不同酸度酸雨对小麦花后氮硫代谢和籽粒蛋白组分的影响

孙其松，黄　洁，吴晓静，江海东，周　琴

南京农业大学农业部南方作物生理生态重点开放实验室,江苏省信息农业高技术研究重点实验室,南京　210095

不同酸度酸雨对小麦花后氮硫代谢和籽粒蛋白组分的影响

孙其松，黄洁，吴晓静，江海东，周琴*

南京农业大学农业部南方作物生理生态重点开放实验室,江苏省信息农业高技术研究重点实验室,南京210095

摘要:酸雨是中国重要的环境问题，为研究酸雨对小麦籽粒品质的可能影响，以小麦品种扬麦15和汶农17为材料开展盆栽试验，研究了不同酸度(pH2.5、pH4.0和pH5.6)酸雨对小麦花后氮硫代谢关键酶活性和籽粒蛋白质含量及组分的影响。结果显示：酸雨处理抑制叶片硝酸还原酶(NR)活性，提高了扬麦15整个灌浆期及汶农17灌浆中后期叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性，促进了叶片蛋白的降解，降低了叶片可溶性蛋白含量。不同酸度酸雨提高了成熟期籽粒中蛋白质含量，酸度越强，增加幅度越大，籽粒中各蛋白组分含量和大部分氨基酸含量也有明显提高。酸雨提高了扬麦15叶片丝氨酸乙酰转移酶(SAT)和O-乙酰丝氨酸硫裂解酶(OAS-TL)活性，但对汶农17硫代谢关键酶活性影响较小，酸雨处理还提高了籽粒中二硫键和含硫氨基酸含量。可见酸雨对小麦氮硫代谢有不同程度影响，进而影响了小麦籽粒蛋白质含量和组成，酸度越强影响越大，但不同品种对酸雨响应有一定差异。

关键词：酸雨；花后；小麦；氮硫代谢；蛋白质组分

1材料与方法

1.1供试材料

供试小麦品种为汶农17和扬麦15。汶农17，强筋、偏冬性、中晚熟品种，由泰安市汶农种业有限责任公司培育；扬麦15，弱筋、春性、中熟小麦品种，由江苏里下河地区农科所培育。

1.2试验设计

开花期选择同一天开花且生长一致麦穗挂牌标记。分别于开花后0、5、10、15、25和30 d取旗叶，花后 10、15、20、25、30 d和 35 d 取麦穗，用液氮固定后-40℃保存，旗叶去除基部和叶尖，留中间部分，穗子剥取从基部数起第5—12个小穗的第1、2位籽粒，用于各项生理指标的测定。同时取干样，分器官后于105℃杀青30min后，70℃烘至恒重，干燥贮藏备用。

1.3测定项目与方法

游离氨基酸含量测定采用茚三酮比色法[13]，可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G- 250法[13]。硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性测定参照现代植物生理学实验指南[14]。小麦籽粒中各氨基酸组分含量用氨基酸自动分析仪(GB 7649—87)测定，蛋白质含量测定采用半微量凯氏定氮法[14]，以全氮量乘以5.7即为籽粒蛋白质含量，蛋白质组分采用连续提取法[15]。

丝氨酸乙酰转移酶和O-乙酰丝氨酸硫裂解酶活性测定参照Hartmann方法测定[16]，具体步骤如下：称取旗叶叶片鲜重1.0g左右置于预先冷冻过的研钵中，加入少量预冷的经酸洗过的石英砂和3mL提取液(30mmol/LTris-HCl，内含10 mmol/L的 DTT)，冰浴下研磨至匀浆，倒入离心管，4℃下14000r/min离心20 min。

O-乙酰丝氨酸硫裂解酶活性测定：取上清液0.1 mL，加入0.1 mL 反应液(50 mmol/L的K2HPO4-KH2PO4(pH7.5)，5 mmol/L DTT，10 mmol/L O-乙酰丝氨酸，2 mmol/L Na2S)。25℃条件下培养10min，50μL 20%(重量体积比)TCA(三氯乙酸)终止反应，4℃下14000r/min离心20min，蛋白质被沉淀出来。上清液转移到试管中，加入100μL浓缩的醋酸和200μL水合茚三酮试剂(250mg水合茚三酮溶解在10 mL的浓缩醋酸与浓盐酸(体积比6∶4)中。试管放在煮沸水中煮沸10min，加入550μL 95%(体积比)乙醇，然后迅速冷却。以半胱氨酸做标准曲线，560nm下测吸光度，然后计算O-乙酰丝氨酸硫裂解酶的活性。

丝氨酸乙酰转移酶活性测定：取上清液 0.1mL，加入0.1mL 反应液(4 mmol/L丝氨酸，2 mmol/L乙酰辅酶A，50 mmol/L的K2HPO4-KH2PO4(PH7.5)，0.5 mmol/LDTT 和1 mmol/L Na2S)。25℃条件下培养30min，50μL 20% (w/v)TCA(三氯乙酸)终止反应，4℃下14000r/min离心20min，蛋白质被沉淀出来。上清液转移到试管中，加入100μL浓缩的醋酸和200μL水合茚三酮试剂(250mg水合茚三酮溶解10 mL的浓缩醋酸与浓盐酸(体积比6∶4)中。试管放在煮沸水中煮沸10min，加入550μL 95%乙醇，然后迅速冷却。以半胱氨酸做标准曲线，560nm下测吸光度，然后计算丝氨酸乙酰转移酶的活性。

二硫键、硫氢键含量测定采用Ellman′S试剂比色法测定[17]。具体步骤如下：称取100 mg面粉，用1 mL Tris-Gly缓冲液溶解混匀后加入4.7 g盐酸胍，并用此缓冲液定容至10mL。

—SH含量测定:取该溶液1 mL，加4 mL脲-盐酸胍溶液和0.05 mL Ellman′S试剂，于412 nm处比色(以不含蛋白的Tris-Gly 缓冲液作对照)。

—S—S—的测定:取该溶液1 mL，加0.05 mL巯基乙醇和4 mL脲-盐酸胍溶液，25℃保温1h，加10mL 12%TCA，继续25℃保温1h，4000r/min离心10 min，用5 mL 12%TCA清洗沉淀物两次，将沉淀物溶于10 mL 10 mol/L脲溶液中，加0.05 mL Ellman′S试剂，412 nm处比色测总—SH含量。

—SH含量计算公式:

—SH(μmol /g)=73.53×A412×D/C

—S—S—含量的计算方法:

—S—S—(μmol/g)=1/2(N2-N1)

式中，A412为412 nm 处的吸光值；D为稀释因子；C为样品浓度。N1为原有—SH 含量；N2为还原后的总—SH含量。

1.4数据处理

采用Excel 2007软件处理试验数据，并用SPSS18.0软件对试验数据进行两因素的方差分析，处理间均值的多重比较用Duncan 新复极差法，试验结果是3次重复的平均值。

2结果与分析2.1酸雨对小麦氮代谢过程的影响2.1.1酸雨对小麦叶片游离氨基酸含量的影响

两个品种小麦叶片游离氨基酸含量总体均呈现先上升再下降的趋势，在花后10d达到最大值，随后均迅速降低(图1)。灌浆初期酸雨显著提高了汶农17叶片中游离氨基酸含量，随后低于对照，花后30d后，下降幅度小于对照。扬麦15在整个灌浆期酸雨处理游离氨基酸含量高于对照，酸度越高游离氨基酸含量越高。

图1　不同酸度酸雨对小麦叶片游离氨基酸含量的影响Fig.1　Effect of different acidity acid rain on free amino acid content in leaf of wheat 图中数值为平均值±标准差(n=3)

2.1.2酸雨对小麦叶片可溶性蛋白含量的影响

两个品种小麦叶片可溶性蛋白含量随着灌浆进程的推进不断下降，酸雨降低了可溶性蛋白质含量，随酸雨酸度增强可溶性蛋白质含量下降幅度增大(图2)。pH2.5酸雨处理后，汶农17中可溶性蛋白含量自花后10d起分别较对照降低了26.58%、28.37%、42.08%、55.94%和63.59%，均与对照差异显著；扬麦15中可溶性蛋白含量自花后10d起分别较对照下降了21.31%、11.14%、22.94%、39.64%和30.99%(P<0.05)。

图2　不同酸度酸雨对小麦叶片可溶性蛋白质含量的影响Fig.2　Effect of different acidity acid rain on soluble protein content in leaf of wheat

2.1.3酸雨对小麦叶片硝酸还原酶(NR)活性的影响

开花后两个品种小麦叶片NR活性不断下降，酸雨降低了NR活性(图3)。pH2.5酸雨处理后，两个品种小麦NR活性下降明显，汶农17酶活性下降的幅度远大于扬麦15，花后10d汶农17和扬麦15 NR活性分别比对照低30.28%和23.69%。灌浆末期两个品种小麦NR活性受酸雨影响相对较小。

2.1.4酸雨对小麦叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性的影响

两个品种小麦叶片GS活性呈先缓慢上升后快速上升趋势，峰值出现在花后25d，随后酶活性迅速下降(图4)。酸雨对GS活性影响因品种而异，花后0—15d时酸雨提高了扬麦15 GS活性，pH2.5酸雨处理降低了汶农17 GS活性。花后20d后，酸雨处理提高了两品种GS活性，均与对照差异显著，花后25d时pH4.0和pH2.5酸雨处理使汶农17 GS活性分别提高了7.32%和14.48%，扬麦15 GS活性分别提高了8.44%和20.05%。

图3　不同酸度酸雨对小麦叶片硝酸还原酶活性的影响Fig.3　Effect of different acidity acid rain on NR activity in leaf of wheat

图4　不同酸度酸雨对小麦叶片谷氨酰胺合成酶活性的影响Fig.4　Effect of different acidity acid rain on GS activity in leaf of wheat

2.2酸雨对小麦硫素代谢的影响

2.2.1酸雨对小麦叶片丝氨酸乙酰转移酶(SAT)活性的影响

两个品种小麦叶片SAT活性均随着灌浆进程的推进，呈先上升后降低趋势，花后25d酶活性达到峰值(图5)。酸雨对SAT活性的影响因品种而异，整个灌浆期，酸雨对汶农17 SAT活性影响较小。花后15d后，酸雨显著提高了扬麦15 SAT活性。花后15、20、25、30d时pH4.0酸雨处理与对照相比SAT活性分别提高43.94%、31.69%、22.34%、17.44%，pH2.5酸雨处理与对照相比SAT活性分别提高83.96%、58.47%、26.23%、19.06%，表明随着酸雨酸度提高，扬麦15 SAT活性升高。

2.2.2酸雨对小麦叶片O-乙酰丝氨酸硫裂解酶(OAS-TL)活性的影响

汶农17 OAS-TL活性变化趋势与SAT活性变化类似，不同酸雨处理间差异不显著(图6)，表明酸雨对汶农17叶片 OAS-TL的影响较小。酸雨提高了扬麦15叶片 OAS-TL活性，且随着酸度的增加酶活性升高，pH4.0酸雨处理酶活性与对照相比差异基本不显著。花后15—20d，pH2.5酸雨处理酶活性显著高于其它两个处理。

图5　不同酸度酸雨对小麦叶片丝氨酸乙酰转移酶活性的影响Fig.5　Effect of different acidity acid rain on SAT activity in leaf of wheat

图6　不同酸度酸雨对小麦叶片O-乙酰丝氨酸硫裂解酶活性的影响Fig.6　Effect of different acidity acid rain on OAS-TL activity in leaf of wheat

2.3酸雨对小麦籽粒蛋白质及氨基酸含量的影响

2.3.1酸雨对小麦籽粒总游离氨基酸含量的影响

小麦籽粒游离氨基酸含量随着灌浆进程推进不断下降(图7)。灌浆前期pH2.5酸雨处理降低了籽粒氨基酸含量，花后10d时，汶农17和扬麦15 pH2.5酸雨处理游离氨基酸含量分别比对照低24.92%和17.44%(P<0.05)。灌浆中后期对照游离氨基酸含量下降速度高于酸雨处理。花后35d，汶农17 pH4.0和pH2.5酸雨处理游离氨基酸含量与对照相比分别高66.61%和134.28%，扬麦15 pH4.0和pH2.5酸雨处理游离氨基酸含量与对照相比分别高25.4%和47.01%。

2.3.2酸雨对小麦籽粒蛋白质含量及其组分的影响

从表1中可以看出，酸雨能显著降低两个品种小麦籽粒产量，pH4.0、pH2.5酸雨处理使汶农17籽粒产量较对照依次下降了3.48%、13.73%，扬麦15籽粒产量依次下降了2.17%、8.16%。说明两个品种小麦籽粒产量随酸度升高而降低，酸雨对汶农17籽粒产量影响更大。酸雨显著提高了两个品种小麦籽粒蛋白质含量，但对蛋白质产量影响因品种而异，酸雨显著升高了扬麦15蛋白质产量，pH2.5酸雨处理降低汶农17蛋白质产量。酸雨提高了清蛋白、球蛋白含量、醇溶蛋白、谷蛋白含量，且随着pH值的降低，4种蛋白组分升高的幅度增大。

图7　不同酸度酸雨对小麦籽粒游离氨基酸含量的影响Fig.7　Effect of different acidity acid rain on free amino acid content in grains of wheat

品种Cultivar处理Treatment产量Yield/(g/株)蛋白质产量Proteinyield/(g/株)总蛋白质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汶农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扬麦15pH4.02.99a0.40a13.32c2.23b1.05c3.67e3.05cpH2.52.80b0.39a13.98b2.44b1.22b3.90d3.66a

表中数值为平均值(n=3)，相同字母表示差异不显著，小写字母表示P﹤0.05

2.3.3酸雨对小麦籽粒蛋白质含硫氨基酸和二硫键含量的影响

小麦籽粒含硫氨基酸主要是半胱氨酸和甲硫氨酸，从表2中可以看出，酸雨显著提高了扬麦15含硫氨基酸含量，酸度越高含硫氨基酸含量越高，汶农17不同处理间含硫氨基酸含量差异不显著。两个品种小麦籽粒中的硫氢键和二硫键含量随着酸雨酸度升高而上升，pH4.0和pH2.5酸雨处理使汶农17硫氢键含量与对照相比增加了5.97%和7.93%，扬麦15增加了4.84%和7.63%。pH4.0和pH2.5酸雨处理使汶农17二硫键含量比对照增加了3.47%和6.16%，扬麦15增加了2.93%和4.61%。表明和扬麦15相比，酸雨更能提高汶农17硫氢键和二硫键含量。

2.3.4酸雨对小麦籽粒组成蛋白质氨基酸组分含量的影响

从表3中可以看出，酸雨对小麦籽粒中组成蛋白质其余氨基酸含量有较大影响。在pH4.0和pH2.5酸雨处理下，汶农17籽粒组成蛋白质其余氨基酸含量较对照依次增加了4.83%和8.57%，扬麦15较对照依次增加了14.52%和22.14%，说明酸雨使扬麦15组成蛋白质其余氨基酸含量增加的幅度大于汶农17，且籽粒中组成蛋白质其余氨基酸含量随着酸度升高而升高。

表2　不同酸度酸雨对小麦含硫氨基酸和二硫键含量的影响

表中数值为平均值(n=3)，相同字母表示差异不显著，小写字母表示P﹤0.05

表3　不同酸度酸雨对品种小麦籽粒其余氨基酸含量的影响

苏氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸是必需氨基酸，酸雨提高两个品种小麦必需氨基酸含量，说明酸雨一定程度上可以提高小麦的营养品质。

3讨论

酸雨改变了植物生长的环境，打破了其内部的酸碱平衡，造成植物形态和生理机能的损伤[8]，引起植株生物量或产量的下降。本研究结果显示在酸雨胁迫下，小麦产量呈下降趋势，尤其是pH2.5酸雨处理产量显著下降，与前人研究结论一致[5,12]。不同品种对酸雨响应程度不同，本研究中酸雨对汶农17产量影响大于扬麦15。

酸雨对植物除了具有酸度胁迫效应，也具有氮、硫元素的营养效应，在一定程度上影响植物的氮硫代谢。酸雨对植物氮代谢影响比较复杂，有研究显示，酸雨处理抑制了杜仲硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)等氮代谢关键酶活性[18- 19]，降低了小麦叶片氨基酸、可溶性蛋白含量[5]和叶片的含氮量[6,19]。但也有研究显示酸雨对氮的累积没有影响[18]或能提高了小麦根系和地上部的含N量[20]及小麦籽粒蛋白质含量[12]。本研究结果显示强酸雨(pH2.5)处理降低了小麦叶片NR活性和可溶性蛋白含量，表明酸雨可能抑制了叶片蛋白的合成，与前人研究结果基本一致[21]。叶片可溶性蛋白含量的下降也有可能由于酸胁迫下蛋白质的水解加剧所致。本研究结果显示酸雨处理提高了扬麦15整个灌浆期和汶农17灌浆中后期旗叶GS活性。GS是一种多功能酶，它与氮高效利用、作物耐逆特性密切相关[22]。GS活性提高可促进叶片蛋白降解形成谷氨酰胺，进而运输到籽粒为蛋白质合成提供底物，这也可能是酸雨处理后叶片游离氨基酸含量不同程度升高及籽粒蛋白质含量升高的原因。

综上所述，花后不同酸度酸雨降低了小麦籽粒产量，对小麦氮硫代谢也产生了一定影响。酸雨处理抑制了叶片NR活性，在灌浆中后期提高了叶片GS活性，促进氮素的分解转移，为籽粒蛋白质合成提供底物，总体提高了籽粒氨基酸组分、籽粒蛋白质含量及组分的含量、含硫氨基酸和二硫键的含量，有利于两品种小麦的营养品质提高，但对两品种小麦加工品质有不同影响。

参考文献(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]麦博儒, 郑有飞, 梁骏, 刘霞, 李璐, 钟燕川. 模拟酸雨对小麦叶片同化物、生长和产量的影响. 应用生态学报, 2008, 19(10): 2227- 2233.

[6]童贯和, 梁惠玲. 模拟酸雨及其酸化土壤对小麦幼苗体内可溶性糖和含氮量的影响. 应用生态学报, 2005, 16(8): 1487- 1492.

[7]梁晓琴, 刘建, 丁文娟, 常瑞英, 王仁卿. 模拟酸雨对蒙古栎幼苗生长和根系伤流量的影响. 生态学报, 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]刘梅, 濮梅娟, 尹东屏, 张备. 江苏省酸雨时空分布特征及酸雨潜势预报因子. 气象科技, 2008, 36(4): 462- 467.

[12]卞雅姣, 黄洁, 孙其松, 姜东, 江海东, 周琴. 模拟酸雨对小麦产量及籽粒蛋白质和淀粉含量及组分的影响. 生态学报, 2013, 33(15): 4623- 4630.

[13]李合生. 植物生理生化实验原理和技术. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[14]中国科学院上海植物生理研究所, 上海市植物生理学会. 现代植物生理学实验指南. 北京: 科学出版社, 1999.

[15]何照范. 粮油籽粒品质及其分析技术. 北京: 中国农业出版社, 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]罗明江, 罗春霞, 吴赣香. Ellman′s 试剂比色法测定食品中蛋白质的疏基和二硫键. 郑州粮食学院学报, 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]齐泽民, 钟章成, 邓君, 刘素君. 模拟酸雨对杜仲叶膜脂过氧化及氮代谢的影响. 西南师范大学学报:自然科学版, 2001, 26(1): 38- 44.

[20]梁永超, 沈其荣, 张爱国, 沈振国. 钙、硅对酸雨胁迫下小麦生长和养分吸收的影响. 应用生态学报, 1999, 10(5): 589- 592.

[21]齐泽民, 钟章成, 邓君. 模拟酸雨对杜仲叶氮代谢的影响. 植物生态学报, 2001, 25(5): 544- 548.

[22]黄冰艳, 高伟, 苗利娟, 严玫, 张新友, 董保红. 谷氨酰胺合成酶基因研究进展及其在植物氮代谢调控中的应用. 中国农学通报, 2010, 26(23): 53- 57.

[23]吴宇, 高蕾, 曹民杰, 向成斌. 植物硫营养代谢、调控与生物学功能. 植物学通报, 2007, 24(6): 735- 761.

[24]李文阳, 闫素辉, 王振林. 强筋与弱筋小麦籽粒蛋白质组分与加工品质对灌浆期弱光的响应. 生态学报, 2012, 32(1): 265- 273.

[25]郑有飞, 麦博儒, 梁骏, 李璐, 吴荣军. 不同类型模拟酸雨对油菜营养品质的影响. 环境科学学报,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

*通讯作者Corresponding author.E-mail: qinzhou@njau.edu.cn

收稿日期:2014- 08- 26;

修订日期:2015- 05- 22

基金项目:国家自然科学基金资助项目(31170475, 31471445, 30700483)

孙其松，黄洁，吴晓静，江海东，周琴.不同酸度酸雨对小麦花后氮硫代谢和籽粒蛋白组分的影响.生态学报,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.