孫其松，黃　潔，吳曉靜，江海東，周　琴

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部南方作物生理生態(tài)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,江蘇省信息農(nóng)業(yè)高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京　210095

不同酸度酸雨對(duì)小麥花后氮硫代謝和籽粒蛋白組分的影響

孫其松，黃潔，吳曉靜，江海東，周琴*

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部南方作物生理生態(tài)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,江蘇省信息農(nóng)業(yè)高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京210095

摘要:酸雨是中國(guó)重要的環(huán)境問(wèn)題，為研究酸雨對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的可能影響，以小麥品種揚(yáng)麥15和汶農(nóng)17為材料開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，研究了不同酸度(pH2.5、pH4.0和pH5.6)酸雨對(duì)小麥花后氮硫代謝關(guān)鍵酶活性和籽粒蛋白質(zhì)含量及組分的影響。結(jié)果顯示：酸雨處理抑制葉片硝酸還原酶(NR)活性，提高了揚(yáng)麥15整個(gè)灌漿期及汶農(nóng)17灌漿中后期葉片谷氨酰胺合成酶(GS)活性，促進(jìn)了葉片蛋白的降解，降低了葉片可溶性蛋白含量。不同酸度酸雨提高了成熟期籽粒中蛋白質(zhì)含量，酸度越強(qiáng)，增加幅度越大，籽粒中各蛋白組分含量和大部分氨基酸含量也有明顯提高。酸雨提高了揚(yáng)麥15葉片絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(SAT)和O-乙酰絲氨酸硫裂解酶(OAS-TL)活性，但對(duì)汶農(nóng)17硫代謝關(guān)鍵酶活性影響較小，酸雨處理還提高了籽粒中二硫鍵和含硫氨基酸含量?？梢?jiàn)酸雨對(duì)小麥氮硫代謝有不同程度影響，進(jìn)而影響了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和組成，酸度越強(qiáng)影響越大，但不同品種對(duì)酸雨響應(yīng)有一定差異。

關(guān)鍵詞：酸雨；花后；小麥；氮硫代謝；蛋白質(zhì)組分

1材料與方法

1.1供試材料

供試小麥品種為汶農(nóng)17和揚(yáng)麥15。汶農(nóng)17，強(qiáng)筋、偏冬性、中晚熟品種，由泰安市汶農(nóng)種業(yè)有限責(zé)任公司培育；揚(yáng)麥15，弱筋、春性、中熟小麥品種，由江蘇里下河地區(qū)農(nóng)科所培育。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

開(kāi)花期選擇同一天開(kāi)花且生長(zhǎng)一致麥穗掛牌標(biāo)記。分別于開(kāi)花后0、5、10、15、25和30 d取旗葉，花后 10、15、20、25、30 d和 35 d 取麥穗，用液氮固定后-40℃保存，旗葉去除基部和葉尖，留中間部分，穗子剝?nèi)幕繑?shù)起第5—12個(gè)小穗的第1、2位籽粒，用于各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。同時(shí)取干樣，分器官后于105℃殺青30min后，70℃烘至恒重，干燥貯藏備用。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

游離氨基酸含量測(cè)定采用茚三酮比色法[13]，可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G- 250法[13]。硝酸還原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性測(cè)定參照現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[14]。小麥籽粒中各氨基酸組分含量用氨基酸自動(dòng)分析儀(GB 7649—87)測(cè)定，蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用半微量凱氏定氮法[14]，以全氮量乘以5.7即為籽粒蛋白質(zhì)含量，蛋白質(zhì)組分采用連續(xù)提取法[15]。

絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶和O-乙酰絲氨酸硫裂解酶活性測(cè)定參照Hartmann方法測(cè)定[16]，具體步驟如下：稱取旗葉葉片鮮重1.0g左右置于預(yù)先冷凍過(guò)的研缽中，加入少量預(yù)冷的經(jīng)酸洗過(guò)的石英砂和3mL提取液(30mmol/LTris-HCl，內(nèi)含10 mmol/L的 DTT)，冰浴下研磨至勻漿，倒入離心管，4℃下14000r/min離心20 min。

O-乙酰絲氨酸硫裂解酶活性測(cè)定：取上清液0.1 mL，加入0.1 mL 反應(yīng)液(50 mmol/L的K2HPO4-KH2PO4(pH7.5)，5 mmol/L DTT，10 mmol/L O-乙酰絲氨酸，2 mmol/L Na2S)。25℃條件下培養(yǎng)10min，50μL 20%(重量體積比)TCA(三氯乙酸)終止反應(yīng)，4℃下14000r/min離心20min，蛋白質(zhì)被沉淀出來(lái)。上清液轉(zhuǎn)移到試管中，加入100μL濃縮的醋酸和200μL水合茚三酮試劑(250mg水合茚三酮溶解在10 mL的濃縮醋酸與濃鹽酸(體積比6∶4)中。試管放在煮沸水中煮沸10min，加入550μL 95%(體積比)乙醇，然后迅速冷卻。以半胱氨酸做標(biāo)準(zhǔn)曲線，560nm下測(cè)吸光度，然后計(jì)算O-乙酰絲氨酸硫裂解酶的活性。

絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶活性測(cè)定：取上清液 0.1mL，加入0.1mL 反應(yīng)液(4 mmol/L絲氨酸，2 mmol/L乙酰輔酶A，50 mmol/L的K2HPO4-KH2PO4(PH7.5)，0.5 mmol/LDTT 和1 mmol/L Na2S)。25℃條件下培養(yǎng)30min，50μL 20% (w/v)TCA(三氯乙酸)終止反應(yīng)，4℃下14000r/min離心20min，蛋白質(zhì)被沉淀出來(lái)。上清液轉(zhuǎn)移到試管中，加入100μL濃縮的醋酸和200μL水合茚三酮試劑(250mg水合茚三酮溶解10 mL的濃縮醋酸與濃鹽酸(體積比6∶4)中。試管放在煮沸水中煮沸10min，加入550μL 95%乙醇，然后迅速冷卻。以半胱氨酸做標(biāo)準(zhǔn)曲線，560nm下測(cè)吸光度，然后計(jì)算絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶的活性。

二硫鍵、硫氫鍵含量測(cè)定采用Ellman′S試劑比色法測(cè)定[17]。具體步驟如下：稱取100 mg面粉，用1 mL Tris-Gly緩沖液溶解混勻后加入4.7 g鹽酸胍，并用此緩沖液定容至10mL。

—SH含量測(cè)定:取該溶液1 mL，加4 mL脲-鹽酸胍溶液和0.05 mL Ellman′S試劑，于412 nm處比色(以不含蛋白的Tris-Gly 緩沖液作對(duì)照)。

—S—S—的測(cè)定:取該溶液1 mL，加0.05 mL巰基乙醇和4 mL脲-鹽酸胍溶液，25℃保溫1h，加10mL 12%TCA，繼續(xù)25℃保溫1h，4000r/min離心10 min，用5 mL 12%TCA清洗沉淀物兩次，將沉淀物溶于10 mL 10 mol/L脲溶液中，加0.05 mL Ellman′S試劑，412 nm處比色測(cè)總—SH含量。

—SH含量計(jì)算公式:

—SH(μmol /g)=73.53×A412×D/C

—S—S—含量的計(jì)算方法:

—S—S—(μmol/g)=1/2(N2-N1)

式中，A412為412 nm 處的吸光值；D為稀釋因子；C為樣品濃度。N1為原有—SH 含量；N2為還原后的總—SH含量。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并用SPSS18.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行兩因素的方差分析，處理間均值的多重比較用Duncan 新復(fù)極差法，試驗(yàn)結(jié)果是3次重復(fù)的平均值。

2結(jié)果與分析2.1酸雨對(duì)小麥氮代謝過(guò)程的影響2.1.1酸雨對(duì)小麥葉片游離氨基酸含量的影響

兩個(gè)品種小麥葉片游離氨基酸含量總體均呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，在花后10d達(dá)到最大值，隨后均迅速降低(圖1)。灌漿初期酸雨顯著提高了汶農(nóng)17葉片中游離氨基酸含量，隨后低于對(duì)照，花后30d后，下降幅度小于對(duì)照。揚(yáng)麥15在整個(gè)灌漿期酸雨處理游離氨基酸含量高于對(duì)照，酸度越高游離氨基酸含量越高。

圖1　不同酸度酸雨對(duì)小麥葉片游離氨基酸含量的影響Fig.1　Effect of different acidity acid rain on free amino acid content in leaf of wheat 圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

2.1.2酸雨對(duì)小麥葉片可溶性蛋白含量的影響

兩個(gè)品種小麥葉片可溶性蛋白含量隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)不斷下降，酸雨降低了可溶性蛋白質(zhì)含量，隨酸雨酸度增強(qiáng)可溶性蛋白質(zhì)含量下降幅度增大(圖2)。pH2.5酸雨處理后，汶農(nóng)17中可溶性蛋白含量自花后10d起分別較對(duì)照降低了26.58%、28.37%、42.08%、55.94%和63.59%，均與對(duì)照差異顯著；揚(yáng)麥15中可溶性蛋白含量自花后10d起分別較對(duì)照下降了21.31%、11.14%、22.94%、39.64%和30.99%(P<0.05)。

圖2　不同酸度酸雨對(duì)小麥葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.2　Effect of different acidity acid rain on soluble protein content in leaf of wheat

2.1.3酸雨對(duì)小麥葉片硝酸還原酶(NR)活性的影響

開(kāi)花后兩個(gè)品種小麥葉片NR活性不斷下降，酸雨降低了NR活性(圖3)。pH2.5酸雨處理后，兩個(gè)品種小麥NR活性下降明顯，汶農(nóng)17酶活性下降的幅度遠(yuǎn)大于揚(yáng)麥15，花后10d汶農(nóng)17和揚(yáng)麥15 NR活性分別比對(duì)照低30.28%和23.69%。灌漿末期兩個(gè)品種小麥NR活性受酸雨影響相對(duì)較小。

2.1.4酸雨對(duì)小麥葉片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影響

兩個(gè)品種小麥葉片GS活性呈先緩慢上升后快速上升趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在花后25d，隨后酶活性迅速下降(圖4)。酸雨對(duì)GS活性影響因品種而異，花后0—15d時(shí)酸雨提高了揚(yáng)麥15 GS活性，pH2.5酸雨處理降低了汶農(nóng)17 GS活性?；ê?0d后，酸雨處理提高了兩品種GS活性，均與對(duì)照差異顯著，花后25d時(shí)pH4.0和pH2.5酸雨處理使汶農(nóng)17 GS活性分別提高了7.32%和14.48%，揚(yáng)麥15 GS活性分別提高了8.44%和20.05%。

圖3　不同酸度酸雨對(duì)小麥葉片硝酸還原酶活性的影響Fig.3　Effect of different acidity acid rain on NR activity in leaf of wheat

圖4　不同酸度酸雨對(duì)小麥葉片谷氨酰胺合成酶活性的影響Fig.4　Effect of different acidity acid rain on GS activity in leaf of wheat

2.2酸雨對(duì)小麥硫素代謝的影響

2.2.1酸雨對(duì)小麥葉片絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(SAT)活性的影響

兩個(gè)品種小麥葉片SAT活性均隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)，呈先上升后降低趨勢(shì)，花后25d酶活性達(dá)到峰值(圖5)。酸雨對(duì)SAT活性的影響因品種而異，整個(gè)灌漿期，酸雨對(duì)汶農(nóng)17 SAT活性影響較小。花后15d后，酸雨顯著提高了揚(yáng)麥15 SAT活性?；ê?5、20、25、30d時(shí)pH4.0酸雨處理與對(duì)照相比SAT活性分別提高43.94%、31.69%、22.34%、17.44%，pH2.5酸雨處理與對(duì)照相比SAT活性分別提高83.96%、58.47%、26.23%、19.06%，表明隨著酸雨酸度提高，揚(yáng)麥15 SAT活性升高。

2.2.2酸雨對(duì)小麥葉片O-乙酰絲氨酸硫裂解酶(OAS-TL)活性的影響

汶農(nóng)17 OAS-TL活性變化趨勢(shì)與SAT活性變化類(lèi)似，不同酸雨處理間差異不顯著(圖6)，表明酸雨對(duì)汶農(nóng)17葉片 OAS-TL的影響較小。酸雨提高了揚(yáng)麥15葉片 OAS-TL活性，且隨著酸度的增加酶活性升高，pH4.0酸雨處理酶活性與對(duì)照相比差異基本不顯著?；ê?5—20d，pH2.5酸雨處理酶活性顯著高于其它兩個(gè)處理。

圖5　不同酸度酸雨對(duì)小麥葉片絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的影響Fig.5　Effect of different acidity acid rain on SAT activity in leaf of wheat

圖6　不同酸度酸雨對(duì)小麥葉片O-乙酰絲氨酸硫裂解酶活性的影響Fig.6　Effect of different acidity acid rain on OAS-TL activity in leaf of wheat

2.3酸雨對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及氨基酸含量的影響

2.3.1酸雨對(duì)小麥籽?？傆坞x氨基酸含量的影響

小麥籽粒游離氨基酸含量隨著灌漿進(jìn)程推進(jìn)不斷下降(圖7)。灌漿前期pH2.5酸雨處理降低了籽粒氨基酸含量，花后10d時(shí)，汶農(nóng)17和揚(yáng)麥15 pH2.5酸雨處理游離氨基酸含量分別比對(duì)照低24.92%和17.44%(P<0.05)。灌漿中后期對(duì)照游離氨基酸含量下降速度高于酸雨處理?；ê?5d，汶農(nóng)17 pH4.0和pH2.5酸雨處理游離氨基酸含量與對(duì)照相比分別高66.61%和134.28%，揚(yáng)麥15 pH4.0和pH2.5酸雨處理游離氨基酸含量與對(duì)照相比分別高25.4%和47.01%。

2.3.2酸雨對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及其組分的影響

從表1中可以看出，酸雨能顯著降低兩個(gè)品種小麥籽粒產(chǎn)量，pH4.0、pH2.5酸雨處理使汶農(nóng)17籽粒產(chǎn)量較對(duì)照依次下降了3.48%、13.73%，揚(yáng)麥15籽粒產(chǎn)量依次下降了2.17%、8.16%。說(shuō)明兩個(gè)品種小麥籽粒產(chǎn)量隨酸度升高而降低，酸雨對(duì)汶農(nóng)17籽粒產(chǎn)量影響更大。酸雨顯著提高了兩個(gè)品種小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，但對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量影響因品種而異，酸雨顯著升高了揚(yáng)麥15蛋白質(zhì)產(chǎn)量，pH2.5酸雨處理降低汶農(nóng)17蛋白質(zhì)產(chǎn)量。酸雨提高了清蛋白、球蛋白含量、醇溶蛋白、谷蛋白含量，且隨著pH值的降低，4種蛋白組分升高的幅度增大。

圖7　不同酸度酸雨對(duì)小麥籽粒游離氨基酸含量的影響Fig.7　Effect of different acidity acid rain on free amino acid content in grains of wheat

品種Cultivar處理Treatment產(chǎn)量Yield/(g/株)蛋白質(zhì)產(chǎn)量Proteinyield/(g/株)總蛋白質(zhì)Protein/%清蛋白Albumin/%球蛋白Globulin/%醇溶蛋白Gliadin/%谷蛋白Glutenin/%pH5.62.26c0.30c13.26c2.38b1.02c4.68c3.03c汶農(nóng)17pH4.02.18d0.31c13.91b2.53b1.34a4.85b3.44bPH2.51.95e0.28d14.48a2.85a1.37a5.02a3.74apH5.63.05a0.35b12.50d1.92c0.88d3.52e2.83d揚(yáng)麥15pH4.02.99a0.40a13.32c2.23b1.05c3.67e3.05cpH2.52.80b0.39a13.98b2.44b1.22b3.90d3.66a

表中數(shù)值為平均值(n=3)，相同字母表示差異不顯著，小寫(xiě)字母表示P﹤0.05

2.3.3酸雨對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含硫氨基酸和二硫鍵含量的影響

小麥籽粒含硫氨基酸主要是半胱氨酸和甲硫氨酸，從表2中可以看出，酸雨顯著提高了揚(yáng)麥15含硫氨基酸含量，酸度越高含硫氨基酸含量越高，汶農(nóng)17不同處理間含硫氨基酸含量差異不顯著。兩個(gè)品種小麥籽粒中的硫氫鍵和二硫鍵含量隨著酸雨酸度升高而上升，pH4.0和pH2.5酸雨處理使汶農(nóng)17硫氫鍵含量與對(duì)照相比增加了5.97%和7.93%，揚(yáng)麥15增加了4.84%和7.63%。pH4.0和pH2.5酸雨處理使汶農(nóng)17二硫鍵含量比對(duì)照增加了3.47%和6.16%，揚(yáng)麥15增加了2.93%和4.61%。表明和揚(yáng)麥15相比，酸雨更能提高汶農(nóng)17硫氫鍵和二硫鍵含量。

2.3.4酸雨對(duì)小麥籽粒組成蛋白質(zhì)氨基酸組分含量的影響

從表3中可以看出，酸雨對(duì)小麥籽粒中組成蛋白質(zhì)其余氨基酸含量有較大影響。在pH4.0和pH2.5酸雨處理下，汶農(nóng)17籽粒組成蛋白質(zhì)其余氨基酸含量較對(duì)照依次增加了4.83%和8.57%，揚(yáng)麥15較對(duì)照依次增加了14.52%和22.14%，說(shuō)明酸雨使揚(yáng)麥15組成蛋白質(zhì)其余氨基酸含量增加的幅度大于汶農(nóng)17，且籽粒中組成蛋白質(zhì)其余氨基酸含量隨著酸度升高而升高。

表2　不同酸度酸雨對(duì)小麥含硫氨基酸和二硫鍵含量的影響

表中數(shù)值為平均值(n=3)，相同字母表示差異不顯著，小寫(xiě)字母表示P﹤0.05

表3　不同酸度酸雨對(duì)品種小麥籽粒其余氨基酸含量的影響

蘇氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸是必需氨基酸，酸雨提高兩個(gè)品種小麥必需氨基酸含量，說(shuō)明酸雨一定程度上可以提高小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

3討論

酸雨改變了植物生長(zhǎng)的環(huán)境，打破了其內(nèi)部的酸堿平衡，造成植物形態(tài)和生理機(jī)能的損傷[8]，引起植株生物量或產(chǎn)量的下降。本研究結(jié)果顯示在酸雨脅迫下，小麥產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，尤其是pH2.5酸雨處理產(chǎn)量顯著下降，與前人研究結(jié)論一致[5,12]。不同品種對(duì)酸雨響應(yīng)程度不同，本研究中酸雨對(duì)汶農(nóng)17產(chǎn)量影響大于揚(yáng)麥15。

酸雨對(duì)植物除了具有酸度脅迫效應(yīng)，也具有氮、硫元素的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)，在一定程度上影響植物的氮硫代謝。酸雨對(duì)植物氮代謝影響比較復(fù)雜，有研究顯示，酸雨處理抑制了杜仲硝酸還原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)等氮代謝關(guān)鍵酶活性[18- 19]，降低了小麥葉片氨基酸、可溶性蛋白含量[5]和葉片的含氮量[6,19]。但也有研究顯示酸雨對(duì)氮的累積沒(méi)有影響[18]或能提高了小麥根系和地上部的含N量[20]及小麥籽粒蛋白質(zhì)含量[12]。本研究結(jié)果顯示強(qiáng)酸雨(pH2.5)處理降低了小麥葉片NR活性和可溶性蛋白含量，表明酸雨可能抑制了葉片蛋白的合成，與前人研究結(jié)果基本一致[21]。葉片可溶性蛋白含量的下降也有可能由于酸脅迫下蛋白質(zhì)的水解加劇所致。本研究結(jié)果顯示酸雨處理提高了揚(yáng)麥15整個(gè)灌漿期和汶農(nóng)17灌漿中后期旗葉GS活性。GS是一種多功能酶，它與氮高效利用、作物耐逆特性密切相關(guān)[22]。GS活性提高可促進(jìn)葉片蛋白降解形成谷氨酰胺，進(jìn)而運(yùn)輸?shù)阶蚜榈鞍踪|(zhì)合成提供底物，這也可能是酸雨處理后葉片游離氨基酸含量不同程度升高及籽粒蛋白質(zhì)含量升高的原因。

綜上所述，花后不同酸度酸雨降低了小麥籽粒產(chǎn)量，對(duì)小麥氮硫代謝也產(chǎn)生了一定影響。酸雨處理抑制了葉片NR活性，在灌漿中后期提高了葉片GS活性，促進(jìn)氮素的分解轉(zhuǎn)移，為籽粒蛋白質(zhì)合成提供底物，總體提高了籽粒氨基酸組分、籽粒蛋白質(zhì)含量及組分的含量、含硫氨基酸和二硫鍵的含量，有利于兩品種小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提高，但對(duì)兩品種小麥加工品質(zhì)有不同影響。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]Wang Y P, Wang Y, Kai W B, Zhao B, Chen P, Sun L, Ji K, Li Q, Dai S J, Sun Y F, Wang Y D, Pei Y L, Leng P. Transcriptional regulation of abscisic acid signal core components during cucumber seed germination and under Cu2+, Zn2+, NaCl and simulated acid rain stresses. Plant Physiology and Biochemistry, 2014, 76: 67- 76.

[2]Ministry of Environmental Protection of the People′s Republic of China. 2012 Report on the State of the Environment in China. 2013.

[3]Lv Y N, Wang C Y, Jia Y Y, Wang W W, Ma X, Du J J, Pu G Z, Tian X J. Effects of sulfuric, nitric, and mixed acid rain on litter decomposition, soil microbial biomass, and enzyme activities in subtropical forests of China. Applied Soil Ecology, 2014, 79: 1- 9.

[4]Chen J, Wang W H, Liu T W, Wu F H, Zheng H L. Photosynthetic and antioxidant responses of Liquidambar formosana and schima superba seedlings to sulfuric-rich and nitric-rich simulated acid rain. Plant Physiology and Biochemistry, 2013, 64: 41- 51.

[5]麥博儒, 鄭有飛, 梁駿, 劉霞, 李璐, 鐘燕川. 模擬酸雨對(duì)小麥葉片同化物、生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 19(10): 2227- 2233.

[6]童貫和, 梁惠玲. 模擬酸雨及其酸化土壤對(duì)小麥幼苗體內(nèi)可溶性糖和含氮量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16(8): 1487- 1492.

[7]梁曉琴, 劉建, 丁文娟, 常瑞英, 王仁卿. 模擬酸雨對(duì)蒙古櫟幼苗生長(zhǎng)和根系傷流量的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(15): 4583- 4590.

[9]Chen S T, Shen X S, Hu Z H, Chen H S, Shi Y S, Liu Y. Effects of simulated acid rain on soil CO2emission in a secondary forest in subtropical China. Geoderma, 2012, 189- 190: 65- 71.

[10]Dixon M J, Kuja A L. Effects of simulated acidrain on the growth, nutrition, foliar pigments and photosynthetic rates of sugar maple and white spruce seedlings. Water, Air, and Soil Pollution, 1995, 83(3/4): 219- 236.

[11]劉梅, 濮梅娟, 尹東屏, 張備. 江蘇省酸雨時(shí)空分布特征及酸雨潛勢(shì)預(yù)報(bào)因子. 氣象科技, 2008, 36(4): 462- 467.

[12]卞雅姣, 黃潔, 孫其松, 姜東, 江海東, 周琴. 模擬酸雨對(duì)小麥產(chǎn)量及籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量及組分的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(15): 4623- 4630.

[13]李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù). 北京: 高等教育出版社, 2000.

[14]中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所, 上海市植物生理學(xué)會(huì). 現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南. 北京: 科學(xué)出版社, 1999.

[15]何照范. 糧油籽粒品質(zhì)及其分析技術(shù). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 1985: 57- 59.

[16]Hartmann T, Mult S, Suter M, Rennenberg H, Herschbach C. Leaf age-dependent differences in sulphur assimilation and allocation in poplar (PopulustremulaxP.alba) leaves. Journal of Experimental Botany, 2000, 51(347): 1077- 1088.

[17]羅明江, 羅春霞, 吳贛香. Ellman′s 試劑比色法測(cè)定食品中蛋白質(zhì)的疏基和二硫鍵. 鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào), 1986, (1): 92- 95.

[18]Smith C R, Vasilas B L, Banwart W L, Walker W M. Physiological response of two soybean cultivars to simulated acid rain. New Phytologist, 1991, 119(1): 53- 60.

[19]齊澤民, 鐘章成, 鄧君, 劉素君. 模擬酸雨對(duì)杜仲葉膜脂過(guò)氧化及氮代謝的影響. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2001, 26(1): 38- 44.

[20]梁永超, 沈其榮, 張愛(ài)國(guó), 沈振國(guó). 鈣、硅對(duì)酸雨脅迫下小麥生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1999, 10(5): 589- 592.

[21]齊澤民, 鐘章成, 鄧君. 模擬酸雨對(duì)杜仲葉氮代謝的影響. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 25(5): 544- 548.

[22]黃冰艷, 高偉, 苗利娟, 嚴(yán)玫, 張新友, 董保紅. 谷氨酰胺合成酶基因研究進(jìn)展及其在植物氮代謝調(diào)控中的應(yīng)用. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2010, 26(23): 53- 57.

[23]吳宇, 高蕾, 曹民杰, 向成斌. 植物硫營(yíng)養(yǎng)代謝、調(diào)控與生物學(xué)功能. 植物學(xué)通報(bào), 2007, 24(6): 735- 761.

[24]李文陽(yáng), 閆素輝, 王振林. 強(qiáng)筋與弱筋小麥籽粒蛋白質(zhì)組分與加工品質(zhì)對(duì)灌漿期弱光的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(1): 265- 273.

[25]鄭有飛, 麥博儒, 梁駿, 李璐, 吳榮軍. 不同類(lèi)型模擬酸雨對(duì)油菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008, 28(10): 2133- 2140.

[26]Tabe L M, Droux M. Limits to sulfur accumulation in transgenic lupin seeds expressing a foreign sulfur-rich protein. Plant Physiologists, 2002, 128(3): 1137- 1148.

Effect of different acidities of acid rain on nitrogen and sulfur metabolism and

grain protein levels in wheat after anthesis

SUN Qisong, HUANG Jie, WU Xiaojing, JIANG Haidong, ZHOU Qin*

MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofCropPhysiologyandEcologyinSouthernChina/JiangsuProvinceHi-TechKeyLaboratoryofInformationAgriculture,Nanjing210095,China

Abstract：Recently, acid rain has become a serious environmental problem in China. Acid precipitation has occurred in about 40% of the entire area, especially in the rapidly developing industrial regions, such as the many areas around the Yangtze River. Acid rain is formed when sulfur dioxide (SO2) and nitrogen oxides (NOx) react with water in the atmosphere to produce H2SO4and HNO3and deposit as acid precipitation. Most studies have focused on the effect of acid rain on seed germination, plant morphology, plant carbon metabolism, and grain yield. However, the impacts of acid rain on plant nitrogen and sulfur metabolisms and grain quality have rarely been investigated, although and are known to be the main components of acid rain. Wheat (Triticum aestivum L.) is a staple food and plays an important role in food security. It is sensitive to biotic and abiotic stresses from flowering to maturity. In this study, a pot experiment was performed to determine the effects of spraying of acid rain with varying acidities (pH, 2.5, 4.0, and 5.6) after anthesis on the activities of key enzymes related to nitrogen and sulfur metabolisms and amino acid and protein contents in wheat grains. Two winter wheat cultivars (Yangmai 15 and Wennong 17) were used in this study. The results showed that acid rain inhibited nitrate reductase activity and decreased the soluble protein content of leaves. At 10 days after anthesis, the soluble protein content in Wennong 17 and Yangmai 15 subjected to acid rain (pH 2.5) decreased by 26.58% (P<0.05) and 21.31% (P<0.05), respectively, compared with that in the control. Glutamine synthetase activity in the leaves was increased in Yangmai 15 during the entire grain filling stage and in Wennong 17 only during the late grain filling stage. Acid rain gradually decreased the free amino acid content from the beginning of grain filling stage up to the later stages. The contents of protein and most essential amino acids in mature gains were increased by acid rain and were the highest after treatment with acid rain of higher pH. Acid rain increased the activities of serine acetyltransferase and O-acetylserine(thiol)lyase in Yangmai 15, but had little effect on the activity of key enzymes related to sulfur metabolism in Wennong 17. Acid rain treatment also increased the contents of disulfide bonds and amino acids containing sulfur in the wheat grains of both the cultivars. Thus, acid rain had different influences on wheat sulfur and nitrogen metabolisms, thereby affecting the protein content and composition of wheat grains, and thus its nutritional quality.

Key Words:acid rain; days after anthesis; wheat; nitrogen and sulfur metabolism; protein composition

DOI:10.5846/stxb201408261692

*通訊作者Corresponding author.E-mail: qinzhou@njau.edu.cn

收稿日期:2014- 08- 26;

修訂日期:2015- 05- 22

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31170475, 31471445, 30700483)

孫其松，黃潔，吳曉靜，江海東，周琴.不同酸度酸雨對(duì)小麥花后氮硫代謝和籽粒蛋白組分的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(1):190- 199.

Sun Q S, Huang J, Wu X J, Jiang H D, Zhou Q.Effect of different acidities of acid rain on nitrogen and sulfur metabolism and grain protein levels in wheat after anthesis.Acta Ecologica Sinica,2016,36(1):190- 199.