灌浆期开放式增温对水稻强势粒和弱势粒淀粉代谢关键酶相关基因表达水平的影响

[目的]阐明模拟全球气候变暖对水稻灌浆期淀粉代谢关键酶相关基因表达水平的影响,为全球气候变暖的应对措施提供依据。[方法]以大穗型粳稻品系CJ03和中穗型粳稻品种‘宁粳3号’为材料,在水稻抽穗期进行开放式增温处理,测定强、弱势粒的千粒质量、灌浆速率、总淀粉与直链淀粉含量及花后10 d和20 d淀粉代谢关键酶的主要调控基因表达水平。[结果]在灌浆前期,与对照弱势粒相比,开放式增温明显促进弱势粒的灌浆进程,主要表现在弱势粒灌浆速率及其峰值均有增加,灌浆启动提前;在灌浆后期,随着增温处理时间的延长,强、弱势粒灌浆活跃期均缩短。实时荧光定量PCR的测定结果表明,参与籽粒淀粉代谢的关键酶,如蔗糖合成酶(Su Sase)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、颗粒结合型淀粉合成酶(GBSS)和淀粉分支酶(SBE),它们的基因表达水平在不同处理和不同部位均有差异。在花后10 d的增温处理下,强、弱势粒中Su Sase、AGPase、SSS和SBE合成相关基因的表达水平上调,而GBSS合成相关基因的表达水平下调。花后20 d,相对于强势粒,各处理弱势粒中淀粉合成关键酶相关基因的表达水平均显著下调。[结论]增温处理下,弱势粒中淀粉合成关键酶相关基因表达水平的上调是其灌浆速率增加的主要原因。     

大穗型水稻弱势子粒灌浆的复配化学调控剂筛选

采用大田试验,以大穗型水稻品种新丰2号为试验材料,研究了抽穗期喷施不同的复配化学调控剂对水稻弱势子粒灌浆的影响.结果表明,复配化学调控剂Ⅳ和V处理对结实率、千粒重、产量和灌浆速率均有促进作用,特别是弱势粒,分别使弱势粒的千粒重比喷施清水提高了17.48％,16.38％,达到了显著水平.复配化学调控剂Ⅳ和V主要是通过提高灌浆期可溶性糖含量、穗颈节间伤流强度,进而增加弱势子粒的库容活性和同化速率,提高弱势子粒的千粒重和灌浆速率.     

氮素调控对水稻子粒相对充实度的影响及子粒相对充实度与产量形成和品质的关系

以大穗型粳稻品种豫粳6号为材料,在幼穗分化期施用不同量的氮肥,研究了子粒灌浆速率、充实度和相对充实度的动态,探讨了子粒相对充实度的氮素调控及其与产量构成因素和品质的关系.结果表明,在开始灌浆的5~10 d,强势粒的子粒灌浆速率明显高于弱势粒,平均比弱势粒高137.6%,花后10~20 d,强势粒平均灌浆速率较弱势粒高80.28%,而弱势粒在花后25 d以后的灌浆速率平均较强势粒高117.2%.不同氮素处理间的子粒充实度和粒重差异显著.子粒相对充实度在整个灌浆期内呈先降后升的偏“V”型动态曲线.灌浆中后期的子粒相对充实度与结实率、千粒重和弱势粒的充实度、充实指数均呈显著或极显著的正相关,与强、弱势粒的垩白粒率、垩白度呈显著或极显著的负相关,与弱势粒的糙米率呈极显著的正相关.     

蔗糖对灌浆期水稻籽粒中蔗糖合酶活性的影响

蔗糖合酶是一种参与植物体内蔗糖代谢的重要酶。实验采用了离体穗培养技术研究蔗糖对蔗糖合酶活性的调节作用。结果表明,蔗糖处理显著提高了水稻籽粒中蔗糖合酶活性,而且蔗糖合酶活性随着蔗糖浓度增加而增加。当用同浓度渗透调节剂甘露醇、山梨醇和氯化钾,及其它单糖如葡萄糖、果糖,以及两者混合物等代替蔗糖处理,都不能产生与蔗糖相同的效应。说明蔗糖对蔗糖合酶活性的影响并不是渗透胁迫引起的。     

低温对甘薯淀粉理化特性及代谢关键基因表达量的影响

【目的】淀粉是甘薯块根的主要组成成分,淀粉理化特性直接决定着甘薯的主要用途;同时,甘薯是较为典型的喜温作物,对储藏温度较为敏感。因此,研究低温对淀粉理化特性的影响,为甘薯安全储藏提供参考。【方法】本研究以‘烟薯25’和‘商薯19’为试验材料,设置适温（13℃,CK）和低温（4℃）储藏14 d,分析甘薯块根淀粉粒径大小与分布、热焓特性、糊化特性、吸湿性及膨胀力等特征指标的差异。【结果】不同甘薯品种的直链/支链淀粉含量存在显著差异,‘商薯19’的直链淀粉含量（31.47%）显著高于‘烟薯25’（25.86%）,支链淀粉则完全相反;‘烟薯25’和‘商薯19’的平均粒径、体积和表面积均分别分布于≤2.50 μm、2.50—5.00 μm和5.00—25.00 μm三个区间,低温胁迫使二者的淀粉颗粒平均粒径降低,体积和表面积减小,吸湿性和膨胀力降低;‘烟薯25’和‘商薯19’薯块淀粉在糊化过程中的起始温度（T₀）、峰值温度（Tp）和热晗值（△H）与CK相比均显著下降,其中,‘烟薯25’的△H变化幅度高于‘商薯19’,表明低温对‘烟薯25’淀粉热特性的影响程度高于‘商薯19’;低温储藏条件下,‘烟薯25’和‘商薯19’的最高黏度（PKV）、崩解值（BDV）和回复值（CSV）均显著下降,糊化温度（PT）受低温的影响不显著,但品种间差异显著;低温下,基因IbAGPa（ADP-葡萄糖焦磷酸化酶）、IbAGPb、IbSBEI（淀粉分支酶）和IbSBEII的表达量均显著下降,而Ibα-amylase（淀粉水解酶）和Ibβ-amylase则显著上升。【结论】温度是影响甘薯淀粉理化品质的重要因素,甘薯块根淀粉理化特性变化与甘薯储藏温度密切相关。     

水稻分蘖期叶片淀粉和蔗糖代谢途径的转录组动态分析

为了探索水稻分蘖期叶片中生育进程相关代谢途径的转录响应情况,分别在分蘖期7 d、14 d和21 d收获水稻品种''五优稻4号''（''WYD4''）叶片,并进行动态转录组分析。结果表明,在水稻分蘖期共有12 815个差异表达基因,通过GO分析显示这些基因主要集中在细胞组分方面,KEGG分析表明淀粉与蔗糖代谢途径在整个分蘖期生育进程内有差异表达基因（DEGs）显著富集,并有6个淀粉与蔗糖代谢途径相关的差异表达基因在整个分蘖期显著差异表达。同时,预测的转录因子SSⅠ（LOC_Os06g06560）在分蘖前期差异表达倍数达到9.7倍,并与64个预测的蛋白互作。这表明淀粉与蔗糖途径关键基因在不同时间点的应答是有差异的,为水稻分蘖形成和群体构建提供了时间上的能量来源,也为水稻栽培精确调控提供了转录组学指导。     

乙酰水杨酸对盐胁迫下番茄蔗糖代谢关键酶活性与基因表达的影响

探讨乙酰水杨酸对盐胁迫条件下苗期番茄体内蔗糖代谢相关酶活性与基因表达的影响,为水杨酸类物质调控设施番茄的耐盐性提供新证据。以栽培番茄“辽园多丽”为材料,用0.05%乙酰水杨酸(ASA),0.16M NaCl,0.16M NaCl 0.05%ASA进行处理,测定并分析了蔗糖代谢相关酶(转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶)的活性变化,以及转化酶mRNA水平的表达变化。结果表明,乙酰水杨酸在一定程度上可以减弱盐胁迫番茄幼苗生长的抑制。同时乙酰水杨酸可以维持或提高短期(1～3d)盐胁迫条件下番茄幼苗体内转化酶的活性,并使相应的可溶性酸性转化酶mRNA水平很高,而处理后期(5～7d)转化酶活性及可溶性酸性转化酶mRNA水平都下降,但是乙酰水杨酸对盐胁迫条件下番茄幼苗体内蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶的影响不大。乙酰水杨酸可通过调节蔗糖代谢相关酶基因的表达引起相应酶活性的变化。     

寒地水稻品种子粒灌浆特性差异及其对结实率的影响

用 L ogistic生长方程 W =K/ (1+ ae-bt)对寒地水稻品种 (系 )强、弱势子粒灌浆过程进行了分析 ,并依配得的 L ogistic方程导出了若干个子粒灌浆特性参数。结果表明 ,强势粒的起始灌浆量、最大灌浆强度高于弱势粒 ,有效灌浆期比弱势粒短 ,最大灌浆速率出现时间和最大灌浆速率期早于弱势粒。强、弱势粒各项灌浆参数均存在品种间差异。相关分析表明 ,强势粒和弱势粒的最大灌浆速率出现时间早、最大灌浆速率期早、平均灌浆强度高 ,弱势粒起始灌浆量大、最大灌浆速率高 ,强弱势粒同步灌浆性强 ;结实率高 ,寒地超高产水稻品种应适当提早抽穗期 ,从而提早弱势粒最大灌浆速率期 ,保证较高结实率水平     

不同温度对水稻灌浆期籽粒淀粉关键酶活性及稻米品质的影响

为了阐明不同温度条件下优质米形成的生理机制,以水稻品种牡丹江28和牡丹江30为试验材料,研究了不同温度对水稻灌浆期籽粒淀粉关键酶活性及稻米品质的影响。结果表明:灌浆成熟期高温处理下水稻籽粒蛋白质含量升高,直链淀粉含量变化因品种而异,而食味值变差。整个灌浆过程ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶在高温处理下的酶活性高于常温处理,淀粉分支酶活性因品种不同而表现不同。高温处理使糊化开始温度升高,粘滞峰消减值变大,高温处理下两品种糊化开始温度较常温处理均有升高,回冷粘滞性恢复值变化与糊化开始温度一致。高温处理下最终粘度呈上升趋势,下降粘度值因品种而有所差异。     

水稻谷壳充实程度对籽粒接受灌浆物质能力的影响

以常规粳稻盐粳2号、常规籼稻扬稻4号、亚种内杂交稻汕优63、亚种间杂交稻02428/明恢63为供试材料,将成熟期谷粒分成不同比重等级谷粒,研究水稻谷壳充实程度对籽粒接受灌浆物质能力的影响.结果表明:无论是常规籼、粳稻、还是亚种内和亚种间的杂交稻,其不同比重等级谷粒的糙米重、谷壳重、单位谷粒面积糙米重、单位谷粒面积谷壳重的差异较大.谷壳面积的差异较小.用单位谷粒成积的谷壳重作为谷壳充实程度的指标,用单位谷粒面积所形成的糙米重作为籽粒接受灌浆物质能力的指标,成熟期单位谷粒面积的谷壳重与单位谷粒面积所形成的糙米重呈极显著正相关.研究结果表明,增加谷壳的充实程度有利于提高籽粒接受灌浆物质的能力.     

不同品质类型春玉米子粒灌浆过程中功能叶片蔗糖代谢酶的研究

以不同品质类型春玉米为研究材料,研究其灌浆过程中功能叶片蔗糖代谢酶变化与蔗糖的关系及不同品种之间的区别.结果表明:在整个灌浆期功能叶片的蔗糖代谢酶都呈单峰曲线变化,蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶都影响着叶片中蔗糖的积累,使功能叶片中的蔗糖含量也呈单峰曲线变化.但不同品种之间又有着一定的差异:东农早甜中的蔗糖合成与磷酸蔗糖合成酶的关系比东农早粘、四单19要密切,而四单19在灌浆期功能叶片中的蔗糖含量与蔗糖合成酶的关系比东农早甜和东农早粘要密切.东农早粘与蔗糖合成酶和磷酸蔗糖合成酶都关系密切.但总体上,磷酸蔗糖合成酶在光合作用中起着主导作用.     

丛枝菌根真菌对灌浆前期玉米子粒氮代谢及产量和品质的影响

选用有代表性的摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,FM)和地表球囊霉(Glomus versiforme,GV) 2种真菌进行玉米盆栽试验,比较了接种不同丛枝菌根真菌对玉米灌浆前期子粒氮同化酶活性、根系特性以及子粒产量和品质的影响。结果表明,接种FM和GV后玉米子粒产量、植株地上部和根系生物量及其氮素累积量均比对照显著增加,灌浆期子粒硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶活性增强,玉米根长、根表面积和根体积均显著增加,根系直径显著降低,子粒粗蛋白和粗脂肪含量增加;其中接种GV处理的玉米产量显著高于FM。本研究证实,不同丛枝菌根真菌可以通过改善玉米根系性状,提高灌浆期氮代谢酶活性,进而增加玉米子粒产量,改善子粒品质。     

水稻直链淀粉含量选择对淀粉合成关键酶活性影响

选用直链淀粉含量有显著差异的杂交后代及亲本,分析其灌浆过程中籽粒淀粉积累和合成关键酶活性变化。结果表明,通过籽粒直链淀粉含量的选择不仅可以提高或降低杂种后代的直链淀粉合成和积累速度,而且还可以明显改变籽粒淀粉合成关键酶活性大小;直链淀粉含量低的后代ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性达到峰值的时间比含量较高的后代要早,而淀粉分支酶活性达到峰值时间与此相反。     

水稻灌浆期温度对籽粒淀粉积累和FBP酶活性的影响

研究了温度对早籼水稻籽粒中淀粉积累和果糖-1，6-二磷酸酶(FBPase)活性的影响表明，高温条件下早籼稻灌浆前期叶和籽粒中FBPase活性高，籽粒淀粉积累快，粒重增长快，但开花11d后叶和籽粒中FBPase活性锐减，淀粉积累趋于停止。适温条件下FBPase活性变化幅度不大，籽粒在开花20d后仍有少量淀粉积累，粒重较高温条件下高。蛋白质含量较高的湘早籼24号对高温最敏感，高温条件下淀粉含量和粒重降低幅度最大。     

土壤质地对高产冬小麦蔗糖代谢及其关键酶活性的影响

在池栽条件下 ,研究了土壤质地对高产冬小麦豫麦 49号旗叶和籽粒中蔗糖代谢及其关键酶活性的影响。结果表明 ,壤土上豫麦 49号旗叶和籽粒中蔗糖含量高 ,其蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶 (SS)活性也高。相关分析表明 ,3种质地土壤上豫麦 49号旗叶中SPS活性与其蔗糖含量均呈极显著的正相关 ,籽粒中SS活性与其蔗糖含量的相关性也达极显著。可见 ,SPS和SS是控制小麦蔗糖合成与降解的关键酶     

滞绿突变对大豆叶片蔗糖代谢相关基因表达的影响

为研究大豆滞绿突变对叶片衰老过程中蔗糖代谢相关基因表达产生的影响,以晋大滞绿1号及其亲本晋大74号为试验材料,测定了大豆开花后至成熟期间叶片可溶性糖含量的变化趋势,并对比了不同基因型大豆品种叶片衰老过程中蔗糖代谢相关基因的表达差异。结果表明:1)花后至成熟期间,2个供试大豆品种可溶性总糖含量均呈波动升高然后降低的变化趋势。花后14至42天,晋大滞绿1号可溶性总糖含量高于晋大74号;2)花后29至42天,晋大滞绿1号蔗糖磷酸合成酶基因SPS4,转化酶基因CInv、CWInv2以及蔗糖合酶基因SS1、SS2-2表达水平显著高于非滞绿品种晋大74号;己糖激酶和果糖激酶基因Hxk和Frk表达量也高于非滞绿品种晋大74号;3)除 SUT4-1外,其余6个蔗糖转运体基因SUTs的表达模式具有明显的品种特异性。花后29至42天,晋大滞绿1号叶片SUTs表达水平较高。综上,滞绿突变对于大豆蔗糖代谢相关基因的表达产生了明显的影响,特别是在鼓粒初期和中期等大豆籽粒形成的关键时期,滞绿品种晋大滞绿1号蔗糖代谢相关基因的表达更加活跃。     

不同栽培模式下冬小麦灌浆过程中旗叶蔗糖代谢和籽粒淀粉积累特性

旨在研究4种不同栽培模式(当地传统栽培模式CM1、优化栽培模式CM2、高产栽培模式CM3和高效栽培模式CM4)对冬小麦灌浆过程中旗叶蔗糖代谢和籽粒淀粉合成的影响。测定旗叶中可溶性糖和蔗糖的质量分数、蔗糖磷酸化酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)和蔗糖合成酶(Sucrose synthase,SS)的活性、籽粒中淀粉质量分数、结晶态淀粉合成酶(Granule-Bound starch synthase,GBSS)和可溶性淀粉合成酶(Soluble starch synthase,SSS)的活力,并计算籽粒中淀粉的累积速率。结果表明,旗叶中可溶性糖和蔗糖的质量分数及蔗糖代谢相关酶的活性都呈现单峰变化的趋势,旗叶中可溶性糖和蔗糖的质量分数出现最大值的时间在开花后第30天,比蔗糖代谢相关酶(SS和SPS)活性最大值出现的时间晚6d;籽粒淀粉合成相关酶(SSS和GBSS)活性的最大值分别出现在花后第24天和30天。籽粒淀粉累积速率呈现出"慢-快-慢"的趋势,而籽粒中淀粉的质量分数随着灌浆过程的进行持续升高。在不同的小麦品种中,‘长旱58’在籽粒灌浆过程中旗叶的蔗糖代谢和籽粒淀粉积累都优于‘长武134’。在不同栽培模式下,以CM3中蔗糖向淀粉转化的酶的活性最高,可能是由于CM3施用有机肥,从而改善土壤的水分和养分状况,增加光合能力,缓解旗叶的衰老,提高籽粒积累光合同化物的能力,最终使CM3中籽粒的淀粉质量分数最高。     

氮素用量对饲用玉米子粒氮代谢关键酶活性的影响

试验以中原单32、龙辐208和高油115三个品种为材料,研究氮素用量对饲用玉米子粒氮代谢关键酶活性的影响.结果表明:饲用玉米子粒谷氨酰胺合成酶(Glutamine Synthetase,GS)和谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydro-genase,GDH)活性在吐丝后均呈先升高后降低的变化趋势,但最大值出现时期因品种和氮素用量而异,氮素用量对子粒GS和GDH活性的影响因品种和时期而异,子粒GS和GDH(除吐丝后49d外)活性各处理间差异呈显著或极显著;子粒GDH和GS活性与生物干重呈显著或极显著正相关     

不同叶面肥和调节剂对小麦灌浆速率和产量的影响

为了筛选出适宜当地生产实际且对小麦增产效果较好的叶面肥和调节剂,文章开展了对小麦喷施不同叶面肥和调节剂效果对比试验。以百农207为试验材料,共设5个处理,分别为喷施先正达益施帮、碧护可湿性粉剂、芸乐收及磷酸二氢钾,以喷施清水作为对照。试验结果表明：在灌浆早期,喷施叶面肥和调节剂的处理组小麦灌浆速率高于对照组;在灌浆后期喷施清水（CK）的处理灌浆速率明显下降,喷施叶面肥和调节剂使小麦仍保持较高的灌浆速率;喷施叶面肥和调节剂的处理小麦亩产量有不同程度的提高,其中喷施磷酸二氢钾的处理增产效果最好,喷施先正达益施帮的处理次之。喷施叶面肥和调节剂能够提高小麦灌浆前期的灌浆速率,并延长灌浆时间,增加千粒重,提高产量,磷酸二氢钾可应用于后期实际生产中。     

杂交水稻结实率和充实度的化学调控

杂交水稻弱势粒的库活性较低,导致其结实率和充实度都比较低,有机物运转率也较低,影响了其产量的进一步提高。为了提高杂交水稻弱势粒的结实率和充实度,于水稻抽穗期以喷水为对照,喷施DCPTA和玉米素等植物生长调节剂和植物激素,成熟期考察其对产量和强弱势粒的结实率和充实度的影响,结果表明:喷施DCPTA和玉米素能显著提高杂交水稻二优培九的产量,其原因是提高了弱势粒的结实率和充实度,对强势粒的结实率和充实度无显著影响。