氮、磷、锌营养对水稻籽粒植酸含量的影响及与几种矿质元素间的相关性

以协青早、秀水110及其辐射诱变获得的低植酸突变系（HIPi1和HIPj1）为材料,通过水培试验对不同氮、磷、锌浓度处理下水稻籽粒植酸含量差异及与几种矿质元素间的相关性进行了比较分析。高水平氮、磷、锌浓度处理的籽粒植酸含量较同一品种的低氮、磷、锌处理均有所降低,但在水稻生育期间,籽粒植酸含量对磷、锌处理浓度变化的敏感性,则因品种的植酸类型特征而异;氮、磷浓度增加能分别提高铁或降低铜在籽粒中的积累,但在高锌处理下,籽粒铁含量明显降低、而钾和镁的含量等却有所升高; 籽粒植酸含量一般与K、Mg、Fe、Cu 4种矿质元素含量呈正相关、与籽粒Zn含量呈负相关,但统计显著水平因品种而异。低植酸突变体籽粒中的K、Mg、Fe、Zn等含量虽略有下降,但可以通过适当的介质营养条件来调节有关矿质营养在水稻籽粒中的积累。     

磷素营养变化对大豆磷素积累及产量和品质的影响

以黑农48大豆品种为供试材料,采用砂培法,通过大豆生育期间淋浇不同的磷素水平营养液,研究了磷素营养水平变化对大豆植株磷素积累量及产量和品质的影响。结果表明:全生育期低磷处理(P1)的大豆植株中磷素积累总量(391.5 mg·盆-1)明显低于高磷处理(P31)(988.2 mg·盆-1),其它处理无论是先高磷后低磷还是先低磷后高磷全株磷积累量都与高磷处理的时间成正比。R1~R5期是植株磷积累最敏感的时期;籽粒磷素积累量占全株磷素总量的比例,比其它器官所占比例都要高。高磷时间越长磷素分配到籽粒中的比例就越低,磷营养不足时植株会优先满足籽粒对磷的需求。R1期以前磷营养水平决定株高和节数。大豆粒数、百粒重、产量以及大豆籽粒中蛋白质和脂肪的含量会随着高磷时间的增加而增加。V3~R1期高磷对产量的提升作用最大,R1~R5期是低磷胁迫最为敏感的时期。大豆前期磷素营养充足对后期产量形成有后效,前期磷素营养不足,后期施充足的磷素对产量形成有一定的补偿作用。     

水稻籽粒不同部位植酸含量及其与稻米品质的相关性

 选用13个不同类型的水稻品种,对其籽粒不同部位植酸含量品种间差异及与稻米主要品质性状间的相关性进行了分析。结果表明,供试13个水稻品种米糠、糙米、颖壳、精米的植酸含量平均值分别为48.51、9.77、1.40和0.91 mg/g,而且不同水稻品种间籽粒不同部位的植酸含量存在极显著差异。在籽粒中,米糠中植酸积累最多,其次是精米,颖壳最少。米糠中植酸含量与糙米和颖壳中植酸含量呈极显著正相关。糙米和米糠中植酸含量与稻米蛋白质含量均呈显著的负相关,与千粒重均呈显著正相关。     

外源Zn对冬小麦生育后期Zn吸收积累的影响

为探讨外源Zn对小麦植株生育后期Zn吸收积累的影响,以河南省主要推广品种周麦18和矮抗58为材料,于2009-2010年进行网室盆栽试验,测定了不同浓度的Zn（0、200、400和800mg.kg-1干土,分别以Zn0、Zn2、Zn4、Zn8表示）处理下,小麦灌浆初期及成熟期植株叶片、茎鞘、穗部、籽粒及根等部位的Zn含量和干物质积累量,分析了各部位的Zn积累量和分配比例。结果表明,外源Zn处理下,灌浆初期至成熟期,小麦植株各部位Zn含量为4.22～174.98μg.g-1,以叶片Zn含量最高。Zn含量的变异主要是外源Zn所导致,品种及品种×外源Zn的互作对各部位Zn含量亦有不同程度的影响。随外源Zn水平的增加,植株干物质积累量呈现先升后降趋势,在200mg.kg-1处理时,植株干物质积累量最高。植株Zn积累总量亦随外源Zn处理浓度的增加而升高,表现为Zn8〉Zn4〉Zn2〉Zn0,周麦18植株Zn积累量高于矮抗58。灌浆初期,植株Zn的主要积累部位是叶片,至成熟期,籽粒和根是Zn的主要积累部位,植株Zn有50%左右分配至籽粒中。在Zn2处理下,籽粒Zn的分配比例最高。土壤中施加适量Zn肥,有利于植株干物质的积累和Zn的吸收积累。     

低植酸水稻种质资源筛选、遗传生理调控与环境生态适应性研究进展

提高或维持水稻产量的同时,提高稻米品质已成为目前水稻育种的首要目标之一。其中,通过降低籽粒中植酸等抗营养因子,增加锌、铁生物有效性以提升水稻营养品质,是目前水稻品质改良的一个重要方向。本文主要综述了水稻籽粒中植酸合成的代谢路径、低植酸水稻的筛选及相关功能基因的遗传特点、植酸生理代谢的调控网络、低植酸水稻农艺性状劣变和生态适应性降低的生理原因、籽粒植酸合成的环境调控效应等相关研究进展。可为低植酸水稻品质改良以及栽培调优提供借鉴。     

磷铁营养对大豆种子铁和植酸积累的影响

以铁含量低的周97(Z97)和铁含量高的科丰36(K36)为材料,研究了不同磷铁营养对大豆种子中铁与植酸积累的影响以及植酸与蛋白质的关系.结果表明:不同磷处理极显著地影响种子中植酸与铁的积累,品种间存在一定差异;不同铁处理对种子中铁含量的影响趋势相似, K36受影响的程度明显大于Z97;种子中植酸与铁、植酸与蛋白质均无显著相关性;限制种子中铁积累的主要环节是铁从根向豆荚的运输以及豆荚向种子的转运,并且品种间的遗传差异可以影响铁从豆荚向种子的转运.     

施锌对鄂中地区水稻产量和籽粒锌含量的影响

通过田间试验,研究了锌肥施用对水稻产量和籽粒锌含量的影响。结果表明,施用锌肥可以提高水稻产量,与不施锌肥处理相比,每hm~2施用锌肥30 kg可使水稻增产8.8%,有效穗数和每穗实粒数分别增加10.2%和7.0%;施用锌肥还可以显著提高水稻成熟期各部位锌含量和锌积累量,与不施锌肥处理相比,每hm~2施用锌肥30 kg后水稻籽粒锌含量和锌积累量分别增加36.2%和47.7%。     

氮锌肥配施对小麦籽粒不同类型混合粉锌营养品质的影响

为明确氮、锌肥配施对小麦籽粒不同类型混合粉锌营养品质的影响规律，采用田间试验，研究了氮、锌肥配施对小麦籽粒产量、不同类型混合粉中氮、锌含量及其累积量的影响及混合粉中植酸含量、植酸与锌的摩尔比（PA/Zn）和锌日吸收量的变化规律。结果表明，锌肥处理对小麦籽粒产量、各类型混合粉中的氮含量及其累积量无显著影响；与不施氮对照比较，施氮处理小麦籽粒产量提高93.7%，各类型混合粉中氮含量及其累积量显著提高，以施氮量240 kg·hm^-2处理最高。喷锌处理下，各类型混合粉中锌含量显著增加，精制粉、标准粉、通粉和全粉中锌累积量较对照依次提高了63.3%、58.0%、48.6%和50.9%；施氮后，各类型混合粉的锌含量及其累积量显著增加，以喷施锌肥处理更为明显。全粉和通粉中的植酸含量显著高于精制粉和标准粉，但PA/Zn低于精制粉和标准粉。喷锌后，精制粉、标准粉和全粉中植酸含量增加13.0%~ 15.4%，但PA/Zn下降23.8%~34.7%；施氮降低了精制粉、通粉和全粉中的植酸含量和PA/Zn。全粉中锌日吸收量为0.98 mg·d^-1，显著高于其他各混合粉；喷施锌肥后，各类型混合粉的锌日吸收量提高了 35.9%~61.0%；施氮显著提高了各类型混合粉的锌日吸收量。     

低磷胁迫下外源褪黑素对大麦幼苗根系发育的调控作用

为探究低磷胁迫下外源褪黑素（Melatonin,MT）对大麦幼苗根系生长发育调控作用，以磷敏感型大麦品种GN42为试验材料，设置正常磷（CK）、低磷和低磷添加MT 3个处理，比较分析了不同处理间大麦幼苗根系表型特征、解剖构造和相关基因表达量的差异。结果表明，低磷胁迫后大麦幼苗根系生长受到抑制，表现为根系总长度、表面积和体积均不同程度下降，且根冠厚度减少，活性氧(ROS)过量积累，花青素含量增加，根系磷转运蛋白相关基因Hvpht1;1上调表达，花青素合成基因Hvant和MT合成基因Hvcomt均下调表达。低磷胁迫下添加外源MT后，幼苗根系生长受抑制程度缓解，根系总长、表面积和体积均显著增加，根冠厚度也显著增加，ROS积累量明显变少，且3种基因都不同程度上调表达。由此说明，外源MT可以有效缓解低磷胁迫对大麦幼苗生长发育的不利影响，提高植株对低磷胁迫的适应性。     

不同磷效率大豆干物质积累、光合生理特性及产量的研究

利用不同磷效率基因型大豆品种,采用盆栽控制磷供应量,探讨其同化物积累及光合生理特性与产量性状的差异。结果表明:磷高效品种在低高磷处理下,相对干物质量比较高,能达0.9左右,而磷低效品种多在0.6左右;在低磷处理下,磷高效品种的净光合速率Pn均大于高磷处理,磷低效品种则小于高磷处理;高磷处理使气孔导度Cond、胞间CO2浓度(C i)、蒸腾速率(Tr)增加;低磷处理加强大豆叶片水分利用率(WUE);磷高效品种低高磷处理下产量比在0.9左右,磷低效品种仅为0.62。因此,可以将低高磷下干物质量比和产量比作为筛选不同磷效率基因型大豆的指标。     

水稻根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答

研究水稻耐低磷机制,对高效利用土壤磷的水稻品种改良具有重要意义。应用基因芯片和qRT-PCR技术,分析了耐低磷水稻品种仪2434和低磷敏感品种通粳981根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答。水稻叶片磷含量的测定结果表明,低磷胁迫下仪2434的叶片磷含量较对照降幅小,这表明仪2434较通粳981具有更强的磷素吸收利用能力。基因芯片检测结果表明,在低磷胁迫下的仪2434根系中,PHR1、osa-miR399s和SPXs基因的表达诱导、激活磷饥饿信号途径;APA、PAPs、MPE、PA、PEPC和VDAC1、C4-DT/MAT等基因的表达诱导,增强有机磷水解酶和有机酸的合成和分泌,促进介质中难溶性磷的活化;OsPT2、OsPT6基因的表达诱导,促进仪2434根系对磷的高效吸收。qRTPCR检测结果表明,仪2434根系中与磷饥饿信号转导、磷活化、磷高效吸收相关的8个代表性基因(PHR1、SPX、PAP、APA、PEPC、MFS、OsPT2、OsPT6)的表达水平均随低磷处理时间的延长呈逐步增高的趋势;经低磷处理后,所检测的8个基因在仪2434根系中的转录水平均显著高于其在通粳981根系中的转录水平,PHR1、APA、OsPT2在通粳981根系中的表达诱导作用不明显,且仪2434根系组织和根系分泌的酸性磷酸酶活性较通粳981增强更显著,这可能是仪2434较通粳981对低磷胁迫有较高耐性的主要机制之一。     

氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响

【目的】旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据。【方法】选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响。【结果】结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达。【结论】灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质。     

γ-氨基丁酸和2-乙酰-1-吡咯啉代谢通路在水稻籽粒发育过程中的变化分析

【目的】结合代谢组和转录组技术,分析香稻和非香稻不同发育时期籽粒中γ-氨基丁酸（GABA）和2-乙酰-1-吡咯啉（2AP）代谢通路主要化合物和基因的动态变化,为高含量GABA和2AP的水稻育种提供理论依据。【方法】本研究收集优质香籼稻美香占2号和优质籼稻黄华占花后8 d（乳熟期）、花后15 d（蜡熟期）、30 d（完熟期）的脱壳籽粒和花后40 d收获的籽粒的精米,对各样本采用LC-MS/MS和RNA-seq技术进行代谢产物检测和转录表达分析,分析两个水稻品种GABA和2AP代谢通路相关化合物的空间分布以及含量变化特征。【结果】代谢组数据PCA分析表明两个水稻品种乳熟期籽粒和花后40 d收获的籽粒的精米明显分离,蜡熟期和完熟期籽粒分离不明显。代谢组共鉴定出623种代谢物,四个时期差异代谢物合计161个。GABA和2AP通路中9个代谢物被检出,两个水稻品种的相关代谢物变化趋势相似,其中腐胺主要定位于籽粒的糊粉层,而亚精胺在内胚乳特异累积。转录组共检出3.3万个左右基因,其中检出GABA通路18个酶中的14个酶对应的基因有较高的表达水平,除Badh2外其他基因均不是差异表达基因,同一基因在两份水稻材料中的表达水平和变化趋势相似,GAD1、GABA-T1、DAO4和PAO4在相应同源基因中表达水平较高。黄华占籽粒中L-精氨酸和腐胺的代谢在蜡熟期已基本结束,美香占2号在籽粒整个发育期具有持续较强的多胺降解水平。美香占2号籽粒具有合成2AP的物质基础,多胺降解途径和谷氨酸-脯氨酸转化通路同时有助于2AP的积累。【结论】水稻籽粒GABA代谢以降解为主,GABA-T1和GABA-T2共同调控GABA的降解。GABA相关代谢物主要集中在糊粉层,黄华占籽粒中代谢物分布和基因表达特征与美香占2号相似,美香占2号籽粒成熟过程中具有持续较高的线粒体活性。     

植酸形成与水稻籽粒充实的关系

研究了6个水稻品种（组合）的籽粒灌浆特征及植酸合成过程中相关生化成分变化与籽粒充实的关系。籽粒充实度好的亚杂1号(ISHR1)、亚杂2号（ISHR2）、R198和JW21,强、弱势粒灌浆不表现两段灌浆现象,而籽粒充实度差的亚杂3号（ISHR3）和559两段灌浆现象则十分明显。孕穗期至开花期,籽粒充实度好的品种其植酸、肌醇含量显著高于籽粒充实度差的品种;灌浆期,籽粒充实度差的品种无机磷含量明显高于籽粒充实度好的品种。相关分析表明,在孕穗期至开花期籽粒中植酸、肌醇含量与起始灌浆势（P0）、平均灌浆速率（RA）和籽粒充实率（GFP）均呈极显著正相关;灌浆期,无机磷含量与P0、RA和GFP呈极显著负相关,肌醇含量与P0、RA和GFP无明显相关性。提出了提高水稻籽粒充实度的有效途径。     

红壤性稻田紫云英与化肥减施对早稻品质与养分吸收的影响

【目的】阐明紫云英种植利用后减施化肥对早稻品质、养分吸收及土壤肥力的相互影响,为红壤稻田施肥提供科学依据。【方法】以红壤稻田为研究对象,2015年开始在江西高安大田定位研究种植利用紫云英对早稻生长发育及养分吸收利用的影响。设置6个试验处理：1)不施肥对照处理(CK);2)绿肥处理(G),即紫云英量22 500 kg/hm²;3)100%化肥处理(N₁₀₀);4)紫云英翻压22 500 kg/hm²+100%化肥处理(GN₁₀₀);5)紫云英翻压22 500 kg/hm²+80%化肥处理(GN₈₀);6)紫云英翻压22 500 kg/hm²+60%化肥处理(GN₆₀)。【结果】紫云英配施全量及减施适量(20%)化肥能提高水稻产量,保障水稻N、P营养,提高土壤有机质和碱解氮含量。紫云英配施化肥能提高早稻整精米率、垩白与胶稠度但降低蛋白质含量。早稻产量、糙米率、整精米率、垩白粒率、蛋白质与籽粒含N量呈显著正相关,与籽粒含Si量呈显著负相关;籽粒含Mg量与精米率呈显著正相关。籽粒P、Ca、Mg吸收量对碾米品质、蛋白质含量和垩白粒率是正效应,对胶稠度是负效应。土壤碱解氮对籽粒含N量是间接正效应,对籽粒含Si量是间接负效应;碱解氮、有效磷、速效钾对籽粒N、P、K吸收量是间接正效应;pH对籽粒Ca、P含量以及交换性Ca、Mg对籽粒P含量均为间接负效应。【结论】紫云英22 500 kg/hm²还田并减施20%化肥能提高水稻产量,提升稻米品质。     

水稻异淀粉酶基因ISA1及其启动子的表达特性分析

 利用实时定量RT-PCR方法研究了水稻异淀粉酶基因ISA1在各组织及不同发育阶段籽粒中的表达模式,结果表明该基因只在发育籽粒中表达。同时,克隆了ISA1基因起始密码子上游1.1 kb和2.1 kb两个不同长度的启动子片段,并分别与GUS报告基因融合,经农杆菌介导转入水稻中。对转基因水稻植株中GUS活性的定性与定量结果表明,2.1 kb的ISA1启动子具有很好的胚乳表达特异性,与内源基因定量表达分析的结果一致;而1.1 kb的ISA1启动子则不具备该表达特性,它在胚乳、茎、茎节及谷壳中都有很高的表达。这可能是因为 2.1 kb启动子中含有抑制目的基因在茎等组织或器官中表达的顺式作用元件。     

水杨酸通过一氧化氮途径调控水稻缓解低磷胁迫

【目的】深入剖析水杨酸调控水稻低磷胁迫响应的生理与分子机制具有重要意义。【方法】选取常规水稻品种日本晴,外源添加水杨酸后测定水稻体内总磷含量、酸性磷酸酶活性、木质部汁液磷含量、水稻根系特征参数、磷转运子基因表达水平和一氧化氮含量等指标解析水杨酸缓解水稻缺磷胁迫的生理和分子机制。【结果】1）水杨酸对水稻磷吸收的调控存在剂量效应,1 μmol/L水杨酸显著提高低磷条件下水稻体内总磷含量,5 μmol/L水杨酸则降低水稻体内总磷含量。2）低磷条件下,1 μmol/L水杨酸使酸性磷酸酶活性提高了11.35%,根系总长增加了20.90%,根系表面积增加11.86%,根系体积增加了15.38%,总根数增加了23.55%,木质部汁液中的磷含量提高了22.67%。同时,1 μmol/L水杨酸提高了水稻根系磷转运子基因的表达,从而提高水稻对外界磷的吸收和体内磷的转运。3）水杨酸通过提高硝酸还原酶的活性增加水稻根系的一氧化氮含量,从而通过调控磷转运子基因的表达提高低磷条件下水稻对外界磷的吸收。【结论】水杨酸与信号分子一氧化氮互作缓解低磷胁迫。     

灌浆结实期高温对水稻籽粒蔗糖及降解酶活性的影响

选用水稻品种越光和笹锦为材料,在开花后设置自然温度和高温两种处理,研究了不同温度处理下籽粒蔗糖、果糖和葡萄糖含量的动态变化以及蔗糖合酶、液泡型转化酶和细胞壁结合型转化酶活性的差异。高温处理下,蔗糖合酶活性值大于转化酶活性值,且与淀粉积累速率呈显著正相关,表明蔗糖合酶在蔗糖的分解和淀粉的合成过程中起着重要作用;高温下两品种籽粒的蔗糖含量明显增加,但分解的葡萄糖和果糖含量并未相应增加,表明高温有利于籽粒中蔗糖的积累,而不利于籽粒中蔗糖的分解。高温下蔗糖合酶、液泡型转化酶和细胞壁结合型转化酶活性明显下降,表明蔗糖分解速率的下降与蔗糖合酶和转化酶活性下降有关。     

结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉形成与积累的影响

【目的】研究结实期低温胁迫对水稻强、弱势粒淀粉组分含量、积累速率及关键酶活性的影响，明确淀粉合成关键酶活性变化对淀粉积累速率的调控效应，探究强、弱势粒淀粉形成积累差异对水稻产量的影响。【方法】以耐冷型品种东农428和冷敏型品种松粳10为试验材料，设置1个常温处理(白天温度28℃，14h/夜间温度22℃，10 h，7 d)和4个低温处理(17℃，低温处理时间分别为1、3、5、7 d)，分析了结实期低温胁迫对强、弱势粒淀粉组分积累、合成关键酶活性、水稻产量及构成因素的影响，并探讨了灌浆期各阶段淀粉积累差异与酶活性变化的关系。【结果】与对照相比，结实期低温胁迫降低了两个品种水稻强、弱势粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)的峰值活性以及支链淀粉和总淀粉含量，提高了齐穗后28~38 d 低温处理3、5、7 d的颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)活性和直链淀粉含量。与对照相比，各低温处理酶活性最高和淀粉积累最快的时间均有不同程度的推迟，低温处理7 d的影响最大，强、弱势粒低温处理7 d的支链淀粉和总淀粉含量分别在齐穗后13、18 d降幅最大，直链淀粉含量在28 d增幅最大。相关分析表明，强、弱势粒直链淀粉含量及强势粒支链淀粉、总淀粉含量与其最大积累速率呈极显著正相关，弱势粒支链淀粉、总淀粉含量还受到其最大积累速率出现时间的影响。AGPase、GBSS、SSS、SBE活性变化与淀粉积累速率和积累时间早晚密切相关，对淀粉及淀粉组分含量的变化有着明显的影响。同时，结实期低温胁迫显著降低了水稻的千粒重、结实率和产量，且随低温处理天数的增加降幅逐渐增大。结实期低温胁迫对弱势粒中淀粉合成关键酶活性变化影响大于强势粒，弱势粒淀粉合成积累减慢，含量降低，导致水稻千粒重显著下降，产量降低。【结论】就品种而言，耐冷型东农428具有较高的淀粉合成关键酶活性，淀粉及其组分含量较高，在低温胁迫下产量能维持在较高的水平。因此，强、弱势粒淀粉合成关键酶活性对淀粉合成起着非常关键的调控作用，淀粉组分和含量及其变化对产量有着十分重要的影响。