高温胁迫对水稻贮藏蛋白质的组成和积累形态的影响

 【目的】稻米蛋白质的含量及组成是稻米品质和营养价值的重要指标,本研究旨在揭示高温胁迫对稻米贮藏蛋白质的组成和积累形态的影响。【方法】设置试验对灌浆期水稻进行高温胁迫处理,对稻米蛋白质各组分的积累动态进行分析。【结果】25℃处理在灌浆过程,籽粒单粒重和贮藏蛋白质积累过程与积累形态上都与自然生长条件下表现一致。而35℃的高温胁迫处理加速了灌浆过程,降低了籽粒单粒重。高温胁迫不仅增加了粗蛋白的含量,而且改变了贮藏蛋白质的组成和积累形态,如使醇溶蛋白的相对含量较对照降低了7.5%。高温处理虽然没有改变主要贮藏蛋白质谷蛋白的相对含量,却导致谷蛋白的两个亚基的相对含量较对照降低了12.7%,同时使57 kD谷蛋白前体及57 kD以上谷蛋白聚合体的积累增加了19.5%。【结论】在高温胁迫条件下水稻贮藏蛋白质的组成和积累形态发生了改变,谷蛋白两个亚基含量和醇溶蛋白含量的降低与籽粒氮素供应能力和蛋白质合成能力无关,而与蛋白质翻译后的转化、转运、聚合及降解等过程紧密相关。57 kD谷蛋白前体及57 kD以上谷蛋白聚合体的积累可能对稻米的食味与加工品质产生影响。     

高温及穗肥对水稻子粒蛋白质积累动态的影响

在穗肥施用和未施用条件下时灌浆期水稻进行了高温胁迫处理,对稻米蛋白质各组分的积累动态进行了分析.穗肥的施用显著提高了成熟期稻米粗蛋白的含量,但对蛋白质各组分相对含量的影响不显著.在N0和N2两个穗肥水平下,35℃高温处理均提高了子粒灌浆速度,明显降低了子粒单粒重;35℃高温处理还使谷蛋白的两个亚基的含量较25℃处理分别降低12.1%和5.7%,使醇溶蛋白含量分别降低6.7%和4.9%,同时却使谷蛋白组分中57kD及以上多肤的积累分别增加18.8%和11.7%,且子粒的粗蛋白含量也分别增加0.56%和0.35%.对高温下谷蛋白聚合体大量积累的原因及其对稻米品质的可能影响进行了分析.     

水稻齐穗后温度对稻米垩白影响途径研究

稻米垩白受水稻齐穗后15d内的温度状况影响较大。通过对不同处理下稻米胚乳横断面的电镜观察及精米容重测定可以看出,齐穗后高温下形成的稻米,其精米容重偏低,胚乳淀粉粒结构疏松,其外观上表现为垩白较大。这就意味着高温影响籽粒充实是形成垩白的主要症结所在。对齐穗后高低温处理下水稻籽粒灌浆动态测定及田间分期试验结果表明,高温影响籽粒充实的途径是显著地缩短灌浆期。垩白大小在一定程度上取决于库源协调。     

春小麦醇溶蛋白α-、β-、γ-、ω-组分积累规律及氮素调节效应

 为研究氮素形态对小麦醇溶蛋白及其组分积累的调节效应，以4种HMW-GS亚基组成的18个春小麦品种（系）为材料，研究了醇溶蛋白α、β、γ、ω组分积累规律及3种形态氮素的调节作用。结果表明，各品种醇溶蛋白含量均随籽粒灌浆的进行逐渐增加，但积累强度和最终积累水平存在明显差异；4种亚基类型中，以7+9、2+12亚基类型品种积累强度最小，最终积累水平较低。籽粒灌浆过程中，4种醇溶蛋白组分均呈增加趋势，但各组分的积累进程有所不同。不同形态氮素处理，醇溶蛋白及4种组分的积累规律一致，但对其形成和最终积累水平有不同调节效应，并因品种而异。比较而言，酰胺态氮素更有利于醇溶蛋白及各组分的形成与积累。     

水稻胚乳贮藏物代谢相关基因响应花后高温胁迫的微阵列分析

【目的】揭示花后高温条件下水稻灌浆过程中胚乳淀粉和蛋白贮藏物代谢相关基因的表达谱,并阐明部分重要功能基因对花后高温胁迫的响应表达模式。【方法】利用人工气候箱设高温(日均温度32℃,日最高温36℃/日最低温28℃)和适温(日均温度22℃,日最高温26℃/日最低温18℃)2个温度处理,并在水稻开花后的不同时期取样,对水稻胚乳贮藏物代谢各类相关基因的表达谱与表达模式进行高通量的cDNA微阵列检测。【结果】在水稻胚乳贮藏物代谢的相关基因中,以对高温胁迫响应表现较迟钝的基因居多,其高温处理与低温处理之间的杂交信号(nARVOL)比值(称R值)大致在0.8—1.2,但随高温处理时间的持续,呈上调或下调差异表达的基因数量均有明显增加;花后高温对胚乳糖代谢和淀粉合成类基因表达的调控效应,不仅随各个基因的功能类型、代谢途径和灌浆进程的差别变化而异,而且其表达丰度及其上调或下调幅度在很大程度上还与该功能基因的同工型(或酶亚基)有关;高温处理下水稻胚乳中的谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白类基因多呈下调表达特征,但也会随其所调控的蛋白亚基组分的不同而异,从而对胚乳贮藏蛋白的亚基构成和组分变化产生较大影响;与胚乳白贮藏物代谢密切相关的糖信号传导类基因、核糖体蛋白类基因和逆境防御蛋白类基因普遍比直接参与胚乳贮藏物合成路径的功能基因对高温胁迫响应表现敏感。【结论】花后高温胁迫对水稻胚乳灌浆贮藏物代谢的调控相当复杂,涉及到众多的功能基因位点。     

糜子籽粒贮藏蛋白的组分分析

【目的】研究糜子籽粒贮藏蛋白组分,为糜子种质资源研究和品种改良提供理论依据。【方法】分步提取13个糜子品种籽粒的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,利用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术,对各蛋白组分的亚基组成进行分析。【结果】参试样品籽粒清蛋白平均含量为13.67 mg/g,球蛋白为8.12 mg/g,谷蛋白为9.73 mg/g,醇溶蛋白为2.70 mg/g;在4种组分中,品种之间醇溶蛋白含量差异最大。SDS-PAGE图谱显示,染色后清蛋白、球蛋白、谷蛋白和剩余蛋白条带清晰可见;在14.4~94.0 ku,清蛋白有10~12亚基,谷蛋白有10或11亚基,球蛋白有9~11亚基,剩余蛋白含量高,成分比较丰富。【结论】利用SDS-PAGE方法可以得到糜子籽粒清蛋白、球蛋白和谷蛋白的清晰条带,而醇溶蛋白基本没有条带;相比而言,球蛋白的条带清晰且多态性高。     

施氮量对低谷蛋白水稻籽粒品质及蛋白质组分的影响

为探明施氮量对低谷蛋白水稻功能成分的影响,以低谷蛋白水稻D105为材料,在大田栽培条件下,设置0、90、135、180、225 kg·hm^-2 5个施氮处理(N0-N4),研究不同氮肥水平对籽粒蛋白质组分含量动态变化及加工品质的影响,并分析了各组分蛋白比例变化。结果表明,灌浆结实期D105籽粒总蛋白含量及各组分蛋白含量随着施氮量的增加而增加,成熟期(花后35 d)籽粒清蛋白和醇溶蛋白在各施肥处理下差异均不显著,而球蛋白和谷蛋白则表现出不同的差异性,说明不同的施氮量对清蛋白和醇溶蛋白的影响较小,对球蛋白和谷蛋白的影响较大,但不改变各组分蛋白的比例;在N2(135 kg·hm^-2)-N3(180 kg·hm^-2)处理下,稻米的加工品质和食味品质表现良好,在N4(225 kg·hm^-2)处理时,稻米综合品质降低。综上,实现低谷蛋白水稻D105优质的适宜施氮范围为N2-N3,建立谷蛋白相对于总蛋白的比例与施氮量的线性方程y=6E-05x²-0.02x+39.672 (R²=0.999 1),计算得出最适宜施氮量为166.67 kg·hm^-2。     

小麦籽粒蛋白质组分含量的动态模拟研究

 【目的】建立小麦籽粒蛋白质组分含量的动态模拟模型,以期为预测小麦籽粒品质状况提供关键技术支持。【方法】通过定量分析不同品种和水氮处理下小麦籽粒蛋白质组分含量的变化过程,构建了小麦籽粒蛋白质组分含量随花后生长度日（GDD）的动态模拟模型。模型采用幂函数方程描述了清蛋白含量随花后GDD的动态变化,对数函数方程描述了醇溶蛋白和谷蛋白含量的变化过程;并以籽粒氮素和水分因子描述了不同水氮状况对小麦籽粒蛋白质组分含量变化的定量影响。同时利用独立的观测资料对所构建的模型进行了检验。【结果】模型对不同温度下灌浆期籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量预测的均方根差分别为0.44%、0.58%、0.53%和0.59%;对成熟期籽粒蛋白质组分含量预测的均方根差分别为0.41%、0.56%、0.75%和0.56%。【结论】模型对不同生长条件下小麦籽粒蛋白质组分含量的变化动态具有较好的预测性,从而为模拟小麦籽粒品质和完善小麦生长模拟系统奠定了基础。     

水稻籽粒灌浆特性及品质对孕穗巅弱光胁迫的响应

以3个不同直链淀粉含量的水稻品种为材料，研究了孕穗期弱光对水稻籽粒灌浆及稻米品质的影响，并用Richards方程拟合籽粒的灌浆过程。结果表明，孕穗期弱光处理后，籽粒终极生长量（A）有所降低，起始灌浆势（R0）、最大灌浆速率（Gmax）、平均灌浆速率（G）的变化则因品种而异；糙米率、精米率显著下降，整精米率、垩白率、直链淀粉及蛋白质含量的变化因品种而异；精米率、糙米率与籽粒A值呈显著或极显著正相关，直链淀粉含量、整精米率与籽粒的R0、Gmax、G呈显著或极显著负相关，垩白率与籽粒的G、R0、Gmax呈显著或极显著正相关。在弱光区，可以采用育种、栽培技术、化学控制等手段来改变与稻米品质密切相关的籽粒灌浆参数值，以减轻弱光胁迫对稻米品质的危害程度。     

基于R5 ELISA和RP-HPLC法的小麦发芽过程中主要致敏蛋白含量变化

【目的】探索不同萌发状态小麦麸质蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白等主要致敏蛋白含量的动态变化规律,以及醇溶蛋白、谷蛋白亚基的含量变化,为无麸质食品的研发和发芽小麦的利用提供科学依据。【方法】控制发芽条件获得7种不同萌发状态的小麦,采用SDS-PAGE分析不同萌发状态小麦醇溶蛋白（Gliadins）、谷蛋白（Glutenin）的亚基组成变化,通过R5 ELISA和RP-HPLC进一步测定小麦发芽过程中麸质蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白亚基的含量变化。【结果】以R5 ELISA法和RP-HPLC法两种方法可有效测定小麦中麸质蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白亚基的含量,发芽处理对上述过敏蛋白及亚基有不同程度的影响;麸质蛋白含量在发芽初期变化不大,后期显著减少;ω-醇溶蛋白相对含量变化不显著;α-/β-醇溶蛋白的相对含量在发芽过程中大幅度降低（从未处理小麦籽粒的41.85%降低到发芽处理后的31.51%—35.35%,P＜0.01）,γ-醇溶蛋白相对含量从31.37%显著增加到发芽处理后的36.69%—39.02%（P＜0.05）;高分子量麦谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS）和低分子量麦谷蛋白亚基（low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS）的相对含量变化不显著,HMW-GS略有减少,从8.66%（未处理组）降低到5.94%（芽长1/4）,再回升到7.28%（芽长=籽粒长）;LMW-GS略有增加,从8.30%（未处理组）增加到10.45%（芽长=籽粒长）。【结论】R5 ELISA法和RP-HPLC法两种方法都可以有效进行小麦致敏蛋白定量分析;发芽过程中小麦的致敏蛋白含量总体呈下降趋势,特别是在发芽芽长达籽粒长1/2时,含有最多致敏肽的α-/β-醇溶蛋白下降尤为显著,提示小麦进行适度发芽处理可以降低致敏性。     

氮素穗肥对水稻垩白籽粒灌浆影响及与加工品质的关系

为明确垩白籽粒灌浆特性与稻米加工品质的关系及氮素穗肥调控效应，以高垩白水稻OM052为材料，设置追施氮素穗肥和不追肥处理，分析其物质生产、灌浆动态特征、加工品质及其对氮素穗肥的响应。结果表明：追施氮素穗肥显著增加了抽穗至成熟期的干物质积累量，提高了籽粒灌浆的起始生长势，灌浆启动提早、平均灌浆速率和最大灌浆速率增加，最大灌浆速率出现时间提前0.95 d，但活跃灌浆期缩短0.69 d。未追施氮素穗肥处理的籽粒灌浆启动滞后，灌浆速率小，且在达到最大灌浆速率后下降平缓而灌浆时间延长。追施氮素穗肥条件下稻米的糙米率、精米率和整精米率显著提高1.46%、2.52%和3.57%，加工品质得以改善。抽穗至成熟期的干物质积累及平均灌浆速率和最大灌浆速率分别与加工品质呈显著或极显著正相关，达到最大灌浆速率时间和活跃灌浆期与加工品质呈显著负相关。在保障抽穗至成熟期光合物质生产的基础上，协同优化籽粒灌浆特征参数有利于改善稻米的加工品质。     

不同氮素水平下水稻籽粒灌浆过程中主要品质性状的动态差异

选用5个不同的粳稻品种,在施氮(N10)和未施氮(N0)水平条件下,对灌浆期的稻米品质形成及品种间主要品质性状差异进行动态分析。结果表明,品种间粒形差异在灌浆前期已表现。在2种氮素水平下,随着籽粒灌浆进程粒厚明显加厚,以25 d为界,日增长速度前期快于后期,N10水平快于N0水平;灌浆前期(抽穗至20 d)籽粒直链淀粉含量呈增加趋势,后又下降。整个灌浆进程中N10水平下籽粒直链淀粉平均含量均高于N0水平,但品种间存在差异。N0水平下胶稠度平均值随籽粒灌浆进程呈上升的趋势,而N10水平下胶稠度平均值随籽粒灌浆进程呈下降趋势,整个灌浆进程中N10水平下籽粒胶稠度平均值均低于N0水平。在2种施氮条件下出糙率与粒宽、千粒重、出精率呈显著正相关,而与蛋白质含量呈显著负相关,在未施氮条件下糊化温度与粒宽和出精率呈显著正相关,粗蛋白与粒宽、千粒重、出糙率和出精率均呈显著负相关。在施氮条件下糊化温度与蛋白质含量呈显著负相关,蛋白质与粒宽、出精率和出糙率均呈显著负相关。     

施氮量和栽培密度对超级晚籼稻“天优华占”非结构性碳水化合物积累、分配和稻米品质的影响

以超级稻天优华占为材料,研究了4种不同氮肥施用量和2种不同栽培密度下灌浆结实期叶片光合特性,抽穗期和成熟期叶鞘和茎秆的非结构性碳水化合物积累与分配及其和稻米品质间的关系。结果表明:当施氮量为0～165 kg/hm2时,灌浆期（抽穗后16 d）剑叶中净光合速率随施氮量的增加而增加。当施氮量超过165 kg/hm2,光合速率略有下降。适宜的施氮量和栽插密度可增加抽穗期的糖和淀粉积累量。相关分析表明:糙米率和穗中可溶性糖以及淀粉累积量均呈显著正相关,垩白度和茎秆以及叶片中可溶性糖积累量呈显著或极显著正相关,直链淀粉含量和叶中可溶性糖积累量呈极显著负相关,蛋白质含量和叶中可溶性糖以及淀粉累积量呈显著或极显著正相关。     

重庆冬水田地区杂交水稻的高效施氮策略

为提高以重庆为代表的西南丘陵山区冬水田水稻的单产水平及氮肥的利用率,实现区域水稻高产高效和生态友好等目标。笔者以大面积水稻生产代表品种‘渝香203’为材料,采用田间试验的方法,研究了氮肥施用量与施用方式对水稻抽穗—成熟期生物产量积累与分配、氮素利用率及稻谷产量的影响。研究结果表明：水稻生物产量、氮积累总量以及稻谷产量均随施氮量增加而增加。氮肥后移作穗肥有利于水稻的生物产量积累和合理分配,在中氮处理(10 kg/666.7 m2)采用底肥:穗肥=5:5 的施氮方式下,水稻茎鞘输出率和转换率均较高,分别达到56.59%和48.59%。氮肥后移作穗肥有利于提高氮农学利用效率和表观利用率,适宜的施氮比例受施氮量的影响而不同。氮肥后移作穗肥有利于提高水稻的穗平实粒数、结实率和千粒重,实现大穗高产。兼顾稻谷产量与氮肥高效,重庆冬水田地区杂交水稻的高效施氮策略为纯氮10 kg/666.7 m2,且采用底肥:穗肥=6:4 或5:5 的施氮方式。稻谷实际产量为9910.68~9940.62 kg/hm2,平均产量为9925.65 kg/hm2。     

不同土壤肥力条件下施氮量对强筋小麦产量和蛋白质组分的影响

试验结果表明 ,在不同土壤肥力条件下 ,不同施氮量对强筋小麦的产量和蛋白质组分有显著的影响。成穗数随施氮量的增加而极显著地提高 ,千粒重则随其显著地下降 ;穗粒数随施氮量的增加逐渐上升 ,达到高峰后下降。氮肥对栽培强筋小麦的增产作用表现为低肥力 >高肥力。对小麦籽粒蛋白质组分的影响表现为高肥力条件施氮显著提高粗蛋白和清蛋白的含量 ;低肥力条件下施氮极显著的提高粗蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白的含量。     

不同施氮时期对水稻剑叶光合特性及稻米品质的影响

通过盆栽试验研究了相同施氮总量下不同施氮时期对扬稻6号和扬粳9538剑叶光合特性及稻米品质的影响.结果表明:孕穗肥能提高稻米精米率、整精米率、蛋白质含量,降低垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量;后期施氮能显著提高剑叶的叶绿素含量即SPAD值,使叶片保持浓绿状态的时间延长;后期适当施氮肥能显著提高剑叶净光合速率,延缓剑叶的衰老,延长光合时间,提高品质;在颖果发育过程中,后期施氮能降低颖果中可溶性糖、直链淀粉和总淀粉的积累量,显著提高蛋白质积累量,但对支链淀粉积累量影响较小.     

不同库容类型杂交早籼稻品种源库结构对垩白的影响

 【目的】揭示不同库容量类型早籼稻品种齐穗期源库结构对稻米垩白的影响。【方法】以18个杂交早籼稻品种为材料,采用聚类分析法将供试品种按库容量分为大、中、小3种类型,研究不同类型品种源库结构、灌浆特性和垩白的差异,分析源库结构对籽粒灌浆和垩白的影响。【结果】齐穗期LAI、灌浆期净同化率等大库容类型＞中库容类型＞小库容类型,而单位库容的叶面积、茎鞘重和净同化率等则相反;籽粒灌浆速率大库容类型＜中库容类型＜小库容类型,而灌浆历期则相反;稻米垩白粒率和垩白度则表现为大库容类型＞小库容类型＞中库容类型。【结论】大、中库容类型品种,灌浆物质不足,灌浆速率低,垩白粒率和垩白度高,宜采取扩源措施降低稻米的垩白粒率和垩白度;小库容类型品种灌浆物质充足,灌浆速率快,垩白粒率和垩白度也高,宜采取扩库措施降低稻米的垩白粒率和垩白度。     

不同栽培方式和施氮量对稻米营养品质及植酸积累的影响

试验设常规水作(C1)、覆膜旱作(C2)和裸地旱作(c3)3种栽培方式处理,每一栽培方式又分别设不施氮肥(N1,0 kg／hm2)、施用低氮(N2,124 kg／hm2)和高氮肥(N3,150 kg/hm2)3水平的肥料处理,对不同栽培方式和施氮处理下稻米营养品质和植酸积累的差异变化进行了比较分析。结果表明,旱作条件下水稻籽粒中的总磷含量有所提高,而籽粒植酸和无机磷的含量则有所降低;在相同的施氮水平下,裸地旱作水稻籽粒中的氮素含量显著低于覆膜旱作和常规水作处理,但施氮处理对稻米蛋白组分和植酸含量的影响因栽培方式而异。这说明合理施肥和水分管理方式可以改善水稻的氮素营养,提高籽粒蛋白质含量,适当减少抗营养物质植酸含量。施用氮肥可显著增加稻米中总磷积累量。     

基于冠层反射光谱的水稻追氮调控效应研究

【目的】利用实时冠层反射光谱监测水稻(Oryza sativa)植株氮素营养状况并推荐氮肥追用量,以实现高产、优质、高效水稻生产。【方法】基于不同基施氮量处理,利用水稻拔节期的差值植被指数(differential vegetation index,DVI)实时估测植株氮积累量,进而根据构建的追氮调控模型精确估算穗肥用量,最后研究基于反射光谱的水稻追氮调控效应。【结果】不同基施氮量处理下的水稻植株在穗肥施用期的氮素积累状况差异较大,基于追肥调控模型,高施基氮量处理的追氮量较对照调低(高氮低调),中施基氮量处理的追氮量较对照微高(中氮微调),而低施基氮量处理的追氮量较对照显著调高(低氮高调)。追施氮肥后,各调控处理间的植株氮含量(PNC)和差值植被指数(DVI)逐渐趋于一致。而调控处理的叶片净光合速率(Pn)和氮肥农学利用率较各自对照明显提高,并获得了更高的经济效益。与常规高产施氮处理相比,低氮高调、高氮低调处理Pn、干物质积累量、氮积累量、产量以及氮肥农学利用率等均有所提高。【结论】与传统非定量经验施肥相比,基于反射光谱的水稻追氮调控技术根据植株氮积累量和土壤供氮量而精确量化氮肥追用量,是一种较好的追肥精确管理技术。