外源ABA和6-BA对不同持绿型小麦旗叶衰老的影响及其生理机制

为深入认识植物激素在小麦抗氧化和调控衰老中的作用机制,以持绿品种汶农6号和非持绿品种济麦20为材料,在盛花期后喷施脱落酸(ABA)和6-苄基腺嘌呤(6-BA),考察外源激素对旗叶衰老过程中生理生化指标动态变化以及籽粒产量的影响,并探讨了激素与衰老的关系。结果表明,汶农6号旗叶的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、叶绿素含量及籽粒千粒重和产量均大于济麦20,且丙二醛(MDA)含量低于济麦20,表明持绿型品种抗氧化能力强,衰老进程较慢,进而获得较高产量。外源ABA和6-BA处理显著提高花后7~28 d旗叶叶绿素含量,提高花后21~35 d可溶性蛋白含量,显著降低花后28~35 d旗叶MDA含量。外源ABA降低两品种旗叶玉米素(ZR)含量,但提高生长素(IAA)和赤霉素(GA)含量,降低了其在花后28~35 d的ABA含量。6-BA处理提高旗叶ZR含量及花后7~14 d IAA含量,降低济麦20花后21~35 d旗叶ABA含量。外源ABA显著提高汶农6号花后7~21 d旗叶SOD活性,喷施ABA对汶农6号旗叶POD和过氧化氢酶(CAT)活性影响没有显著性影响,但显著提高了济麦20花后7~28 d POD活性,喷施6-BA提高了两品种7~28 d SOD、POD和CAT活性。总之,ABA和6-BA处理改变了旗叶内源激素水平,提高抗氧化酶活性,降低MDA含量,延缓旗叶衰老,从而提高了籽粒产量。     

ABA与GA对水稻籽粒灌浆的调控

灌浆初期籽粒中ABA(脱落酸)含量(ng g-1FW)和ABA与GA(赤霉素)的比值，强势粒高于弱势粒，籽粒充实度好的组合高于籽粒充实度差的组合。开花后2天，喷施外源ABA，籽粒中ABA含量和ABA/GA增大，喷施外源GA后籽粒中GA含量增加，ABA/GA减小。低浓度(15mg/L)ABA处理后，灌浆初期籽粒中ADPG焦磷酸酶和淀粉合成酶活性及淀粉含量增加，     

花后前期高温对玉米强弱势籽粒生长发育的影响

采用籽粒离体培养的方法,研究花后高温对玉米强、弱势籽粒的影响。结果表明,高温处理加快了强、弱势籽粒前期的灌浆速率,但降低了中后期的灌浆速率,导致粒重降低,且对弱势粒影响尤为显著,高温处理强、弱势粒成熟期粒重分别比对照低5.8%、17.4%;高温显著降低了籽粒不同灌浆时期的淀粉合成相关酶活性,从而使淀粉含量降低,强势粒的淀粉含量降低幅度小于弱势粒;与对照相比,高温处理后强势籽粒中的3-吲哚乙酸(IAA)和玉米素核苷(ZR)含量显著下降,赤霉素(GA₃)含量则无显著差异,而弱势粒IAA、ZR含量显著降低,但GA₃含量增加,可能是导致弱势粒干重受损较大的原因。     

超级稻花后强、弱势粒灌浆相关蛋白质表达的差异

为进一步揭示水稻强、弱势粒灌浆差异的机理,以2个超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)为材料,通过双向电泳观察花后强、弱势粒灌浆相关蛋白质表达的差异并对差异蛋白进行质谱分析。结果表明,弱势粒花后3~15 d的灌浆速率和最终粒重均显著低小于强势粒。花后3 d、8 d和15 d弱势粒中蛋白质表达的点少于强势粒,花后25 d则弱势粒多于强势粒。花后强、弱势粒间差异蛋白质表达量在2倍以上的点有类似变化趋势。选择有显著差异的27个蛋白点进行质谱分析,其中14个点的功能得到鉴定。这些蛋白质分别参与籽粒的淀粉合成、蛋白合成、光合作用、能量代谢、环境适应以及细胞信号转导等。说明强、弱势粒间多种灌浆相关蛋白质表达的差异是其灌浆和粒重差异的重要原因。     

小麦籽粒发育过程中激素含量变化

两个冬小麦品种的强势籽粒和弱势籽粒的灌浆特点不同,鲁215953表现为弱势粒灌浆速率高值持续期短,而鲁麦14表现为弱势粒灌浆速率低。籽粒发育过程中,IAA, iPA含量变化为双峰曲线,ABA为单峰曲线,而GA含量变化因品种而异。弱势粒内IAA, GA与iPA水平低,iPA含量第一峰出现早,籽粒灌浆高峰之前的ABA含量低,并且其ABA含量升     

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。     

小麦籽粒游离多胺对土壤干旱的响应及其与籽粒灌浆的关系

为探明干旱胁迫下小麦内源游离多胺在籽粒灌浆过程中的作用,2013-2014和2014-2015年度选用高产品种扬麦16和宁麦13进行不同水分条件的盆栽试验。自分蘖末期至成熟期设置正常供水(WW)、土壤轻度干旱(MD)和土壤重度干旱(SD) 3种处理,观察不同土壤水分对籽粒中游离多胺和籽粒灌浆的影响。两个品种的结果一致表明,与WW相比,MD处理对叶片水势及光合作用没有显著影响,显著增加弱势粒灌浆速率(12.5%)和粒重(11.8%),对强势粒灌浆无显著影响;SD处理则严重抑制叶片光合作用,显著降低叶片水势,强势粒的灌浆速率和粒重分别下降10.1%和9.5%,弱势粒的灌浆速率和粒重分别下降14.5%和11.7%。MD处理显著提高了灌浆期弱势粒中游离亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量及其与腐胺(Put)的比值,而SD处理的结果则相反。籽粒灌浆速率、粒重与籽粒中Spd和Spm含量及Spd/Put和Spm/Put值呈极显著正相关,与Put含量呈极显著负相关。喷施Spd和Spm,显著增加3个处理弱势粒及SD处理强势粒的灌浆速率(11.2%~25.9%)和粒重(9.9%~17.7%),但对WW和MD处理的强势粒无显著影响;喷施Spd和Spm合成抑制剂[甲基乙二醛-双脒基腙(MGBG)]后,3个处理强、弱势粒的灌浆速率和粒重均显著降低,分别下降20.5%~28.8%和16.9%~28.5%。表明小麦籽粒中多胺对土壤水分的响应因土壤干旱程度而异,通过轻度土壤干旱处理增加籽粒中Spd和Spm含量以及Spd/Put和Spm/Put值,可以促进籽粒灌浆,增加粒重。     

不同生育时期遮光对玉米籽粒灌浆特性及产量的影响

为探索不同时期遮光对玉米籽粒灌浆特性和产量的影响, 2012-2013年以玉米品种京科968与郑单958为试验材料, 在大田条件下用透光率50%的遮阳网分别于13叶全展期(T1)、吐丝期(T2)、吐丝后15 d (T3)遮光处理, 每期遮光7 d, 以自然光照为对照, 并利用Logistic方程y =A/(1+Be^–Cx)比较不同遮光处理玉米籽粒灌浆过程。结果表明,不同时期遮光均导致玉米穗粒数、千粒重和产量不同程度降低, 且遮光时期越晚降幅越大, 其中产量差异显著; 遮光导致灌浆高峰持续期与活跃灌浆天数(P)缩短, 最大灌浆速率(G_max)与平均灌浆速率均下降, 籽粒终极生长量(A)降低; 品种特性决定粒重、穗粒数与灌浆参数的关系, 同一品种的粒重与灌浆速率最大时的生长量(W_max)呈显著正相关, 品种间的粒重差异由活跃灌浆天数(P)决定, 同一品种的穗粒数与最大灌浆速率(Gmax)呈显著正相关, 品种间的穗粒数差异由灌浆速率最大时的生长量(W_max)决定。选择适宜品种, 提高籽粒灌浆速率最大时的生长量(W_max)与最大灌浆速率(G_max), 并延长活跃灌浆天数(P)是玉米在光胁迫环境下获得高产、稳产的重要途径。     

超级稻花后强、弱势粒多胺浓度变化及其与籽粒灌浆的关系

以4个超级稻品种[两优培九和II优084(杂交籼稻)、淮稻9号和武粳15(粳稻)]为材料,2个高产品种[汕优63(杂交籼稻)、扬辐粳8号(粳稻)]为对照,测定了结实期强、弱势粒中腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm)浓度和灌浆速率,分析了它们之间的关系并用化学调控的方法进行了验证。结果表明,强势粒的最大灌浆速率、平均灌浆速率和糙米重,超级稻品种与对照品种差异较小,弱势粒的灌浆速率和粒重表现为超级稻品种显著低于对照品种。灌浆期强、弱势粒的Put、Spd和Spm浓度变化均成单峰值曲线。Put的峰值浓度和平均浓度,弱势粒高于强势粒。Spd和Spm峰值浓度和平均浓度,弱势粒显著低于强势粒,超级稻品种低于对照品种。籽粒平均灌浆速率和糙米重与Put浓度呈极显著负相关,与Spd和Spm浓度以及Spd/Put和Spm/Put呈极显著正相关。灌浆初期对稻穗喷施Spd和Spm,增强了弱势粒中蔗糖合成酶、ADP葡萄糖焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性,提高了弱势粒灌浆速率、结实率和粒重,喷施Put或多胺合成抑制剂 (MGBG)的结果则相反。说明多胺参与水稻籽粒灌浆的调控,超级稻品种弱势粒较低的Spd和Spm浓度及较低的Spd/Put和Spm/Put值是其灌浆速率小、粒重轻的一个重要生理原因。     

外源ABA和GA对水稻不同粒位籽粒主要米质性状的影响

以中熟籼稻扬稻6号和中熟粳稻扬粳9538为材料,灌浆初期通过喷施低浓度的ABA (75.7 μmol L^-1)和GA (57.7 μmol L^-1)处理,研究其对水稻穗部不同粒位籽粒品质的影响。结果表明,灌浆初期喷施低浓度的外源ABA和GA对米质影响较大,影响程度因激素种类和籽粒着生部位不同而异。ABA增加千粒重和整精米率,降低垩白度;其影响对同枝梗上开花较迟的籽粒大于对其他粒位籽粒,对同部位二次枝梗籽粒大于对一次枝梗籽粒。外源GA处理则显著或极显著降低千粒重、整精米率、胶稠度、粗蛋白含量,增加垩白度、直链淀粉含量;同一枝梗不同粒位籽粒间,对较早开花籽粒千粒重和整精米率的影响大于对较迟开花籽粒,对垩白度、直链淀粉含量和蛋白质的影响则与ABA相反。     

水稻根和籽粒细胞分裂素和脱落酸浓度与籽粒灌浆及蒸煮品质的关系

以10个不同基因型水稻品种和杂交稻组合为材料，分析了结实期水稻根系和籽粒细胞分裂素和脱落酸（ABA）浓度的变化及其与籽粒灌浆速率和稻米蒸煮品质的关系。结果表明，灌浆早期(花后0～12 d)根和籽粒玉米素＋玉米素核苷（Z＋ZR）浓度以及灌浆中期（花后13～26 d）根和籽粒ABA浓度与籽粒起始生长势、平均灌浆速率、最大灌浆速率、糙米重呈显著或极显著正相关（r＝0.726* ~ 0.984**），与活跃灌浆期呈显著或极显著负相关(r＝－0.749* ~ －0.834**)。灌浆中、后期（花后27~40 d）根和籽粒Z＋ZR浓度与活跃灌浆期呈显著或极显著正相关(r＝0.689* ~ 0.932**)，但灌浆后期Z＋ZR浓度与灌浆速率呈极显著负相关(r＝－0.826** ~ －0.927**)。灌浆中期和后期根和籽粒Z＋ZR浓度与胶稠度及碱化值呈显著或极显著正相关（r＝0.722* ~ 0.896**），与直链淀粉含量呈显著或极显著负相关（r＝－0.633* ~－0.778**）。灌浆中期根和籽粒ABA浓度与胶稠度及碱化值呈极显著负相关（r＝－0.883** ~ －0.913**），与直链淀粉含量呈显著或极显著正相关（r＝0.803** ~ 0.871**）。不同灌浆期ZR或ABA处理对籽粒灌浆、稻米胶稠度和直链淀粉含量的影响，与内源激素同灌浆特征参数和稻米蒸煮品质指标的关系基本吻合。表明根和籽粒细胞分裂素和ABA对籽粒灌浆和稻米蒸煮品质起调控作用，其调控的正、负效应取决于灌浆的时期。     

不同生态环境条件下小麦籽粒灌浆速率及千粒重QTL分析

以142个和尚麦/豫8679的F7:8重组自交系及其亲本为试验材料, 分析了籽粒平均灌浆速率、最高灌浆速率及千粒重在北京(2006, 2007)、安徽合肥(2007)和四川成都(2007)4个生态环境下的性状表现, 并利用已构建的含有170个SSR标记和2个EST标记的遗传图谱, 对这3个性状进行了QTL定位分析。共检测到54个QTLs, 涉及小麦1A、1B、2A、2D、3A、3B、3D、4A、4D、5A、5B、6D 和7D染色体。其中, 17个与平均灌浆速率相关, 可解释表型变异的7.17%~20.83%; 16个与最高灌浆速率相关, 可解释表型变异的6.31%~15.95%; 21个与千粒重相关, 可解释表型变异的4.36%~16.80%。另外, 在1A、1B、2A、3B、4D、6D和7D染色体上发现10个涉及“一因多效”或紧密连锁位点的基因组区段, 有助于了解籽粒灌浆和籽粒产量相关性状的遗传基础。     

四川盆地小麦籽粒的灌浆特性

四川盆地小麦灌浆期长,粒重优势明显,但易受环境影响。2010-2011和2011-2012年连续2个小麦生长季,选用10个品种在3个地点进行灌浆特性研究,以揭示该区域小麦灌浆参数的基因型差异及环境效应。2年平均粒重48.25 g,灌浆分为渐增期(T₁)、快增期(T₂)和缓增期(T₃) 3个阶段,各阶段持续时间为T₃ (16.30 d)>T₁ (13.41 d)>T₂ (12.98 d),其灌浆速率分别为0.618、0.772和2.205 mg grain^-1 d^-1。3个阶段的干物质积累贡献率依次为21.21% (T₁)、58.27% (T₂)和20.53% (T₃),可见快增期结束时可以积累80%左右的干物质量。基因型、地点和年份对除粒重以外的所有灌浆参数均有显著影响,以年份的效应最大。同一年中,粒重、最大灌浆速率、平均灌浆速率、缓增期灌浆速率、渐增期灌浆速率和快增期灌浆速率主要受基因型的影响,而其他参数则以地点效应大于基因型效应。粒重与平均灌浆速率、最大灌浆速率、快增期灌浆速率和缓增期灌浆速率呈极显著正相关。10个参试品种中,川麦42、川育23和川麦56具开花期早、灌浆速率高、灌浆时间长、粒重大等特征。     

土壤水分与氮素对水稻地上器官脱落酸和细胞分裂素含量的影响

在盆栽和土培池条件下,研究了结实期轻度土壤水分胁迫与氮素营养对水稻地上部脱落酸和细胞分裂素含量及籽粒灌浆的影响。轻度土壤水分胁迫提高了籽粒的灌浆速率,缩短了灌浆期。在高氮（HN）水平下,轻度土壤水分胁迫处理使结实率、粒重和产量较正常灌溉条件下提高。土壤水分胁迫降低了稻株中的玉米素（Z）＋玉米素核苷（ZR）含量,显著增加了稻株中特别是籽粒中脱落酸（ABA）含量。籽粒灌浆速率与籽粒ABA含量极显著正相关,而与籽粒中Z+ZR含量的相关不显著。灌浆前期（花后9～13 d）对在HN和正常灌水下生长的稻株喷施ABA,显著提高了籽粒中蔗糖合成酶、淀粉合成酶、淀粉分枝酶、可溶性酸性转化酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性,增加了粒重。喷施氟草酮(ABA合成抑制剂)的结果与喷施ABA相反。表明轻度土壤水分胁迫促进籽粒灌浆,ABA起重要的调控作用。     

Physiological characteristics of a functional stay-green rice “SNU-SG1” during grain-filling period

Functional stay-green has been regarded as a promising characteristic to be introduced for improving rice yield potential. A functional stay-green rice “SNU-SG1” that was identified from japonica rice collections was compared with two regular high-yielding rice cultivars (HYVs) for the temporal change of leaf chlorophyll, soluble protein, and root activity, and nitrogen accumulation and remobilization during the grain-filling period. SNU-SG1 had slower decreasing rate and maintained higher concentration of chlorophyll and soluble protein in upper four leaves during the grain-filling period than HYVs “Suweon490” and “Andabyeo”, revealing a typical stay-green characteristic. Even though SNU-SG1 remobilized almost the same proportion of N accumulated before heading as HYVs to grain, it maintained much higher leaf N concentration due to the significantly higher N accumulation that is ascribable to the higher root activity sustenance during grain-filling period. The functional stay-green trait of SNU-SG1 seems to stem not only from the genetic control preventing chlorophyll degradation but also from the higher capacity to absorb N from soil due to the sustained strong root activity during grain-filling period. SNU-SG1 exhibited higher crop growth rate during late grain-filling period than HYVs, resulting in higher grain-filling percentage and non-structural carbohydrate re-accumulation in the stem at the final stage of grain filling. It is concluded that SNU-SG1 has a promising trait “functional stay-green” contributable to rice yield potential improvement through the improved grain filling.     

不同温度下外施6-BA和ABA对棉花(Gossypium hirsutum L.)产量和纤维品质的影响

以棉纤维比强度高的科棉1号、比强度中等的美棉33B 2个品种为材料,于2006-2007年在江苏南京设置大田分期播种试验,使棉铃发育处于不同温度条件,于棉株7～9果枝第1、2果节棉铃开花时喷施6-苄基腺嘌呤(6BA)和脱落酸(ABA),研究不同的铃期日均最低气温条件下6-BA和ABA对棉花产量和纤维品质的影响。结果表明:由晚播造成的低温降低了棉花产量及纤维品质。外施6-BA、ABA对棉株中部果枝铃铃重和纤维品质影响最大。正常播期下,外施6-BA可增加中部果枝棉铃铃重,外施ABA降低铃重,但二者对其纤维品质影响较小;迟播时,外施6-BA可提高中部果枝棉铃铃重,ABA处理的作用则相反,二者均可提高纤维长度和比强度、优化麦克隆值。不同的温度条件下,外施6-BA均提高了单株铃数、单株平均铃重和皮棉产量,外施ABA则降低了棉花单株铃数和产量。外施6-BA和ABA对高强纤维品种产量和纤维品质的影响较中强纤维品种更为明显。低温下,在棉铃发育初期喷施6-BA对改善棉纤维品质的效果最好。     

应用导入系群体进行水稻产量相关性状的遗传剖析

以优质高产水稻品种丰矮占为轮回亲本, 以Khazar和IR64作供体亲本, 经连续回交分别构建了2套导入系(introgression lines)群体。对导入系后代分别在广州早造和晚造两种环境下进行重复产量鉴定。对两环境下产量及其组分性状的相关分析表明, 在广州早造和晚造环境下水稻产量构成因素存在很大差异。在早造, 每穗实粒数对产量供献最大, 而在晚造, 单株有效穗数对产量供献最大。应用SSR分子标记对这些导入系的供体片段进行全基因组扫描并应用单向方差分析(one-way ANOVA)剖析了导入系基因型与其产量及其组分的关系, 共检测到27个染色体区段与产量及组分性状相关, 包括10个产量QTL、9个单株穗数QTL、9个每穗实粒数QTL和14个千粒重QTL。大多数QTL只在一个环境条件下表达。在第3、7和9染色体上有3个QTL区域与产量及其两个组分有较大的效应, 值得关注。最终, 本研究在同步进行复杂农艺性状的改良和遗传剖析的研究上做出了有益的尝试。     

Stay-green expression in early generation sorghum [<Emphasis Type="Italic">Sorghum bicolor</Emphasis> (L.) Moench] QTL introgression lines

Reduced leaf senescence (stay-green) has been demonstrated to improve tolerance of post-flowering moisture stress in grain sorghum. A number of quantitative trait loci (QTLs) associated with stay-green have been identified in sorghum, to facilitate transfer of this trait into adapted genetic backgrounds. This study reports initial evaluations, in both well watered and post-flowering stress environments, following partial introgression (BC₂F₃/BC₁F₄ generations) of four stable stay-green QTLs (StgB, Stg1, Stg3 and Stg4) from donor parent B35 to senescent variety R 16. The majority of the introgression lines had higher leaf chlorophyll levels at flowering (a distinctive trait of the donor parent) and a greater percentage green leaf area during the latter part of grain filling, than did R 16, indicating that the stay-green QTLs were expressed phenotypically in the R 16 background. None of the QTL introgression lines achieved the same level of stay-green as B35, however. Maintenance of a greater relative green leaf area during the latter half of grain filling was related to a greater relative grain yield in two of three post-flowering moisture deficit environments in which the materials were evaluated (r ² = 0.34 in 2004–2005 and r ² = 0.76 in 2005–2006), as was a direct measure of leaf chlorophyll in one of the post-flowering stress environments in which this was measured (r ² = 0.42, P < 0.05). Thus the study provided useful evidence that the marker-assisted backcross transfer of stay-green QTLs from B35 into an adapted, but senescent background has the potential to enhance tolerance of post-flowering drought stress in sorghum.