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。     

植物激素对杂交稻籽粒灌浆及蔗糖合酶活性的影响

 以亚种间杂交稻两优培九和品种间杂交稻汕优63为材料,对籽粒灌浆期间的内源激素含量和酶活性进行了测定分析,并结合外源激素对水稻籽粒灌浆过程的调控试验,分析了脱落酸对蔗糖代谢关键酶——蔗糖合酶活性的调节作用。结果表明,灌浆前期强势粒中生长素、玉米素核苷和脱落酸（ABA）含量明显高于弱势粒,并与籽粒最大灌浆速率、平均灌浆速率、籽粒充实率和粒重均呈显著或极显著正相关。强势粒中蔗糖合酶活性明显高于弱势粒,且达到峰值的时间也早于弱势粒。籽粒灌浆速率、籽粒充实率、粒重和淀粉积累速率与蔗糖合酶活性呈显著正相关。花后8 d对稻株喷施低浓度ABA显著提高了籽粒中ABA含量和蔗糖合酶活性,增加了粒重和籽粒充实率。喷施ABA合成抑制剂氟草酮作用则相反。上述结果说明,植物激素尤其是ABA对水稻籽粒灌浆有重要的促进作用,其作用在很大程度上是通过调节籽粒蔗糖合酶活性实现的。     

高温对水稻灌浆期籽粒氮代谢关键酶活性及蛋白质含量的影响

 选用粳稻品种越光与籼稻品种IR72为材料,研究了高温对水稻灌浆期籽粒谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）、谷氨酸 草酰乙酸转氨酶（GOT）、谷氨酸 丙酮酸转氨酶（GPT）的活性及蛋白质与氨基酸含量的影响。结果表明,灌浆期高温下水稻籽粒GOGAT、GOT与GPT活性显著或极显著升高,但籽粒GS活性显著或极显著降低;籽粒蛋白质及氨基酸各组分含量极显著增加。高温下籽粒GS活性显著降低并未影响籽粒蛋白质的合成,认为籽粒GS不是限制水稻蛋白质合成的关键酶。     

稻米食味品质对结实期温度的响应研究进展

综述了稻米食味品质对结实期温度的响应特征及稻米食味品质与直链淀粉、支链淀粉和蛋白质含量的关系,并从籽粒灌浆过程中淀粉与蛋白质合成代谢角度阐明了水稻食味品质对结实期温度响应的生理基础,最后展望了结实期温度胁迫对稻米食味品质影响的研究方向。     

减数分裂期高温对水稻穗粒数影响的定量分析

【目的】穗粒数是水稻产量构成因子之一。为明确减数分裂期高温对水稻穗粒数的可能影响,构建其定量估算模型,【方法】于2014-2015年以两优培九和南粳45为供试材料,于减数分裂期设置不同强度和持续时间的高温处理,以自然无高温环境为对照,分析了减数分裂期不同高温强度和高温持续时间对穗粒数的影响,建立了减数分裂期高温与穗粒数的定量关系,最后根据温度日变化特征,构建了自然环境下的减数分裂期高温对穗粒数的定量影响算法。【结果】减数分裂期高温对穗粒数的影响程度与高温强度、持续时间有关。同样高温条件下,穗粒数随高温持续天数增加呈指数减少;日相对穗粒数随温度增加而减少,可用二次曲线进行描述。穗粒数对高温敏感的终止时间大约为抽穗前5 d。利用2015年试验资料对上述模型进行了检验,两优培九和南粳45穗粒数模拟值的相对均方根差为0.094和0.085,说明模型可很好地模拟减数期高温对穗粒数的影响。【结论】对完善高温对水稻生长过程的定量影响具有重要作用。     

结实期动态高温和干旱对软米粳稻产量和品质的影响

以软米粳稻扬农香28为试验材料,设置结实期动态高温（HT）、干旱（D）和动态高温干旱（HTD）3个处理,并以常温湿润作为对照（CK）,研究结实期动态高温和干旱对软米粳稻产量和稻米品质的影响。结果表明,与CK相比,HT处理的千粒重、结实率和产量显著增加,D处理的千粒重、结实率和产量下降,HTD处理的结实率和产量差异不显著。与CK相比,3种处理均降低了扬农香28的精米率、整精米率、直链淀粉含量和崩解值,提高了垩白粒率、垩白度、蛋白质含量、糊化温度和消减值,其中,精米率、整精米率、垩白粒率和垩白度的差异达显著水平。结实期高温和干旱均影响稻米品质,高温干旱复合处理较单一处理影响更大。     

Effects of Early- and Late-Sowing on Starch Accumulation and Associated Enzyme Activities During Grain Filling Stage in Rice

The environmental temperature occurring during the grain filling stage is an important factoraffecting starch synthesis and accumulation in rice. We investigated starch accumulation, amylaseactivity and starch granule size distribution in two low-amylose japonica rice varieties, Nanjing 9108 andFujing 1606, grown in the field at different filling temperatures by manipulating sowing date. The two ricevarieties exhibited similar performances between two sowing dates. Total starch, amylose andamylopectin contents were lower at the early-filling stage of T1 treatment (Early-sowing) compared withthose at the same stage in T2 treatment (Late-sowing). In contrast, at the late-filling stage, when fieldtemperatures were generally decreasing, total starch and amylopectin contents in T1 were highercompared to those in T2. The ideal temperature for strong activity of ADP-glucose pyrophosphorylaseand soluble starch synthase was about 22℃. A higher temperature from the heading to maturity stagesin T1 increased the activities of starch branching enzyme and suppressed the activities of granule boundstarch synthetase and starch debranching enzyme. We found that rice produced larger-sized starchgranules under the T1 treatment. These results suggested that due to the early-sowing date, the hightemperature (30℃) occurring at the early-filling stage hindered starch synthesis and accumulation,however, the lower temperatures (22 ℃) at the late-filling stage allowed starch synthesis and accumulationto return to normal levels.     

灌浆结实期不同时段温度对水稻结实与稻米品质的影响

利用人工气候箱在水稻灌浆结实期不同时段进行温度试验,研究温度对水稻结实与稻米品质的影响。结果表明,灌浆结实期40℃高温处理后籽粒结实率显著降低,粒重下降,外观品质和食味品质变差。不同水稻品种对灌浆结实期温度的响应表现不一致。在试验条件下,华粳1号开花受精的敏感温度为35℃,而特优559开花、灌浆结实的最适温度为30℃,该温度处理结实率、粒重较高,外观品质以及食味品质较优。此外,灌浆结实期不同时段的高温对水稻结实与稻米品质的影响也存在显著差异：结实率对高温最敏感的时期是开花后1~5 d,粒重对高温最敏感的时期是开花后11~20 d;而温度对稻米品质影响最大的时期主要在花后16~20 d,25 d后温度处理影响较小。因此,灌浆前期适宜的温度条件对水稻优质栽培意义重大。     

灌浆期高温下外源喷施2,4-表油菜素内酯对浙禾香2号产量及品质的影响

为明确水稻灌浆期高温下喷施2,4-表油菜素内酯（2,4-epibrassinolide, EBR）对水稻产量构成因素及品质的影响,以优质稻品种浙禾香2号为试验材料,在灌浆期进行15 d高温（HT）和适温（NT）处理,同时喷施浓度为0.15 mg/L的EBR和相同浓度的油菜素内酯合成抑制剂油菜素唑（Brassinozole, BRZ）,以喷施相同量的清水为对照。结果表明,灌浆期高温处理显著降低浙禾香2号的结实率,但对粒重的影响较小;高温处理降低稻米的加工品质、外观品质和食味品质;高温下外源喷施EBR能够显著提高浙禾香2号的产量、糙米率和整精米率,显著降低垩白粒率、垩白度和蛋白质含量。试验结果为进一步明确EBR缓解水稻高温热害的效应提供理论基础。     

早籼稻米RVA谱特性的品种间差异及其温度效应特征

采用粘度快速测定仪分析了10个不同食味类型早籼品种的淀粉粘滞（RVA谱）特性,并通过人工气候箱控温处理试验对早籼稻米淀粉粘滞特性与水稻灌浆结实期温度间的关系进行了分析。结果发现,食味较优的早籼水稻品种一般具有较大的崩解值和较小的消减值、回冷恢复值,而食味较差的早籼品种则相反,普遍有着较小的崩解值和较大的消减值、回冷恢复值,具有较明显的规律性;而不同食味类型早籼品种在最高粘度、热浆粘度、最终粘度等指标上差异规律则不明显;水稻灌浆结实期温度处理对早籼稻米淀粉粘滞特性的影响主要表现在淀粉糊化过程的回冷特性上,与高温处理相比,水稻在适温处理下灌浆,其稻米淀粉的最终粘滞度、消减值和回冷恢复值呈现出明显的上升趋势,而崩解值的变化则相对较为复杂。适温处理下稻米淀粉RVA谱特征的最终粘滞度、消减值和回冷恢复值等指标的变化,可能正是部分早籼品种“翻秋”种植后其蒸煮食味品质明显变好的一个重要理化指标。     

High Temperature at Grain-filling Stage Affects Nitrogen Metabolism Enzyme Activities in Grains and Grain Nutritional Quality in Rice

Rice plants would more frequently suffer from high temperature (HT) stress at the grain-filling stage in future. A japonica rice variety Koshihikari and an indica rice variety IR72 were used to study the effect of high temperature on dynamic changes of glutamine synthetase (GS) activity, glutamate synthase (GOGAT) activity, glutamic oxalo-acetic transminase (GOT) activity, glutamate pyruvate transminase (GPT) activity in grains and grain nutritional quality at the grain-filling stage. Under HT, the activiti...     

Effect of Temperature at Grain Filling Stage on Activities of Key Enzymes Related to Starch Synthesis and Grain Quality of Rice

Three japonica rice varieties with different cooking and eating quality were grown at high temperature in the greenhouse and natural field. Effects of temperature at the grain filling stage on these varieties were investigated in terms of the activities of key enzymes related to starch synthesis and cooking and eating quality of rice grain. The high temperature at the grain filling stage increased protein content, and decreased amylose content and taste meter value of rice; inferior grain quality varieties showed a greater magnitude of the increase or decrease than the superior ones. Reaction of rapid visco analyser profiles to the temperature varied with rice varieties. The activities of adenosine diphosphoglucose pyrophosphoryiase （AGPP）, soluble starch synthase （SSS） and starch branching enzyme （SBE） gradually increased to a peak value, and thereafter declined as grain filling progressed. Enzyme activities in different varieties differed in a same filling stage, and also in the time when the enzyme activity reached a maximum. AGPP and SSS were insensitive to the environmental temperature, but SBE was comparatively sensitive to the temperature, and its activity declined when temperature was too high or too low.     

水稻灌浆过程中胚乳异淀粉酶基因家族表达特性及其与淀粉含量间关系分析

选用胚乳直链淀粉和支链淀粉含量不同的5个粳稻品种,分析籽粒灌浆过程中异淀粉酶基因在胚乳中的表达特性和酶活性变化及其与淀粉含量间的关系。结果表明,在灌浆过程中胚乳异淀粉酶活性及ISA1和ISA3基因的mRNA表达量,直链淀粉含量不同的非糯品种都呈先升后降的单峰曲线变化。灌浆中期出现峰值,但糯稻品种呈直线上升的变化趋势,后期的表达量明显高于前期;ISA2基因mRNA表达量自抽穗后10 d起随灌浆进程逐渐下降;在灌浆过程中胚乳ISAs基因的mRNA表达量与异淀粉酶活性正相关;ISA1和ISA3基因mRNA表达量、异淀粉酶活性及支链淀粉含量呈同步变化。在整个灌浆过程中ISA1基因和ISA1和ISA3基因的表达量明显大于ISA2基因,是灌浆过程中主要表达的基因。     

花期高温胁迫对水稻颖花生理特性的影响

以野生型水稻中花11及其耐热型突变体(hst)为材料,于抽穗扬花期高温处理7d(40℃,每天处理6h),探讨开花期水稻颖花生理特性与耐热性之间的关系。研究表明,花期高温导致剑叶叶绿素含量、颖花可溶性蛋白和可溶性糖含量均显著下降,突变体hst的降幅明显小于野生型中花11;同时,高温下颖花中丙二醛(MDA)、过氧化氢(H_2O_2)及游离脯氨酸含量均显著增加,而突变体hst的增幅明显低于野生型中花11。在抗氧化酶活性方面,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活性对水稻开花期高温胁迫的响应有所不同,其变化与耐热性之间的相关性有待进一步验证。高温胁迫下水稻剑叶中保持较稳定的光合作用,颖花中保持较多的渗透调节物质及较低的MDA和H_2O_2含量,是突变体耐高温的生理基础。     

Effects of Weak Light on Starch Accumulation and Starch Synthesis Enzyme Activities in Rice at the Grain Filling Stage

Photosynthetic product in rice plant is transported to grains mainly in the form of sucrose. Sucrose in the grains eventually becomes starch through a series of enzymatic reactions [1-2]. The starch weight accounts for 90% of the brown rice [3-4], so the course of the rice grain filling is the biochemical process in which starch is mainly formed, and the factor of light is indispensable at the course. Much research has been conducted to study the influence of the light on the grain starch synt…     

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。     

灌浆期不同时段高温对稻米淀粉理化特性的影响

【目的】研究灌浆期不同时段高温对稻米淀粉组成、结构和理化特性的影响,揭示高温对稻米淀粉理化特性影响的时段效应,阐明高温、结构和功能之间的关系。【方法】以耐热水稻品种黄华占和热敏感的9311近等位基因系为实验材料,利用人工气候箱设置高温[38℃(昼)/30℃(夜)]和对照[28℃(昼)/22℃(夜)],研究灌浆前期(齐穗期后1－15 d)和后期(齐穗期后16 d至成熟)高温对稻米的加工品质、外观品质、淀粉组成、支链淀粉链长分布、粒度分布、胶稠度、黏度特性、糊化特性、结晶特性和颗粒形态的影响。【结果】灌浆期高温使糙米率、精米率、整精米率显著下降,使垩白粒率和垩白度显著升高,导致加工品质和外观品质变差。灌浆期高温使总淀粉含量、直链淀粉含量、短支链淀粉含量、大淀粉粒占比、直/支链淀粉比显著下降,而中等支链淀粉含量、小中淀粉粒占比、糊化温度和糊化焓显著上升,黏度特性显著改变,结晶类型不变但结晶度显著改变,淀粉颗粒表面出现小孔,表面变得凹凸不平,导致淀粉颗粒更加碎片化和蒸煮食味品质变劣。灌浆期不同时段高温对稻米品质的影响不同,灌浆前期高温对稻米淀粉的影响大于灌浆后期,耐热品种受影响小于热敏感品种。灌浆前期高温处理下供试材料具有较高的消减值和较低的崩解值,黏度特性变差;灌浆后期高温处理下供试材料具有较低的消减值和较高的崩解值,黏度特性变好。【结论】灌浆前期高温对淀粉理化特性的影响最大,进而导致稻米的加工品质、外观品质和蒸煮食味品质变劣,灌浆后期高温提升了黏度特性。     

水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响

在大田环境下,以辽粳294、开粳1号为材料,在灌浆期设置5个水分梯度处理,研究了水稻冠层温度日变化特征及其与土壤水分状况、产量生理特性、稻米品质之间的关系。结果表明:1)冠层温度低于气温,但与其显著正相关。梯度水分处理导致冠层温度和冠气温度差逐级升高,即土壤水势降低,冠层温度升高,冠气温度差绝对值增大;2)相同环境条件下,抗旱性弱的品种辽粳294的冠层温度低于抗旱性强的品种开粳1号;3)水分胁迫下水稻冠气温度差与每穗实粒数、千粒重、结实率、产量、整精米率、蛋白质含量、直链淀粉、脂肪酸和食味值呈显著负相关,与秕粒数、垩白度、垩白粒、碎米率呈显著正相关;4)光合速率、气孔导度及蒸腾速率随土壤水势降低而下降,且抗旱性强的品种开粳1号的光合性能较强。相关性分析表明,两个品种冠气温度差与其光合性能显著或极显著负相关;5)开粳1号的气孔密度显著大于辽粳294,而气孔长度和气孔宽度极显著小于辽粳294。综合分析表明,在灌浆期辽粳294和开粳1号在土壤水势为-0.02~-0.03 MP时,平均冠气温度差分别维持在0.9℃和0.8℃时对产量影响不显著(达到水分临界水平),可作为水稻灌浆期的节水灌溉指标。