumai 21 (%)
GMP体积 GMP volume GMP表面积 GMP surface area 品种
Cultivar
处理
Treatment d<12 μm 12 µm≤d<100 μm d <100 μm d ≥100 μm d<12 μm 12 µm≤d<100 μm d <100 μm d ≥100 μm
2009–2010
SE 14.7 f 31.6 d 46.2 f 53.8 a 84.0 d 9.5 e 93.5 f 6.5 a
JT 22.8 c 48.2 b 70.8 c 29.2 d 86.5 c 11.0 c 97.5 c 2.6 d
济南 17
Jinan 17
BT 26.1 b 52.3 a 78.3 b 21.7 e 87.7 b 10.7 d 98.3 b 1.7 e
SE 18.0 e 43.4 c 61.3 e 38.7 b 81.6 e 14.4 a 95.9 e 4.1 b
JT 21.6 d 43.5 c 65.1 d 34.9 c 84.0 d 12.8 b 96.8 d 3.2 c
鲁麦 21
Lumai 21
BT 33.5 a 49.1 b 82.6 a 17.4 f 91.4 a 7.6 f 98.9 a 1.1 f
2010–2011
SE 20.9 f 48.4 b 69.3 f 30.7 a 75.5 e 21.9 a 97.4 d 2.6 a
JT 21.7 e 54.9 a 76.6 c 23.4 c 77.2 d 20.8 b 98.0 c 2.0 b
济南 17
Jinan 17
BT 25.2 d 54.8 a 78.0 b 22.0 d 79.5 c 19.2 c 98.7 b 1.3 c
SE 31.2 c 43.8 d 75.0 d 25.0 b 90.7 b 7.9 d 98.6 b 1.4 c
JT 33.4 b 41.4 e 74.8 e 25.2 b 90.9 a 8.0 d 98.9 a 1.0 d
鲁麦 21
Lumai 21
BT 34.6 a 46.6 c 80.2 a 19.8 e 93.1 a 5.9 e 99.0 a 1.1 d
d表示 GMP粒径; SE、JT和 BT分别表示起身期、拔节期和孕穗期追氮处理。数据为 3次重复的平均值, 不同字母表示处理间
达显著差异(P<0.05)。
d is the diameter of GMP particle; SE, JT, and BT are treatments with nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting
stages, respectively. Data are the means of three replicates. Means followed by different letters are significantly different at the 0.05 pro-
bability level.
第 12期 曹 丽等: 施氮时期对小麦籽粒 HMW-GS积累及 GMP粒度分布的影响 2249


表 2 济南 17和鲁麦 21的 GMP数目分布
Table 2 Distribution of GMP number in Jinan 17 and Lumai 21 (%)
品种
Cultivar
处理
Treatment
d<2.5 μm 2.5 µm≤d<4.5 μm d<4.5 μm d<12 μm d≥12 μm
2009–2010
SE 93.05 ab 5.92 ab 98.98 ab 99.97 a 0.03 c
JT 93.86 a 5.19 b 99.05 a 99.96 a 0.04 b
济南 17
Jinan 17
BT 93.04 ab 5.73 ab 98.77 abc 99.95 a 0.05 b
SE 92.94 ab 5.75 ab 98.69 bc 99.93 b 0.07 a
JT 92.23 b 6.35 a 98.58 c 99.94 b 0.06 a
鲁麦 21
Lumai 21
BT 93.56 a 5.42 ab 98.98 ab 99.97 a 0.03 c
2010–2011
SE 88.52 c 9.39 ab 97.91 b 99.91 c 0.09 b
JT 88.39 c 9.51 a 97.90 b 99.90 c 0.10 b
济南 17
Jinan 17
BT 89.52 b 8.57 b 98.09 b 99.89 c 0.11 a
SE 94.14 a 5.20 cd 99.34 a 99.97 b 0.03 c
JT 93.31 ab 5.84 c 99.15 a 99.98 ab 0.02 c
鲁麦 21
Lumai 21
BT 94.36 a 4.97 d 99.33 a 99.99 a 0.01 d
d表示 GMP粒径; SE、JT和 BT分别表示起身期、拔节期和孕穗期追氮处理。数据为 3次重复的平均值, 不同字母表示处理间
达显著差异(P<0.05)。
d is the diameter of GMP particle; SE, JT, and BT are treatments with nitrogen topdressed at pseudo stem erection, jointing, and booting
stages, respectively. Data are the means of three replicates. Means followed by different letters are significantly different at the 0.05 proba-
bility level.

含量有密切关系。
4 结论
济南 17 的起身期追肥处理和鲁麦 21 拔节期追
肥处理, 促进了籽粒灌浆中期 HMW-GS 的积累, 使
成熟期籽粒 HMW-GS和 GMP含量显著提高。追肥
时期主要影响了 x 型亚基灌浆中后期的积累速度,
对 y 型亚基影响较小, 不同位点亚基对的表达对追
肥时期的敏感程度具有品种间差异。适当提前施氮,
有利于大粒径 GMP 颗粒所占体积和表面积百分比
的提高。亚基间的聚合由亚基类型和亚基含量共同
决定。
References
[1] Sugiyama T, Rafalski A, Peterson D, Soll D. A wheat HMW
glutenin subunit gene reveals a highly repeated structure. Nucl
Acids Res, 1985, 13: 8729−8737
[2] Don C, Lichtendonk W J, Plijter J J, Hamer R J. Glutenin
macropolymer: a gel formed by glutenin particles. J Cereal Sci,
2003, 37: 1−7
[3] Don C, Lookhart G, Naeem H, MacRitchie F, Hamer R J. Heat
stress and genotype affect the gluten in particles of the gluten in
macropolymer-gel fraction. J Cereal Sci, 2005, 42: 69−80
[4] Don C, Mann G, Bekes F, Hamer R J. HMW-GS affects the
properties of glutenin particles in GMP and thus flour quality. J
Cereal Sci, 2006, 44: 127−130
[5] Sun H(孙辉), Yao D-N(姚大年), Li B-Y(李保云), Liu G-T(刘广
田), Zhang S-Z(张树臻). Correlation between content of glutenin
macropolymer (GMP) in wheat and baking quality. Chin Cereals
Oils Assoc (中国粮油学报), 1998, 13(6): 13−16 (in Chinese with
English abstract)
[6] Fu B X, Sapirstein H D. Procedure for isolating monomeric pro-
teins and polymeric glutenin of wheat flour. Cereal Chem, 1996,
73: 143−152
[7] MacRitchie F. Conversion of weak flour to a strong one by in-
creasing the proportion of its high molecular weight gluten pro-
tein. J Sci Food Agric, 1976, 24: 1325−1329
[8] Gupta R B, Khan K, MacRitchie F. Biochemical basis of flour
properties in bread wheat: effects of variation in the quantity and
size distribution of polymeric protein. J Cereal Sci, 1993, 18:
23−41
[9] Sapirstein H D, Fu B X. Intercultivar variation in the quantity of
monomeric proteins, soluble and insoluble glutenin, and residue
protein in wheat flour and relationships to breadmaking quality.
Cereal Chem, 1998, 74: 500−507
[10] Zhao H-X(赵惠贤), Hu S-W(胡胜武), Ji W-Q(吉万全), Xue
X-Z(薛秀庄), Guo A-G(郭蔼光), Mares D. Study on relationship
between the size distribution of glutenin polymeric protein and
wheat flour mixing properties. Sci Agric Sin (中国农业科学),
2001, 34(5): 465−468 (in Chinese with English abstract)
[11] Payne P I, Harris P A, Law C N, Holt L M, Blackman J A. The
high-molecular-weight subunits of glutenin: structure, genetics
2250 作 物 学 报 第 37卷

and relationship to bread-making quality. Ann Technol Agric,
1980, 29: 309−320
[12] Zhu J B, Khan K. Characterization of monomeric and glutenin
polymeric proteins of hard red spring wheats during grain deve-
lopment by multistacking SDS-PAGE and capillary zone elec-
trophoresis. Cereal Chem, 1999, 76: 261−269
[13] Yue H-W(岳鸿伟), Qin X-D(秦晓东), Dai T-B(戴廷波), Jing
Q(荆奇), Cao W-X(曹卫星), Jiang D(姜东). Effects of nitrogen
rate on accumulations of HMW-GS and GMP in wheat grain.
Acta Agron Sin (作物学报), 2006, 32(10): 1678−1683 (in Chi-
nese with English abstract)
[14] Sutton K H. Qualitative and quantitative variation among high
molecular weight subunits of glutenin detected by reverse-phase
high-performance liquid chromatography. J Cereal Sci, 1991, 14:
25−34
[15] Kolster P, Krechting C F, Gelder W M J. Quantification of indi-
vidual high molecular weight glutenin subunits of wheat glutenin
using SDS-PAGE and scanning densitometry. J Cereal Sci, 1992,
15: 49−61
[16] Huang D Y, Khan K. Quantitative determination of high mo-
lecular weight glutenin subunit of hard red spring wheat by
SDS-PAGE: I. Quantitative effects of total amounts on bread-
making quality characteristics. Cereal Chem, 1997, 74:
781−785
[17] Don C, Lichtendonk W J, Plijter J J, Vliet T, Hamer R J. The
effect of mixing on glutenin particle properties: aggregation fac-
tors that affect gluten function in dough. J Cereal Sci, 2005, 41:
69−83
[18] Shi S-B(石书兵), Ma L(马林), Shi Q-H(石庆华), Liu X(刘霞),
Chen L-M(陈乐梅), Liu J-X(刘建喜), Wang Z-L(王振林).
Effect of nitrogen application timing on protein constitutes and
its dynamic change in wheat grain. Plant Nutr Fert Sci (植物营
养与肥料学报), 2005, 11(4): 456−460 (in Chinese with English
abstract)
[19] Ma D-Y(马冬云), Guo T-C(郭天财), Yue Y-J(岳艳军), Song
X(宋晓), Zhu Y-J(朱云集), Wang C-Y(王晨阳), Wang Y-H(王
永华). Effects of nitrogen application at different developmental
stages on nitrogen accumulation and translocation in winter
wheat. Plant Nutr Fert Sci (植物营养与肥料学报), 2009, 15(2):
262−268 (in Chinese with English abstract)
[20] Weegels P L, van de Pijpekamp A M, Graveland A, Hamer R J,
Schofield J D. Depolymerisation and repolymerisation of wheat
glutenin during dough processing: I. Relationships between glu-
tenin macropolymer content and quality parameters. J Cereal Sci,
1996, 23: 103−111
[21] Liang R-Q(梁荣奇), Zhang Y-R(张义荣), You M-S(尤明山),
Mao S-F(毛善锋 ), Song J-M(宋建民 ), Liu G-T(刘广田 ).
Multi-stacking SDS-PAGE for wheat glutenin polymer and its
relation to bread-making quality. Acta Agron Sin (作物学报),
2002, 28(5): 609−614 (in Chinese with English abstract)
[22] Zadoks J C, Chang T T, Konzak C F. A decimal code for the
growth stages of cereals. Weed Res, 1974, 14: 415−421
[23] Yue H-W(岳鸿伟), Tan W-N(谭维娜), Jiang D(姜东), Dai
T-B(戴廷波), Jing Q(荆奇), Cao W-X(曹卫星). Effects of post
anthesis drought and waterlogging on contents of high molecular
weight glutenin subunits and glutenin macropolymer in wheat
grain. Acta Agron Sin (作物学报), 2007, 33(11): 1845−1849 (in
Chinese with English abstract)
[24] Bo Y(伯云), Li H-W(李华伟), Mou H-R(牟会荣), Cai J(蔡剑),
Zhou Q(周琴), Dai T-B(戴廷波), Cao W-X(曹卫星), Jiang D(姜
东). Effects of shading from jointing stage to maturity stage on
high molecular weight glutenin subunits accumulation and glu-
tenin macropolymer content in wheat grain. Sci Agric Sin (中国
农业科学), 2009, 42(10): 3451−3458 (in Chinese with English
abstract)
[25] Zhang D-Y(张定一), Zhang Y-Q(张永清), Yang W-D(杨武德),
Yan C-P(闫翠萍), Ji H-T(姬虎太). Effect of nitrogen application
on high molecular weight glutenin subunit expression and grain
quality of winter wheat. Plant Nutr Fert Sci (植物营养与肥料学
报), 2008, 14(2): 235−241 (in Chinese with English abstract)
[26] Payne P I. Genetics of wheat storage proteins and the effect of
allelic variation on bread-making quality. Annu Rev Plant
Physiol, 1987, 38: 141−153
[27] Zhu J B, Khan K. Quantitative variation of HMW glutenin sub-
units from hard red spring wheats grown in different
environments. Cereal Chem, 2002, 79: 783−786
[28] Wang F-C(王凤成), Zhu J-B(朱金宝), Khan K, Brien L O, Chen
W-Y(陈万义). The composition and quantity of wheat glutenin
subunits in relation to high molecular weight glutenin polymers
and their effects on bread making quality. J Chin Cereals Oils
Assoc (中国粮油学报), 2004, 19(3): 13−17 (in Chinese with
English abstract)