含硫氨基酸对小麦籽粒蛋白品质的影响及其生理机制的研究
以小麦品种扬麦16为材料，以不施用硫肥处理为对照，研究了半胱氨酸单独施用和与无机硫配合施用对小麦产量、蛋白品质及其生理机制的影响。研究表明硫肥的施用能够在不同程度上提高总蛋白及蛋白组分的含量，对GMP的含量也有一定程度的提高，其中S60 和Cys60处理对GMP含量提升的效果较明显。施硫肥对低分子量麦谷蛋白亚基的影响较为显著，但对高分子量麦谷蛋白亚基的影响不显著。硫对硫代谢关键酶乙酰丝氨酸裂解酶活性的影响较为显著，施用硫后显著提升开花期至花后21天酶的活性，21天后至收获，施硫处理酶活与对照相比基本一致。硫对NR和GS的影响不大，各处理与对照差异不显著。综上，基施S60 、Cys60处理效果较好。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 供试材料与实验设计2
1.2 取样2
1.3 测定项目与方法3
1.4 项目测定及方法3
1.5数据分析3
2 结果与讨论3
2.1 对产量及其构成因素的影响3
2.2 对蛋白质及其组分含量的影响4
2.3 对GMP含量的影响4
2.4 对高低分子量麦谷蛋白亚基含量的影响4
2.5对硝酸还原酶的影响5
2.6对谷氨酰胺合成酶的影响5
2.7乙酰丝氨酸裂解酶的影响6
3 讨论7
4 结论7
致谢8
参考文献8
图14
图24
图35
图46
图56
表12
表23
表34
含硫氨基酸对小麦籽粒蛋白品质的影响及其生理机制的研究
引言
小麦是我国重要的粮食作物，近年来，我国小麦产量稳步提高，但品质未能同步改良，改善小麦品质将是下一步的研究重点。
硫对小麦品质有重要的改善作用，一般而言，土壤中硫元素的补充，主要包括大气环境对土壤硫的补充，含硫肥料的应用及生物返还。近年来，随着含硫肥料应用的减
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少、大气对土壤硫输入的减少以及作物产量的大幅提高等因素，土壤缺硫已成常态，这引起了研究学者对硫的重视[1, 2]。近十年来，国内外学者对作物的产量、品质、生长发育在缺硫情况的响应进行了研究，特别是对蛋白品质、面团流变学特性及氨基酸组成等直接影响小麦品质的方面进行了深入的研究。刘宝存、赵首萍等[7,8]研究发现，硫肥的施用在一定范围内与籽粒中含硫氨基酸的含量呈正相关，不含硫氨基酸的含量也因硫肥的施用而有所提高，并能提高总氨基酸的含量。李府[6]等研究表明增施硫肥提高了小麦籽粒中醇溶蛋白、谷蛋白和清蛋白的含量。
氨基酸中含有氮素、硫素等，可以作为植物的氮源、硫源，为植物提供更优质的营养元素[35]。因此氨基酸营养液也经常被作为一种速效肥料，和固体肥料相比，它能够快速有效地被植物吸收，效果较佳。关于氨基酸对于蛋白品质和麦谷蛋白大聚合体的影响方面的研究较少，但是作为蛋白质合成的直接底物，氨基酸的供应水平也必然影响麦谷蛋白亚基的积累，特别是籽粒氮代谢关键酶GS（谷氨酰胺合成酶）和GPT（谷丙转氨酶）活性。而半胱氨酸作为一种含硫氨基酸，其供应水平及其合成关键酶SAT和OASTL活性，必然影响着HMWGS和LMWGS中不同类型亚基（特别是巯基数目不同的亚基）的表达水平，还影响着HMWGS/LMWGS比例和不同类型亚基的相对数目（直接决定着游离巯基的数目），进而影响麦谷蛋白聚合体中二硫键的数目，最终影响GMP的积累和粒度分布。
硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）是氮代谢关键酶，参与了多个氮代谢途径。硫代谢关键酶主要是丝氨酸转移酶（SAT）和乙酰丝氨酸硫裂解酶（OASTL）,这两个酶在参与合成半胱氨酸底物的反应中起了重要作用。祝小捷[34]的研究表明在适量的氮水平下施硫能够促进小麦体内硝酸还原酶的生成和激活，提高了小麦氮素同化能力。朱云集[35]的研究表明高氮条件下施硫提高了小麦旗叶GS的活性，促进氮代谢，并且两种供氮水平下的旗叶OASS活性都随着施硫量的增加而下降。
本试验以扬麦16为材料，探究了无机硫和半胱氨酸的不同配比施用对小麦品质的影响，尤其是对麦谷蛋白大聚合体的调控效应以及生理机制的研究，为小麦优质高产栽培技术提供新的理论和技术参考。
1 材料与方法
1．1 供试材料
该实验品种为中筋小麦品种扬麦16。
1. 2 试验设计
试验地点位于江苏省南京市浦口区汤泉镇汤泉农场（32°05’48.70’’N，118°27’40.03’’E）。前茬作物为水稻。试验土壤的养分含量如下：全氮0.113%，碱解氮57mg kg1，速效磷40.3mg kg1，速效钾288.07 mg kg1，有机质1.57%，有效硫16.38 mg kg1。
该试验在汤泉农场进行，播种时间2014年11月17日，收获时间2015年5月28日。播种前每公顷基施纯氮120kg，磷肥（P2O5）120kg，钾肥（K2O）180kg，拔节期追肥纯氮120kg。田间播种采用精密播种机条播，行距20cm，播种后亩基本苗240万/hm2。田间管理参照当地常规栽培技术手段。
试验设置六个处理，分别为不施用硫肥的对照（S0），60kg hm2纯无机硫（S60），无机硫45kg hm2和半胱氨酸15kg hm2（S45Cys15），无机硫30kg hm2和半胱氨酸30kg hm2（S30Cys30），无机硫15kg hm2和半胱氨酸45kg hm2 (S15Cys45)，半胱氨酸60kg hm2 (Cys60)。试验采用的是随机区组设计，每个处理设置三次重复，小区面积为3.2m * 3m=9.6m2，总计18个小区。
表1 试验设计
Table 1 Experiment design
处理
半胱氨酸和无机硫肥用量均指其中的硫元素含量
S0
不施硫肥
S60
无机硫60kg hm2
S45Cys15
半胱氨酸15kg hm2和无机硫肥45kg hm2，比例1:3
S30Cys30
半胱氨酸30kg hm2和无机硫肥30kg hm2，比例1:1
S15Cys45
半胱氨酸45kg hm2和无机硫肥15kg hm2，比例3:1
Cys60
半胱氨酸60kg hm2
1.3取样方法
成熟期按小区收获籽粒，室温放置一定时间，清除杂质，使用FSJ1型粮食实验粉碎机（河北涿州粮油机械厂）制成面粉，然后使用YFS08验粉筛（100目）过筛，用于相关指标的测定。
1.4项目测定及方法
1．4．1 蛋白组分及含量的测定 根据蛋白质在各种溶剂中的溶解性的不同，参照苏珮[9]等的连续提取法。
1．4．2 GMP含量的测定 本试验参照孙辉[10]，Don[11]等的方法。称取面粉0.05g，缓慢加入1.5 ml的1.5%的SDS溶液，充分涡旋，常温下静置35分钟后，15500g离心30 min，弃上清液，然后加入2 ml SDS溶液，缓慢晃动清洗试管底部的沉淀物，完毕后倒掉上清液，重复一次，后加入0.2% NaOH溶液，涡旋完全后静置30 min，静置过程中晃动若干次，后加入3ml双缩脲试剂，摇匀，在40°C水浴锅中静置20 min(不可晃动)，最后3500rpm离心10 min，540nm比色。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 供试材料与实验设计2
1.2 取样2
1.3 测定项目与方法3
1.4 项目测定及方法3
1.5数据分析3
2 结果与讨论3
2.1 对产量及其构成因素的影响3
2.2 对蛋白质及其组分含量的影响4
2.3 对GMP含量的影响4
2.4 对高低分子量麦谷蛋白亚基含量的影响4
2.5对硝酸还原酶的影响5
2.6对谷氨酰胺合成酶的影响5
2.7乙酰丝氨酸裂解酶的影响6
3 讨论7
4 结论7
致谢8
参考文献8
图14
图24
图35
图46
图56
表12
表23
表34
含硫氨基酸对小麦籽粒蛋白品质的影响及其生理机制的研究
引言
小麦是我国重要的粮食作物，近年来，我国小麦产量稳步提高，但品质未能同步改良，改善小麦品质将是下一步的研究重点。
硫对小麦品质有重要的改善作用，一般而言，土壤中硫元素的补充，主要包括大气环境对土壤硫的补充，含硫肥料的应用及生物返还。近年来，随着含硫肥料应用的减
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少、大气对土壤硫输入的减少以及作物产量的大幅提高等因素，土壤缺硫已成常态，这引起了研究学者对硫的重视[1, 2]。近十年来，国内外学者对作物的产量、品质、生长发育在缺硫情况的响应进行了研究，特别是对蛋白品质、面团流变学特性及氨基酸组成等直接影响小麦品质的方面进行了深入的研究。刘宝存、赵首萍等[7,8]研究发现，硫肥的施用在一定范围内与籽粒中含硫氨基酸的含量呈正相关，不含硫氨基酸的含量也因硫肥的施用而有所提高，并能提高总氨基酸的含量。李府[6]等研究表明增施硫肥提高了小麦籽粒中醇溶蛋白、谷蛋白和清蛋白的含量。
氨基酸中含有氮素、硫素等，可以作为植物的氮源、硫源，为植物提供更优质的营养元素[35]。因此氨基酸营养液也经常被作为一种速效肥料，和固体肥料相比，它能够快速有效地被植物吸收，效果较佳。关于氨基酸对于蛋白品质和麦谷蛋白大聚合体的影响方面的研究较少，但是作为蛋白质合成的直接底物，氨基酸的供应水平也必然影响麦谷蛋白亚基的积累，特别是籽粒氮代谢关键酶GS（谷氨酰胺合成酶）和GPT（谷丙转氨酶）活性。而半胱氨酸作为一种含硫氨基酸，其供应水平及其合成关键酶SAT和OASTL活性，必然影响着HMWGS和LMWGS中不同类型亚基（特别是巯基数目不同的亚基）的表达水平，还影响着HMWGS/LMWGS比例和不同类型亚基的相对数目（直接决定着游离巯基的数目），进而影响麦谷蛋白聚合体中二硫键的数目，最终影响GMP的积累和粒度分布。
硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）是氮代谢关键酶，参与了多个氮代谢途径。硫代谢关键酶主要是丝氨酸转移酶（SAT）和乙酰丝氨酸硫裂解酶（OASTL）,这两个酶在参与合成半胱氨酸底物的反应中起了重要作用。祝小捷[34]的研究表明在适量的氮水平下施硫能够促进小麦体内硝酸还原酶的生成和激活，提高了小麦氮素同化能力。朱云集[35]的研究表明高氮条件下施硫提高了小麦旗叶GS的活性，促进氮代谢，并且两种供氮水平下的旗叶OASS活性都随着施硫量的增加而下降。
本试验以扬麦16为材料，探究了无机硫和半胱氨酸的不同配比施用对小麦品质的影响，尤其是对麦谷蛋白大聚合体的调控效应以及生理机制的研究，为小麦优质高产栽培技术提供新的理论和技术参考。
1 材料与方法
1．1 供试材料
该实验品种为中筋小麦品种扬麦16。
1. 2 试验设计
试验地点位于江苏省南京市浦口区汤泉镇汤泉农场（32°05’48.70’’N，118°27’40.03’’E）。前茬作物为水稻。试验土壤的养分含量如下：全氮0.113%，碱解氮57mg kg1，速效磷40.3mg kg1，速效钾288.07 mg kg1，有机质1.57%，有效硫16.38 mg kg1。
该试验在汤泉农场进行，播种时间2014年11月17日，收获时间2015年5月28日。播种前每公顷基施纯氮120kg，磷肥（P2O5）120kg，钾肥（K2O）180kg，拔节期追肥纯氮120kg。田间播种采用精密播种机条播，行距20cm，播种后亩基本苗240万/hm2。田间管理参照当地常规栽培技术手段。
试验设置六个处理，分别为不施用硫肥的对照（S0），60kg hm2纯无机硫（S60），无机硫45kg hm2和半胱氨酸15kg hm2（S45Cys15），无机硫30kg hm2和半胱氨酸30kg hm2（S30Cys30），无机硫15kg hm2和半胱氨酸45kg hm2 (S15Cys45)，半胱氨酸60kg hm2 (Cys60)。试验采用的是随机区组设计，每个处理设置三次重复，小区面积为3.2m * 3m=9.6m2，总计18个小区。
表1 试验设计
Table 1 Experiment design
处理
半胱氨酸和无机硫肥用量均指其中的硫元素含量
S0
不施硫肥
S60
无机硫60kg hm2
S45Cys15
半胱氨酸15kg hm2和无机硫肥45kg hm2，比例1:3
S30Cys30
半胱氨酸30kg hm2和无机硫肥30kg hm2，比例1:1
S15Cys45
半胱氨酸45kg hm2和无机硫肥15kg hm2，比例3:1
Cys60
半胱氨酸60kg hm2
1.3取样方法
成熟期按小区收获籽粒，室温放置一定时间，清除杂质，使用FSJ1型粮食实验粉碎机（河北涿州粮油机械厂）制成面粉，然后使用YFS08验粉筛（100目）过筛，用于相关指标的测定。
1.4项目测定及方法
1．4．1 蛋白组分及含量的测定 根据蛋白质在各种溶剂中的溶解性的不同，参照苏珮[9]等的连续提取法。
1．4．2 GMP含量的测定 本试验参照孙辉[10]，Don[11]等的方法。称取面粉0.05g，缓慢加入1.5 ml的1.5%的SDS溶液，充分涡旋，常温下静置35分钟后，15500g离心30 min，弃上清液，然后加入2 ml SDS溶液，缓慢晃动清洗试管底部的沉淀物，完毕后倒掉上清液，重复一次，后加入0.2% NaOH溶液，涡旋完全后静置30 min，静置过程中晃动若干次，后加入3ml双缩脲试剂，摇匀，在40°C水浴锅中静置20 min(不可晃动)，最后3500rpm离心10 min，540nm比色。
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