全 文 ：第 29 卷 第 2 期 作　物　学　报 V ol. 29, N o. 2
2003 年 3 月　 285～ 289 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 285～ 289　M ar. , 2003
钾对小麦旗叶蛋白水解酶活性和籽粒品质的影响α
王旭东　于振文3 　王　东
(山东农业大学 农业部小麦栽培生理与遗传改良重点开放实验室, 山东泰安 271018)
摘　要　利用强筋冬小麦品种烟农 15 研究了钾素对小麦旗叶蛋白质含量和籽粒品质及有关酶活性的影响。结果表明,
钾素有利于提高灌浆前期和中期小麦旗叶中可溶性蛋白质和游离氨基酸的含量, 增强内肽酶和羧肽酶的活性, 促进籽
粒中游离氨基酸转化为蛋白质, 提高籽粒中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量, 改善籽粒营养品质和加工品
质; 同时, 提高了籽粒产量。文中还讨论了提高蛋白质各组分的措施及与营养品质和加工品质的关系和高产高效的施
钾量。
关键词　小麦; 钾素; 酶活性; 品质; 产量
中图分类号: S512　　　文献标识码: A
Effect of Pota ssium on Flag L eaf Prote ina ses Activ ity and Kernel Qua l ity in
W hea t
WAN G Xu2Dong　YU Zhen2W en　WAN G Dong
(S hand ong A g riculture U niversity , K ey L aboratory of W heat Cultivation P hy siology & Genetic Im p rovem ent, M inistry of A g riculture of the P eop le′s
R epublic of Ch ina, T aian, S hand ong 271018, China)
Abstract　T he effect of po tassium on flag leaf p ro tein con ten t and kernel quality as w ell as enzym e activity in
w heat w as investigated using w heat cultivar Yannong 15 w ith strong gluten po ten tial. R esult suggested that
po tassium can increase so luble p ro tein and free am ino acid con ten t, enhance the activities of endopep tidases and
carboxypep tidase in w heat flag leaf during the early and m edium stage of kernel filling, accelerate the
translation of free am ino acid to p ro tein in kernel. Po tassium also increased the con ten ts of album in, globulin,
gliadin and gluten in in kernel, imp roved nutrition and p rocess qualities, increased kernel yield. T he
imp rovem en t of p ro tein componen ts, the relationsh ip betw een nutrition quality and p rocess quality and the
op tim um amoun t of app lied po tassium w ere also discussed.
Key words　W heat; Po tassium ; Enzym e activity; Q uality; Y ield
　　研究证明, 小麦籽粒积累的氮素有 2ö3 来自开
花前营养器官贮存氮素的再分配1～ 3 ], 而叶片特别
是旗叶是积累与贮存氮素的主要营养器官, 对籽粒
蛋白质的贡献最大[ 1 ]。所以, 增加小麦开花前旗叶
的蛋白质含量, 促进开花后旗叶中贮存氮素向籽粒
中运转, 是改善小麦籽粒品质的一个途径。已有研
究表明, 供钾充足可以促进小麦开花后植株对氮素
的吸收[ 4 ] , 但是, 钾对小麦旗叶蛋白质含量和籽粒
品质及有关酶活性关系的研究尚少见报道。目前,
由于有机肥缺乏和生产者无施用钾肥的习惯, 占我
国小麦种植面积 53% 的北方冬麦区和黄淮冬麦区
麦田土壤钾素含量日益下降, 成为限制产量和降低
品质的重要因素之一。从为生产服务的角度出发,
我们进行本文研究, 期望能为制定小麦优质高产栽
培技术提供理论依据。α 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (39970425)
作者简介: 王旭东 (19762) , 女, 山东邹平县人, 在读博士生, 研究方向为作物优质高产生理。　　3 通讯作者
Received on (收稿日期) : 2001209213, A ccep ted on (接受日期) : 2002201231

1　材料与方法
1. 1　试验材料
试验于 1998～ 1999 年在山东农业大学试验农
场进行。试验地 0～ 20 cm 土层土壤有机质
14. 4 gökg, 水解氮 103. 17 Λgög, 速效磷 45. 16 Λgö
g, 速效钾 78. 17 Λgög。供试品种为强筋冬小麦品
种烟农 15。设置 4 个钾素水平处理, 每 hm 2 施 K2O
为 0 kg、112. 5 kg、168. 75 kg、225 kg, 分别为处
理 1 (对照)、2、3、4, 以 K0、K1、K2、K3 表示。钾
肥为 KC l, 作基肥一次性施入。每 hm 2 施氮素 120
kg、P2O 5 172. 5 kg 作基肥, 于雌雄蕊原基分化期
(拔节期)结合浇水每 hm 2 施氮素 120 kg。不施有机
肥以消除其中钾的影响。小区面积 2m ×6m , 随机
区组排列, 3 次重复。1998 年 10 月 11 日播种, 基
本苗每m 2 120 株, 其它管理措施同丰产田。开花期
选择同日开花的单茎挂牌标记, 以供取样。
1. 2　测定方法
1. 2. 1 　 可 溶 性 蛋 白 质 含 量 的 测 定 　 　 按
B radfo rd [ 5 ]的方法。
1. 2. 2　叶片内肽酶和羧肽酶活性的测定　　参照
V ernon [ 6 ]和吴光南[ 7 ]的方法。
酶液的提取 1g 叶片加 5 mL pH 7. 5、50 mmolö
L 的 T ris2HC l缓冲液 (含 4 mmolöL D T T , 1 mmolö
L ED TA , 1% PV P) 和少量石英砂冰浴中研磨, 然
后 15000×g 离心 30 m in (4℃) , 所用离心机为美国
Beckm an 公司产A van ti30 高速冷冻离心机, 下同。
上清液用于酶活力测定。
内肽酶活性的测定　酶反应体系由以下组分组
成, 100 mmolöL 醋酸缓冲液 (pH = 4. 8) 0. 4 mL ,
pH = 4. 8 的醋酸缓冲液溶解的 0. 05 molöL 牛血红
蛋白 0. 2 mL , 酶液 0. 4 mL。混合反应液于 38℃保
温 1 小时, 然后加 1 mL 10% 的三氯乙酸终止反应
(对照管则在反应前加入三氯乙酸) , 4℃静止 30
m in, 4000×g 离心 10 m in, 上清液用于茚三酮反
应, 用日本产UV 2160A 分光光度计在 570 nm 下测
吸光率。
羧肽酶活性的测定　以马脲酰2L 2苯丙氨酸代
替牛血红蛋白作基质 (马脲酰2L 2苯丙氨酸同样用缓
冲液配制, 浓度为 0. 3% , 用量为 0. 2 mL ) , 其余均
同内肽酶测定。
1. 2. 3　游离氨基酸的测定　　用茚三酮法[ 8 ]。
1. 2. 4 　籽粒蛋白质含量的测定　　用国标
GB 2905282 半微量凯氏法[ 8 ] , 氮的含量测出后, 乘
以 5. 7 即为蛋白质含量。
1. 2. 5　蛋白质组分的测定　　参照何照范的方
法[ 8 ]。称取样品 0. 5g 置于研钵中, 按照清蛋白、球
蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的顺序提取。清蛋白的提
取: 加 2 mL 蒸馏水充分研磨后移入离心管, 振荡
30 m in, 3000×g 离心 15 m in 取上清液。连续提取
3 次后, 并入 50 mL 容量瓶待测。球蛋白、醇溶蛋
白和谷蛋白的提取液分别为 10% 的N aC l、70% 的
乙醇和 0. 2% 的N aOH , 提取过程同清蛋白。在各
提取液中取适量用半微量凯氏法测定蛋白质含量。
1. 2. 6　沉降值　　用中国农业大学产BAU 2A 型
沉降值仪, 依据国标 GB öT 14608293 进行测定。
1. 2. 7　湿面筋含量　　用瑞典产 Z200 型洗涤仪
依据国标 GBöT 14608293 进行测定。
1. 2. 8　面团稳定时间　　用德国B rabender 公司
生产的粉质仪 (型号为 810106002) 作面团粉质图,
然后计算面团稳定时间。
1. 2. 9　农艺性状调查　　收获时调查产量构成因
素并实收计产。
2　结果与讨论
2. 1　旗叶可溶性蛋白质和游离氨基酸的变化
从图 1 可以看出, 小麦旗叶中可溶性蛋白质含
量自挑旗期开始持续下降, 花后 14 天之前各施钾
处理旗叶中可溶性蛋白质含量显著高于对照 (L SD ,
P = 0. 05) , 以处理 2 可溶性蛋白质含量最高, 开花
14 天之后分解速率加快, 说明其向籽粒大量转移,
处理之间差异变小。
小麦旗叶中游离氨基酸总量变化趋势呈马鞍
状。各施钾处理, 在开花 7 天之前, 旗叶中游离氨
基酸总量显著高于对照 (L SD , P = 0. 05) , 之后随
着向籽粒的运转, 含量低于对照, 说明钾促进了旗
叶中可溶性蛋白质降解为游离氨基酸, 并促进其向
籽粒的运转。
Barneix (1993)指出[ 9 ] , 小麦籽粒中含氮量受到
叶片中氮的输出比例的限制, 而不是籽粒内部机制
的限制。张国平则认为, 高钾处理的植株茎内含氮
量低的主要原因是钾促进了氮的转运[ 10 ]。而本试验
中施钾提高了旗叶中可溶性蛋白质的含量, 并促进
其输出, 对提高籽粒蛋白质含量是有利的。钾素在
植株体内主要以离子态存在, 是许多酶的活化剂,
特别是能够促进植株对氮的吸收和同化, 这是钾素
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图 1　　旗叶可溶性蛋白质含量的变化
F ig. 1　　Changes of so luble p ro tein
content in flag leaf
　　
图 2　旗叶游离氨基酸含量的变化
F ig. 2　　Changes of free am ino acid
content in flag leaf
能够提高小麦旗叶中可溶性蛋白质含量的主要原因
之一。
2. 2　旗叶内肽酶和羧肽酶活性的变化
内肽酶和羧肽酶是植物叶片中的蛋白水解
酶[ 11 ]。内肽酶一方面能促进正常细胞中蛋白质的转
移及增强酶原活力, 另一方面在组织衰老期间促进
蛋白质降解, 其降解产物是籽粒氮素的重要来
源[ 12 ]; 羧肽酶则是将短肽从 C 端水解下氨基酸残
基的蛋白水解酶。叶片中氮的调运主要受能够水解
蛋白质和释放氨基酸的蛋白水解酶的作用[ 1 ]。
图 3 表示, 旗叶中内肽酶活性自开花期上升,
花后 28 天达到峰值后迅速下降。各施钾处理, 开花
期旗叶内肽酶活性低于对照 (L SD , P = 0. 05, 下
同) , 开花 7 天之后高于对照, 有利于蛋白质降解。
与内肽酶活性变化趋势不同, 图 4 旗叶羧肽酶
活性自挑旗至开花期略有上升, 之后缓慢下降, 花
后 21 天之后速降。施钾显著提高了羧肽酶活性, 有
利于促进旗叶中由内肽酶水解形成的短肽进一步降
解为游离氨基酸。
图 3　　旗叶内肽酶活性的变化
F ig. 3　　Changes of endopep tidases
activity in flag leaf
图 4　　旗叶羧肽酶活性的变化
F ig. 4　　Changes of carboxypep tidases
activity in flag leaf
2. 3　籽粒游离氨基酸和蛋白质含量的变化
从图 5 可以看出, 在开花后 7 天, 施钾处理的
籽粒游离氨基酸含量极显著高于对照 (L SD , P =
0. 01) , 之后随着游离氨基酸转化为蛋白质的速率
加快 (图 6) , 施钾处理与对照的差异变小, 但是施
钾处理籽粒蛋白质含量却显著高于对照。
2. 4　籽粒蛋白质各组分含量的变化
从表 1 可以看出, 籽粒中清蛋白和球蛋白的含
量在开花后 7 天最高, 之后逐渐下降, 说明这两种
蛋白质的合成期在开花后 7 天之内, 施钾处理的籽
粒清蛋白和球蛋白的含量高于对照。醇溶蛋白和谷
蛋白的合成晚于清蛋白和球蛋白, 醇溶蛋白在开花
7822 期　　　　　　　　　　　　王旭东等: 钾对小麦旗叶蛋白水解酶活性和籽粒品质的影响　　　　　　　　　　　　　　

图 5　　籽粒游离氨基酸总量的变化
F ig. 5　　Changes of to tal free am ino
acid content in grains
图 6　　籽粒蛋白质总量的变化
F ig. 6　　Changes of to tal p ro tein
content in grains
表 1　　籽粒蛋白质各组分含量的变化
Table 1　　Changes of prote in component content in kernel (% )
蛋白质组分
P ro tein
component
处理
T reat2
m ent
开花后天数　Days after anthesis
7 14 21 28 35
K0 7. 82 c 5. 82 a 3. 81 b 2. 78 a 2. 04 b
清蛋白 K1 8. 02 b 4. 98 b 3. 98 a 2. 76 a 2. 12 ab
A lbum in K2 8. 25 a 4. 62 c 4. 07 a 2. 85 a 2. 25 a
K3 8. 13 b 4. 56 c 4. 01 a 2. 75 a 2. 15 ab
K0 5. 75 b 4. 18 c 2. 79 a 1. 68 c 0. 90 b
球蛋白 K1 5. 92 a 4. 37 a 2. 92 a 1. 78 b 0. 98 a
Globulin K2 5. 95 a 4. 37 a 2. 95 a 1. 85 a 1. 03 a
K3 5. 88 ab 4. 28 b 2. 83 a 1. 75 b 0. 93 b
K0 - 1. 78 a 2. 35 c 3. 85 c 5. 05 c
醇溶蛋白 K1 - 1. 85 a 2. 87 a 4. 14 a 5. 87 a
Gliadin K2 - 1. 92 a 2. 56 b 4. 02 b 5. 45 b
K3 - 1. 88 a 2. 62 b 4. 15 a 5. 66 b
K0 1. 65 a 3. 87 c 5. 52 b 6. 31 c 6. 92 c
谷蛋白 K1 1. 69 a 4. 23 a 5. 62 b 6. 47 b 7. 23 b
Glutenin K2 1. 72 a 4. 17 a 5. 85 a 6. 58 a 7. 88 a
K3 1. 66 a 4. 02 b 5. 75 a 6. 54 a 7. 25 b
　　注: 相同的字母代表处理间差异没有达到 5% 显著水平, 下同。
　　Note: D ifferences betw een m eans w ith sam e letters are not
significant at 5% level, the sam e below.
后 7 天时检测不到, 花后 14 天开始增加。施钾处理
增加了醇溶蛋白和谷蛋白的含量。研究表明, 栽培
措施特别是增施氮肥主要增加了贮藏蛋白即醇溶蛋
白和谷蛋白的含量, 对结构蛋白即清蛋白和球蛋白
的影响很小[ 13, 14 ]。而本试验中 K2 处理与对照相比,
对清、球、醇溶和谷蛋白的增加幅度分别为
10. 42%、14. 4%、17. 92% 和 13. 84% , 说明钾素
能够协调提高 4 种蛋白质的含量, 使营养品质和加
工品质均得到提高。
　　清蛋白和球蛋白富含赖氨酸, 醇溶蛋白和谷蛋
白富含谷氨酰胺, 含赖氨酸较少。提高清蛋白和球
蛋白在总蛋白中的比例, 有利于改善营养品质; 提
高醇溶蛋白和谷蛋白的比例, 有利于改善加工品
质[ 15 ]。刘广田 (2000) 指出, 我国小麦品质改良的方
向, 不是提高籽粒蛋白质含量, 而是改善和提高小
麦加工品质[ 16 ]。本文施钾处理提高了籽粒醇溶蛋白
和谷蛋白的含量, 对于改善小麦的加工品质是有利
的。如何利用栽培措施, 提高籽粒中清蛋白和球蛋
白在总蛋白中所占的比例, 改善营养品质; 或者提
高醇溶蛋白和谷蛋白在总蛋白中所占的比例, 改善
加工品质, 以满足对小麦不同品质用途的需要, 是
进一步研究的课题。
2. 5　钾对籽粒品质、产量和钾素增产效率的影响
由表 2 可以看出, 施钾提高了小麦湿面筋含
量、沉降值和面团稳定时间, 增加了籽粒产量。还
可以看出, 施钾最多的 K3 处理品质与产量不是最
优的, 钾素增产效率也不高, 说明施钾过多, 并不
能协调优质、高产、高效的关系, 生产中应切实注意。
过去对于生产中小麦的施肥问题上, 只注重产
量的提高, 因此存在着重氮轻钾倾向。而研究表
明, 在高氮条件, 缺钾使蛋白质合成及含氮化合物
的转运受阻, 氮代谢失调[ 10 ]。因此, 为了在提高产
量的同时, 使蛋白质含量进一步提高, 必须提高钾
肥的比例。在本试验地力条件下, 认为在氮肥总量
为 240 kg 纯氮öhm 2 前提下, 优质、高产、高效的施
钾量为每 hm 2 施 168. 75 kg 左右 K2O , 即适宜的
N K 比例为 1∶0. 7 左右。钾在植物体中是以离子态
存在的, 了解钾素对小麦籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶
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表 2　　不同施钾处理对小麦籽粒品质、产量和钾素增产率的影响
Table 2　　Effects of different treatment on kernel qual ity, kernel y ield, and yield increasing rate of potassium
处理
T reatm ent
湿面筋
W et
gluten
(% )
沉降值
Sedim entation
(mL )
　
面团稳定时间
Stability
tim e
(m in)
籽粒产量
Kernel
yield
(kgöhm 2) 钾素增产率Yield increasing rateof po tassium(kgökg K2O )
K0 40. 75 c 38. 25 b 8. 0 b 7322. 40 c -
K1 42. 56 a 42. 18 a 8. 5 ab 7958. 85 b 5. 6 b
K2 42. 38 a 43. 65 a 9. 0 a 8237. 40 a 6. 3 a
K3 41. 93 b 41. 74 a 8. 1 b 8137. 70 a 3. 6 c
　　3 : 钾素增产率= [ (施钾处理产量- 对照产量) ö施 K2O 数量 ]×100%
　　3 : Yield increasing rate of po tassium = [ (yield w ith potassium - contro l yield) öapp lied K2O amount ]×100%
蛋白和谷蛋白的调节机制, 对改善小麦品质有重要
意义。
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