花后轻干-湿交替灌溉提高水稻籽粒淀粉合成相关基因的表达

【目的】水稻籽粒灌浆是光合同化产物向籽粒运输并合成淀粉的生理过程,决定水稻结实率、粒重高低及品质优劣。籽粒灌浆过程不仅受遗传因素的影响,而且受到温度和水分等环境因子的调节。灌溉是水稻生产上一项重要的技术,对水稻产量的形成有重要调控作用。但有关花后灌溉方式对水稻籽粒淀粉合成相关基因表达的影响,缺乏研究。本研究旨在探讨花后干湿交替灌溉对水稻籽粒灌浆的影响并阐明其分子机理。【方法】2012-2013年以两优培九（两系杂交籼稻）和扬粳4038（杂交粳稻）为材料种植于土培池,自抽穗（50%穗伸出剑叶叶鞘）至成熟设置3种灌溉方式处理：（1）常规灌溉（conventional irrigation,CI）,保持浅水层,收获前一周断水;（2）轻干-湿交替灌溉（alternate wetting and moderate soil drying,WMD）,自浅水层自然落干至土壤水势达-20 kPa时,灌水1-2 cm,再自然落干至土壤水势为-20 kPa,再上浅层水,如此循环;（3）重干-湿交替灌溉（alternate wetting and severe soil drying,WSD）,自浅水层自然落干至土壤水势达-40 kPa时,灌水1-2 cm,再自然落干至土壤水势为-40 kPa,再上浅层水,如此循环。观察花后干湿交替灌溉对水稻强、弱势粒灌浆速率、粒重和淀粉合成相关酶活性的影响,并应用实时荧光定量PCR技术测定编码这些酶基因的相对表达量。【结果】强势粒的平均灌浆速率、粒重、淀粉合成有关的蔗糖合酶（SuS）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGP）、淀粉合酶（StS）和淀粉分支酶（SBE）等相关酶活性以及蔗糖合酶基因SuS2、SuS4,腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因AGPL1、AGPL2、AGPL3、AGPS2,淀粉合酶基因SSI、SSIIa、SSIIc、SSIIIa和淀粉分支酶基因SBEI、SBEIIb的相对表达量在3种灌溉方式处理间没有显著差异。与常规灌溉相比,轻干-湿交替灌溉处理显著增加了弱势粒的平均灌浆速率、粒重、4种籽粒淀粉合成相关酶活性和除AGPL1外各基因的相对表达量,重干-湿交替灌溉处理则显著降低弱势粒的平均灌浆速率、粒重、各淀粉合成相关酶活性和基因的相对表达量。两供试品种试验结果趋势一致。相关分析表明,弱势粒的平均灌浆速率、粒重与SuS、AGP、StS、SBE活性以及SuS2、SuS4、AGPL2、AGPL3、AGPS2、SSI、SSIIa、SSIIc、SSIIIa、SBEI、SBEIIb基因的相对表达量呈极显著正相关关系。【结论】在轻干-湿交替灌溉处理下,水稻弱势粒淀粉合成相关酶活性及其基因表达的增强促进了弱势粒中淀粉的合成与积累,提高灌浆速率和增加粒重;而在重干-湿交替灌溉处理下,弱势粒中上述淀粉合成相关酶活性和基因表达的下降使其灌浆速率和粒重显著降低。     

玉米果穗不同部位籽粒激素含量及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系

以玉米品种登海11为材料, 分别进行大田和温室试验, 观察灌浆期果穗不同部位籽粒玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)、吲哚-3-乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)含量变化及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系。结果显示, 籽粒最大胚乳细胞数目、最大胚乳细胞增殖速率及平均速率、最大灌浆速率、平均灌浆速率和百粒重表现为果穗下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。在胚乳细胞活跃增殖期或活跃灌浆期, 籽粒Z+ZR、IAA和ABA含量以果穗下部籽粒最高, 中部籽粒其次, 上部籽粒最低。GA₃含量则为果穗上部籽粒>中部籽粒>下部籽粒。两个试验的结果趋势一致。胚乳细胞增殖速率和籽粒灌浆速率与籽粒Z+ZR、IAA和ABA含量呈极显著正相关, 与籽粒GA₃含量呈显著负相关。说明玉米果穗上部籽粒轻主要是由于这些籽粒的胚乳细胞增殖速率小, 导致其胚乳细胞数少, 这与其灌浆期较低的Z+ZR、IAA和ABA含量及较高的GA₃含量有密切关系。     

江苏不同熟期粳稻品种的齐穗期和安全播期预测

为明确当前江苏各地不同熟期粳稻品种的安全播期,以江苏的4个熟期类型的5个常规粳稻品种为材料,在江苏连云港(34°83′N)、淮安(33°34′N)、扬州(32°25′N)和苏州(31°18′N)等4地,进行自5月10日起每10天1期,共8个播期的播种试验,得出各播期的相应齐穗期。以齐穗期温光预测模型y=a＋b₁x₁＋b₂x₂拟合其实得的播期与齐穗期资料。用该模型拟合4个试验点、5个供试品种计20组数据,得出20个预测式,其拟合度R²在0.9927~0.9998之间,均达极显著水平。用各试点所在地近25年各年粳稻品种安全齐穗期及逐日平均温度,依齐穗期光温模型预测式经多次迭代推得各年的安全播期,进而求得90%保证率的安全播期并作各地生产应用分析。在江苏淮北的北部,麦稻两熟田水稻的可播栽始期为6月15日,中熟中粳的安全播期为6月21日,此类品种可用于该地直播;其他各熟期类型品种安全播期均早于当地可播栽始期,故不能用于直播。在淮北南部稻麦两熟田的可播栽始期为6月12日左右,中熟中粳和迟熟中粳的安全播期分别在7月4日和6月22日,此两类品种可用于该地麦茬直播;早熟晚粳安全播期在6月17日、18日,在大面积生产中因接茬时间过紧应慎用于麦茬直播;中熟晚粳的安全播期为6月8日,不可用于直播。在苏中南部,水稻可播栽始期为6月8至11日,中熟中粳、迟熟中粳、早熟晚粳类型两品种的安全播期分别在7月12日、3日、6月25日和28日,可用于该地直播;中熟晚粳的安全播期为6月11日,用于直播接茬时间太紧,不可应用。在苏南,水稻的可播栽始期为6月5日,供试4熟期类型品种的安全播期分别为7月18日、13日、9日至10日和7月3日,仅考虑安全齐穗各熟期类型品种均可用于麦茬直播,但因中粳类型品种直播稻生育期过短、产量不高,不宜应用。     

超级稻花后强、弱势粒淀粉合成相关酶活性和激素含量变化及其与籽粒灌浆的关系

 种植4个超级稻品种\[两优培九和Ⅱ优084（杂交籼稻）、淮稻9号和武粳15（粳稻）\]和2个高产对照品种\[汕优63（杂交籼稻）和扬辐粳8号（粳稻）\],观察其结实期强、弱势粒中蔗糖合酶（SuSase）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合酶（StSase）和淀粉分支酶（SBE）活性及玉米素+玉米素核苷（Z+ZR）、3 吲哚乙酸（IAA）和脱落酸（ABA）含量的变化,并测定了强、弱势粒灌浆速率。结果表明,超级稻品种强势粒的最大灌浆速率、到达最大灌浆速率的时间、平均灌浆速率和糙米重与对照品种差异较小,超级稻品种弱势粒的灌浆速率和糙米重显著低于对照。灌浆期强、弱势粒的SuSase、AGPase 、StSase 和SBE活性变化及Z+ZR、IAA 和ABA 含量变化均呈单峰曲线。弱势粒的SuSase、AGPase、StSase 和SBE的峰值活性和平均活性及其Z+ZR 和IAA的峰值含量和平均含量均低于强势粒。弱势粒的ABA 峰值含量和平均含量显著高于强势粒,超级稻品种高于对照品种。籽粒灌浆速率与SuSase、AGPase和StSase 活性及Z+ZR 和IAA含量均呈显著或极显著正相关,与SBE活性及ABA含量的相关不显著。说明超级稻品种弱势粒中较低的SuSase、AGPase和StSase活性及较低的Z+ZR和IAA含量是其灌浆速率小、粒重轻的一个重要原因。     

高温对水稻的影响及其机制的研究进展

 随着温室效应和极端天气的不断增加,近年来水稻遭遇高温热害的情况频繁发生,研究高温对水稻危害的机理与对策对稳定和促进水稻生产具有重要意义。综述了高温胁迫对水稻生长发育、产量形成和稻米品质的影响,并从光合特性、抗逆系统、脯氨酸、激素、多胺、蔗糖 淀粉代谢途径关键酶活性和蛋白质组学等方面阐述了其生理机制,提出减轻水稻高温胁迫的调控措施,并对未来深入开展水稻高温逆境的研究提出建议。     

水稻抽穗期高温胁迫对不同品种受粉和受精作用的影响

水稻抽穗期高温障碍导致结实性降低已经成为长江中下游水稻的重要自然灾害之一。以现代常规粳稻、三系杂交籼稻和两系法杂交籼稻为试料,研究了抽穗期高温处理对现代水稻品种和组合受精率的影响。现代粳型品种表现出较好的抽穗期高温耐性;杂交稻特别是两系杂交稻抽穗期高温耐性相对较弱,抽穗期39℃的高温胁迫下,受精率几乎接近于零;在杂交稻中,汕优63在较轻高温胁迫下表现较好耐性,但在较强的高温胁迫下高温耐性迅速下降。相同处理下抽穗期高温耐性在品种间有较大差异。2个两系超级杂交稻的单药花粉数均在1750粒以上,数量最多,宁粳1号数量最少,为979.8粒药^-1。总体趋势为杂交稻多于常规稻,籼型品种多于粳型品种,分析表明单药花粉数与高温耐性不相关。高温胁迫导致花药开裂系数显著下降,宁粳1号在较强的高温胁迫条件下还能维持一定程度的纵裂率,开花后柱头上花粉数量相对较多。可见水稻抽穗期高温耐性与花粉生产能力无关,与花药开裂和柱头捕获的花粉量关系较大。     

超级稻弱势粒灌浆机理及其调控技术研究

水稻籽粒灌浆是水稻生长的重要生理过程,直接影响到水稻的结实和产量。从籽粒灌浆特性、激素和酶等方面分析了超级稻籽粒充实不良的成因与机理及提高超级稻籽粒充实的调控途径,旨在揭示水稻的强弱势籽粒灌浆差异的机理,为有效地挖掘超级稻高产潜力提供理论依据。     

水稻高产节水灌溉技术及其生理生态效应

水稻是我国最大的粮食作物,也是农业上第一用水大户。随着人口的增长、城镇和工业的发展、人民生活水平的提高和全球气候的变化,一方面需要不断增加单位面积产量和产品质量以满足人口增长和人民生活水平日益提高的需求,另一方面需要应对水资源日益短缺的严重问题。因此,研究水稻高产优质节水灌溉技术,对于保障我国粮食安全、提高人们的生活质量和节约水资源,均有十分重要的意义。本文介绍了水稻高产节水灌溉技术,分析了这些技术的生理生态效应,对当前和今后一段时间内水稻节水灌溉的研究提出了建议。     

杂交水稻不同器官镉浓度与累积量

以生长于盆钵中的两系杂交稻两优培九、扬两优6号和103S/郑粳2号及三系杂交稻丰优香占、K优818和汕优63为材料,移栽前盆土内加入镉（Cd）,使土壤Cd浓度为100 mg/kg,研究水稻植株不同器官Cd的浓度和累积量。与未加Cd的对照相比,Cd处理降低了两优培九和103S/郑粳2号的产量,其主要原因是每穗粒数减少,而对其余组合的产量无显著影响。水稻植株对Cd吸收及分配存在着基因型差异,以汕优63累积量最多,K优818累积量最少。水稻植株不同器官Cd的浓度和累积量的大小顺序为根>茎鞘>叶片。籽粒不同部位Cd的浓度大小顺序为糠层>颖壳>精米。精米中Cd累积量仅为谷粒Cd累积量的30%左右。在抽穗期和成熟期,同一器官Cd浓度及累积量呈显著或极显著正相关,但不同器官之间的相关不显著。在6个供试的杂交稻组合中,精米中Cd的浓度以扬两优6号最高,K优818最低。对不同杂交稻组合植株中Cd浓度和累积量差异的原因进行了讨论。     

结实期干湿交替灌溉对稻米品质及籽粒中一些酶活性的影响

在土培池和大田试验条件下,观察了结实期干湿交替灌溉对武育粳3号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)米质和籽粒中淀粉合成关键酶活性的影响以及它们之间的关系。与对照(保持水层)相比,轻干－湿交替灌溉(土壤干至土壤水势为－25 kPa时复水)增加了结实率和粒重,降低了垩白粒率和垩白度,提高了淀粉的最高黏度和崩解值,减小了热浆黏度、