灌浆期高温对水稻光合特性、内源激素和稻米品质的影响

以2个籼稻品种:温度钝感型品种K30和温度敏感型品种R21为材料,利用人工气候室控温,在水稻灌浆期设置高温(日均温度34.9℃)和适温(日均温度28.0℃)处理,测定不同灌浆时期(5,10,15,20,25d和30d)光合特性、内源激素含量及稻米品质的变化。结果表明,高温增强了K30的光合能力,K30高温处理净光合速率(Pn)在整个灌浆期都明显高于对照;R21在灌浆前期(5、10d和15d)高温处理与适温处理Pn差异不明显,在灌浆后期(20、25d和30d)高温处理Pn下降。高温增加了K30叶片和籽粒脱落酸(ABA)含量;而R21高温处理和适温处理叶片与籽粒ABA含量的对比不明显。高温处理对两个水稻品种叶片和籽粒赤霉素(GA3)与生长素(IAA)含量也有不同程度影响。高温胁迫降低稻米品质,但K30比R21表现出更强的温度钝感特性。     

温度对不同类型早籼稻灌浆期间直链淀粉、蛋白质积累的影响

高温条件下早籼稻籽粒直链淀粉积累速率快,持续时间短;蛋白质含量高;灌浆前期谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性高,开花11d后迅速下降．适温条件下籽粒直链淀粉积累速率慢,持续时间长;蛋白质含量低;谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性变化缓慢,3个不同类型品种中适合作米粉的湘早籼33号直链淀粉含量最高,饲料稻湘早籼24号蛋白质含量最高．高温有助于湘早籼33号直链淀粉含量和湘早籼24号蛋白质含量的提高。     

灌浆期高温和水分逆境对冬小麦籽粒蛋白质和淀粉含量的影响

灌浆期高温和水分逆境是影响小麦籽粒产量和品质的关键气候因子。以扬麦9号、徐州26和豫麦34三个小麦品种为材料,利用人工气候室模拟灌浆期高温和水分胁迫环境,研究了花后高温及温度和水分互作对小麦籽粒蛋白质和淀粉形成的影响。结果表明,高温显著提高了小麦籽粒蛋白质含量及清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量,但降低了谷蛋白含量,导致麦谷蛋白／醇溶蛋白比值降低。高温显著降低了籽粒总淀粉和支链淀粉含量及支／直比。籽粒蛋白质和淀粉及其组分形成所需的适宜昼夜温差随小麦品质类型而异,但温度水平对籽粒蛋白质和淀粉的影响较温差大。在高温和水分逆境下,温度对籽粒蛋白质和淀粉含量的影响较水分逆境大,且存在显著的互作效应。小麦籽粒蛋白质含量均表现为干旱〉对照〉渍水,以高温干旱最高,适温渍水最低;淀粉含量为对照〉干旱〉渍水,以适温对照最高,而高温渍水最低。高温和水分逆境显著提高了籽粒醇溶蛋白含量而降低了谷蛋白含量及支链淀粉含量,使蛋白质谷／醇比和淀粉支／直比降低,以高温渍水对籽粒蛋白质和淀粉组分的影响最为显著。不同品种之间,高蛋白小麦籽粒蛋白质和组分的形成受高温和水分逆境的影响更大,而低蛋白品种籽粒淀粉形成显著受温度和水分逆境的调节。分析表明,在高温和水分逆境下籽粒蛋白质含量与清蛋白和醇溶蛋白显著正相关,籽粒淀粉含量与谷蛋白、支链淀粉含量及支／直比显著正相关。     

灌浆期高温对冬小麦籽粒氨基酸含量和组成的影响

以强筋小麦品种郑麦366和中筋小麦品种洛旱2号为材料,采用盆栽和人工气候室模拟的方法,研究了花后不同时段(灌浆前期即花后5 d,灌浆中期即花后15 d)和持续时间(处理2 d和4 d)的高温胁迫对籽粒氨基酸含量和积累量(以单粒中氨基酸含量表示)的影响。结果显示:(1)高温胁迫显著增加了小麦籽粒中必需氨基酸(EAA)、非必需氨基酸(NAA)和总氨基酸(TAA)含量,但降低了其积累量和EAA/TAA,2品种表现一致;(2)灌浆前期高温胁迫对2品种籽粒氨基酸含量的影响大于灌浆中期,而对氨基酸积累量的影响则相反;(3)高温持续时间对籽粒氨基酸含量的影响在2品种间存在差异,洛旱2号籽粒赖氨酸、EAA、NAA和TAA含量均随高温持续时间的延长显著增加,而郑麦366籽粒中上述指标仅在高温胁迫4 d下较对照增加显著;(4)从受高温胁迫的影响看,籽粒EAA/TAA对高温时段更敏感,而氨基酸含量表现为更易受高温持续时间的影响;(5)高温时段与持续时间的互作效应体现在:灌浆前期籽粒氨基酸积累量2品种均以高温胁迫4 d的影响最大,而灌浆中期则均以高温2 d的降幅最大。上述结果表明,小麦籽粒氨基酸及其组分对高温胁迫的响应不仅在品种间存在差异,且受高温时段和持续时间的影响。     

小麦籽粒发育及淀粉晶体特性对花后高温胁迫的响应

选用2个品质类型和成熟期不同的新疆主栽小麦品种‘新春11号’和‘新春39号’,分别进行花后灌浆早期高温(花后5~8d,32℃,T_1)和中期高温(花后15~18d,38℃,T_2)处理,分析花后高温对小麦籽粒发育及淀粉晶体的影响。结果显示:(1)T_1处理明显降低了两品种籽粒长度和粒重,而T_2处理显著影响籽粒宽度和厚度;高温处理虽然降低了籽粒灌浆速率,但两品种灌浆最大峰值出现时间均在花后18d。(2)T_1处理对小麦籽粒A型淀粉粒形态的影响较大,中熟品种‘新春11号’的A型淀粉粒表面在花后10d时可观察到微孔,在花后15~20d时其粒径明显小于同期对照,在花后20~25d时淀粉粒表面压痕增多且A、B型淀粉粒表面出现明显缢缩;而早熟品种‘新春39号’淀粉粒形态和粒径大小受花后高温的影响相对较小。(3)两品种在不同高温处理下,其淀粉粒晶体特性衍射峰出现的位置相同,但淀粉粒的尖峰强度不同,表明高温胁迫不影响淀粉粒的晶体类型,但可能改变了淀粉粒内部的层状结构。研究表明,花后早期高温不仅对小麦籽粒外部形态有较大的影响,同时也影响到籽粒内部淀粉粒的形态和晶体的特性。     

生育前期遮光对水稻灌浆期剑叶生理特性及籽粒生长的影响

通过盆栽试验研究了生育前期（插秧至孕穗期）遮光对水稻分蘖、灌浆期剑叶生理特性、籽粒生长、产量及其构成因素的影响.结果表明：前期遮光使水稻分蘖数明显降低（降低26.72%）,齐穗期与成熟期发生延迟;遮光结束后,水稻灌浆期剑叶叶面积、可溶性糖含量分别比对照增加了33.86%和30.23%;每穗实粒数、千粒重、籽粒终极生长量、最大灌浆速率、平均灌浆速率分别比对照降低了8.65%、4.81%、9.74%、20.22%和19.13%;有效穗数与产量分别降低了25.26%和39.56%,差异显著;灌浆速率峰值的出现时间提前了1.66 d,实际灌浆时间延长了6.80 d.与弱耐荫水稻品种相比,耐荫品种灌浆前中期的剑叶叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)含量增加,灌浆期的剑叶叶面积增加幅度大,蛋白氮、可溶性糖含量及叶绿素 a/b升高,籽粒终极生长量及千粒重接近对照,减产幅度相对较低.     

高温对杂交水稻籽粒灌浆和剑叶某些生理特性的影响

以杂交籼稻特优559为材料,探讨了高温胁迫对水稻灌浆期剑叶中有关生理特性和籽粒灌浆速率的影响.结果表明:高温胁迫加速了剑叶叶绿素的丧失,使SOD活性明显降低,质膜透性和MDA含量明显增加,脯氨酸、AsA、GSH、可溶性蛋白质以及可溶性糖含量明显降低,籽粒灌浆速率和籽粒重下降.高温使灌浆期水稻叶片衰老加速、光合能力下降是其导致灌浆速率、结实率、粒重和籽粒产量降低的主要生理原因.     

灌浆前期高温和干旱胁迫对小麦籽粒蛋白质含量和氮代谢关键酶活性的影响

为探讨花后逆境胁迫影响小麦籽粒氮代谢及蛋白质合成的生理机制,采用盆栽和人工气候室模拟花后高温的方式,研究了灌浆前期短暂高温和干旱胁迫对两个不同品质类型小麦品种籽粒蛋白质含量、组分及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷丙转氨酶(GPT)活性的影响。结果表明,灌浆前期高温、干旱及其复合胁迫均显著提高两品种籽粒蛋白质及组分含量,但降低谷/醇比。逆境胁迫使蛋白质积累量和粒重显著下降,其中高温处理使两品种蛋白质产量分别下降20.7%和12.4%,粒重下降23.2%和24.0%;干旱胁迫使两品种蛋白质产量分别下降16.2%和11.9%,粒重下降18.0%和16.0%;复合胁迫使两品种蛋白质产量分别下降26.1%和15.8%,粒重下降29.9%和28.9%。高温、干旱及其复合胁迫下两品种籽粒氮代谢关键酶活性升高。花后8,17,23,29 d的GS活性和花后11,17 d的GPT活性与蛋白质含量呈显著或极显著正相关,花后23,35 d的GS和花后8,17,23 d的GPT活性与蛋白质产量呈显著或极显著负相关,花后8,17,23,29,35 d的GS和花后8,11,17,23 d的GPT活性与籽粒产量呈显著或极显著负相关。试验条件下,高温处理对籽粒蛋白质合成的影响大于干旱胁迫,二者具有叠加效应,强筋小麦品种郑麦366受逆境胁迫的影响较大。     

灌浆期不同阶段遮光对小麦籽粒蛋白质组分含量和加工品质的影响

选用强筋小麦济麦20、中筋小麦泰山23和弱筋小麦宁麦9号3个小麦品种,设置了灌浆期不同阶段遮光处理:开花后不遮光(S0)、0～11 d遮光(S1)、12 ～23 d遮光(S2)、24～35 d遮光(S3),研究了其对不同小麦品种籽粒蛋白质组分含量和加工品质的影响.结果表明:3个小麦品种的籽粒清蛋白+球蛋白含量遮光处理间无显著差异;遮光均显著提高了济麦20和泰山23的高分子量谷蛋白亚基、低分子量谷蛋白亚基、谷蛋白、醇溶蛋白和总蛋白含量,其中灌浆中期遮光(S2)处理提高幅度高于其他处理;灌浆中期(S2)和后期(S3)遮光处理显著提高了宁麦9号各蛋白质组分含量.遮光显著降低了小麦籽粒产量,提高了籽粒面团形成时间、面团稳定时间和沉降值,其中灌浆中期遮光处理更为显著,表明籽粒品质的形成与灌浆中期的光照条件更为密切.总体上灌浆期遮光对3个小麦品种籽粒产量、蛋白质组分含量及加工品质指标的调节幅度为济麦20＞泰山23＞宁麦9号.     

小麦产量与品质对灌浆不同阶段高温胁迫的响应

利用人工环境控制室对盆栽冬小麦 (品种 :‘济南 17’和‘鲁麦 2 1’) (Triticumaestivumcv.‘Ji′nan17’and‘Lumai2 1’) 分别在子粒灌浆前期、中期和后期进行了 2 5℃ / 35℃ (夜 /昼 ) 的高温胁迫处理, 以生长在 2 0℃ / 30℃ (夜 /昼 ) 环境中的小麦为对照, 研究了灌浆期不同阶段高温胁迫对小麦产量和品质的影响。结果发现 :1) 子粒蛋白质积累速率在高温处理期间显著提高 (p<0.0 5 ), 但高值持续期缩短, 并最终造成植株氮素积累量减少, 氮素收获指数降低 (p <0.0 5 ) 。 2 ) 小麦蛋白质的组成和品质对不同灌浆阶段的响应存在显著差异, 前期高温胁迫导致麦谷蛋白 /醇溶蛋白的比值以及麦谷蛋白大聚合体 (GMP) 含量增加, 标志蛋白质和淀粉品质的湿面筋含量升高、沉降值增加、膨胀势和高峰粘度等指标也显著提高 ;灌浆中期高温却导致上述指标降低 ;灌浆后期高温在造成粒重减小、产量降低和淀粉品质下降的同时, 却有利于蛋白质含量的提高。 3) 小麦淀粉积累的形成与蛋白质品质的形成是两个既相互联系又相互独立的过程, 高温条件下子粒蛋白质含量的升高是淀粉积累量减少造成的。     

外源硅对花期高温胁迫下杂交水稻授粉结实特性的影响

以杂交中熟籼稻品种金优63、汕优63为供试材料,采用盆栽试验,在水稻生长前期连续喷施3次硅酸钠(Na₂SiO₃·9H₂O),于人工气候箱内在水稻开花期进行常温(日均温26.6 ℃,日最高温度29.4 ℃)和高温(日均温33.2 ℃,日最高温度40.1 ℃)处理5 d,研究施硅在花期高温胁迫下对杂交水稻剑叶叶绿素含量、光合性能、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、花粉活力、花药酸性转化酶活性、柱头授粉性能和结实率等的影响.结果表明: 与对照相比,施硅可显著提高高温胁迫下水稻剑叶叶绿素含量,提高净光合速率和气孔导度,减少胞间CO₂浓度,增强叶片光合作用,减少MDA含量,提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性;提高花药中可溶性酸性转化酶活性和花粉活力,增加花粉囊基部裂口宽度,提高水稻每柱头上授粉总数、萌发数、花粉萌发率和萌发数大于10粒者所占的比例,降低花粉总数小于20粒者所占的比例;使金优63、汕优63结实率的降低分别减轻13.4%、14.1%.因此,在水稻生长前期喷施外源硅,可减轻水稻在开花期结实率的降低,提高杂交水稻的抗热性.     

土壤水分对强筋小麦‘豫麦34’氮素同化酶活性和籽粒品质的影响

 以强筋型小麦(Triticum aestivum)品种‘豫麦34号’为材料,采用盆栽方法研究了土壤水分对氮素同化酶活性及籽粒品质的影响。结果表明：旗叶硝酸还原酶（NR）活性于花后呈下降趋势,且土壤含水量为田间持水量（FC）60%的处理活性最强,其次为40%FC,活性最低的是80%FC。旗叶和籽粒中谷氨酰胺合成酶（GS）活性于开花15 d前均呈下降趋势,15 d后均为上升趋势,各水分处理间酶活性大小关系是：80%FC＞60%FC＞40%FC。各水分处理间旗叶和籽粒谷氨酸合成酶（GOGAT）活性的大小关系同GS。60%FC籽粒产量及品质最优,80%FC产量次之,40%FC产量最低;40%FC品质次之,80%FC品质最低。不同水分处理下籽粒蛋白质含量与叶片NR、GS 和籽粒GOGAT活性均呈正相关,与旗叶GOGAT活性呈负相关。且40%FC和80%FC下籽粒蛋白质含量只与旗叶GS活性相关性达显著水平, 60%FC下蛋白质含量则与旗叶NR和籽粒GS活性均达显著相关,与旗叶GS活性达极显著相关。     

NaCl对水稻谷氨酸合酶和谷氨酸脱氢酶的胁迫作用

在ＮａＣｌ的胁迫下,水稻幼苗根和叶的谷氨酸合酶和谷氨酸脱氢酶的活性随着营养液中的ＮａＣｌ浓度的升高而降低;游离ＮＨ４＾＋在叶中积累,在根中未见明显变化。与根相比,叶对ＮａＣｌ的胁迫作用更为敏感。叶的ＮＡＤＨ－ＧＯＧＡＴ和ＮＡＤＨ－ＧＤＨ活性在ＮａＣｌ胁迫降低的程度明显大于根。无论是否有ＮａＣｌ存在,根的ＮＡＤＨ－ＧＤＨ活性明显高于叶。ＧＳ／ＧＤＨ比值分析提示,对对照下,根中的ＮＨ４＾存在,根的ＮＡ     

Critical Yield Factors for Achieving High Grain Yield in Early-Season Rice Grown under Mechanical Transplanting Conditions

Double-season rice cropping systems occupy a large portion of the rice production area in southern China. Because the problem of insufficient labor, mechanical transplanting (in contrast to the manual transplanting) was become more attractive in double-season rice system. However, the decisive yield factors which resulting in high grain yield of early-season rice are unclear under mechanical-transplanted conditions. In present study, the field experiments were conducted in the early season in 2017 and repeated in 2018 in Santang Town, Hunan Province, China. Ten early season rice cultivars (Zhuliangyou 819, Lingliangyou 268, Lingliangyou 104, Luliangyou 996, Xiangzaoxian 24, Xiangzaoxian 32, Xiangzaoxian 45, Xiangzaoxian 42, Zhongjiazao 17, and Zhongzao 39) were used as materials in this study. The difference in grain yield and closelyrelated agronomic and physiological traits of ten tested cultivars were compared. The range of yields (t ha^–1 at 86% dry matter) in 2017 was 6.2 to 8.7 (mean 7.8) and in 2018 was 6.5 to 8.4 (mean 7.8). Grain weight and pre-heading biomass accumulation had potent significant positive correlations with the grain yield. The greater pre-heading biomass accumulation was major attributed to higher apparent radiation use efficiency. Our results suggested that early-season rice cultivars to achieve the high grain yield in mechanical-transplanted conditions depends on apparent radiation use efficiency in the pre-heading period and higher grain weight.     

野生稻高产QTL高效表达的光合生理基础

以携带野生稻高产QTL的晚稻新恢复系远恢611所配部分强优势组合为材料,对其部分光合生理指标进行测定的结果表明,远恢611系列组合杂种优势强,穗大粒多,库容量大,具有超高产潜力;后期上面3片功能叶宽大、直立、叶面积大,与茎秆夹角小,不披垂;比叶重大而稳定,不早衰;剑叶净光合速率高,库很大且源较足是远恢611系列组合高产的主要生理原因;也可能是野生稻高产QTL高效表达的重要生理基础。     

High content of cytosolic glutamine synthetase does not accompany a high activity of the enzyme in rice (Oryza sativa) leaves of indica cultivars

Reproductive stages of 5 japonica, 9 indica, and 2 javanica cultivars of rice ( Oryza sativa L.) were provided to compare the contents of protein for cytosolic glutamine synthetase (GS1; EC 6.3.1.2) in the lowest position of the attached leaf blade (position 6 from the primary leaf) and those for NADH-glutamate synthase (NADH-GOGAT; EC 1.4.1.14) in non-green portion of the expanding 10th leaf blade. Some of the indica cultivars, including Kasalath, contained GS1 protein twice as high as other japonica and javanica cultivars based on total leaf nitrogen. Most of the indica cultivars, on the other hand, contained less NADH-GOGAT protein than japonica and javanica cultivars. Immunostaining proved that GS1 protein was located in vascular tissues of the leaf blades of Kasalath, which was identical to our previous results with a japonica cultivar [Sakurai et al. (1996) Planta 200: 306–311]. Although relative contents of GS1 protein in the leaf blade of Kasalath increased as a function of leaf age, GS1 activity remained relatively constant. In addition, Kasalath showed lower activity than other japonica and javanica cultivars, especially during leaf expansion. GS1 activity, based on GS1 protein amount, changed during the life span of the leaf blade and we thus assume that GS1 activity was modulated post-translationally in rice leaves.     

开花期低温胁迫对水稻花粉性状及剑叶理化特性的影响

以耐冷水稻品种996和冷敏感品种4628为材料,开花期在人工气候室进行7 d低温（06:00-8:00和19:00-23:00,19 ℃;08:00-10:00和16:00-19:00,21 ℃;10:00-16:00,23 ℃;23:00-06:00,17 ℃）和适温（06:00-8:00和19:00-23:00,24 ℃;08:00-10:00和16:00-19:00,26 ℃;10:00-16:00,30 ℃;23:00-06:00,22 ℃)处理,研究了低温胁迫对水稻花药开裂、花粉性状及剑叶叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白质含量、膜透性等理化特性的影响.结果表明：开花期低温胁迫导致水稻花药开裂系数、花粉萌发率显著下降,中部和下部颖花的不育花粉率增加.996的花药开裂系数和花粉萌发率显著高于4628,表明耐冷品种996在开花期低温胁迫下能保持较好的花粉散落特性和花粉萌发特性.低温胁迫下,996的剑叶可溶性蛋白质和游离脯氨酸含量及其增幅显著高于4628,而丙二醛含量和相对电导率及其增幅却显著低于4628,说明耐冷品种在低温胁迫下的保护性反应更迅速和强烈,其膜结构及功能更稳定.     

亚低温条件下外源褪黑素对甜瓜幼苗氮代谢及渗透调节物质的影响

以甜瓜品种‘羊角酥瓜’幼苗为试材,利用人工气候室进行亚低温处理(昼/夜18 ℃/ 12 ℃)6 d,研究外源褪黑素（MT）对亚低温条件下甜瓜幼苗叶片氮代谢酶\[硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)\]活性、叶片总氮、铵态氮、硝态氮和渗透调节物质含量的影响.结果表明：与对照相比,亚低温处理降低了甜瓜总氮、硝态氮及硝酸还原酶活性,增加了铵态氮含量,抑制了甜瓜幼苗的生长.外源MT可显著提高亚低温下甜瓜幼苗氮代谢酶的活性,尤其可显著提高叶片GS和GOGAT活性,从而有效降低铵态氮含量;外源MT还可以提高叶片脯氨酸、可溶性蛋白质和可溶性糖的含量,进而降低了亚低温对细胞膜的伤害,表现为甜瓜叶片相对电导率和丙二醛(MDA)含量较低.总之,在亚低温条件下,外源MT在一定程度上可通过降低甜瓜叶片铵态氮含量和促进渗透调节物质的积累,降低膜质过氧化水平,从而增加其对亚低温的适应性.     

Cellular compartmentation of ammonium assimilation in rice and barley

This review describes immunolocalization studies of the tissue and cellular location of glutamine synthetase (GS; EC 6.3.1.2) and glutamate synthase (Fd GOGAT; EC 1.4.7.1 and NADH-GOGAT; EC 1.4.1.14) proteins in roots and leaves of rice (Oryza sativa L.) and barley (Hordeum vulgare L.). In rice, cytosolic GS (GS1) protein was distributed homogeneously through all cells of the root. NADH GOGAT protein was strongly induced and its cellular location altered by ammonium treatment, becoming concentrated within the epidermal and exodermal cells. Fd GOGAT protein location changed with root development, from a widespread distribution in young cells to becoming concentrated within the central cylinder as cells matured. Plastid GS protein was barely detectable in rice roots, but was the major isoform in leaves, being present in the mesophyll and parenchyma sheath cells. GS1 was specific to the vascular bundle, as was NADH GOGAT, whereas Fd GOGAT was primarily found in mesophyll cells. In barley roots, GS1 protein was found in the cortical and vascular parenchyma and its concentration was highest in N-deficient seedlings. Plastid GS protein was detected in both cortical and vascular cells, where different plastid forms, containing different concentrations of GS protein, were identified. In barley leaves, GS2 protein was detected in the mesophyll chloroplasts and GS1 was found in the mesophyll and vascular cells. N nutrition strongly influenced this distribution, with a marked increase in GS1 concentration in the vascular cells in response to nitrate and ammonium, and an increase in mesophyll GS2 concentration in nitrate-grown seedlings. Fd GOGAT protein was found in both the mesophyll and vascular plastids. These localization studies show that the GS/GOGAT cycle is highly compartmentalized at both the subcellular and cellular levels. Reasons for this compartmentation, and the roles of each isoform, are discussed.