不同垩白度粳稻胚乳淀粉体发育的扫描电镜观察

垩白是稻米胚乳中淀粉体和蛋白质体排列不够紧密而形成的白色不透明的部分,具有垩白的稻米透明度差、整精米率低、商品品质不佳[1].降低垩白是稻米品质改良中要解决的关键问题.因此,水稻籽粒灌浆期间有关淀粉体的发育状况与稻米垩白关系的研究十分必要.国内外已有一些关于稻米胚乳淀粉体的充实及其内含淀粉粒形态与品质关系的研究.Tashiro 等认为,水稻胚乳细胞中的扁平细胞群是形成稻米垩白的基础,高垩白品种的扁平细胞群一般呈放射状整齐排列,而低垩白的则排列不整齐[2].     

温敏核不育水稻eui突变体自交结实期籽粒形成生理研究

为了探讨温敏核不育水稻eui突变繁殖时籽粒形成生理,以‘培矮64S’为对照,采用冷水灌溉繁殖的方法研究了温敏核不育水稻(Oryza sativa)eui突变体（‘长选3S’）自交结实期籽粒形成的生理特点。结果表明,在灌浆结实过程中,‘长选3S’和‘培矮64S’籽粒直链淀粉、支链淀粉含量在花后第7~27天增加快,随后增加减慢;籽粒中ADPG焦磷酸化酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶等3个酶的酶活性及可溶性蛋白质含量随灌浆进程逐渐下降;籽粒中可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶的酶活性随灌浆进程先升后降,呈单峰曲线变化。就整个灌浆结实期而言,‘长选3S’籽粒中ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶等5个酶的酶活性及直、支链淀粉含量、可溶性蛋白质含量均比其亲本‘培矮64S’的高,而自交结实率、单株产量则比‘培矮64S’的低。差异性分析表明,2个不育系之间籽粒中上述5个酶的酶活性及直、支链淀粉含量、自交结实率及单株产量差异不显著,而可溶性蛋白质含量差异显著。     

非对称性增温对水稻品种南粳44米质及关键酶活性的影响

气候变暖存在明显的昼夜不同步性,日最低气温升幅大于日最高气温升幅。到目前为止,基于稻田实际增温试验研究非对称性增温对稻米品质形成的影响尚少。笔者利用稻田开放式增温系统在江苏南京开展了昼夜不同增温对稻米品质及其关键酶活性的影响研究。结果表明,3种增温处理均明显提前了水稻的灌浆结实期,并改变了灌浆期高于35℃高温的出现日期和天数,引起了稻米整精米率、垩白率、垩白度、RVA特征谱、淀粉组分、淀粉合成关键酶活性、蛋白质含量以及蛋白质合成关键酶活性的明显变化。稻米的整精米率显著下降,垩白率和垩白度显著增加,总淀粉含量差异不显著,但籽粒中直链淀粉含量显著下降,籽粒中支/直淀粉比例显著提高。其中夜间增温的直链淀粉含量下降最多,全天增温的支/直比提高最多,比常规对照下降4.5%和提高4.6%。灌浆前期3种增温处理均降低了籽粒ADPG-PPase活性,而灌浆中后期表现不一致。增温处理对籽粒SBE活性的影响不明显。增温处理下稻米的峰值黏度、热浆黏度、崩解值和糊化温度呈上升趋势,最终黏度、消解值和回复值呈下降趋势。其中,以全天增温的峰值黏度和崩解值增幅最大,白天增温的最终黏度和回复值降幅最大。增温处理均降低了籽粒中蛋白质含量,全天和夜间增温差异显著,分别较常规对照降低5.6%和4.0%。灌浆前期3种增温处理均降低了籽粒GS、GOGAT活性,灌浆中后期有所差异。上述结果表明,预期的气候变暖将使稻米的加工、外观品质变劣。稻米直链淀粉含量可能受灌浆前期ADPG-PPase活性的影响较大,而支链淀粉含量受SBE活性的影响较大。蛋白质的合成与灌浆前期GS和GOGAT活性关系密切。因此,增温对稻米品质及关键酶的影响较为复杂。     

根系化学信号与稻米品质的关系

摘要：该文主要概述了水稻根系化学信号（激素、有机酸、氨基酸、多胺和离子）与稻米品质形成的关系及其调控途径。根系细胞分裂素（玉米素＋玉米素核苷）和脱落酸（ABA）对籽粒灌浆、稻米加工品质和蒸煮品质起调控作用。根系1-氨基环丙烷1-羧酸（ACC）浓度与垩白粒率和垩白度呈极显著正相关。根系分泌的有机酸及其组分对稻株重金属(镉、铅)吸收及稻米的食味品质有密切联系。稻米蛋白质组分受根系多胺以及精胺/腐胺浓度比值所调控。根系细胞分裂素通过调节胚乳细胞的发育,调控稻米品质的形成。根系ABA通过调节籽粒蔗糖合成酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶和淀粉分枝酶活性,调控籽粒灌浆速率和稻米的蒸煮品质。根系ACC则影响稻米淀粉粒结构,实现对稻米外观品质的调控作用。通过化学调控、水肥管理等技术途径可以调节根系化学信号的产生,进而改善稻米的品质。     

不同生态环境对水稻碳氮代谢关键酶活性及稻米品质的影响

以响水火山玄武岩石板地和附近非石板地(对照)为试验对象,研究了水稻在子粒灌浆过程中碳氮代谢关键酶活性的变化。结果表明,火山玄武岩石板地子粒可溶性淀粉合成酶活性低于对照,淀粉分支酶活性与对照相比差异不大,而谷氨酰胺合成酶活性大于非石板地。非石板地ADPG焦磷酸化酶活性的峰值出现后5d内仍保持较高水平,而生长在玄武岩石板地上的试材ADPG焦磷酸化酶活性达到峰值后下降速度较对照快。同一生态环境不同氮肥水平下,酶活性的变化也有所不同,在一定程度上,多施氮肥可以抑制ADPG焦磷酸化酶和谷氨酰胺合成酶的活性,但不同品种类型间也有所差异。稻米品质方面,火山玄武岩石板地其糙米率、整精米率、胶稠度、蛋白质及食味评分等指标均高于对照,直链淀粉含量则低于对照,而垩白米率、垩白度指标高于对照。     

粳稻不同穗部籽粒的淀粉与垩白品质差异及分子机制

为探讨粳稻不同穗部籽粒的淀粉与垩白品质差异及分子机制。将稻穗籽粒按一次枝梗在主穗上的节点划分为稻穗上部、中部和下部籽粒,比较了嘉58等6个品种不同穗部籽粒成熟后的淀粉含量及垩白度等品质差异,同时测定了不同穗部籽粒灌浆期游离糖与淀粉含量,淀粉合成途径相关酶活,相关基因表达量的动态变化。结果显示:除秀水134外,其余5个品种直链淀粉含量均表现为上部籽粒>中部>下部;2个垩白度较高品种嘉58和中嘉8号则表现为上部籽粒垩白>下部>中部。扫描电镜观察发现不同垩白度籽粒中淀粉粒的大小和形状差异显著,高垩白籽粒垩白部位淀粉粒普遍表现为半椭球形或其他曲面球形的形状,淀粉粒排布比较疏散,而低垩白籽粒对应部位的淀粉粒外形多为规则多面体,淀粉粒排布相对紧密。不同品种及部位籽粒在灌浆期内蔗糖、葡萄糖和果糖含量差异较大,但蔗糖含量动态变化均为先下降后微微上升,葡萄糖和果糖则基本表现为先上升后下降。淀粉合成相关催化酶中蔗糖转化酶(Invertase)和ADPG焦磷酸化酶(AGPase)的活性在不同部位间的差异最为显著,其中, AGPase在整个灌浆期内均表现为上部>中部>下部,...     

结实期土壤水分和灌溉方式对水稻产量与品质的影响及其生理原因

以水稻品种武育粳3号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)为材料, 研究了结实期土壤水分和灌溉方式对产量、米质、籽粒中淀粉合成关键酶活性和内源乙烯释放速率的影响及它们之间的关系。结果表明, 与WW(保持水层, well-watered)或CI(常规灌溉, conventional irrigation)相比, 土壤轻度落干(MD, moderate soil-drying, 土壤水势保持在–10 ~ –30 kPa)和轻干湿交替灌溉(W-MD, alternate wetting and moderate-drying irrigation, 土壤落干至土水势为–25 kPa时复水)显著提高了千粒重、稻米的最高黏度和崩解值, 显著降低了垩白度和消减值; 土壤干旱(SD, severe soil-drying, 土壤水势保持在– 40~ – 60 kPa)和重干湿交替灌溉(W-SD, alternate wetting and severe-drying irrigation, 土壤落干至土水势为– 50 kPa时复水)则使稻米品质变劣。MD和W-MD处理显著降低了籽粒乙烯释放速率, 增加了灌浆中后期籽粒中蔗糖合酶(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)活性, SD和W-SD处理则提高了籽粒内源乙烯释放速率, 降低了上述各酶的活性。说明结实期土壤轻度落干或轻干－湿交替灌溉可以改善稻米品质, 籽粒SuS、AGP、StS和SBE活性的增强和内源乙烯水平的降低是稻米品质改善的重要生理原因。     

玉米花粒期不同阶段遮光对籽粒品质的影响

选用高淀粉玉米费玉3号和普通玉米泰玉2号,大田条件下分别于花粒前期（授粉后1~14 d）,中期（15~28 d）和后期（29~42 d）遮光（透光率45%）处理,研究了对籽粒品质和籽粒中蛋白质、淀粉合成关键酶活性的影响,以及影响品质的关键时期。结果表明,花粒期遮光显著降低了籽粒产量、容重、淀粉直/支比、淀粉及其组分含量,遮光后淀粉RVA谱特征值峰值黏度（PV）、热浆黏度（HV）及崩解值（BD）下降,而籽粒含水率、粗蛋白及其各组分含量、谷/醇比、粗脂肪含量、亚油酸含量、亚麻酸含量、亚油酸/亚麻酸比值以及不饱和脂肪酸含量均升高;遮光显著降低了籽粒蛋白质和淀粉合成关键酶活性,腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGPPase）、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UDPGPPase）、淀粉合酶（SSS）、束缚态淀粉合酶（GBSS）活性与籽粒淀粉含量、容重、峰值黏度和崩解值呈显著正相关,谷氨酰胺合酶（GS）和谷氨酸合酶（GOGAT）活性与蛋白质含量和谷/醇比也呈显著正相关。不同时期遮光对两品种玉米品质性状的影响基本一致,前期遮光处理对籽粒商品品质(容重,含水率)影响大,而中期遮光对籽粒营养品质影响大。可见花粒中前期的光照强度对籽粒品质形成具有关键作用,后期光强对其影响较小。     

氮肥运筹对寒地粳稻淀粉合成关键酶活性及淀粉积累的影响

选用寒地粳稻松粳9号和松粳6号,在一定的施肥量下采用不同氮肥运筹处理,对水稻开花后淀粉积累、淀粉合成关键酶活性及其之间的关系进行研究。结果表明,合理减少基肥施氮比例、增加穗粒肥施氮比例可以促进籽粒灌浆、增加总淀粉含量,同时还可适当提高稻米支链淀粉含量。适当减小基肥施氮比例、增加穗粒肥施氮比例有利于提高灌浆后期籽粒中ADPG焦磷酸化酶和淀粉分支酶(Q酶)的活性,而在灌浆前期淀粉合酶(SSS)活性随着基蘖肥比例的减小而降低。通过相关分析可知,ADPG焦磷酸化酶、Q酶和SSS与淀粉及其淀粉组分密切的相关,对淀粉及淀粉组分含量变化均有同等重要的作用。因此: 合理的基肥、蘖肥、穗肥、粒肥配比(5∶3∶1∶1)能够调控灌浆过程中淀粉合成关键酶活性,从而增加淀粉及淀粉组分含量。     

优质稻米育种研究获重要进展

正稻米垩白是灌浆期胚乳淀粉粒和蛋白质颗粒排列疏松而充气所形成的白色不透明部分,极大地影响了稻米外观、加工品质、蒸煮食味品质和营养品质。一个主效数量性状基因座Chalk5编码了一种液泡H+转运焦磷酸酶,影响了水稻籽粒垩白性状。华中农业大学研究团队成功克隆了第一个控制稻米垩白的主效基因Chalk5,不仅为优质稻米的分子育种提供了目标基因,还为水稻优质育种实践提供了理论指导。     

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、     

水稻穗上不同部位籽粒垩白性状的差异

以中熟籼稻扬稻6号和中熟粳稻武育粳3号为材，研究了在不同施肥水平下，稻米垩白度与垩白粒率在穗上不同部位和不同粒位籽粒间的差异及其分布特点。结果表明，在稻穗同一部位，籽粒的垩白度和垩白粒率二次枝梗高于一次枝梗；一次枝梗上第6粒位籽粒的垩白度较高，第1粒位籽粒的垩白度较低；在二次枝梗上，第1粒位籽粒的垩白度较低，第3、4粒位籽粒的垩白度较高；垩白粒率，一般穗下部>中部>上部；一次枝梗上第2粒位籽粒最高，第1或第6粒位籽粒最低；在二次枝梗上，一般以第1粒位籽粒最低。在0～240 kg/hm2范围内增施氮肥可以降低垩白度和垩白粒率。     

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。     

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。     

施氮处理对水稻颖果淀粉积累和相关酶活性的影响

以扬稻6号和粳稻941为材料,通过盆栽试验,研究了不同施氮处理对水稻颖果淀粉积累和相关酶活性的影响。结果表明,增加穗肥施氮量显著降低颖果中的可溶性糖含量,淀粉含量有降低的趋势,但不明显。颖果中直链淀粉和支链淀粉含量随粒重的增加而上升,二者积累具有同步性;增加穗肥施氮量能显著降低颖果中直链淀粉含量,并使颖果中直链/总淀粉的比例降低,其效果要好于分蘖期施氮。分蘖期或孕穗期增施氮肥可以显著提高灌浆中、后期颖果中的ADPG焦磷酸化酶(AGP)、可溶性淀粉合酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)的活性,降低颖果中淀粉粒结合型淀粉合酶(GBSS)的活性。就施氮时期来看,孕穗期施氮(LH)对这些酶的促进或抑制效果好于分蘖期施氮(HL)。     

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。     

水稻籽粒灌浆过程直链淀粉的积累及其相关酶的品种类型间差异

对籼、粳、糯3种类型水稻籽粒灌浆过程中直链淀粉含量的变化及其相关酶活性差异的比较分析表明,不论是早籼品种浙733,还是早粳品种浙农104,其直链淀粉含量在籽粒灌浆过程中的变化趋势基本相似,均表现为灌浆初期的直链淀粉含量较低,随着灌浆时间的推移,籽粒中直链淀粉含量明显升高,灌浆后期则略有降低,而对早糯品种早香糯而言,     

水稻籽粒多胺浓度与米质的关系

采用12个不同基因型的水稻材料,测定了结实期籽粒中腐胺（Put）、亚精胺（Spd）和精胺（Spm）浓度和稻米品质,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,加工品质和外观品质较好的品种,结实期籽粒Spd和Spm浓度较高,Put浓度较低。灌浆各期籽粒Spd和Spm浓度与谷粒充实率、粒重、出糙率和出精率均呈显著或极显著正相关,与垩白度呈极显著负相关,灌浆各期籽粒Put浓度与谷粒充实率、粒重、出糙率和出精率均呈显著或极显著负相关,与垩白度呈显著或极显著正相关,灌浆各期籽粒Spd、Spm和Put浓度与稻米的整精米率及直链淀粉含量的相关均不显著。灌浆初期对稻穗喷施Spd和Spm,籽粒最大胚乳细胞数增加,蔗糖合成酶（SuS）、ADP葡萄糖焦磷酸化酶（AGP）和可溶性淀粉合成酶（SSS）活性增强,稻米的加工品质和外观品质改善,喷施Put或多胺合成抑制剂(MGBG)的效果则相反。说明通过品种选育和化学调控等途径增加籽粒Spd和Spm浓度或降低Put浓度,可以在一定程度上改善稻米的加工品质和外观品质。