磷营养对水稻籽粒锌生物有效性的影响及其与植酸等磷酸肌醇谱含量的关系

作物籽粒锌缺乏所导致的“隐性饥饿”已威胁到全世界1/3人群的健康。为明确磷对水稻籽粒锌的生物有效性的影响,利用大田磷肥长期定位试验,并结合稻穗离体培养技术,探讨了不同外源磷浓度下水稻籽粒锌的生物有效性的变化及其与籽粒植酸等磷酸肌醇谱含量的关系。试验表明高磷处理显著增加水稻籽粒中植酸磷和总磷的含量,以及不同价位磷酸肌醇(InsP1-6)含量,其中以高价磷酸肌醇(InsP4-6)在磷供给下的增幅最为显著。与籽粒植酸的变化趋势相反,高磷水平降低了稻米中锌的含量及其有效性。稻穗离体培养中,高磷(P12)处理相比无磷(P0)对照,籽粒锌的有效性降幅高达81.3%。因此,过量磷肥投入会通过显著提高水稻籽粒中的植酸及高价磷酸肌醇含量,在同步降低籽粒锌含量的同时,进一步显著降低其在水稻籽粒中的生物有效性。     

玉米果穗不同部位籽粒激素含量及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系

以玉米品种登海11为材料, 分别进行大田和温室试验, 观察灌浆期果穗不同部位籽粒玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)、吲哚-3-乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)含量变化及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系。结果显示, 籽粒最大胚乳细胞数目、最大胚乳细胞增殖速率及平均速率、最大灌浆速率、平均灌浆速率和百粒重表现为果穗下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。在胚乳细胞活跃增殖期或活跃灌浆期, 籽粒Z+ZR、IAA和ABA含量以果穗下部籽粒最高, 中部籽粒其次, 上部籽粒最低。GA₃含量则为果穗上部籽粒>中部籽粒>下部籽粒。两个试验的结果趋势一致。胚乳细胞增殖速率和籽粒灌浆速率与籽粒Z+ZR、IAA和ABA含量呈极显著正相关, 与籽粒GA₃含量呈显著负相关。说明玉米果穗上部籽粒轻主要是由于这些籽粒的胚乳细胞增殖速率小, 导致其胚乳细胞数少, 这与其灌浆期较低的Z+ZR、IAA和ABA含量及较高的GA₃含量有密切关系。     

玉米灌浆期果穗不同部位籽粒碳水化合物积累与淀粉合成相关酶活性变化

玉米果穗顶部籽粒通常较中、下部籽粒充实差,粒重轻,其机制不清楚。本研究旨在探明玉米果穗不同部位籽粒淀粉合成相关酶活性变化及其与籽粒灌浆的关系。以玉米品种登海11为材料,分别进行春播和夏播试验,观察果穗不同部位籽粒中可溶性糖、蔗糖和淀粉的含量及淀粉合成相关酶活性变化。结果显示,与夏播玉米相比,春播玉米具有较多的每穗粒数、较高的百粒重和产量。虽然产量在春播和夏播间有差异,但两季玉米籽粒的最大灌浆速率、平均灌浆速率、百粒重、可溶性糖和蔗糖含量、最大淀粉积累速率、平均淀粉积累速率均表现为果穗下部籽粒中部籽粒上部籽粒。灌浆期果穗不同部位籽粒腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、淀粉合酶(St S)和淀粉分支酶(SBE)活性变化均呈单峰曲线,果穗上部籽粒AGPase、St S和SBE活性峰值和平均值均显著低于果穗中、下部籽粒。相关分析表明,淀粉积累速率、籽粒灌浆速率与AGPase、St S和SBE活性均呈极显著正相关。说明玉米果穗顶部籽粒较低的AGPase、St S和SBE活性是其灌浆较差、粒重较低的重要原因。春播玉米粒重较高,与其灌浆期较强的淀粉合成能力有关。     

不同磷水平下2个玉米品种磷素分配与植酸磷积累的研究

植酸是谷物种子磷的主要贮存形式,降低玉米籽粒中植酸磷含量对减少粪磷污染有重要意义。利用田间试验,研究了不同供磷水平对2个玉米品种生长期间不同部位磷含量与籽粒植酸磷积累的影响。结果表明：施用磷肥可以提高2个玉米品种籽粒中总磷和植酸磷的含量以及积累量;金海5号的植酸磷含量与积累量均高于浚单20;植酸磷占全磷的比例在50％－62％之间,高植酸品种金海5号略高于低植酸品种浚单20;随着施磷肥水平的增加,降低了2个品种根、雄穗、穗轴等部位的磷转移率,但各部位转移到籽粒中的总磷的比例受施磷影响较小;玉米乳熟期穗位叶、苞叶、完熟期籽粒磷含量及磷积累量与植酸磷积累量成显著正相关。     

用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱研究小麦籽粒元素的共分布

增加粮食可食用部分微量营养元素的浓度, 需要更好地了解其在植株, 特别是籽粒内的运输和分布规律。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry, LA-ICP-MS)是一种测定植物组织中元素空间分布的新技术。采用该技术对成熟小麦籽粒中锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)和磷(P)的空间分布及其关联程度定量研究。结果表明, 所测元素在籽粒不同部位的浓度分布差异很大。Cu、Zn和P浓度均以糊粉层最高, 胚乳最低, 胚居中, 浓度最大差异分别达15、42和33倍; Mn浓度则以胚最高, 胚乳最低, 糊粉层居中, 浓度最大差异达9倍。籽粒同一部位不同位置的元素浓度亦不相同, 外周胚乳(靠近糊粉层)的元素浓度大于内侧胚乳部位对应元素的浓度, 胚最外侧盾片部位的元素浓度大于胚中间位置的元素浓度, 且各元素趋势一致。比较分析发现, 麦粒不同部位元素的浓度变化存在明显的同步性, 籽粒中P浓度高的部位金属元素(Mn、Cu和Zn)浓度也高。这说明不同元素在向籽粒不同部位运输和积累过程中可能存在密切关联性。     

不同基因型玉米籽粒类胡萝卜素与花色苷色素积累规律

以黄色(特爆2号)、红色(西星赤糯1号)、紫色(紫糯香)和黑色(西星黑糯1号) 4种颜色的玉米为材料,通过徒手切片以及分光光度法,研究了玉米籽粒色素的组成、分布和积累规律。结果显示,西星赤糯1号玉米籽粒色素主要由花色苷和类胡萝卜素构成,花色苷主要存在于果种皮中,类胡萝卜素主要存在于胚与胚乳中;特爆2号玉米籽粒色素主要由类胡萝卜素构成,分布于胚与胚乳中;紫糯香及西星黑糯1号玉米籽粒色素主要由花色苷构成,主要存在于糊粉层中。除西星赤糯1号的花色苷积累首先出现于胚上方的花柱遗迹附近外,其余品种色素均首先在籽粒顶端出现,随后向四周延伸。玉米籽粒色素(除紫糯香)吸收峰随时间的变化先升高后降低。灌浆前期玉米果穗色素含量上部>中部 >下部,到灌浆后期,中部色素含量大于其他两部分色素含量。     

不同小麦品种粒重和蛋白质含量的穗粒位效应分析

小麦籽粒的发育存在时空差异,不同穗粒位的粒重和蛋白质产量也存在差异,剖析粒重和籽粒蛋白质含量的穗粒位效应,有助于深入了解小麦产量和品质的形成机制。于2009—2010和2010—2011小麦生长季进行大田试验,选用3种类型4个品种,分析了不同穗粒位的粒重、蛋白质积累和蛋白质含量的动态变化。结果表明,粒重和蛋白质积累量的穗粒位间变异大于年份(环境)间变异和基因型间变异;蛋白质含量的年份间变异大于基因型间变异和穗粒位间变异,而成熟期穗粒位间变异最大。大粒品种易受环境影响,小粒品种比较稳定。优质面包小麦品种开花后各时期的籽粒蛋白质含量普遍高于中筋小麦,但不同时期、不同年份差异较大。开花后各时期,强势粒的粒重、蛋白质积累量和蛋白质含量显著大于弱势粒,中部籽粒显著大于上部和下部籽粒;随着灌浆进程穗中部与下部籽粒的差异变小,至开花后36 d时,中部和下部籽粒的蛋白质含量无显著差异。随籽粒灌浆进程,不同品种各穗粒位的粒重和蛋白质积累均呈"慢–快–慢"的"S"型曲线变化,蛋白质含量均呈"高–低–高"的"V"型曲线变化,灌浆后期,中部和下部强势粒以及下部弱势粒的蛋白质含量增长速度明显快于其他穗粒位籽粒。粒重最大生长速率出现在开花后18~21 d,快速增重时期为开花后12~26 d;籽粒蛋白质最大积累速率出现在开花后21~24 d,快速积累时期为开花后13~32 d。根据本研究结果,我们认为高产优质小麦品种的特征是籽粒不宜过大,小花位粒数不宜过多,且中、下部籽粒较多,开花后13~26 d灌浆速率快。     

旱地麦田夏覆盖和磷肥调控对小麦籽粒碳氮积累的影响

针对覆盖保水增产但会降低籽粒含氮量问题,以休闲期深翻后全覆盖、半覆盖和不覆盖(对照)为主区,以播前配施磷肥(P2O5) 75(低磷,LP),135(中磷,MP),180 kg/hm~2(高磷,HP)为副区,在山西省南部开展试验,以期为该地区旱地小麦提供产量与品质同步提升的耕作栽培技术。结果表明,与不覆盖相比,夏覆盖播种期土壤蓄水量显著提高,达27. 47～43. 09 mm,休闲期蓄水效率显著提高,达7. 51%～11. 79%,且全覆盖显著高于半覆盖;夏覆盖配施磷肥有利于增加花前土壤蓄水量,降低开花期土壤蓄水量,全覆盖配施135 kg/hm~2磷肥幅度最大;同等磷肥条件下,夏覆盖产量和水分利用效率分别提高27%～51%和18%～29%,全覆盖产量高于半覆盖;全覆盖条件下,135 kg/hm~2磷肥可促进灌浆初期和中期籽粒淀粉积累、灌浆初期蛋白质积累;夏覆盖配施135 kg/hm~2磷肥成熟期籽粒的淀粉含量、淀粉和蛋白质产量提高,但籽粒蛋白质含量降低,且全覆盖高于半覆盖,籽粒蛋白质含量相反。此外,旱地麦田夏覆盖配施磷肥条件下,籽粒产量与播种期、返青期、拔节期土壤蓄水量呈显著正相关,与淀粉含量呈极显著正相关、与蛋白质含量呈负相关;开花期土壤蓄水量与淀粉含量和蛋白质含量呈负相关。籽粒产量、淀粉和蛋白质产量回归方程拟合曲线为线性函数,最高点是全覆盖配施135 kg/hm~2磷肥处理。可见,休闲期深翻后覆盖能够显著提高播前底墒,配施磷肥有利于返青期和拔节期土壤蓄水量增加,开花期土壤蓄水量降低,促进营养器官前期生长发育和灌浆前期的籽粒碳氮积累,最终达到产量和品质同步提升的目的。综合而言,山西省南部旱地小麦采用休闲期深翻后全覆盖配施135 kg/hm~2磷肥是实现产量和品质同步提高的耕作栽培技术。     

冠菌素对玉米籽粒灌浆特性与淀粉合成的调控效应

玉米产量与籽粒灌浆特性紧密相关,调控籽粒灌浆特性是实现玉米高产的重要途径之一。本研究采用不同浓度冠菌素对灌浆期玉米(吐丝后10 d)进行叶面喷施处理,研究冠菌素(coronatine, COR)对玉米籽粒灌浆特性、淀粉含量和淀粉合成关键酶活性及其基因表达的调控效应。2年田间试验研究结果表明, COR对玉米果穗性状、产量、籽粒灌浆和淀粉合成的调控具有明显的浓度效应,适宜浓度COR (1.0 mg L~(–1))处理显著降低玉米果穗秃尖长度,增加穗粒数和千粒重,提高籽粒灌浆速率,延长灌浆持续期,提高产量。此外,适宜浓度COR处理显著提高玉米籽粒灌浆过程中淀粉合成相关酶AGPase、SSS、GBSS和SBE的活性,上调淀粉合成关键酶基因ZmSH1、ZmSH2、ZmWX1和ZmAE1的表达量,促进籽粒支链淀粉、直链淀粉和总淀粉的积累,提高了籽粒淀粉含量。研究结果明确了COR对玉米籽粒形态建成与物质积累的调控效应,为玉米增产增效栽培提供了新的技术手段。     

低植酸突变体水稻灌浆过程中籽粒淀粉合成与茎鞘物质转运特性

以协青早(XQZ)及其低植酸突变系(os-lpa1)为材料,通过对灌浆过程籽粒中植酸含量、蔗糖和淀粉积累变化动态的比较分析,并结合叶、茎、鞘等器官中碳水化合物的转运和籽粒淀粉合成代谢有关关键酶生理活性的测定,对os-lpa1灌浆充实不良、千粒重明显降低的生理原因进行了分析。结果表明,灌浆期os-lpa1剑叶、茎、鞘等器官中的蔗糖和可溶性总糖含量均高于其对照亲本XQZ,但os-lpa1籽粒中的淀粉积累量却明显降低。胚乳中ADPG焦磷酸化酶(ADPG-Ppase) 和淀粉磷酸化酶(SPase)的活性降低,可能是os-lpa1灌浆充实不良、籽粒淀粉积累量明显下降的主要原因之一。此外,os-lpa1灌浆期间叶鞘中的蔗糖磷酸合酶(SPS)和果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)活性也显著低于其相应灌浆期的对照亲本XQZ,导致茎鞘等器官中淀粉积累量增多和“流”不畅,这可能也是其产量水平降低的一个重要因素。     

磷肥用量对甜玉米磷素吸收利用的影响

Understanding the phosphorus (P) absorption mechanism is the premise for high P utilization and high crop yield. In this study, the effects of different P rates (0, 37.5, 75, 150, and 300 kg hm^-2, expressed as P0, P1, P2, P3, and P4, respectively) on sweet corn yield, biomass and P accumulation and tissue distribution, P transportation and P utilization were studied using a two-year P gradient positioning field experiment. Our results showed that P application significantly increased the fresh ear yield of sweet corn, but the yield difference among different P application rates (P1-P4) was not significant from 2018 to 2019 compared with P0 treatment. P application significantly increased the biomass and P accumulation of sweet corn plants at jointing, silking and fresh eating stages, respectively. In addition, P accumulation in grain was not significant different, which accounting for 42% of plant P accumulation. With P application, the contribution rate of P assimilation to the ear P accumulation was 57.3%-93.0% after anthesis, while the fresh ear yield per P accumulation, P physiological efficiency, agronomic efficiency, recovery efficiency and partial productivity decreased with P rates. Considering the yield and utilization efficiency of phosphate fertilizer, the supply of 37.5 kg hm^-2 of phosphate fertilizer can meet the needs of high yield and efficient utilization of phosphate fertilizer in sweet corn in this experiment.     

磷肥用量对甜玉米磷素吸收利用的影响

明确磷素吸收利用特性,是磷素高效利用及作物高产的基础。本研究通过2年田间磷肥梯度定位试验,研究不同磷肥供应(0、37.5、75、150和300kghm^–2,分别用P0、P1、P2、P3和P4表示)对甜玉米产量、不同器官生物量和磷素累积与分配、磷素转运特征和磷肥利用效率的影响。结果表明,磷肥供应均显著提高2018年和2019年甜玉米的鲜穗产量,但不同磷肥供应处理(P1~P4)之间的产量差异不显著,磷肥供应显著提高甜玉米拔节期、吐丝期和鲜食期植株的生物量及磷素累积量,其中籽粒磷素累积量约占植株磷素累积量的42%。磷肥供应下花后磷同化对甜玉米穗部磷素累积量的贡献率达到57.3%~93.0%;而1kg磷素生产鲜穗量、磷素生理效率、农学效率、回收利用率和偏生产力均随着磷肥供应量增加而明显下降。综合考虑产量与磷肥利用效率,在本试验条件下,37.5 kg hm^–2磷肥供应可满足甜玉米高产和磷肥高效利用的需求。     

不同产量潜力玉米籽粒胚乳细胞增殖与籽粒充实期的生理活性

不同产量潜力玉米间单籽粒的胚乳细胞数目差异显著,高产潜力玉米多于中产和低产潜力玉米,中产潜力玉米又多于低产潜力玉米。籽粒的生理状态影响着籽粒灌浆。籽粒灌浆速率、籽粒淀粉磷酸化酶活性及GA3含量的动态变化在时间进程上基本一致,籽粒淀粉磷酸化酶活性及GA3含量对籽粒物质充实有直接作用,其较高含量利于籽粒的干物     

14C-同化物在玉米果穗上的分布与籽粒败育关系

通过^14C-示踪方法，研究了在籽粒发育前期饲喂果穗叶后^14C-同化物在植株及果穗不同部位的分布。结果表明，果穗是灌浆期的主要库器官；^14C-同化物在果穗不同部位的分布不均一，在穗轴中^14C-同化物的分布呈现为基部〉中部〉上部，而在籽粒中则表现为中部〉基部〉上部。顶端穗轴中糖分含量不低于中部穗轴（P〉0．05），而败育粒中还原糖含量高于中部粒（P〈0．05）。因此认为，顶端的败育可能并非源于营养供应不足，而应归因于籽粒库活性不足。     

不同品质类型玉米籽粒充实期的胚乳细胞增殖与生理活性比较

以普通玉米、糯玉米和爆裂玉米为试材,比较研究了籽粒胚乳细胞数目、物质积累特点、激素含量变化和淀粉合成相关酶活性等方面的类型间差异。结果表明,3种类型玉米籽粒胚乳细胞增殖进程早于干物质的增加进程,普、糯、爆籽粒胚乳细胞数目分别在授粉后24、18和13 d达到最大值,粒重分别在授粉后45、40和30 d达最大值;在籽粒淀粉积累全程,糯玉米总淀粉含量高于同时期普通玉米和爆裂玉米,尤其是在授粉后30 d内差异最明显,普通玉米与爆裂玉米间差异不大;籽粒淀粉积累速率的类型间差异主要表现在积累速率极值大小及其出现时间的早晚两个方面,糯玉米淀粉积累速率最大值分别是普通玉米和爆裂玉米的1.61倍和1.34倍,糯玉米淀粉积累速率最大值出现在授粉后10 d,普通玉米和爆裂玉米则在授粉后20 d。普通玉米的胚乳细胞数目与籽粒灌浆速率极显著正相关,糯玉米显著正相关,爆裂玉米相关不显著。在整个籽粒充实期,普通玉米籽粒的玉米素(ZR)含量都高于同时期的糯玉米和爆裂玉米,而糯玉米又高于爆裂玉米;籽粒生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)含量在3个类型间的差异规律则与ZR刚好相反。3个品质类型的籽粒蔗糖合成酶(SS)活性类型间差异不显著,但在籽粒充实后期普通玉米SS活性下降最慢,而爆裂玉米下降最快;糯玉米的可溶性淀粉合成酶(SSS)和ADPG焦磷酸化酶(ADPGPPase)的籽粒充实期平均活性明显高于普通玉米和爆裂玉米;爆裂玉米的束缚态淀粉合成酶(GBSS)的籽粒充实期平均活性高于普通玉米和糯玉米。     

14C同化物在玉米果穗上的分布与籽粒败育关系

通过¹⁴C示踪方法，研究了在籽粒发育前期饲喂果穗叶后14C-同化物在植株及果穗不同部位的分布。结果表明，果穗是灌浆期的主要库器官；¹⁴C-同化物在果穗不同部位的分布不均一，在穗轴中¹⁴C-同化物的分布呈现为基部＞中部＞上部，而在籽粒中则表现为中部＞基部＞上部。顶端穗轴中糖分含量不低于中部穗轴(P>0.05)，而败育粒中还原糖含量高于中部粒(P<0.05)。因此认为，顶端的败育可能并非源于营养供应不足，而应归因于籽粒库活性不足。     

玉米杂交种桂单0811干物质积累与养分吸收、分配规律

为探寻桂单0811的合理施肥方案及高产栽培技术,对桂单0811不同生育时期植株不同部位的干物质和氮磷钾含量进行测定分析。结果表明,桂单0811干物质积累灌浆期占积累总量的86.31%;N、P 2O 5、K 2O的吸收量是N>K 2O>P 2O 5,N、P 2O 5、K 2O在拔节期以后被大量吸收,抽雄吐丝期其累积吸收量分别占到全生育期的35.60%、45.02%和36.65%,灌浆期其累积吸收量分别占到全生育期的77.51%、86.22%和76.52%;N、K 2O吸收高峰在灌浆期,P 2O 5在抽雄吐丝期和灌浆期;抽雄吐丝后N、K 2O、P 2O 5主要分布在籽粒中,每形成100 kg籽粒吸N 2.86 kg、P 2O 51.10 kg、K 2O 1.74 kg。研究表明,桂单0811较佳的施肥方法是:氮肥、磷肥和钾肥多次分期施用,按“前轻、中重、后补”的原则,注重种肥,拔节后重施攻秆肥,灌浆期施攻苞肥,防止后期脱肥。     

Variation in sweet corn kernel characteristics associated with stand establishment and eating quality

Summary A better understanding of the relationships between kernel characteristics associated with eating quality and stand establishment could be helpful in selection of superior genotypes by the sweet corn industry. A set of sweet corn (Zea mays L.) inbred lines with different endosperm mutations (su1, su1 se1 and sh2) were evaluated for field emergence and seedling growth rate at two locations over two years. Kernel characteristics associated with eating quality (kernel moisture concentration, kernel tenderness, sugars, phytoglycogen and dimethyl sulfide (DMS) concentrations were determined for the same inbreds by laboratory analysis from ears harvested at 18 and 22 days after pollination (DAP). Amounts of sugars, phytoglycogen and starch were also measured in mature dry kernel samples of the same inbreds. Extensive genetic variability was found among endosperm mutations and among genetic backgrounds within the different endosperm groups for most of the characteristics under study. Most of the kernel attributes associated with eating quality were uncorrelated indicating that selection to improve specific eating quality characteristics can be conducted simultaneously. A negative correlation between field emergence and sugar concentrations in immature kernels suggests that in breeding programs designed to develop germplasm with improved germination and stand establishment, concurrent attention must be given to the fresh quality of the harvested product. This information is of value to breeders and commercial growers for selection of sh2 and su1 se1 lines with superior field emergence and eating quality.Abbreviations (DAP) days after pollination - (DMS) dimethyl sulfide