植物蔗糖合成酶功能与分子生物学研究进展

蔗糖合成酶在植物生长发育过程中有着举足轻重的作用。叶片光合产物向“库”器官运输的主要形态是蔗糖,而蔗糖合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键酶之一。在此,综述了蔗糖合成酶(SuSy)在高等植物蔗糖代谢中的作用,SuSy基因的克隆、表达调控机理以及SuSy转基因植株的表现;并进一步对蔗糖合成酶的研究作出设想。     

高产冬小麦深耘断根提高粒重的生理分析

1997～1999采用2个品种,设置4个处理,于花后测定多项生理指标,研究探讨深耘断根提高冬小麦粒重的机理。结果表明：花后深耘断根处理的“源”活力高。深耘断根可推迟小麦旗叶光合速率峰期、延缓叶绿素含量下降速率、延缓功能叶衰老、使根系发育良好、活力提高。深耘断根处理增强籽粒“库”活力。可使籽粒SS（蔗糖合成酶）活性加大、穗部ATP含量提高。深耘断根提高旗叶SPS(磷酸蔗糖合成酶)活性,强化光合产物转化。深耘断根保持了小麦长时期高强度灌浆。结合前人的研究,文章初步提出了冬小麦深耘断根增加粒重的机理模型。     

不同基因型绿豆叶片光合性能研究

以夏播区高产绿豆品种(系)冀绿2号、安9910和低产品种(系)赤峰绿豆、泰来绿豆为材料,对其衰老过程中开花节功能叶片的光合参数变化进行了研究。结果表明,绿豆开花后,随着叶片的衰老,各功能叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量逐渐下降,叶质重表现出降低—增大—降低的变化趋势,同一时期不同开花节叶片的光合性能自上而下逐渐降低。不同品种间存在显著差异,冀绿2号和安9910叶片功能期长,叶绿素和可溶性蛋白质降解较慢,生育后期仍具有相对较高的光合性能,这为其积累较多的光合产物提供了生理基础。进一步分析表明,绿豆产量与花后开花节叶片的平均净光合速率呈极显著正相关,叶片净光合速率又与叶绿素、可溶性蛋白质含量呈极显著正相关。综合分析表明,在绿豆开花结荚期间,保持较高的叶绿素含量和功能叶片的光合生产能力,延缓叶片衰老,对籽粒产量形成具有重要作用。     

外源喷施植物生长调节剂对套作大豆碳氮代谢和花荚脱落的影响

玉米–大豆带状套作模式下,玉米荫蔽会抑制大豆苗期生长、减少花荚数、降低产量,探究外源植物生长调节剂对大豆开花结荚和产量的调控效应对套作大豆生产具有重要意义。采用单因素随机区组设计研究套作大豆初花期叶面喷施6-苄基腺嘌呤(6-Benzylaminopurine,6-BA)、2-N,N-二乙氨基乙基己酸酯(diethylaminoethylhexanoate,DTA-6)、烯效唑(S3307)对花荚脱落、叶片碳氮代谢及产量形成的影响。结果表明,外源调节剂会增强盛荚期和鼓粒期叶片蔗糖合成酶(sucrose synthetase, SS)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)及转化酶(invertase, Inv)的酶活性;提高始粒期茎、叶、荚果的可溶性糖含量,促进后期茎、叶中可溶性糖向荚果的转移。外源调节剂会增加始荚期叶片碳、氮含量,降低叶片C/N比值;增加始粒期叶片碳含量,减少氮含量,提高叶片C/N比值。外源调节剂会增加大豆开花结荚数,降低落荚数、落荚率及花荚脱落率,以DTA-6效果较好,其处理下2年大豆单株有效荚数和产量显著高于CK,较CK分别增加25.4%、41.3%和32.9%、37.6%。套作大豆初花期叶面喷施6-BA、DTA-6、S3307提高叶片SPS、SS和Inv酶活性,协调大豆各器官碳氮代谢动态平衡,促进大豆开花结荚、减少大豆落荚,显著提高大豆的单株有效荚数与产量,其中DTA-6的增产效果最好。     

外源碳、氮供应对小麦源库代谢平衡的影响

为研究小麦源库间碳、氮代谢活性的相互关系,以春小麦品种龙麦33和克旱19为材料,在抽穗期分别用2%尿素、5%蔗糖和清水喷洒叶面,抽穗后分6次取样,测定旗叶和子粒的可溶性糖含量和氮含量,分析小麦源(旗叶)与库(子粒)之间碳氮代谢及相互关系。结果表明,龙麦33与克旱19尿素处理的子拉氮含量较对照分别增加11.8%和4.5%,蔗糖处理的分别增加7.3%和-7.2%;尿素处理的旗叶氮含量分别增加16.3%和0.5%,蔗糖处理分别增加9.4%和2.5%。尿素处理的子粒可溶性糖含量较对照分别增加18.6%和-6.2%,蔗糖处理的分别增加11.0%和2.8%。灌浆期可溶性糖含量逐渐降低,而成熟期氮含量逐渐增加,两者共同造成了子拉氮与可溶性糖含量比值随着灌浆成熟逐渐增加。在小麦生育后期,氮代谢对小麦子粒形成的调控效应大于光合碳代谢。     

大豆叶片可溶性糖代谢动态变化与相关酶活性的研究

选用6个大豆品种,研究了大豆叶片可溶性糖代谢的动态变化,并检测了相关代谢酶的活性,结果表明:不同大豆品种叶片可溶性糖含量变化规律较为一致,呈单峰曲线变化,峰值出现在开花期,秣食豆叶片可溶性糖含量显著高于栽培大豆,栽培大豆间没有表现出明显的差异性。蔗糖合成酶分解方向的活性显著大于合成方向的酶活性,说明在大豆蔗糖合成酶代谢中分解方向是主要的,蔗糖合成酶分解方向与叶片蔗糖含量间具有负相关性,其中绥农14达到了极显著负相关水平。蔗糖磷酸合成酶与蔗糖含量间表现为正相关性,其中丰收10达到显著正相关水平,蔗糖磷酸合成酶催化蔗糖合成的过程是不可逆的,说明在大豆叶片中蔗糖磷酸合成酶是合成蔗糖的关键控制性酶。     

不同木薯品种叶片碳氮代谢与块根淀粉积累特性研究

摘 要：本试验以木薯高淀粉品种GR891、南植199(nanzhi199)和低淀粉品种南洋红(SC201)为材料,分别在块根形成期、块根膨大期和工艺成熟期测定叶片碳氮代谢有关指标和块根淀粉含量,探讨木薯叶片碳氮代谢与块根淀粉积累的关系。结果表明,块根淀粉含量与叶片叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性、叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、叶片磷酸合成酶(SS)活性、叶片可溶性糖含量呈正相关关系且与叶片磷酸合成酶(SS)活性达到显著水平,与叶片硝酸还原酶(NR)活性呈负相关但不显著。块根淀粉含量与叶片蔗糖含量、叶片可溶性蛋白含量、叶片氨基酸含量呈极显著负相关关系。但高淀粉木薯品种在生育后期代谢活性下降缓慢,显示出源端较强的同化物持续供应能力。各品种表现出相同的规律。     

甜菜蔗糖代谢两种相关酶的活性变化及其相互关系

为了研究不同类型甜菜品种蔗糖代谢能力存在明显差异的生理机制,以糖用甜菜(高糖)和饲用甜菜(丰产)为试验对象,测定了不同生育阶段叶片、叶柄和块根中的蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性。结果表明:叶片、叶柄和块根中存在蔗糖合成与降解过程,不同类型甜菜在生长期蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性存在差别,同一品种不同部位,块根中蔗糖的代谢强度高于叶片和叶柄,糖用甜菜两种酶活性高于饲用甜菜,蔗糖代谢相关酶活性差异是品种特性,可用于甜菜的选种实践。     

膜下滴灌对棉花生育后期叶片与苞叶光合特性的影响

在新疆气候生态条件下,选用新陆早33号和新陆早46号棉花品种,设置2个膜下滴灌量处理,测定棉花叶片和苞叶的光响应曲线、CO2响应曲线、荧光参数等相关光合生理指标,探讨生育后期棉花叶片与苞叶光合能力的差异及对滴灌量的响应。结果表明,棉花生育期间,高温强光下苞叶最大羧化速率与最大电子传递速率的比值(Jmax/Vc,max)较高,气孔导度(Gs)较低。棉花生长发育后期,苞叶面积、含水量、叶绿素含量、净光合速率(Pn)、光系统II实际光化学效率(?PSII)、Rubisco含量显著低于叶片,但随着生育进程降幅显著低于叶片。与常规滴灌处理相比,节水滴灌处理棉花叶片含水量降幅显著高于苞叶;叶片叶绿素含量、Pn和Rubisco含量显著降低,而苞叶的变化不显著。棉花生育后期苞叶面积、含水量、叶绿素含量、Pn、ΦPSII、Rubisco含量的稳定性高于叶片,表明生育后期叶片衰老较快,但苞叶仍能保持较稳定的光合能力,对光合物质的贡献逐渐增大,常规滴灌下达7.22%~8.83%,节水滴灌下达10.24%~12.53%。     

两个不同穗型小麦品种生育后期碳水化合物代谢的比较研究

比较研究表明,两个不同穗型小麦品种在产量形成期的碳水化合物代谢存在明显差异.大穗型品种(豫麦66)在灌浆中后期旗叶可维持较高的净光合速率(Pn)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性与可溶性碳水化合物(WSC)含量;籽粒则具有较高的蔗糖合成酶(SS)活性和淀粉积累速率.因此,其产量水平和反映源库关系协调程度的粒叶比均高于多穗型品种(豫     

不同水分供给对小麦叶与非叶器官叶绿体结构和功能的影响

在田间不同灌水条件(春季不灌水、春季灌2水和春季灌4水, 每次灌水750 m3 hm^-2)下, 于灌浆后期对小麦叶片与非叶器官(穗颖、穗下节和叶鞘)叶绿体结构进行了电镜观察, 并对不同器官的净光合速率(P_n)和光化学效率(F_v/F_m)进行了测定, 以期探明小麦叶与非叶器官光合结构和功能对水分变化的适应性差异。结果表明, 在充足供水条件(春季灌4水)下, 叶片的叶绿体数目明显多于各非叶器官, 但护颖和外稃叶绿体含有较多的淀粉粒。在灌浆期上层土壤重度水分亏缺(春季不灌水)条件下, 植株各器官叶绿体均出现明显的衰老特征, 但衰老程度存在器官间显著差异, 旗叶叶片叶绿体受损程度明显大于非叶器官。在所测非叶器官中, 外稃叶绿体对干旱胁迫反应较为敏感, 而护颖、穗下节间和旗叶鞘叶绿体结构具有较强的稳定性。水分胁迫下各器官P_n和F_v/F_m值均降低, 叶片降低幅度最大, 且随灌浆进程其光合下降最快, 但穗下节间、旗叶鞘和穗器官较为稳定, 可能与其叶绿体结构的稳定性有关。说明小麦非叶绿色器官光合结构与功能对水分亏缺具有较强的耐性。     

植物生长物质对大豆叶片形态解剖结构及光合特性的影响

2006年度在黑龙江八一农垦大学实验农场大田栽培条件下,以大豆垦农4号为试材,选用植物生长物质为2-N,N-二乙氨基乙基己酸酯(DTA)、氯化胆碱(CC)和SOD模拟物(SOD_M),于开花始期叶面喷施,对大豆叶片形态解剖结构和光合指标进行了研究。结果表明,各处理的叶片栅栏组织厚度及栅海比增加,栅栏组织细胞排列的紧密程度为SOD_M＞DTA ＞CC＞CK;各处理不同程度地增加了单个细胞的叶绿体数、单个叶绿体中的基粒片层数和淀粉粒数,降低了叶绿体中的嗜锇体数;SOD_M、DTA分别显著、极显著增加了叶绿体的基粒数;各处理普遍提高了生育后期叶片Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量,增加了Chl b/a比值;在较干旱条件下,与对照相比,各处理能使叶面积指数和光合势达到最大值时间提前,增加了籽粒干物质积累时期的总光合势,提高了净光合速率。     

海藻酸钠寡糖对菜薹光合特性和碳代谢的影响

采用溶液培养,研究海藻酸钠寡糖对菜薹光合特性和碳代谢的影响。结果表明：海藻酸钠寡糖处理可不同程度提高净光合速率（Pn）、水分利用效率（WUE）和CO2羧化效率（CE）,增加光饱和点（LSP）,并降低光补偿点（LCP）,提高初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、光系统II最大光化学效率（Fv/Fm）、电子传递效率（ETR）和非光化学猝灭系数（NPQ）。蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性显著增强,促进蔗糖积累;处理前期转化酶活性有所提高,第6天显著降低,葡萄糖含量也相应下降;淀粉含量随时间延长逐渐增加,纤维素则相反。说明海藻酸钠寡糖可促进光能的捕获及转化,提高其光能利用效率,并改变碳代谢过程,促进碳代谢产物积累。     

黄土塬区施肥策略对大豆生物量分配及转化积累的影响

为明确化肥、有机肥、生物菌肥配施对黄土旱区大豆光合性能、生物量分配和产量的影响,试验以‘汾豆78号’为试材,化肥比例配施(N、NPK、2NPK)、化肥有机肥配施(NPK-O)、化肥生物菌肥配施(NPK-B)及露地施氮对照6个模式处理,解析叶片光合生理变化和生物量积累、分配规律与产量形成之间的关联机制。结果表明：（1）2NPK、NPK-O和NPK-B模式大豆开花期叶绿素含量、叶片光合及蒸腾速率提升1.8%~5.3%,叶片水分利用效率显著增加8.8%~19.3%;（2）NPK、NPK-O和NPK-B模式显著提升大豆结荚期茎、叶生物量19.9%~46.3%;（3）NPK、2NPK和NPK-B有效调控豆荚、籽粒间生物量转化,显著提升粒荚比、收获指数11.9%和19.6%;（4）化肥优化配施模式大豆产量平均增幅34.0%,而NPK-O平均增幅41.3%,NPK-B平均增幅36.8%。总之,化肥、有机肥、生物菌肥配施具备优化土壤水肥环境,有效调节大豆叶片光合性能和生物量分配,保证旱地大豆产量稳定提升的根本效能。     

DTA-6对大豆花荚脱落纤维素酶和GmAC基因表达的调控

叶面喷施生长调节剂(PGRs)可以调控大豆花荚脱落。2012-2013年在大庆林甸县黑龙江八一农垦大学试验基地采用大田小区试验,R1期对大豆绥农28(SN28)、垦丰16 (KF16)和合丰50 (HF50)分别叶面喷施DTA-6调节剂,对调控花荚离区脱落纤维素酶(GmAC)基因相对表达量、荚脱落纤维素酶(AC)活性、花荚脱落率和产量进行了研究。结果表明：DTA-6抑制大豆花荚离区GmAC基因相对表达量,最大可达51% (±CK%);大豆荚的AC活性能够在喷药后阶段性地被降低,在不同品种上增加和降低存在差异;能够显著降低花荚脱落率(P<0.05);能够显著增加产量(P<0.05)。植物生长调节剂DTA-6是通过降低花荚离区GmAC基因相对表达量,调节AC活性,从而减少植株的花荚脱落率,以实现对产量的调控。     

Effects of Timing of Drought Stress on Abscission and Dry Matter Partitioning of Short-duration Pigeonpea

Shoot dry mass partitioning and cumulative abscission of leaf, flowers and pods were determined for nine short-duration pigeonpea genotypes grown with adequate soil moisture throughout growth (control), or subjected to water stress during the late vegetative and flowering (stress 1), flowering and early pod development (stress 2), or pod fill (stress 3) growth stages. The total cumulative dry mass of abscised plant parts was lower for determinate genotypes, but it increased to a greater extent under water stress than that for indeterminate genotypes, with stress 2 having the greatest and stress 3 die least effects. The dry mass contribution of pods to total abscission was ≤ 5%, and not signiflcantiy affected by water stress, while the contribution of leaves increased and mat of flowers decreased. Stress 3 had no significant effects on abscission dry mass totals or components. Reduction in shoot dry mass under water stress was most pronounced for genotypes in die early pod development stage, and the dry mass contribution of leaves generally decreased and that of pods increased under stress 1 and stress 2. With similar abscission levels, the shoot dry mass of genotype ICPL 151, was similar to, or greater than, that of hybrid ICPH 9, under stress 1 and stress 2, and the contribution of pods to shoot dry mass was lower for hybrid ICPH 9 under both stress treatments. Genotypic differences in drought resistance were likely due to differences in the leaf area maintenance during, and in the recovery of dry mass and pod production following, water stress periods.     

水分胁迫下钙对大豆叶片光合作用的改善效应

本工作采用控制营养液中的钙量和叶片喷钙的方法来提高植株的钙水平，研究了钙对水分胁迫大豆光合作用的效应，结果表明：在水分胁迫下，经高钙处理（１４ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃａ＾２＋）大豆叶片保持高的光合速率；中钙（５ｍｍｏｌ／Ｌ Ｃａ＾２＋）处理次之；低钙（营养液中不加Ｃａ（ＮＯ３）２，而以ＮａＮＯ３代之）处理一周叶片光合作用速率最低，相对变化最大，在同样程度的水分胁迫下，高钙处理叶片具有较高的ＣＯ２羧化效率，     

油茶优良无性系光合特性的影响因子——叶龄、叶位

以油茶优良无性系为试材,对油茶年生长周期（新稍生长期、果实生长期、果实成熟期、花期和休眠期）中光合特性的影响因子--叶龄、叶位进行了研究。结果表明:(1)不同叶龄叶片的净光合速率日变化曲线存在单峰和双峰两种类型,1年生叶片的平均净光合速率与最大净光合速率在果实成熟期达到最高值,2年生叶片的平均净光合速率与最大净光合速率均在新稍生长期达到最高值;(2)1年生叶片的叶绿素含量先升高后降低,2年生叶片的叶绿素含量一直降低,可溶蛋白含量随着叶龄的增加而减少,叶片全磷含量年变化趋势为“M”型;(3)上、下部叶片的净光合速率日变化趋势一致,上午上部叶片的净光合速率值高于下部叶片,下午下部叶片的净光合速率值高于上部叶片。     

光照强度对大豆叶片光合特性及同化物的影响

间套作荫蔽环境下, 光强是影响作物生长和产量的直接因素。本试验通过设定不同光照强度, 分析不同大豆品种的光合特性、光合同化物和叶片中叶绿体超微结构的昼夜变化, 明确光强对大豆叶片结构和同化物积累的影响, 了解品种间差异, 以期为提高大豆产量、改善大豆品质提供理论依据。以耐阴品种南豆12和敏感品种桂夏3号为试验材料, 分别设置CK (正常光照, 遮光度0)、A1 (一层黑色遮阳网, 遮光度10%)、A2 (两层黑色遮阳网, 遮光度36%) 3个不同光照强度。结果表明, 随着遮阴程度的增加, 2个大豆品种净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和生物量均呈逐渐降低趋势, 但胞间二氧化碳浓度、叶绿素b含量逐渐上升。同一大豆品种在相同处理下叶片蔗糖和淀粉含量昼夜变化差异显著。正常光照和A1处理下的大豆叶片蔗糖含量昼夜变化呈双峰曲线, 波峰分别出现在16:00和次日6:00, A2处理下南豆12蔗糖含量昼夜变化呈单峰趋势, 峰值出现在16:00, 为32.80 μg g ^-1。淀粉含量昼夜变化呈单峰曲线, 最高值均出现在21:00, 且耐阴品种大豆在A2处理下蔗糖和淀粉含量日变化幅度大于敏感品种大豆。大豆叶片超微结果表明, 弱光处理下大豆叶片叶绿体结构完整, 无破碎现象, 相同品种在同一处理下淀粉粒与叶绿体截面积比值昼夜变化显著, 均呈先增加后降低的变化趋势, 耐阴品种变化幅度大于敏感品种, 最大值均出现在21:00。因此, 随着遮阴程度增加, 大豆叶片生物量积累减少, 光合作用降低, 但耐阴品种在适度遮阴下通过调节光合器官结构的昼夜变化而保持良好的光合作用, 以更好地适应荫蔽环境。