不同小麦品种粒重和蛋白质含量的穗粒位效应分析

小麦籽粒的发育存在时空差异,不同穗粒位的粒重和蛋白质产量也存在差异,剖析粒重和籽粒蛋白质含量的穗粒位效应,有助于深入了解小麦产量和品质的形成机制。于2009—2010和2010—2011小麦生长季进行大田试验,选用3种类型4个品种,分析了不同穗粒位的粒重、蛋白质积累和蛋白质含量的动态变化。结果表明,粒重和蛋白质积累量的穗粒位间变异大于年份(环境)间变异和基因型间变异;蛋白质含量的年份间变异大于基因型间变异和穗粒位间变异,而成熟期穗粒位间变异最大。大粒品种易受环境影响,小粒品种比较稳定。优质面包小麦品种开花后各时期的籽粒蛋白质含量普遍高于中筋小麦,但不同时期、不同年份差异较大。开花后各时期,强势粒的粒重、蛋白质积累量和蛋白质含量显著大于弱势粒,中部籽粒显著大于上部和下部籽粒;随着灌浆进程穗中部与下部籽粒的差异变小,至开花后36 d时,中部和下部籽粒的蛋白质含量无显著差异。随籽粒灌浆进程,不同品种各穗粒位的粒重和蛋白质积累均呈"慢–快–慢"的"S"型曲线变化,蛋白质含量均呈"高–低–高"的"V"型曲线变化,灌浆后期,中部和下部强势粒以及下部弱势粒的蛋白质含量增长速度明显快于其他穗粒位籽粒。粒重最大生长速率出现在开花后18~21 d,快速增重时期为开花后12~26 d;籽粒蛋白质最大积累速率出现在开花后21~24 d,快速积累时期为开花后13~32 d。根据本研究结果,我们认为高产优质小麦品种的特征是籽粒不宜过大,小花位粒数不宜过多,且中、下部籽粒较多,开花后13~26 d灌浆速率快。     

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。     

干湿交替灌溉对水稻花后同化物转运和籽粒灌浆的影响

为阐明干湿交替灌溉对水稻花后同化物转运和籽粒灌浆的影响及其生理原因, 大田种植扬两优6号、武运粳24和旱优8号3个水稻品种, 自移栽后10 d起, 设置常规灌溉(CI)、轻干-湿交替灌溉(WMD)和重干-湿交替灌溉(WSD) 3种灌溉模式, 观察产量及构成因素、强弱势粒灌浆动态、籽粒中酶活性变化、剑叶光合性能、茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)运转及其淀粉水解酶活性变化, 并利用¹³C同位素示踪茎鞘物质运转动态。结果表明, 与CI相比, WMD显著增加了3个水稻品种的每穗粒数、千粒重和结实率, 进而提高籽粒产量。WMD显著提高千粒重和结实率的主要原因是促进了弱势粒的灌浆。WMD和WSD显著增强了茎鞘α-淀粉酶和β-淀粉酶活性, 促进同化物质再运转与分配, 提高茎鞘储藏物质对粒重的贡献率。其中WMD提高了剑叶光合性能以及增强了水稻弱势粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性, WSD的作用相反。表明较好的叶片性能、花后茎中较多的同化物向籽粒转运、较高的茎鞘淀粉水解酶活性以及弱势粒中较高的糖代谢酶活性是WMD促进弱势粒灌浆的重要生理原因。     

超级稻花后强、弱势粒多胺浓度变化及其与籽粒灌浆的关系

以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)]为材料,2个高产品种[汕优63(杂交籼稻)、扬辐粳8号(粳稻)]为对照,测定了结实期强、弱势粒中腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm)浓度和灌浆速率,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,强势粒的最大灌浆速率、平均灌浆速率和糙米重,超级稻品种与对照品种差异较小,弱势粒的灌浆速率和粒重表现为超级稻品种显著低于对照品种。灌浆期强、弱势粒的Put、Spd和Spm浓度变化均成单峰值曲线。Put的峰值浓度和平均浓度,弱势粒高于强势粒。Spd和Spm峰值浓度和平均浓度,弱势粒显著低于强势粒,超级稻品种低于对照品种。籽粒平均灌浆速率和糙米重与Put浓度呈极显著负相关,与Spd和Spm浓度以及Spd/Put和Spm/Put呈极显著正相关。灌浆初期对稻穗喷施Spd和Spm,增强了弱势粒中蔗糖合成酶、ADP葡萄糖焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性,提高了弱势粒灌浆速率、结实率和粒重,喷施Put或多胺合成抑制剂 (MGBG)的结果则相反。说明多胺参与水稻籽粒灌浆的调控,超级稻品种弱势粒较低的Spd和Spm浓度及较低的Spd/Put和Spm/Put值是其灌浆速率小、粒重轻的一个重要生理原因。     

灌浆充实调节剂对大穗型水稻弱势籽粒灌浆的调控效应

为探究2种灌浆充实调节剂对大穗型水稻品种弱势籽粒灌浆充实的影响及其作用机制,采用大田试验,以大穗型水稻品种交源优216为试验材料,研究了抽穗开花期喷施灌浆充实调节剂(禾立丰和新美洲星)对水稻弱势籽粒灌浆充实、内源激素含量、灌浆充实相关miRNA及其靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因表达量的影响。结果表明,2种灌浆充实调节剂禾立丰和新美洲星显著提高了交源优216的产量、弱势籽粒千粒质量、灌浆速率及灌浆起始势,弱势籽粒千粒质量与对照(清水处理)相比分别提高了16.07%和15.89%;且弱势籽粒中IAA含量在花后9,15,21 d显著增加,Z+ZR含量在花后9,21 d显著增加。禾立丰处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j和miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白的基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;而正调控籽粒灌浆充实的类萌发素蛋白基因OsGLP3在花后6 d显著上调,蔗糖-淀粉代谢关键酶基因在花后6,12 d显著上调。新美洲星处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR1...     

小麦小穗不同粒位粒重形成的生理特性差异

为探明小麦小穗上不同粒位籽粒粒重形成的生理机制,明确限制小穗上位弱势粒充实的主要原因,本试验选用大穗型小麦品种泰农18(TN18)和多穗型小麦品种山农20(SN20)为材料,调查检测了灌浆过程中小穗上不同粒位籽粒内源激素、可溶性糖、全氮含量的动态变化以及籽粒与籽粒柄连接处横面的组织结构与不同粒位籽粒粒重的关系。花后籽粒灌浆过程中灌浆速率与籽粒内GA和IAA含量呈极显著或显著相关,小穗基部籽粒中较高的GA和IAA含量可使蔗糖向淀粉转化开始早,籽粒分化快,灌浆速率高,是小穗基部籽粒粒重高的生理机制;扫描电镜图显示小麦籽粒灌浆初期小穗基部籽粒柄维管束横面面积明显大于上位籽粒,微观空隙小且排列较整齐,有利于同化物和生理活性物质的运输,是小穗基部籽粒粒重增长快、灌浆速率高的解剖学基础。     

基于控制授粉技术的玉米弱势粒发育与库特征的关系

明确弱势粒败育和灌浆受限与其库容量或库活性关系,对于探讨弱势粒调控途径、实现密植群体产量挖潜具有重要意义。本研究以典型玉米杂交种郑单958和先玉335为材料,在控制授粉条件下(不完全授粉IcP、完全授粉CP),比较成功发育弱势粒(IcP处理)和发育不良弱势粒(CP处理)的库容量和库活性及籽粒灌浆参数的差异。结果表明,不同控制授粉处理下,玉米弱势粒胚乳细胞增殖过程和最大胚乳细胞数无显著差异;IcP处理弱势粒可溶性酸性蔗糖转化酶(SAI)活性显著高于CP处理,平均差异和最大差异分别达12.6%和21.8%,且实测百粒重、籽粒终极生长量、最大灌浆速率和平均灌浆速率皆表现为IcP处理高于CP处理。可见,玉米果穗顶部弱势粒败育或灌浆停滞不受其库容量的限制,籽粒形成期的库活性是弱势粒败育或灌浆受限的核心限制因子。     

水稻穗上不同粒位籽粒胚乳结构及其结实期灌溉方式对它的调控作用

为探明水稻穗上不同粒位胚乳结构形成特征及结实期灌溉方式对它的调控作用, 本研究以籼稻扬稻6号和粳稻武运粳24为材料, 运用扫描电镜观察了穗上不同部位籽粒胚乳结构的形成动态。自抽穗至成熟设置保持浅水层(CK)、轻干-湿交替灌溉(WMD)和重干-湿交替灌溉(WSD) 3种灌溉方式, 观察了干湿交替灌溉方式对水稻产量和籽粒胚乳结构的影响。结果表明, 灌浆过程中稻米胚乳结构的形态建成顺序是, 上部穗籽粒早于中部穗籽粒更早于下部穗籽粒, 一次枝梗籽粒早于二次枝梗籽粒, 穗上早开花的籽粒早于迟开花的籽粒。与CK相比, 结实期WMD可以明显提高水稻产量; 其穗下部籽粒胚乳的淀粉体排列更紧密, 籽粒背部淀粉粒嵌挤甚至粘连。在WSD下, 稻米胚乳淀粉体排列疏松, 体积减小, 粒径差异增大, 相互间隙增大。灌溉方式对胚乳结构的影响, 因粒位而异, 以下部穗二次枝梗籽粒的腹部最为显著。表明水稻穗上不同部位籽粒胚乳结构形成与花后天数有密切关系; 结实期WMD可以改进穗下部籽粒胚乳结构, WSD则会使胚乳结构变差。灌浆期土壤水势-20 kPa 可作为改善稻米胚乳淀粉结构的节水灌溉低限指标。     

穗分化期外施24-表油菜素内酯(EBR)促进水稻源、库及籽粒灌浆的生理机制

水稻产量高低与其籽粒灌浆能力的强弱密切相关, 而籽粒灌浆能力的强弱受源和库的影响。已有研究表明, 油菜素甾醇类化合物(brassinosteroids, BRs)对水稻生长发育和产量具有正向调节作用。为进一步阐明BRs调控水稻源强、库容和库活性的生理机制及其相互关系, 本研究在大田条件下, 以粳稻日本晴为试验材料, 在穗分化期喷施24-表油菜素内酯(24-epibrassinolid, EBR), 分析其相关影响。首先, 两种不同浓度的EBR处理通过促进光合产物的合成及其在灌浆过程中的转运提高了水稻的源强。其次, 两种浓度EBR处理均增大了水稻的库容, 但两种处理的影响方式存在差异, 低浓度处理(T1) 显著提高水稻籽粒的千粒重, 对穗粒数的影响较小; 高浓度处理(T2)则显著增加单位面积的穗数和穗粒数, 对千粒重的影响较小。再次, 两处理同时提高了水稻强、弱势粒的蔗糖裂解酶活性, 尤其对弱势粒酸性转化酶(acid invertase, AI)活性的影响较大, 有助于光合产物向弱势粒分配, 进而促进弱势粒淀粉合成和籽粒灌浆, 提高其充实度和结实率。最后, 两处理均显著增加了水稻的产量, T1和T2分别平均增加5.6%和15.2%, T2比T1平均增产9.1%。因此, 与低浓度EBR处理下的千粒重增大相比, 高浓度处理下穗粒数的增加对产量影响更大。综上所述, 穗分化期进行EBR处理能够增大水稻的源强、库容和库活性, 进而促进光合物质的积累和分配, 有利于籽粒灌浆; 在光合物质供应充足和库活性显著提高的基础上, 库容的增大有助于产量的明显提高。     

两种穗型水稻穗上不同粒位籽粒淀粉黏滞谱特征的比较分析

利用3个直立穗型和3个弯曲穗型粳稻品种研究了两种不同穗型水稻穗上不同粒位籽粒淀粉RVA谱特征的差异。结果表明:穗内不同粒位间籽粒的淀粉黏滞特性的差异幅度和变异系数大小因品种而异,与穗型特征无关。淀粉黏滞特性好坏与其颖花在穗上的开花顺序有密切联系,早开花籽粒的淀粉黏滞特性强于晚开花籽粒。一次枝梗上的6个粒位的RVA谱特征值排列顺序以第1,6,5粒位较高,第2粒位最低;二次枝梗上的3个粒位排序为第1粒位>第3粒位>第2粒位。从空间上看,整穗粒位间从上到下,淀粉黏滞特性有逐渐变劣的趋势。     

初论杂交稻粒间顶端优势

本文旨在论证杂交稻"粒间顶端优势”现象.研究结果表明杂交稻一穗中强势粒对弱势粒的灌浆有抑制作用.去除强势粒,弱势粒灌浆即可明显改善.外源IAA可部分代替强势粒对弱势粒灌浆的抑制作用,其表现类似水稻主茎与分蘖间的顶端优势现象.HPLC分析籽粒内源IAA的结果表明强弱势籽粒中内源吲哚乙酸水平差异明显,这种差异似与强弱势粒     

不同施氮水平下沿黄常规粳稻根系生理与强、弱势粒灌浆的关系

为研究不同施氮水平下沿黄常规粳稻根系生理与强、弱势粒灌浆的关系,以2 个沿黄常规粳稻品种‘郑稻19’和‘郑稻20’为材料,大田种植。设置全生育期不施氮肥、全生育期施氮90、180、270、360 kg/hm2 5 种氮肥水平,观察2 个水稻品种根系生理与强、弱势粒灌浆特性。结果表明,随施氮量增加,2 个水稻品种的产量先显著增加后降低,强弱势粒质量、灌浆速率、最大和平均灌浆速率减小或显著减小,到达最大灌浆速率的时间和活跃灌浆期增加或显著增加。与强势粒相比,弱势粒质量较轻,最大和平均灌浆速率较小,到达最大灌浆速率时间较迟,活跃灌浆期较长。2 个水稻品种的根系氧化力、玉米素+玉米素核苷含量和活跃吸收表面积在花后逐渐降低,下降幅度逐渐增大,随施氮量增加先增加后降低。相关分析表明,强、弱势粒灌浆速率在灌浆前期与以上根系生理性状呈显著或极显著负相关,强势粒的最大和平均灌浆速率与根系生理性状呈显著或极显著负相关,而弱势粒则与之呈显著或极显著正相关。     

超级稻花后强、弱势粒灌浆相关蛋白质表达的差异

为进一步揭示水稻强、弱势粒灌浆差异的机理,以2个超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)为材料,通过双向电泳观察花后强、弱势粒灌浆相关蛋白质表达的差异并对差异蛋白进行质谱分析。结果表明,弱势粒花后3~15 d的灌浆速率和最终粒重均显著低小于强势粒。花后3 d、8 d和15 d弱势粒中蛋白质表达的点少于强势粒,花后25 d则弱势粒多于强势粒。花后强、弱势粒间差异蛋白质表达量在2倍以上的点有类似变化趋势。选择有显著差异的27个蛋白点进行质谱分析,其中14个点的功能得到鉴定。这些蛋白质分别参与籽粒的淀粉合成、蛋白合成、光合作用、能量代谢、环境适应以及细胞信号转导等。说明强、弱势粒间多种灌浆相关蛋白质表达的差异是其灌浆和粒重差异的重要原因。     

Influence of Low Light Irradiance on Grain Filling in Rice (Oryza saliva L.) cultivars

Time course of grain filling pattern in two rice (Oryza sativa L.) cultivars, grown under normal and low light intensities, was studied. The number of spikelets, partially filled grains and high density grains were monitored at a 5 day interval during grain filling period from uniform panicles tagged at anthesis. The low light tolerant cultivar Swarnaprabha had more high density grains and less partially filled grains throughout the grain filling period and at harvest compared to cultivar Ratna under both normal and low light intensities. Further, the opening of spikelets in two flushes in Swarnaprabha seemed to result in a more efficient resource allocation and hence better yield as compared to Ratna, in which the opening of spikelets was in a single flush on day 10.     

Availability and Utilization of Assimilates in Relation to Grain Growth Within the Ear of Wheat

The development of grains of different positions in the apical, middle and basal spikelets of wheat var. Kaly-ansona showed that beyond first two basal grains, the more distal a grain in a spikelet the lower its weight. The distal grains received less assimilates than the proximal grains as revealed from sugar concentration in the grains. The eflficiency of distal grains of kalyansona to synthesize reserves was, however, not inferior than the proximal grains in a spikelet. The depression in grain weight lowards extreme spikelet was lower compared to the depression in weight of individual grams towards a distal position in a spikelet. The study seems to suggest that in order to ensure better grain uniformity while maintaining a higher grain number per ear, the spikelet number per ear should be increased instead of increasing the grain number per spikelet.     

Translocation of 14C-sucrose within the Ear in Durum and Aestivum Wheat Varieties

Excised ears of Triticum durum (HD 4502 and B 449) and T. aestivum (Kalyansona and Kundan) varieties were cultured in ¹⁴C-sucrose, and the uptake and distribution of ¹⁴C within the ear was examined. Species-level differences in the distribution of ¹⁴C to spikelets at basal, middle and apical positions in the wheat ear (vertical distribution) were observed. T. aestivum var. Kalyansona and Kundan showed no limitation in vertical translocation of ¹⁴C-sucrose, whereas in T. durum there was a decrease in the distribution of ¹⁴C to apical spikelets. Within a spikelet, the distribution of ¹⁴C-sucrose to distal grains was significantly less than that to proximal grains in all the genotypes.     

栽培条件对水稻粒重的影响及其原因分析

应用３个水稻品种,设计氮、磷肥处理３７个,从籽粒着生部位,谷粒体积,比重,灌浆过程,灌浆物质供应水平以及根系活力等方面,对不同栽培条件下饱粒千粒重的差异及其原因进行了探讨。（１）不同处理间全穗饱粒千粒重的极差汕优６３为３．９１ｇ,Ｋｏｇａｎｅｍａｓａｒｉ为５．４３ｇ,９００４为７．６２ｇ;（２）稻穗不同部位饱粒千粒重的提高幅度为下部枝梗籽粒大于中部枝梗籽粒,中部枝粳籽粒大于上部枝梗籽粒,一、二次枝     

A Simple Device to Prepare Single Ears of Spelt (Triticum spelta L.) for Seeding with the "Seedmatic-System"

Spelt is usually planted as spikelets. These cannot be obtained by the threshing machines generally used for bread wheat. With a simple device it is possible to separate single ears of spelt into spikelets ready for sowing. At the same time, it is possible to score the fragility of the rachis and the degree of free thresh-ability, both important characteristics for the selection of spelt.