水稻籽粒非结构性碳水化合物及充实的氮素调控

为了提高籽粒充实度和改善稻米品质,以籼、粳水稻品种为材料,研究不同氮素穗肥施用量对水稻强、弱势粒中可溶性糖积累和直链淀粉含量的影响,探讨淀粉直/支比与籽粒充实度的关系。结果表明,强、弱势粒中可溶性糖含量随着生育进程均呈“L”型变化趋势,弱势粒明显高于强势粒;不同处理间均随着氮素穗肥施用量的增加,籽粒中可溶性糖含量呈增加趋势,这说明随着施氮量的增加水稻籽粒淀粉合成能力趋于减弱。直链淀粉含量在整个籽粒灌浆期基本呈上升趋势,不同氮素处理间均随着施氮量的增加,直链淀粉含量基本上呈下降趋势,成熟期直链淀粉平均含量表现为籼稻高于粳稻。淀粉直/支比在整个籽粒灌浆期内呈上升趋势,强、弱势粒淀粉直/支比峰值出现的时间不同,表现为弱势粒滞后于强势粒。相关分析表明,强、弱势粒直/支比与其籽粒充实度呈显著或极显著的直线正相关关系,说明提高淀粉直/支比可以提高籽粒充实度。     

水稻两优培九生育后期籽粒灌浆生理研究

摘要：目的：探讨两优培九生育后期籽粒灌浆的生理基础,揭示水稻品种间叶片和籽粒灌浆的生理学差异。方法：以两优培九为实验材料,以汕优63和其父本9311为参照品种,测定了三品种生育后期籽粒灌浆期间叶片光合速率和籽粒中相关能量和物质代谢酶活性变化。结果：三品种强势粒的各项生理活性指标变化趋势一致,两优培九在灌浆前期,叶片生理和强势粒灌浆具有一定的超亲活性优势;灌浆的中后期,剑叶叶片中的光合速率,特别是弱势粒生理活性下降较快。与其他两品种相比,叶片和籽粒中的ATP酶活性、谷氨酸脱氢酶（GDH）活性、蔗糖合成酶（SS）活性、可溶性糖及淀粉含量差异显著;从变化曲线上看,其弱势粒的灌浆启动较慢,按先后次序依次为9311,汕优63和两优培九。相对强势粒,弱势粒灌浆能量和物质不足。结论：两优培九叶片和籽粒中与能量和相关物质合成代谢的酶活性相对较低是其籽粒空瘪率相对较高的重要原因。加强生育后期剑叶叶片功能的调控,提高其生理活性,增强弱势粒能量代谢是解决高产杂交稻籽粒充实度低的有效途径。     

施氮水平对鲁麦22籽粒淀粉合成的影响

在210～330kg/hm2施氮量范围内,随施氮量提高,鲁麦22籽粒直、支链淀粉积累量和积累速率上升,ATP含量及淀粉合成相关酶SS(蔗糖合成酶)、ADPGPPase(腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶)、UDPGPPase(尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶)、SSS(可溶性淀粉合成酶)和GBSS(淀粉粒束缚态淀粉合成酶)活性均提高.与弱势粒相比,强势粒ATP含量及淀粉合成     

大穗型小麦品种强、弱势籽粒淀粉积累和相关酶活性的比较

在大田条件下, 以两个大穗型小麦品种山农12和PH01-35为材料, 对籽粒发育过程中强、弱势籽粒淀粉积累及其相关酶活性变化进行了比较研究。结果表明, 两品种强势粒直链淀粉积累量和支链淀粉积累量均高于弱势粒。Logistic方程模拟淀粉积累过程, 强势粒淀粉积累起始势(C₀)高, 活跃持续期长, 平均积累速率(R_mean)高, 最终淀粉积累量高。 籽粒蔗糖合酶(SS)、ADPG焦磷酸化酶(AGPase)、UDPG焦磷酸化酶(UGPase)、可溶性淀粉合酶(SSS)和束缚态淀粉合酶(GBSS)活性均呈单峰曲线变化, 强势粒上述酶活性均高于弱势粒。花后7~21 d, 弱势粒蔗糖含量明显高于强势粒, 表明弱势粒淀粉积累量低, 并不以其淀粉合成底物的供给为限制因子, 而主要与淀粉合成能力低有关, 同时与籽粒灌浆前期胚乳细胞的数量关系密切。     

两种供水条件下两穗型小麦品种籽粒淀粉积累及相关酶活性的变化特征

在灌溉和旱作2种栽培条件下,研究了大穗型（山农710331和潍麦8号）和多穗型（济南17和鲁麦21）小麦籽粒淀粉积累及相关酶活性的变化特征。结果表明,淀粉积累速率（SAR）和蔗糖合成酶（SS）、ADPG焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合成酶（SSS和GBSS）和淀粉分支酶（SBE）等活性均存在明显的基因型差异。灌溉条件下大穗型品种籽粒淀粉合成相关酶的活性显著高于多穗型品种,旱作栽培条件下两穗型品种间差异变小。旱作栽培宜于增加灌浆前、中期AGPase、SS和SBE的活性,尤其对多穗型品种。大穗型品种在灌浆中后期比多穗型品种具有更强的淀粉合成能力,但对水分较为敏感。用 Richards方程模拟籽粒淀粉积累过程表明,大穗型品种籽粒淀粉积累时间长、速率高,是其淀粉积累量高的原因。     

水稻灌浆期籽粒中3个与淀粉合成有关的酶活性变化

在水培和盆栽条件下，研究了6个水稻品种(含籼/粳杂交组合、新株型品系)灌浆期强、弱势粒中ADPG焦磷酸酶(EC2.7.7.21)、淀粉合成酶(EC2.4.1.21)和淀粉分枝酶或Q-酶(EC2.4.1.18)的活性变化及其与灌浆充实的关系。3个酶的活性变化与籽粒灌浆动态相关联：淀粉酶最高活性出现的时间稍前或同步于最大灌浆速率的时间；ADPG焦磷酸酶     

杂交水稻两优培九强弱势粒结实生理研究

杂交水稻两优培九抽穗当天，强势粒（上部一次枝梗籽粒）中总RNA、mRNA含量都高于弱势粒（下部二次枝梗籽粒）。抽穗后第5天，强势粒中总RNA含量仍然高于弱势粒，mRNA含量两者差异不大。开花当天（强势粒抽穗当天，弱势粒抽穗后第7天）和开花后第5天（强势粒抽穗后第5天，弱势粒抽穗后第12天），强势粒中总RNA、mRNA含量和单     

结实期低温对杂交水稻胚乳结构的影响

以两系和三系杂交稻组合两优培九、103S/郑粳2号、丰优香占和汕优63为材料，分别于花后0~10 d、11~20 d和21~30 d 3个时期设18℃的低温处理，以常温（24～27℃）为对照，用扫描电镜观察了胚乳结构形成过程。结果表明，灌浆期不同时段的低温处理，对籽粒的粒型、垩白面积、胚乳结构三者的影响趋势基本一致，使籽粒外形异常，垩白面积提高；复粒和单粒淀粉体的体积变小且彼此差异变大，排列变疏松；复粒淀粉体变少，单粒淀粉体变多。低温处理愈早，对胚乳结构的影响愈大。灌浆前期进行低温处理、以后在正常温度下灌浆成熟的籽粒，其强势粒的粒型、垩白面积、胚乳结构均无明显改变，但弱势粒的变化较大。     

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。     

两个直链淀粉含量不同的小麦品种籽粒淀粉合成酶活性与淀粉积累特征的比较

以均含有3个Waxy蛋白亚基的普通小麦品种济麦20（低直链淀粉含量）和鲁麦21（高直链淀粉含量）为材料，对灌浆期籽粒淀粉合成相关酶活性的变化及淀粉积累特征进行了研究，并分析了两者之间的关系。结果表明，蔗糖合成酶(SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)、束缚态淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)活性均呈单峰曲线变化。鲁麦21的上述酶活性均高于济麦20。相关分析表明，支链淀粉积累速率与SS、AGPP、SSS和SBE呈显著或极显著正相关；直链淀粉积累速率与SS、AGPP和GBSS呈极显著正相关。Logistic方程拟合淀粉积累过程发现，支、直链淀粉最终积累量的高低取决于积累启动时间的早晚和积累速率的高低，而积累持续期的调节作用较小。直链淀粉的积累速率除受GBSS活性影响外，还受SS和AGPP活性的影响，其中，GBSS活性的变化与2品种籽粒直链淀粉积累量的变化情况基本吻合。籽粒灌浆后期的GBSS活性对直链淀粉最终积累量的调节作用大于灌浆前期，说明对同时具有3个Waxy蛋白亚基的不同品种，Waxy蛋白亚基表达量(GBSS活性)的差异可能是导致品种间籽粒直链淀粉含量较大差异的一个关键原因。     

小麦灌浆期蔗糖代谢关键酶活性变化及其与籽粒淀粉积累的关系

在池栽条件下,研究了藁城8901(强筋品种)、豫麦49(中筋品种)和洛麦1号(弱筋品种)小麦灌浆期旗叶、叶鞘、穗茎、籽粒蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)活性变化及其与淀粉及组分积累的关系。结果表明,其SPS和SS活性变化均呈单峰曲线。豫麦49旗叶、旗叶鞘和籽粒中及洛麦1号穗茎中SPS酶活性较高。豫麦49的旗叶、旗叶鞘、穗茎和籽粒中SS活性高于其他两品种,表明豫麦49和洛麦1号营养器官和籽粒中蔗糖合成和降解代谢比较活跃。相关分析表明,豫麦49和洛麦1号籽粒中淀粉和支链淀粉积累对SPS催化的蔗糖合成过程具有较强的反馈调节作用。豫麦49和洛麦1号籽粒中SS活性均与总淀粉与支链淀粉积累速率极显著正相关,而在藁城8901中无此相关性。     

灌浆期高温对小麦籽粒淀粉的积累、粒度分布及相关酶活性的影响

以不同耐热性品种济麦20和鲁麦21为材料, 于花后5~9 d进行高温处理, 研究了小麦灌浆期高温对籽粒淀粉的积累、粒度分布及合成相关酶活性的影响。结果表明, 灌浆期高温显著降低籽粒淀粉积累量, 显著降低籽粒淀粉、支链淀粉含量, 提高直链淀粉含量和直/支链淀粉比例。高温对济麦20籽粒淀粉积累的影响程度较鲁麦21大。灌浆期高温使小麦籽粒A型淀粉粒的体积、数量和表面积百分比显著增加, B型淀粉粒这3指标则显著降低。高温处理后, 济麦20籽粒蔗糖合酶(SS)、ADPG焦磷酸化酶(AGPP)、可溶性淀粉合酶(SSS)、束缚态淀粉合酶(GBSS)活性与对照无显著差异, 而鲁麦21上述酶活性则高于对照。济麦20、鲁麦21籽粒上述酶活性分别于花后15 d和20 d开始低于对照。与其他淀粉合成相关酶相比, 高温对籽粒GBSS活性的影响程度较小。两品种处理间籽粒蔗糖含量及SS、AGPP、SSS和GBSS活性的变化趋势, 与其籽粒淀粉积累量的变化趋势基本一致。灌浆期高温使籽粒淀粉积累量降低, 主要因高温抑制了籽粒灌浆中后期的淀粉合成, 这是由籽粒蔗糖供应不足和籽粒淀粉合成相关酶活性下降所造成的。     

土壤质地对小麦SPS、SS活性及其与淀粉合成关系的影响

在池栽条件下, 研究了黏壤土、中壤土和沙壤土对豫麦49灌浆期旗叶、旗叶鞘、穗茎和籽粒中蔗糖代谢关键酶蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)的活性变化。结果表明, 在3种不同质地土壤上, 小麦灌浆期各器官中SPS和SS活性均呈单峰曲线变化。沙壤土上除了籽粒中SPS活性略低于中壤土外, 其他部位酶活性均最高; 而中壤土籽粒中SPS在灌浆前期及SS在灌浆中后期的活性显著高于其他壤土。中壤土和沙壤土上小麦千粒重和籽粒淀粉含量均显著高于黏壤土, 但中壤土和沙壤土间差异不显著。说明中壤土和沙壤土对小麦的蔗糖合成与降解有一定的影响, 沙壤土有利于小麦营养器官中蔗糖的合成, 而中壤土对小麦籽粒中蔗糖的合成比较有利。相关分析表明, 沙壤土和中壤土上SPS、SS活性与小麦籽粒灌浆速率、支链淀粉和总淀粉积累速率均达显著或极显著相关; 而在黏壤土上, 酶活性与总淀粉积累速率的相关系数(除籽粒SPS外)未达显著水平或相关性小于在其他2种土壤上。中壤土和沙壤土上小麦营养器官中SPS催化的蔗糖合成代谢和籽粒中SS催化的蔗糖降解代谢对籽粒淀粉和支链淀粉的积累具有十分重要的作用。     

The Differences in Grain Weight and Quality Within a Rice (Oryza sativa L.) Panicle as Affected by Panicle Type and Source-sink Relation

The effects of panicle type and source‐sink relation on the variation in grain weight (GW) and quality within a panicle were investigated using four japonica (Oryza sativa L.) varieties differing in grain density and two source‐sink adjusting treatments. There were significant differences in GW and filling grain percentage (FGP) among superior and inferior grains for compact‐panicle varieties (Xiushui 994 and Xiushui 63), while not for loose‐panicle ones (Xiushui 11 and Chunjiang 15). The floret‐removal treatment significantly improved the development of inferior florets and reduced the differences in FGP and GW between superior and inferior grains for the compact‐panicle variety, while leaf‐deleting treatment reduced FGP and GW of both superior and inferior grains. For the loose‐panicle varieties, the two treatments had little effect. The difference in chalky grain percentage (CGP) and amylose content (AC) between the two kinds of florets was larger in compact‐panicle varieties than in loose‐panicle ones. Both floret‐removal and leaf‐deleting treatments caused the changes in CGP and AC of superior or inferior grains for compact‐panicle varieties, but not for loose‐panicle ones. The difference in starch content (SC) between superior and inferior grains was much larger for Xiushui 994 than for Xiushui 11, and the two varieties differed in the response of SC to the change of source‐sink relation. The differences in AGP‐glucose pyrophosphorylase (ADPG‐Ppase), starch branching enzyme (SBE) and soluble starch synthase (SSS) activities between the two kinds of grains were basically same for the two varieties, with superior being higher than inferior ones at early filling stage and smaller at later stage. In floret‐removal treatment, the activities of ADPG‐PPase, SSS, and SBE in superior grains of Xiushui 994 decreased at early filling stage and increased at middle or later stages. Meanwhile, the activities of SSS and SBE in both kinds of grains at early filling stage, and of ADPG‐PPase and granule‐bound starch synthase (GBSS) in inferior grains over the whole stage were increased. In leaf‐deleting treatment, the activities of ADPG‐PPase and SBE at early filling stage and GBSS at later filling stage were reduced in superior grains, while SSS activity at middle filling stage and SBE activity at later stage were increased.     

用单片段代换系研究水稻产量和籽粒充实对花后不同土壤干旱的响应

以介入巴西陆稻IAPAR9抗性基因片段的单片段代换系(single segment substitution line, SSSL)和受体亲本华粳籼74为材料,设置正常灌水(CK)、中度干旱胁迫(MD)、重度干旱胁迫(SD) 3种土壤水分处理,分析SSSL和受体亲本籽粒灌浆特征、蔗糖及淀粉代谢中相关酶活性动态,探讨了水稻籽粒充实和产量对花后干旱胁迫响应的生理机制。结果表明,与受体亲本相比,携带抗旱基因的SSSL在MD和SD处理下其耐旱性的表现更为明显,减产幅度明显小于受体亲本。在花后7 d开始的中、重度干旱胁迫处理下,灌浆中后期SSSL叶片相对含水量、叶绿素含量和光合速率下降幅度明显小于受体亲本,其籽粒中蔗糖合酶(sucrose synthase, SS)、酸性蔗糖转化酶(acid invertase, AINV)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP glucose pyrophosphorylase, AGPP)﹑可溶性淀粉合酶(soluble starch synthase, SSS)﹑Q酶活性在灌浆前(中)期也明显上升,增强了SSSL籽粒灌浆中前期库活性。虽然持续的干旱胁迫使得上述酶活性在灌浆的中后期快速下降,导致同化物积累的活跃灌浆期缩短,但SSSL籽粒平均灌浆速率和最大灌浆速率明显高于受体亲本,这在一定程度上可弥补因灌浆期缩短导致的同化物积累损失,干旱胁迫下SSSL产量高于受体亲本,这一趋势在重度干旱胁迫下更为明显。     

强、弱筋小麦籽粒形成期蔗糖、淀粉合成相关酶活性及其与氮代谢的关系

2005—2006年生长季, 以小麦强筋品种藁城8901和弱筋品种豫麦50为材料, 研究了灌浆期籽粒和旗叶氮代谢底物含量与相关酶活性变化、蔗糖淀粉合成相关酶活性及籽粒淀粉积累特征, 分析了氮代谢与籽粒淀粉积累的关系。结果表明, 旗叶蔗糖合酶(SS)和磷酸蔗糖合酶(SPS)、籽粒腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)、可溶性淀粉合酶(SSS)、束缚态淀粉合酶(GBSS)和淀粉分支酶(SBE)活性均呈单峰曲线变化。两品种比较, 除AGPP活性峰值豫麦50低于藁城8901外, 其他酶活性峰值均是豫麦50高于藁城8901。相关分析表明, 藁城8901支链淀粉积累速率与SS、SPS、AGPP和SBE活性呈极显著正相关, 相关系数分别为0.9377**、0.8857**、0.6489**和0.5980**; 直链淀粉积累速率与SS、SPS活性呈极显著正相关, 相关系数分别为0.7616**和0.7750**。豫麦50支链淀粉积累速率与SS、SPS、AGPP、GBSS和SBE活性呈极显著或显著正相关, 相关系数分别为0.8182**、0.6762**、0.7028**、0.8749**和0.5433*; 直链淀粉积累速率与SS、SPS和SBE活性呈极显著正相关, 相关系数分别为0.8528**、0.8428**和0.8603**。两品种硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性在开花后逐渐降低, 且藁城8901的NR活性一直高于豫麦50。硝态氮和氨态氮含量与NR、GS活性呈极显著正相关; 藁城8901的NR、GS活性与SS、SPS活性呈显著负相关, 而豫麦50只有GS与SPS达显著负相关(r = -0.5212*)。上述结果表明, 不同品质类型小麦籽粒淀粉合成积累受氮代谢相关酶活性的影响, 藁城8901较高的NR活性抑制与蔗糖合成有关酶SS、SPS的活性, 导致淀粉合成积累速率降低。由此可见, SPS/NR比值对淀粉合成具有重要调节作用。     

小麦花后弱光对籽粒淀粉积累和相关酶活性的影响

2005—2007年选用小麦品种济麦20和山农1391, 在大田试验条件下研究了花后不同阶段弱光对籽粒淀粉积累、淀粉粒分布及相关酶活性的影响。结果表明, 花后不同阶段弱光显著降低成熟期籽粒淀粉积累量, 但提高了籽粒直链淀粉含量。花后不同阶段弱光使籽粒A型淀粉粒比例显著增加, B型淀粉粒比例显著降低。不同阶段弱光处理对籽粒淀粉积累的影响程度不同, 灌浆中期的效应大于灌浆前期。Logistic方程拟合籽粒淀粉积累进程发现, 花后弱光对籽粒淀粉积累量的影响, 主要是通过影响其平均积累速率与活跃期积累速率, 而不是积累持续期。花后弱光显著降低小麦磷酸蔗糖合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)的活性。灌浆前期弱光使束缚态淀粉合酶(GBSS)、可溶性淀粉合酶(SSS)活性高于对照或与对照无显著差异, 而灌浆中期弱光使这两种酶的活性均显著低于对照。灌浆前期弱光减少了淀粉合成底物的供应, 系旗叶SPS活性、籽粒SS及AGPase活性下降所致; 而灌浆中期弱光除淀粉合成底物减少外, 籽粒淀粉合酶活性亦降低。     

秸秆还田配施化学氮肥对冬小麦氮效率和产量的影响

2006—2007年生长季, 通过田间定位试验, 研究了秸秆还田配施化学氮肥对冬小麦产量干物质积累、氮效率和产量的影响。结果表明, 与单施氮肥相比, 秸秆还田配施氮肥的冬小麦全生育期干物质积累总量较高, 干物质积累量及其占全生育期干物质积累量的百分比抽穗前阶段较低, 而抽穗到成熟阶段则较高。秸秆还田配施纯氮90、180、270和360 kg hm^-2比单施同量氮肥分别增产7.1%、8.4%、11.1%和10.2%, 其中秸秆还田配施纯氮270 kg hm^-2的产量最高, 显著高于其他各处理。秸秆还田配施氮肥比单施氮肥提高冬小麦的氮效率, 氮肥表观利用率、氮素生产效率和氮肥农学效率分别提高3.3%~9.2%、0.7~4.0和2.7~7.3 kg kg^-1。     

水分胁迫对贪青水稻籽粒充实及其淀粉合成关键酶活性的影响

以两个灌浆速率差异较大的杂交稻组合(汕优63，Pc311/早献党)为材料，设置出穗后高氮(HN)和正常氮(NN)两个水平，以正常灌水为对照(WW)，研究适度水分胁迫(WS)对水稻籽粒灌浆速率与籽粒中淀粉合成关键酶活性的影响。结果表明， HN导致水稻贪青迟熟，主要表现为淀粉积累速率和积累量显著下降，造成粒重和产量降低。适度水分胁迫处理能有效改善贪青稻株的籽粒充实状况。施高氮导致水稻籽粒中蔗糖合成酶(SuSy)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-Gppase)、颗粒结合淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)活性降低，是贪青稻株籽粒淀粉积累速率下降和充实不良的内在生理原因。适度水分胁迫处理能诱导籽粒中SuSy、ADP-Gppase、SSS和SBE活性上升，进而增加籽粒淀粉积累和粒重。而正常施氮下，水分胁迫导致稻株籽粒灌浆后期同化物供应不足和淀粉合成代谢酶活性下降过快，是其籽粒淀粉积累总量减少、粒重降低的主要原因。