水稻拔节期叶片碳氮代谢基因型差异及与氮素利用效率的关系

 采用土培盆栽试验,以3个氮素利用效率(NUE)有显著差异的水稻基因型秀恢2号(低NUE)、R83 12(中NUE)和五优244(高NUE)为材料,研究了拔节期叶片碳氮代谢的基因型差异及其与氮素高效利用的关系。结果表明,拔节期不同基因型水稻的叶片蔗糖和可溶性糖含量、淀粉/可溶性糖含量比和淀粉/蔗糖含量比存在极显著差异,前两者为五优244 > R83 12 >秀恢2号,后两者则相反;而淀粉和蔗糖/可溶性糖含量比各基因型差异不显著。不同基因型水稻的叶片全氮含量(TNC)、蛋白氮含量(PNC)、 PNC/TNC、Rubisco含量(RC)/PNC和RC/TNC存在极显著或显著差异,前两者为五优244 < R83 12 <秀恢2号, 后三者则相反;RC无基因型差异。五优244叶片的叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、PSⅡ潜在活性、羧化效率、碳酸酐酶、酸性转化酶和蔗糖磷酸合成酶活性极显著或显著高于其他基因型;其叶片的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶活性也极显著高于其他基因型。统计分析表明,高NUE水稻叶片具有较高的可溶性糖和蔗糖含量及较大的RC/TNC和RC/PNC,其生理基础是其叶片的高谷氨酰胺合成酶活性和PSⅡ潜在活性。     

氮素用量对春玉米穗位叶蔗糖合成关键酶活性的影响

试验以高淀粉玉米四单19、普通玉米东农250、优质蛋白玉米丰禾10为材料,研究氮素用量对春玉米穗位叶蔗糖代谢的影响,揭示蔗糖合成过程中蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的调节作用。结果表明：氮素用量适当有利于提高玉米穗位叶蔗糖含量、蔗糖合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性,证实了蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶能促进春玉米叶片蔗糖积累。     

ABA对水分胁迫下水稻籽粒灌浆的调节

 利用水平分根系统研究了水稻抽穗后水分胁迫条件下ABA对水稻品种汕优63叶片光合特性、糖代谢和籽粒灌浆过程的调节。当一半根系受干旱胁迫时，叶片的水势和相对含量变化很小，但叶片和籽粒内ABA的含量显著增加。整个根系受干旱胁迫时，叶片的水势和相对含水量随着胁迫的增加而显著地降低，ABA含量则显著增加。半干和全干处理的水稻叶片的光合速率和RuBP羧化酶／氧化酶（Rubisco）的活性显著下降。叶片内蔗糖和淀粉的积累和代谢与叶片内ABA的含量和水分状况存在密切的关系，低浓度的ABA和高的叶水势与高的蔗糖积累和蔗糖磷酸合成酶活性相一致，但当叶片ABA的浓度增加时，即使叶片的水势与对照相似，叶片的蔗糖和淀粉积累以及蔗糖磷酸合成酶的活性则显著地下降，叶片的α－和β－淀粉酶活性似与ABA和水分状况关系不密切。ABA对籽粒灌浆有显著的抑制作用，ABA对籽粒灌浆的抑制作用至少部分与其对催化水稻籽粒内蔗糖代谢和淀粉积累的关键酶蔗糖合成酶的抑制有关。另外，干旱处理对叶片光合速率和蔗糖与淀粉积累的抑制程度显著高于半干旱处理，说明干旱本身也对这些过程有直接的效应。根据这些结果，作者认为，当水稻遇到干旱胁迫时，ABA对其光合作用、糖代谢以及籽粒的发育过程都有极其显著的调节作用。还就ABA对这些生理过程调节的可能性进行了讨论     

密度对饲用玉米蔗糖合成和积累的影响

以4个饲用玉米品种为材料,研究玉米生长发育过程中密度对蔗糖合成和积累的影响,探讨蔗糖合成酶(SS)、磷酸蔗糖合成酶(SPS)与蔗糖间的相关性,明确蔗糖合成机理。研究结果表明,拔节期至成熟期蔗糖含量随密度的增加而降低,孕穗期至灌浆期SS活性随密度的增大而减小,SPS活性在孕穗期至灌浆期随密度的增大而减小;子粒蔗糖含量因密度和品种而异,SS活性随着密度的增大而减小,子粒SPS活性在整个灌浆过程呈逐渐降低趋势,在吐丝42 d以前酶活性均随密度的增加而降低;功能叶片SPS活性、SS活性与蔗糖含量间在孕穗期至成熟期呈极显著正相关,子粒SPS活性与蔗糖含量在吐丝7～42 d呈极显著正相关,子粒SS活性与蔗糖含量在吐丝后(除吐丝42 d呈显著正相关外)呈极显著正相关。     

外源二乙基二硫代氨基甲酸钠 对花期淹水大豆碳代谢的影响

      为了研究二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）对大豆碳水化合物代谢的调节作用,为大豆抗渍涝栽培提供技术支持,本研究以渍涝敏感型大豆品种徐豆18和耐渍涝品种南农1138-2为材料,采用盆栽的方式,花期淹水前喷施DDTC,调查大豆叶片光合特性、蔗糖代谢酶活性及叶片、根系和根瘤中碳水化合物含量。结果表明：淹水胁迫降低了植株地上部、根系和根瘤干物重,叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）,根系中淀粉含量、根瘤中蔗糖和淀粉含量。其中,南农1138-2植株干物重,叶片光合气体交换参数以及根系中淀粉含量比徐豆18下降幅度小,而两品种间根瘤中蔗糖和淀粉含量下降幅度基本一致。与之不同,叶片中蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）（合成方向）活性、SS（分解方向）、酸性转化酶（AI）活性,叶片可溶性糖、蔗糖和淀粉含量,根系中可溶性糖、蔗糖含量增加。其中,南农1138-2叶片中蔗糖合成酶（SS）（分解方向）和酸性转化酶（AI）活性、可溶性糖、蔗糖和淀粉含量增幅较小,而叶片中蔗糖磷酸合成酶（SPS）、SS（合成方向）活性增幅较大。DDTC处理提高了淹水胁迫下两品种植株干物重,缓解了淹水胁迫对大豆植株生长的抑制;提高了叶片光合气体交换参数,叶片中SPS和SS（合成方向）活性,并降低了SS（分解方向）和AI活性,促进了淹水胁迫下叶片中蔗糖向根系和根瘤的转运;DDTC处理也增加了根系中可溶性糖、蔗糖和淀粉含量,根瘤中蔗糖和淀粉含量,表明DDTC处理在调控淹水胁迫下大豆植株生长和碳代谢生理过程中起着重要的作用。     

低氮胁迫对不同氮效率玉米品种苗期叶片碳氮代谢的影响

研究低氮胁迫对不同氮效率玉米品种幼苗生长及叶片碳氮代谢的影响,分析比较不同氮效率玉米品种对低氮胁迫响应的差异。采用水培方法,以氮高效品种郑单958、正红311和氮低效品种川单428、先玉508为试验材料,在低氮胁迫(0.04 mmol/L)、正常氮(4 mmol/L)和低氮恢复处理3个氮水平下,分别测定苗期干物质积累量、叶片碳氮代谢产物含量及碳氮代谢相关酶活性,比较不同氮效率品种间的差异。结果表明,低氮胁迫显著降低玉米叶片和整株干物质重量、叶片氮代谢指标(硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性、可溶性蛋白和游离氨基酸含量),提高根系干重、根冠比、叶片碳代谢指标(蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性、可溶性总糖和淀粉含量)。不同品种间各指标的变化幅度随着时间的延长表现出不同规律,氮高效品种在氮素胁迫下对碳氮代谢的平衡能力更强,受低氮环境影响较小,植株的恢复能力较强,对胁迫环境具有更强的耐性和适应性。     

3个橡胶树引进品种的胶乳生理特性研究

以3个橡胶树引进品种为研究对象,‘热研73397’和‘RRIM600’为对照,测定胶乳产量、干胶含量、排胶初速度及胶乳中蔗糖、无机磷、镁离子和硫醇等生理参数,比较分析不同品种的产排胶特性。结果表明,各测定参数在品种间存在较大差异。‘热试09-5’干胶产量高,蔗糖含量、排胶初速度低于‘热研73397’,干胶含量、硫醇含量、无机磷含量差异不显著,认为该品种产胶潜力大,胶乳稳定性好,排胶快,糖利用率高;‘热试09-6’干胶产量一般,与‘RRIM600’相比,干胶含量、堵塞指数高,排胶初速度和蔗糖含量差异不显著,认为该品种有较好的产胶潜力,但胶乳代谢强度低,可考虑通过刺激提高代谢强度,达到增产;‘热试09-7’干胶产量低,与‘RRIM600’相比,干胶含量高,排胶初速度低,蔗糖含量相当,认为该品种排胶障碍,糖的利用效率低,是否可以通过刺激割胶增加产量还需要进一步的试验验证。     

高、低糖甘蔗品种苗期糖分含量及代谢相关酶活性分析

以高糖(GT35)和低糖(B8)甘蔗品种苗期不同部位的叶和茎为材料,采用HPLC技术测定蔗糖、葡萄糖和果糖含量,分析2个甘蔗品种叶和茎中蔗糖代谢相关酶活性与糖分含量的相关性和差异性。结果表明:2个甘蔗品种苗期叶中蔗糖含量与SPS和SS-s酶活性呈显著正相关,茎中己糖含量与NI酶活性呈显著正相关,茎中蔗糖含量与SPS酶活性呈显著正相关,而与SS-c、SAI和CIN酶活性呈显著负相关。GT35茎中蔗糖含量显著高于B8,叶中蔗糖含量显著低于B8。GT35茎中SPS和叶中SS-s酶活性均显著高于B8,茎中SS-s和SS-c酶活性低于B8,其中只有幼茎中SS-c酶活性与B8差异不显著。说明苗期叶中高SS-s酶活性,茎中高SPS酶活性,低SS-s和SS-c酶活性,可能是调节高糖甘蔗品种苗期茎中蔗糖积累的重要因素。     

施钾量对甜玉米穗位叶蔗糖合成的影响

试验以甜玉米东甜3号、东甜4号为材料,研究钾素用量对甜玉米穗位叶蔗糖形成积累的影响。结果表明,吐丝后穗位叶蔗糖含量呈逐渐下降趋势,两个品种均以施钾肥150kg/hm2处理蔗糖含量最高,不施钾肥最低;穗位叶蔗糖磷酸合成酶活性变化与蔗糖含量变化一致;蔗糖合成酶(合成)活性呈单峰曲线变化,峰值出现的时期因品种而异,不同钾肥处理间酶活性高低不同。     

水杨酸通过一氧化氮途径调控水稻缓解低磷胁迫

【目的】深入剖析水杨酸调控水稻低磷胁迫响应的生理与分子机制具有重要意义。【方法】选取常规水稻品种日本晴,外源添加水杨酸后测定水稻体内总磷含量、酸性磷酸酶活性、木质部汁液磷含量、水稻根系特征参数、磷转运子基因表达水平和一氧化氮含量等指标解析水杨酸缓解水稻缺磷胁迫的生理和分子机制。【结果】1）水杨酸对水稻磷吸收的调控存在剂量效应,1 μmol/L水杨酸显著提高低磷条件下水稻体内总磷含量,5 μmol/L水杨酸则降低水稻体内总磷含量。2）低磷条件下,1 μmol/L水杨酸使酸性磷酸酶活性提高了11.35%,根系总长增加了20.90%,根系表面积增加11.86%,根系体积增加了15.38%,总根数增加了23.55%,木质部汁液中的磷含量提高了22.67%。同时,1 μmol/L水杨酸提高了水稻根系磷转运子基因的表达,从而提高水稻对外界磷的吸收和体内磷的转运。3）水杨酸通过提高硝酸还原酶的活性增加水稻根系的一氧化氮含量,从而通过调控磷转运子基因的表达提高低磷条件下水稻对外界磷的吸收。【结论】水杨酸与信号分子一氧化氮互作缓解低磷胁迫。     

施磷量对弱筋小麦扬麦9号籽粒淀粉合成和积累特性的调控效应

以弱筋小麦扬麦9号为材料，在缺磷土壤（速效磷含量4．1mg／kg）上进行施磷量试验，研究施磷量对小麦籽粒淀粉合成、积累及相关酶活性的影响。结果表明。在施磷（P2O5）0～108kg／ha范围内，增加施磷量，籽粒直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累量、积累速率上升，旗叶蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性和蔗糖含量提高，籽粒蔗糖合成酶（SS）活性增强。籽粒蔗糖含量提高。籽粒ADPG焦磷酸化酶（AGPP）、可溶性淀粉合成酶（ssS）、束缚态淀粉舍成酶（GBSS）活性提高，成熟籽粒直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量下降。施磷量超过108kg／ha后，直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累量、积累速率及蔗糖含量、SPS、SS、AGPP、SSS、GBSS酶活性呈下降趋势。     

超级稻上部叶片光合能力的研究

2003年,以超级杂交稻组合GD-1S/RB207为材料,研究了水稻上部叶片的光合能力.结果表明,水稻剑叶中部的净光合速率(Pn)最高,上部次之,基部最低,并且叶片不同区段的气孔导度(Gs)和羧化效率(CE)呈现同样的变化趋势.对于不同叶位的叶片而言,Pn,Gs和CE自上而下逐渐降低.相关分析表明,Pn与CE的相关性都远高于Pn与Gs的相关性,而且Pn与胞间CO2浓度(Ci)呈负相关.因此得出结论:水稻叶片光合能力高低的决定因素是Rubisco的羧化活性而不是气孔导度.另外,虽然不同分蘖剑叶的Pn与Gs呈正相关,但是与Ci呈负相关,也说明气孔导度不是叶片光合能力高低的决定因素.     

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。     

施钙对间作遮荫条件下花生生育后期光合特性、糖代谢及产量的影响

于2016-2017年以花育25号为材料,在花生单作和间作条件下,设置施钙和不施钙处理,研究钙肥对单作花生、间作中间行和间作边行花生的植株性状、功能叶生育后期光合特性、糖代谢酶活性及产量的影响。结果表明,施用钙肥降低了花生主茎高和侧枝长,增加了花生分枝数、主茎节数,提高了叶片叶绿素含量、光合速率、蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶活性;单作和间作花生荚果产量平均增产397.2 kg/hm^2,平均增产率19.9%。相同施钙水平下,越靠近玉米行的间作边行花生受遮荫影响越大,其主茎高、侧枝长较大,蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性等生理指标低于单作花生。与单作不施钙比较,施钙显著增加了间作花生叶绿素含量,使其光合特性、蔗糖含量、SS、SPS酶活性无显著降低,降低了间作花生的减产幅度。本试验条件下,每公顷施用钙肥300kg可部分缓解间作遮荫对花生的不利影响。     

灌溉对弱筋小麦豫麦50籽粒淀粉积累及其相关酶活性的影响

为了探明灌溉对淀粉积累及其相关酶活性的影响规律,在大田条件下,以弱筋小麦豫麦50为材料,研究了三种灌溉方式(W1:拔节期灌水一次;W2:拔节期和孕穗期各灌水一次;W3:拔节期、孕穗期和灌浆期各灌水一次.每次灌水定额750 m3/ha)下弱筋小麦淀粉及其相关酶活性的变化规律.结果表明,弱筋小麦灌浆中后期和成熟期籽粒直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累速率均表现为W3>W2>W1.成孰期籽粒淀粉支/直比例表现为W3＞W2＞W1.成熟期籽粒淀粉支/直比例表现为W3＜W2＜W1.孕穗期和灌浆期增加灌水提高了灌浆中后期旗叶和籽粒中蔗糖含量、蔗糖合成酶(SS)活性、蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性,提高了灌泺中后期籽粒中可溶性淀粉合成酶(SSS)活性和束缚态淀粉合成酶(GBSS)活性.说明增加灌水使弱筋小麦旗叶蔗糖合成能力强,促进源器官蔗糖向库中运输,保证籽粒库中糖源的充分供应,有利于籽粒淀粉的合成和积累.     

冬小麦叶片显微结构和光合特性与产量的关系

为了解冬小麦叶片显微结构和光合特性与产量的关系,采用大田跟踪对比调查方法,对8个高产冬小麦品种的叶片显微结构、光合特征及产量性状进行分析。结果表明,小麦不同叶位叶片主要由规则环状细胞组成,各叶位叶片规则细胞的平均环数为1.7~4.5环。随叶位升高,叶肉细胞平均环数及上表皮和下表皮气孔密度均有增加的趋势。各品种旗叶叶绿素含量最大峰值出现在5月10日前后;旗叶可溶性蛋白含量变化与叶绿素含量变化相似,最大值陆续出现在5月7-20日。各品种叶片叶肉细胞平均环数和平均光合速率均以旗叶最高。但品种间光合势、叶源量的差异与叶肉细胞和叶绿素含量并不完全一致。品种间产量性状的差异主要表现在生物产量与经济系数上。生物产量与倒2叶光合势呈显著正相关,与倒3叶光合势呈极显著正相关。综上可见,光合性能好且光合产物能够有效转运进入籽粒,是小麦品种获取高产的必要特征。