水稻糖质胚乳突变体Sug-11籽粒灌浆过程的淀粉合成关键酶活性及其与淀粉理化特性关系

以水稻糖质胚乳突变体Sug-11与其野生型对照中花11为材料,通过对两者籽粒中可溶性总糖、蔗糖含量和淀粉含量以及有关淀粉品质理化指标的比较,结合籽粒灌浆过程中糖类物质含量、淀粉合成代谢关键酶活性和相关同工型基因转录表达水平的动态测定,从籽粒淀粉合成代谢角度,对水稻糖质突变体Sug-11的籽粒糖类含量变化和千粒重下降的生理原因进行了分析。结果表明,Sug-11糖质突变体与其野生型在灌浆初期的可溶性糖和蔗糖含量差异并不明显,随着籽粒灌浆进程,两者间的籽粒糖分含量差异在灌浆中后期逐步趋于明显;与野生型相比,Sug-11糖质胚乳突变体的稻米直链淀粉含量和直链淀粉碘蓝值显著下降,而淀粉溶解度和支链淀粉碘蓝值则显著升高,糖质胚乳突变对稻米淀粉的理化特性也产生了明显的影响;在籽粒淀粉合成代谢的几个关键酶中,Sug-11糖质突变体籽粒中的DBE活性及其在灌浆过程中的动态变化与其野生型存在明显差异,揭示了胚乳糖质突变体Sug-11籽粒中淀粉积累减少、糖分含量增加主要是由籽粒灌浆中后期的PUL转录表达水平和DBE活性的大幅下降所引起的,而Sug-11的籽粒灌浆不良和千粒重下降等现象,则与其ADPGase活性在籽粒灌浆前期的显著下降存在一定的联系。     

不同品质类型水稻子粒淀粉合成关键酶动态分析

选用直链淀粉含量不同的3个粳稻品种,研究灌浆过程中淀粉合成关键酶活性变化及其与稻米直链淀粉含量及食味品质的关系。结果表明：不同品质类型品种酶活性变化趋势基本一致,牡08-1404的ADPG焦磷酸化酶和淀粉分支酶峰值出现早,灌浆中、后期衰减速度快,而且优质品种灌浆中、后期仍然保持较高水平的酶活性。灌浆前期3种酶活性与直链淀粉含量呈正相关,灌浆后期呈负相关,其中抽穗后30d的ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性与直链淀粉含量呈板显著的负相关。通过淀粉合成关键酶活性与稻米食味值相关分析表明,前期食味值与3种酶活性主要呈负相关,但在25-35d酶活性与食味值呈正相关,在35d可溶性淀粉合成酶和淀粉分支酶分别达到显著和极显著正相关。     

水稻灌浆期籽粒淀粉合成及其氮素调控作用研究进展

综述了稻米淀粉生物合成、灌浆期淀粉性状特征、氮代谢与淀粉合成的关系以及氮营养对淀粉性状的调控作用等方面的研究进展,并展望了氮素对淀粉性状调控机制以及氮高效利用背景下稻米淀粉性状的研究方向,为水稻高效优质栽培技术的形成提供理论参考.     

氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响

【目的】旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据。【方法】选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响。【结果】结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达。【结论】灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质。     

水稻胚乳组织的结构观察

【目的】阐明水稻糊粉层细胞、亚糊粉层细胞与中心胚乳贮藏细胞的结构特性。【方法】采用光镜、透射电镜与扫描电镜对水稻胚乳组织进行观察研究。【结果】糊粉层细胞分化过程中,大液泡变成小体积蛋白贮存液泡,蛋白贮存液泡又转变成糊粉粒。颖果背部比腹部有更多层糊粉层,但背部糊粉层细胞内糊粉粒的形成与积累速度却较慢。亚糊粉层细胞起初含有一些脂质体,后来脂质体消失,而其内部淀粉体与蛋白体逐渐增多。中心胚乳贮藏细胞含有淀粉体与蛋白体,蛋白体以液泡型蛋白体为主,它们可以相互融合而变大。中心胚乳贮藏细胞内的淀粉积累速度明显快于亚糊粉层细胞内的。成熟颖果的中心胚乳贮藏细胞内淀粉体最为密集,背部和侧部的亚糊粉层细胞内淀粉体排列较疏松,腹部的亚糊粉层细胞内淀粉体最为稀疏。【结论】水稻颖果背部与腹部的糊粉层细胞和亚糊粉层细胞的结构差异可能与养分吸收与转运有关;中心胚乳贮藏细胞内淀粉体发育速度快于亚糊粉层细胞。     

水稻胚乳细胞发育的结构观察及其矿质元素分析

 为了探明水稻胚乳发育的过程和糊粉层形成的机理, 用光学显微镜和电子显微镜观察了水稻糊粉层细胞和内胚乳细胞在颖果发育过程中的结构变化,用能谱仪分析了胚乳细胞中元素的种类和相对含量。结果表明, 糊粉层细胞是由胚乳表层细胞转化而来的。糊粉层细胞中的P、K、Mg和Ca等矿质元素含量要明显高于内胚乳细胞。发育初期糊粉层细胞中富含线粒体、圆球体和小液泡;发育中后期小液泡积累蛋白质和矿质元素而形成糊粉粒。在发育中后期,内胚乳细胞随着细胞内淀粉体的充实,细胞核发生形变而衰亡;而糊粉层细胞的核在发育过程中不消亡。糊粉层的形成与表层细胞积聚矿质和脂类等“灌浆废物”(指非内胚乳细胞的贮藏物)有关。因而,转运灌浆物质多的胚乳背部,其糊粉层细胞的层数要比腹部和侧部多。谷物胚乳发育分为游离核期、细胞化期、分化期和成熟期四个时期。     

OsESV1基因对水稻淀粉合成的影响

【目的】 研究水稻EARLY STARVATION1 (OsESV1)基因对水稻淀粉代谢的影响。【方法】 通过CRISPR-Cas9技术获得osesv1突变体,考查osesv1的表型及胚乳淀粉的理化特性,分析OsESV1的表达特性及相关功能。【结果】 OsESV1蛋白在植物界中十分保守。osesv1突变体株高、穗长、每穗粒数低于野生型,分蘖数显著多于野生型,叶片中淀粉含量显著下降,籽粒中的直链淀粉含量上升,而总淀粉含量无明显变化。OsESV1呈组成型表达,并且具有昼夜节律表达的特征。OsESV1蛋白定位在叶绿体内且呈点状分布。酵母双杂交和双分子荧光互补实验结果表明OsESV1蛋白可以与ADP-葡萄糖焦磷酸化酶小亚基(OsAGPS) 2a和OsAGPS1互作。【结论】 OsESV1基因影响水稻叶片的淀粉合成途径,而对胚乳淀粉合成的影响不明显。     

水稻胚乳外观云雾性状形态基础及其快速识别条件分析

以早籼稻新品种（系）、杂交水稻不育系、恢复系及其衍生的部分杂交组合为材料进行研究，发现云雾性状是低表观直链淀粉含量品种（系）特有的胚乳外观，其形成的原因和胚乳内淀粉的形态和结构有关。种子老化试验表明，种子水分和老化是快速识别云雾性状的两个重要条件。育种实践中可采用高温烘干和高温保湿预处理两种方法来快速识别胚乳云雾性状，并以此作为标记，早期特异性剔除低表观直链淀粉材料。     

小麦胚乳小淀粉粒是复粒淀粉的结构观察

为了查明小麦胚乳淀粉粒是单粒淀粉还是复粒淀粉,利用电子显微镜技术系统观察了小麦胚乳发育过程中淀粉粒的发育过程.结果表明,大淀粉粒在胚乳发育早期发生与发育,包含大淀粉粒的淀粉体通过缢缩进行增殖,每个淀粉体只包含一个大淀粉粒;小淀粉粒在胚乳发育的中、后期发生与发育,包含大淀粉粒的淀粉体被膜向细胞基质突起,出芽产生许多淀粉体,小淀粉粒在这些淀粉体内发生与发育;包含小淀粉粒的淀粉体也可以通过缢缩或被膜外突出芽产生新淀粉体,用来形成小淀粉粒;多个小淀粉粒可以同时在一个淀粉体内发生与发育;当淀粉体被淀粉粒所充满,淀粉体被膜降解消失,释放淀粉粒到细胞基质中.上述结果表明,小麦胚乳大淀粉粒为单粒淀粉,而小淀粉粒为复粒淀粉.     

水稻淀粉调控研究进展

淀粉作为水稻最主要的储藏物质,其结构、含量及理化性质等直接影响着稻米品质。研究发现,淀粉是在一系列关键酶的共同作用下合成的,但相关酶在淀粉合成路径中的具体作用缺乏系统性研究。文章综述了近年来水稻淀粉合成途径和调控淀粉合成的转录因子家族（b ZIP家族、AP2/ERF家族）以及近年来在蛋白水平上对淀粉的生物合成有重要作用的基因等研究进展,进行系统梳理,以进一步解析水稻淀粉合成机理机制,为指导培育优质水稻新品种提供理论支撑。     

小麦胚乳淀粉合成酶基因研究进展

很多研究表明。小麦胚乳淀粉的合成至少需要四类酶——腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶，这四类酶的基因克隆和特性的研究有重要进展。目前，已从六倍体小麦发育胚乳的eDNA文库中获得AGPase两个亚基、gbssⅠ、ssⅠ、ssⅡ、ssⅢ、sheⅠ、sbeⅡ和sul(dbe)等基因的cDNA；从六倍体小麦的D组供体Triticum tauschii基因组文库中获得ssⅠ、ssⅠ、ssⅢ、sbeⅠ和sbeⅡ的gDNAs；从六倍体中只获得野生型和突变型的gbssⅠ(wx)基因。除编码AGPase大亚基的基因和sul基因未进行定位外，ssⅢ位于第一群染色体上，sheⅡ位于2DL上，其余基因均位于第七群染色体上。     

胚乳蛋白质对稻米品质影响的研究进展

蛋白质是稻米胚乳中仅次于淀粉的第二大贮藏物质，蛋白质含量、组分、形态以及分布特征对稻米品质均具有重要影响。本文梳理了胚乳蛋白质与稻米外观品质、加工品质、营养品质和蒸煮食味品质关系的研究进展，并对未来研究方向提出了展望。结果可为进一步解析胚乳蛋白质在稻米品质形成中的作用和稻米品质改良提供参考。     

Relationship Between Variation in Activities of Key Enzymes Related to Starch Synthesis During Grain Filling Period and Quality of Eating and Cooking in Rice

Eating or cooking quality is one of the important quality of rice. Amylose content, RVA properties and taste meter value are three important indexes for evaluating cooking and eating quality of rice, which are determined by the chemical and physical com- …     

Effect of Temperature at Grain Filling Stage on Activities of Key Enzymes Related to Starch Synthesis and Grain Quality of Rice

Three japonica rice varieties with different cooking and eating quality were grown at high temperature in the greenhouse and natural field. Effects of temperature at the grain filling stage on these varieties were investigated in terms of the activities of key enzymes related to starch synthesis and cooking and eating quality of rice grain. The high temperature at the grain filling stage increased protein content, and decreased amylose content and taste meter value of rice; inferior grain quality varieties showed a greater magnitude of the increase or decrease than the superior ones. Reaction of rapid visco analyser profiles to the temperature varied with rice varieties. The activities of adenosine diphosphoglucose pyrophosphoryiase （AGPP）, soluble starch synthase （SSS） and starch branching enzyme （SBE） gradually increased to a peak value, and thereafter declined as grain filling progressed. Enzyme activities in different varieties differed in a same filling stage, and also in the time when the enzyme activity reached a maximum. AGPP and SSS were insensitive to the environmental temperature, but SBE was comparatively sensitive to the temperature, and its activity declined when temperature was too high or too low.     

杂交稻米及其亲本淀粉粒形态的扫描电镜观察

 用扫描电镜观察了品质级别有显著差异的3个水稻不育系和3个恢复系及其所配的9个杂交组合共15个材料的胚乳淀粉粒。结果表明：不同品质的稻米均有其固定的淀粉粒形态。杂交稻米淀粉粒的形态因双亲米质的优劣而具有明显差异。双亲优质的杂交稻米，表现优质米淀粉粒形态；优质与中质杂交，表现中亲淀粉粒形态；优质与普通品质杂交，表现为超中亲淀粉粒形态；双亲均是普通品质者，表现质量超亲淀粉粒形态；中质与普通品质杂交，趋向高亲淀粉粒形态；双亲均是中质者，表现中质米淀粉粒形态。据此，淀粉的形态特征可作为鉴定稻米品质优劣的一个重要指标，又可为杂交稻品质育种从淀粉粒形态上选择亲本提供依据。     

Expression Profiles and Protein Complexes of Starch Biosynthetic Enzymes from White-Core and Waxy Mutants Induced from High Amylose Indica Rice

Physicochemical properties of endosperm starches in milled rice determine its cooking and eating quality. Amylose is synthesized by granule-bound starch synthase I (GBSSI), whilst amylopectin is synthesized by the synergistic activities of starch synthases (SSs), branching enzymes (BEs) and debranching enzymes (DBEs). However, the complexes formed by starch biosynthetic enzymes are not well characterized. Gene expression profiles and protein complexes were determined in white-core (GM645) and waxy (GM077) mutants derived from a high amylose indica rice Guangluai 4 (GLA4). In GM645, genes including AGPS1, GBSSI, SSIIa, BEI, BEIIa, BEIIb, PUL, ISA1 and SP were significantly downregulated during seed development. In GM077, the expression levels of AGPL2, AGPS1, AGPS2b, SSIIIa, BEI, PUL and ISA1 were significantly upregulated. Co-immunoprecipitation assays revealed interactions of SSs-BEs, SSs-PUL and BEs-PUL in developing seeds. However, weak SSI-SSIIa interaction was detected in GM077, whilst SSI-PUL interaction was absent. Weak interaction signals for SSI-SSIIa, SSIIa-BEI, SSIIa-BEIIb, BEI-BEIIb and SSI-BEI were also observed in GM645. These results suggest that the protein-protein interactions for starch biosynthesis are modified in mutants, which provides insight into the mechanisms of starch biosynthesis, particularly in indica rice.     

水稻灌浆过程中籽粒淀粉合成关键酶活性与蒸煮食味品质

选用稻米蒸煮食味品质有显著差异的4个粳稻品种,对水稻籽粒灌浆过程中淀粉合成关键酶的活性变化及其与蒸煮食味品质关系进行了研究。 不同品质类型的品种间籽粒直链淀粉和支链淀粉含量在灌浆前、中后期表现出差异,这种差异主要表现在灌浆不同时期淀粉积累速率上。籽粒灌浆过程中,不同品质类型的品种中ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性出现峰值的时间无差异,但淀粉分支酶活性出现峰值的时间,劣质品种明显早于优质品种,而且优质品种灌浆中、后期仍然保持较高水平的酶活性。ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶的活性与直链淀粉含量、支链淀粉含量、味度值、RVA谱特性间的相关性和程度因灌浆时期不同而发生变化。在整个灌浆过程中,可溶性淀粉合成酶活性与味度值间的相关均不显著,但灌浆前期和中、后期的ADPG焦磷酸化酶和淀粉分支酶的活性与味度值间呈显著或极显著相关。选择灌浆前期酶活性低或灌浆后期酶活性高的材料,将有利于提高稻米蒸煮食味品质。