植物叶片淀粉分解机理研究进展

高等植物白天光合作用产物以过渡型淀粉的形式储存于叶片叶绿体,夜晚过渡型淀粉分解为麦芽糖和葡萄糖后转运出叶绿体,用于合成蔗糖、维持叶片呼吸、植物代谢以及生长发育。近年来,通过对拟南芥、水稻、玉米、马铃薯、大豆等植物的研究,发现叶片淀粉分解主要是通过水解和磷酸解两条途径;分解过程受到光照、生物节律和碳源平衡等因素的调控。目前一批重要的植物叶片淀粉分解相关基因已被鉴定出来,随着对这些基因功能研究的不断深入,对植物叶片淀粉分解机理将有更深刻的认识。     

水稻乙酰乳酸合成酶基因的克隆和功能分析

乙酰乳酸合成酶（ALS）是植物和微生物中亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸合成途径的一个关键酶，该基因在植物抗除草剂基因工程中具有重要的应用价值。利用生物信息学分析，自水稻中分离了ALS基因的cDNA和基因组DNA序列。序列分析表明，ALS基因没有内含子，GC碱基含量高并不对称分布。软件预测ALS基因是单拷贝基因位于第4号染色体上，Southern杂交验证了此结果。构建A岱基因的植物表达载体并转化烟草，转基因烟草通过PCR-Southern验证。EXACT-RT-PCR结果表明，水稻ALS基因在转基因烟草的叶片和根部均有转录发生。利用甲嘧磺隆进行除草剂抗性测试，和对照烟草相比转基因烟草除草剂抗性高达50mg·L^-1。     

薇甘菊光能利用及叶绿素合成在不同光照强度下的响应

【目的】 光是植物进行光合作用的重要生态因素之一,光合色素对光的捕获和利用影响植物的生长发育进程,进而影响其在自然生态系统中的生存和适合度。明确薇甘菊（Mikania micrantha）光合生理特征与叶绿素生物合成途径的基因表达对不同光照强度的响应,以及薇甘菊光合能量与叶绿素转化的相互关系,为解析薇甘菊“快速生长”提供生理生态学证据。【方法】 以薇甘菊为研究对象,采用乙醇浸提法测定不同光照强度（0、20%、40%、100%）下各光合色素含量,分析其叶绿素a和b比值（Chl a/b）的变化规律,比较不同光合途径代表植物（C3、C4和CAM）光合特性;利用微量法和蒽酮比色法分别测定上述光照强度下薇甘菊叶片组织中ATP和淀粉含量;构建不同光照强度下薇甘菊cDNA文库并开展转录组测序;利用OrthoFinder、Blastp、HISAT2、StringTie和R包等生物信息学软件分析不同光照强度变化下薇甘菊叶绿素合成和捕光复合体（LHC）基因表达模式,阐述叶绿素合成途径相关基因表达变化规律。【结果】 在100%的光照强度下,薇甘菊叶绿素b和类胡萝卜素含量以及Chl a/b与C4植物玉米相近,并且薇甘菊和玉米叶片中Chl a/b显著高于C3（水稻和番茄）和CAM（芦荟）植物。不同光照强度下的薇甘菊叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量变化不显著,但Chl a/b呈现出随光照强度增加而显著增加的趋势;40%和100%光照强度下,薇甘菊叶片中ATP含量变化幅度较小,而淀粉含量随光照强度上升显著升高;当光照强度为0时淀粉含量急剧下降,此时ATP含量呈现升高趋势;薇甘菊叶绿素生物合成中HEMA、CHLH、CRD1和CAO基因家族的基因表达量受光诱导调控,高光照强度下捕光复合体（LHC）基因的表达量较高。【结论】 不同光照强度下薇甘菊叶片可能通过调节叶绿素a和b的合成,调控淀粉和ATP的相互转化,奠定了薇甘菊较高光合速率和较强光适应能力的基础。     

水稻OsSBEIIb基因的克隆和时空表达特征及SNP位点多态性

水稻淀粉分支酶(OsSBEIIb)对水稻支链淀粉的合成至关重要,而水稻支链淀粉的含量与水稻支链淀粉和抗性淀粉的含量密切相关.为了明确OsSBEIIb基因在水稻淀粉合成中的作用,通过PCR技术扩增获得了湘早籼2号水稻的OsSBEIIb基因cDNA编码区序列.生物信息学分析表明,OsSBEIIb基因具有一个编码825个氨基...     

不同类型土壤对郑麦9023籽粒淀粉积累及相关酶活性的影响

【目的】在池栽条件下，研究灰潮土、水稻土、砂姜黑土对强筋小麦郑麦9023籽粒灌浆过程中淀粉及其组分积累动态和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPP）、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UGPP）、可溶性淀粉合成酶（SSS）、淀粉粒结合淀粉合成酶（GBSS）、淀粉分支酶（SBE）5个与淀粉合成有关的酶活性变化的影响。【方法】试验采用双波长法测定了籽粒中淀粉及其组分含量的变化动态，参照Douglus等的方法测定AGPP、UGPP酶活性，以及SSS、GBSS、SBE酶活性。【结果】不同类型土壤上籽粒灌浆过程中支链淀粉的合成是与直链淀粉的合成同时进行的，而且灌浆中后期支链淀粉的合成要比直链淀粉的合成快。灰潮土上籽粒中支链淀粉和总淀粉积累速率均显著高于其它两种类型土壤。籽粒中AGPP、UGPP、SSS、GBSS、SBE活性均呈单峰曲线变化，AGPP、UGPP、SSS、SBE花后18 d达到峰值，而GBSS则在花后24 d达到峰值。AGPP、SSS、SBE峰值表现为灰潮土＞水稻土＞砂姜黑土，UGPP峰值表现为灰潮土＞砂姜黑土＞水稻土，GBSS峰值则表现为水稻土＞灰潮土＞砂姜黑土。【结论】灰潮土和水稻土有利于强筋小麦籽粒中淀粉的积累。灰潮土、水稻土和砂姜黑土上强筋小麦籽粒中AGPP、UGPP、SSS、SBE活性与籽粒支链淀粉的合成密切相关。     

超级稻籽粒灌浆特性及其生理生化基础

以大穗型的3个不同类型水稻品种（组合）NPT－22、培矮64S／E32、Ⅱ优86为材料，研究水稻籽粒灌浆特性及其有关生理生化活性变化。结果表明，3个水稻品种（组合）的强势粒都因为起始生长势高、进入灌浆盛期早、籽粒灌浆前期ADPG焦磷酸化酶及淀粉合成酶活性强、可溶性糖及可溶性蛋白质含量高而使得其籽粒灌浆强于弱势粒。在3个水稻品种（组合）中，NPT－22的弱势粒因生理生化活性较低，其籽粒充实最差、结实率最低。     

水稻糖代谢相关酶和糖类转运蛋白编码基因的鉴定和表达分析

水稻(Oryza sativa L.)子粒淀粉的积累是产量形成的基础,灌浆期叶片通过光合作用合成蔗糖,并运输到子粒为淀粉合成提供原料,该过程中所涉及的代谢相关酶和运输相关蛋白已有研究报道。对卡尔文循环、蔗糖合成与降解、淀粉合成与降解等糖代谢相关的酶以及糖类转运蛋白编码基因进行了系统分析,共发现糖代谢相关蛋白编码基因148个和糖类转运蛋白编码基因102个,其中有228个基因已有文献报道,新鉴定基因22个。表达谱分析发现其中的部分基因表达具有组织特异性,与其功能有密切的关系。同时还发现许多基因受逆境胁迫影响表达发生变化,表明这些基因可能在水稻抗逆境胁迫中具有重要的作用。     

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

【目的】随着叶龄的增长,葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加,但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道,本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因,阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材,观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态,并采用高通量测序技术进行转录组分析,筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小,积累量少,随着叶龄增长,在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内,淀粉粒体积明显增大,积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据,KEGG富集分析表明,与NL相比,在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现,细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase,PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose,ADPG）的过程,且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase,SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）、α-淀粉酶（α-amylase,AMY）、β-淀粉酶（β-amylase,BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程,同样随叶龄增大上调表达,其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大,叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。     

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。     

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。     

水稻新型育种技术研究现状与展望

水稻是我国主要粮食作物之一,提高水稻产量、改善品质一直是水稻育种研究的重要目标.育种技术的改进有利于育种效率的提高,随着科学技术的迅猛发展,水稻育种技术也在逐步完善.对分子标记育种、转基因育种、基因编辑育种和分子设计育种等目前水稻育种中广泛使用的育种技术进行了总结,并进一步展望了不同育种方法的发展前景,以期为水稻种业发...     

水稻核心种质育种体系的构建

回顾中国超高产水稻育种概况,将中国的超级稻育种分为超高产水稻育种和超级稻育种两个阶段。构建水稻核心种质育种体系,从理论体系和育种材料体系两个方面进行论证。水稻核心种质育种体系是水稻育种理论与实践结合的产物,水稻核心种质是指具有某些优良性状的育种材料中,控制某些优良性状的特殊基因群体或基因系统,在品种改良过程中,它能够沿着育种目标置换和扩充基因群体,直至全面符合育种目标。建设水稻核心种质育种平台(产量性状育种研究部分),从水稻核心种质的遗传演变和理想遗传模型研究、影响产量基因的分子育种、栽培稻和野生稻高产基因的发掘、根系生物学育种研究4个方面展开遗传育种探索。     

转基因水稻的研究现状及展望

20世纪80年代,水稻改良取得了巨大的成就,解决了人口和经济快速增长对粮食的需求。目前水稻产量的提升存在一定的困难,主要因为缺少新的育种技术,同时病虫害及非生物胁迫造成水稻减产。转基因作为现代育种方法在培育高产优质水稻品种方面起着重要的作用。概述了水稻转化技术进展,转基因水稻抗病虫害、抗非生物胁迫和提高水稻农艺性状的功能基因,讨论了转基因水稻的发展前景。     

生物技术在水稻超高产育种中的应用

水稻是我国主要粮食作物,对确保国家粮食安全起到举足轻重的作用。水稻单产潜力在经历了矮化育种和杂交水稻两次重大突破后,出现长期踌躇不前。水稻育种学家正在积极探索利用新种质、新技术,提高水稻单位面积的产量。水稻基因组测序计划的实施和完成,水稻高密度分子标记连锁图谱和各种近等基因系群体的构建,重要农艺性状的QTL不断被精细定位,越来越多的重要发送的基因被克隆及功能分析,转基因技术的广泛应用,功能基因组学迅速地发展,这些为研究复杂农艺性状的分子机理提供机遇,也为生物技术、分子标记辅助选择育种技术广泛应用于水稻品种改良,实现水稻高产、优质、广适应性综合性状改良取得重大突破提供了新契机。     

水稻种质资源抗稻瘟病及其恢保特性评价

 抗病种质资源的发掘、研究与利用是水稻抗稻瘟病育种的重要基础。本文对97份水稻种质资源对稻瘟病的抗性、主要农艺性状、恢、保特性进行了系统的研究和评价。结果表明，97份水稻种质资源高抗至中抗稻瘟病，它们的主要农艺性状有很大差异，例如，播种至抽穗期99～132 d，株高89.6～149.2 cm，单株有效穗4.0～13.1穗，千粒重18.50～42.50 g，穗着粒数97～268粒，结实率45.83%～93.90%，单株粒重15.28～32.58 g，表明这97份种质资源具有丰富的遗传多样性。其中，37份种质资源对三系不育系具有恢复性，9份种质资源对三系不育系具有保持性。这些种质资源对选育新的抗病恢复系和抗病不育系以及高产抗病杂交稻新组合具有重要利用价值。     

影响水稻再生力QTLs位点与再生稻筛选体系研究进展

挖掘水稻产量潜力是水稻研究最重要的方向之一。再生稻是一种利用水稻头季收割后稻桩上存活的腋芽，在适宜的光照、温度、养分等条件下萌发成蘖，进而抽穗成熟的水稻，在节约大量人力物力的同时能够保证水稻产量与双季稻基本持平，对于稳定国家粮食安全具有重要意义。本文综述了已报道的水稻再生力相关QTLs位点，发现水稻再生力相关的QTLs位点贡献率偏低，相关研究不深入，与生产联系不紧密；总结了水稻再生力评价标准的现状，发现前期头季稻的SPAD衰减指数、中期再生稻的再生芽出鞘率以及收获后期的日产量和热量利用率是评价水稻品种再生力的重要指标，可用于筛选强再生力的水稻品种；概括了留桩高度对再生稻产量和品质的影响。提出再生稻的培育应聚焦优质、高产、抗病等水稻重要性状及强再生力相关性状，利用多组学分析挖掘新基因及其优异自然变异，开发功能分子标记，利用全基因组关联分析与分子模块育种技术相结合开展强再生力水稻种质资源精准鉴定、新基因发掘、种质创新、新品种选育研究。     

黑龙江省优质超级稻研究进展与展望

从利用籼粳亚种拓宽种质资源技术、理想株型种质资源培育技术、分子育种技术和应用常规育种技术4个方面介绍了黑龙江省优质超级稻育种技术的研究进展。从土壤培肥技术、钵育壮秧技术、合理密植技术、井水提温技术、平衡施肥技术等方面探讨了寒地优质超级稻品种的各种性状得以展现要配套的高产栽培技术,提出合理密植是寒地超级稻建立超高产经济结构的基础,是寒地超级稻株型更为理想、叶片更为直立的高光效的必然,是走以成熟为主的栽培技术路线"促早熟、高产、优质"并举的保证。寒地优质超级稻育成的品种有龙粳14、龙稻5号、松粳9号等。     

转iaaM高衣分棉花种质IF1-1杂种优势分析及育种应用

转iaa M(色氨酸单加氧酶基因)高衣分棉花种质已经培育出来,但应用于育种研究较少。我们利用转iaa M高衣分棉花种质IF1-1做父本、16个陆地棉品种(系)做母本,分别配制杂交组合,检测了亲本及其F1和F2群体的iaa M遗传;田间调查了材料的抗病性及农艺性状,室内考查了产量构成因子,同时进行了产量统计分析;通过系统选育结合分子辅助选择对杂交后代进行定向培育,获得了新的高衣分种质,实现了该种质的育种应用。结果表明:(1)FBP7-iaa M是1对显性基因;(2)与高衣分亲本IF1-1相比,F1和F2代衣分不具备超中与超亲优势,但与16个母本品种(系)相比,却能明显提高现有品种(系)的衣分率;(3)F1代产量尤其是皮棉产量具备较明显的超亲优势,皮棉产量优势值为13.4%,这就意味着可以选择生产上产量较高的品种与IF1-1配制杂交组合,选择高优势杂交种直接利用;(4)F1和F2代抗病性明显好于IF1-1,但与母本相比较差,所以,在杂交后代的选择中应注意观察枯萎病和黄萎病的发病情况,选择抗病性好的后代;(5)子棉产量的提高主要是通过铃重和单株铃数的增加来实现,皮棉产量的增加则是通过子棉产量与衣分的共同提高来完成;(6)杂交后代具备选择出高衣分新品系的潜力。本研究实现了将国家科技重大专项获得的第2代转基因棉花种质应用于棉花育种,对提升我国生物育种水平具有重大意义。     

中国北方粳型超级稻研究进展

1996年农业部正式启动中国水稻超高产育种即超级稻研究项目,20年来中国超级稻研究后来居上,无论超高产遗传生理基础研究还是超级稻育种实践,无论南方超级杂交籼稻还是北方超级常规粳稻,总体上都处于国际领先水平,为探索进一步提高生产潜力和将其转化为现实生产力提供了科学依据和技术储备,为中国稻作科学保持国际先进水平作出了突出贡献。文章从超级稻兴起、技术路线确立、新品种选育与示范推广、生理与遗传基础研究等方面综合评述了中国北方粳型超级稻研究进展。在此基础上讨论了北方粳型超级稻相关生理与遗传问题：近年来北方粳稻继续保持较高产量水平和加工品质,同时以垩白性状为代表的外观品质有明显提高,至少在9 t·hm^-2之前产量与主要品质性状的矛盾并不突出,产量和品质可以在更高水平上达成新的平衡;分析北方粳稻区域试验结果表明,通过延长生育期提高产量是不足取的,通过增加株高提高产量也是行不通的,提高稻瘟病抗性是北方粳稻的重要育种目标;北方粳稻着粒密度普遍较高,但是对产量构成因素和主要品质性状的负面影响相对较小,可以认为经过育种家的不懈努力,北方粳稻着粒密度处于比较合适范围;籽粒长宽比是决定籼粳稻碾磨品质的主要因素,而对外观品质亚种间差异影响较小,近年来中国籼稻碾磨品质有明显改善,籼粳稻差异幅度有所降低,籼粳稻外观品质均有明显改善,但是籼粳稻差异依旧。建议：在全面总结20年来中国超级稻研究成果与经验基础上,明确今后超级稻研究的方向与目标,改设立阶段性产量目标分期攻关为按生态区长期稳定支持,改小面积产量验收评价指标为考核大面积均衡增产。根据北方粳稻生态、生产和品种特性,有针对性地开展育种基础理论和关键技术研究,如籼粳血缘与产量和品质关系的遗传和生理生态机制,从分子、细胞、组织、器官、个体、群体水平全面评价直立穗型基因EP1功能,有效改良籼粳稻杂交育成直立大穗型品种品质特别是食味品质,充分利用分子生物学相关理论、技术研究成果,在抗稻瘟病、抗冷性和耐盐碱种质创新及育种应用上有所突破。     

转拟南芥NPR1基因水稻253 T3代株系对水稻

【目的】获得高抗水平的转拟南芥NPR1恢复系水稻253株系,比较转基因水稻与其非转基因野生型抗病性和农艺性状的差异,以期为转基因抗病育种提供材料。【方法】以通过连续自交获得的转AtNPR1基因253 T3代纯合株系和非转基因253为材料,于分蘖期采用剪叶法接种白叶枯病菌菌株13751于水稻叶片,14 d 后,对稻株发病情况进行调查;收获期考查6个转基因株系的农艺性状。【结果】6个转基因T3代株系植株的抗病性可稳定表达,其病斑长度均显著短于非转基因野生型253;253-3的抗病能力比野生型253增强50%以上,其他 5个株系253-4、253-7、165、166、167对水稻白叶枯病表现出高抗水平,抗病能力增强90%以上。与野生型253相比,转基因株系植株生长正常,不同株系间部分农艺性状无明显变化规律,而部分农艺性状显著升高或降低;株系166的株高、穗长、有效穗数、一次枝梗数、每穗总粒数、每穗实粒数和单株产量等显著优于非转基因恢复系253。【结论】拟南芥NPR1基因可作为培育广谱抗病作物的热门候选基因,株系166可作为水稻抗病育种的新种质。