sh-2甜玉米F2籽粒营养品质遗传特点、杂种优势及其亲子回归关系分析

研究了25个sh-2甜玉米自交系及其组配的15个sh-2型F_2籽粒的5个品质性状的遗传特点、杂种优势、亲子回归关系．结果表明,亲本间,除籽粒还原糖含量外,可溶性总糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白含量是否存在显著差异,对F_2籽粒品质有明显影响．F_2籽粒可溶性总糖、还原糖、淀粉、可溶性蛋白含量近低亲遗传,而蔗糖含量近高亲遗传．杂种F_2籽粒可溶性总糖、淀粉、可溶性蛋白含量普遍介于双亲之间,杂种优势不强;还原糖含量普遍表现为低亲,没有超亲优势;蔗糖含量以超亲为主,有明显杂种优势．亲本对F_2杂交籽粒可溶性总糖、还原糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白含量均表现为正效应;除还原糖品质外,其他品质性状受父本的影响较大．研究表明,了解sh-2甜玉米亲本营养品质性状,能很好的预测其F_2籽粒营养品质性状,使育种更有目的性．     

不同海拔‘凤丹'牡丹籽粒油脂品质形成及代谢相关基因差异表达

通过对洛阳地区海拔100、650和1010 m‘凤丹'牡丹籽粒发育过程中形态指标、营养成分和关键基因的表达分析,研究了不同海拔条件下‘凤丹'牡丹籽粒产量性状变化和可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白质与脂肪酸间的转化规律,以及相关酶活性和油脂代谢关键基因差异表达。结果表明: ‘凤丹'牡丹单果籽粒产量性状随海拔的升高而升高,且高海拔‘凤丹'籽粒生长期长于低、中海拔。成熟籽粒中可溶性糖和淀粉含量随海拔的升高而增加,可溶性蛋白质和粗脂肪含量差异不显著。籽粒发育过程中蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性呈现先降后升的趋势,花后90 d活性最低;丙酮酸脱氢酶(PDH)、谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)活性均在花后50～90 d快速增加,花后90 d达到最大值。牡丹籽粒中乙酰CoA羧化酶基因(ACCase)和硬脂酰ACP脱氢酶基因(SAD)相对表达量在花后50 d达到最大值,而ω-6脂肪酸去饱和酶2(FAD2)相对表达量在花后90 d达到最大值。籽粒发育过程中可溶性糖和淀粉与蛋白质和粗脂肪的积累呈负相关;SPS活性与可溶性糖和淀粉呈正相关,与可溶性蛋白质和粗脂肪呈极显著负相关;GPT、GOT与可溶性糖呈负相关,与淀粉呈极显著负相关,与可溶性蛋白质和粗脂肪呈极显著正相关;PDH与可溶性蛋白质、GPT、GOT呈正相关,与可溶性糖呈负相关,与淀粉呈极显著负相关。表明牡丹籽粒发育过程中养分积累是由糖类向粗脂肪和蛋白质的方向转化,SPS、PDH、GPT、GOT等在此过程中起重要作用。籽油中的棕榈酸、硬脂酸和亚油酸与亚麻酸相对增量呈负相关,说明牡丹籽油中脂肪酸去饱和过程是向亚麻酸合成的方向进行。ACCase、SAD和FAD2相对表达量与亚麻酸的相对增量呈正相关,均在亚麻酸合成过程中起重要作用。不同海拔条件下牡丹籽粒油脂品质相对稳定,籽粒生产性能随海拔的升高而升高,故在洛阳中高海拔地区种植油用牡丹是边际土地高效利用的重要策略。     

玉米种子发育过程中直链淀粉积累规律的分析

淀粉是玉米种子的主要组成成分,它包括直链淀粉和支链淀粉。支链淀粉的合成需要淀粉合成酶、分支酶和脱支酶的共同作用,而直链淀粉的合成则是在颗粒结合型淀粉合成酶的作用下进行的。颗粒结合型淀粉合成酶基因的突变造成玉米种子的腊质（糯性）表型。与支链淀粉合成的分子机制的研究相比,目前对玉米种子中直链淀粉合成的分子机制了解相对较少。以野生型黄早4玉米自交系和突变体糯玉米为实验材料,研究了种子不同发育时期直链淀粉的积累规律。通过碘染色的方法,观察了玉米种子发育过程中淀粉积累的形态变化。定量分析表明,从授粉后10d至25d,黄早4种子中直链淀粉的含量逐渐增加,同时颗粒结合型淀粉合成酶（GBSS）的活性逐渐提高;而在糯玉米中,直链淀粉和GBSS活性均未检测到。进而,通过RT-PCR方法,从黄早4种子中分离出编码GBSSI的cDNA片段。在授粉后10d至25d的玉米胚乳中均可检测到GBSSI的表达,而在胚中直到授粉后25d才检测到该基因表达的微弱信号。在糯玉米种子中没有检测到该基因的表达。研究结果表明,在玉米种子发育过程中,GBSSI基因的表达通过控制GBSS的合成,最终控制直链淀粉的合成。研究工作为理解玉米种子中直链淀粉合成的分子机制提供了重要信息。     

玉米灌浆期水分差异供应对籽粒淀粉积累及其酶活性的影响

利用普通玉米(Zay mays)‘掖单22’和高油玉米‘高油115’,研究了灌浆期水分差异供应对籽粒淀粉及其组分积累、相关酶活性动态变化的影响。结果表明,两种类型玉米淀粉积累和酶活性动态变化趋势基本一致,但对水分的反应有差异。缺水提高了‘掖单22’籽粒中淀粉、支链淀粉含量,而直链淀粉含量下降,‘高油115’则是籽粒中的淀粉含量、支链淀粉和直链淀粉含量提高;充分供水使淀粉及其组分产量提高;叶片中蔗糖合成酶(SS)、磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性随水分供应水平而提高,尤其在授粉后10~30 d增幅更加明显。充分供水明显提高籽粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG-PPase)、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDPG-PPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉粒结合淀粉合成酶(GBSS)活性,缺水使籽粒中酶活性下降较早且迅速;SPS、ADPG-PPase、SSS酶活性对缺水反应比较敏感。     

玉米AGO基因在籽粒发育过程中的表达分析

以玉米自交系‘昌7-2’授粉后4个时间点(授粉后7、10、14和20d)的籽粒总RNA为研究对象,采用实时荧光定量PCR技术,对玉米中5个Argonaute(AGO)蛋白家族基因(AGO1、AGO2、AGO4、AGO10和AGO18)在籽粒不同发育时期的表达谱进行了研究。结果表明:AGO1和AGO2在籽粒发育过程中呈现一致的表达趋势,在授粉后7d的籽粒中表达量最高,从授粉后7d到20d呈持续下降的趋势。AGO4、AGO10和AGO18具有一致的表达趋势,均呈现先下降后上升的趋势,在授粉后10d的籽粒中表达量最低。结合实验室前期获得的miRNA在玉米籽粒不同发育阶段的表达谱,发现不同AGO家族基因可协助其靶标miRNA参与玉米籽粒发育调控。     

sh-2超甜玉米乳熟期籽粒重量和碳水化合物变化及与温度降雨量的回归分析

采用夏季不同播期,研究了sh-2型超甜玉米乳熟期籽粒重量和碳水化合物的变化,用多重回归分析方法对气温、降雨量与籽粒重量、碳水化合物含量的关系进行了分析．结果表明,两个播期的可溶性总糖、果糖、蔗糖含量变化趋势有明显差异．夏季早播,提高了乳熟期籽粒鲜重和干重,灌浆速率,可溶性总糖和淀粉含量．说明夏季早播有利于提高甜玉米的独特甜风味和产量构成．移栽-收获期的T（温差）、K（有效积温）和RF（降雨量）是影响乳熟期籽粒鲜重和干重及可溶性总糖、果糖、蔗糖、淀粉含量的主要因子,K、RF表现正相关效应;在授粉-收获期,K是影响的主要因子,K与籽粒鲜重和干重及果糖、淀粉含量呈正相关,与籽粒蔗糖含量呈负相关．     

小麦开花后旗叶中蔗糖合成与籽粒中蔗糖降解

在小麦开花后,旗叶中蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性在开花后14d内一直维持较高水平,蔗糖合成酶（SS）的活性在开花后14-28d较高,蔗糖的含量与SPS活性呈显著正相关,籽粒中蔗糖合成酶（SS）在开花后28d内一直维持较高的活性;与此相对应,籽粒蔗糖的含量在开花后28d内呈明显的下降趋势。而旗叶和籽粒中SS活性均与籽粒淀粉的积累速率呈极显著正相关。     

结实期土壤水分亏缺影响水稻籽粒灌浆的生理原因

通过分析结实期土壤水分亏缺对水稻(Oryza sativa)籽粒中蔗糖向淀粉合成的生理代谢中关键酶活性及籽粒灌浆的调节作用, 探讨土壤水分亏缺影响水稻籽粒灌浆的生理机制。结果表明, 适度土壤水分亏缺诱导了灌浆高峰期(花后15-20天)水稻籽粒中蔗糖合成酶、腺苷二磷酶葡萄糖焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶及淀粉分支酶活性的增加, 提高了籽粒灌浆中前期(花后10-20天)籽粒中淀粉积累速率和籽粒灌浆速率。但在灌浆后期(花后20-30天)籽粒中, 上述关键酶活性下降较快, 籽粒活跃灌浆期明显缩短, 灌浆前中期灌浆速率的增加不能完全补偿灌浆期缩短带来的同化物积累损失, 导致水分亏缺处理水稻籽粒充实不良, 结实率、籽粒重和产量显著降低。研究认为, 灌浆期土壤水分亏缺引起的灌浆后期籽粒中蔗糖向淀粉合成代谢中一些关键酶活性快速下降和籽粒内容物的供应不足是籽粒淀粉积累总量减少、粒重降低的主要生理原因。     

不同类型玉米籽粒的营养品质及其与籽粒质地的关系

测定普通玉米、爆裂玉米、糯玉米和甜玉米4种类型玉米籽粒不同发育时期的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉、可溶性糖和蛋白的含量,分析这些营养物质与角质率的关系。结果表明：灌浆期间4种类型玉米的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量呈上升趋势,总蛋白含量呈下降趋势,可溶性糖含量变化规律不明显。爆裂玉米的直链淀粉含量始终最高（4．7％-23．1％）,甜玉米（1．4％-4．6％）和糯玉米（2．3％-4．9％）的始终较低;甜玉米的支链淀粉含量一直最低（15．7％-35．5％）,除授粉10d以外,糯玉米的支链淀粉含量一直最高（65．5％-69．8％）;甜玉米总淀粉含量始终最低（17．1％36.1％）、总蛋白含量（15．2％-26．9％）和授粉30d后的可溶性糖含量最高（14．2％-17．6％）。高蛋白含量可能是爆裂玉米和甜玉米角质率高的原因,糯玉米的角质率低可能与支链淀粉含量高和蛋白积累少有关。     

不同穗型冬小麦品种蔗糖和淀粉合成中关键性酶的活性变化

灌浆期间的豫麦66和豫麦49旗叶中蔗糖磷酸合成酶(SPS)和籽粒中蔗糖合成酶(SS)活性均呈单峰曲线变化,峰值分别出现在花后20和15 d,整个灌浆期内豫麦66 SPS与SS活性均高于豫麦49;豫麦66籽粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)和淀粉分支酶(SBE)活性均呈单峰曲线变化,峰值出现在花后20 d,而可溶性淀粉合成酶(SSS)活性则呈双峰曲线变化,峰值分别出现在花后10和20 d,且第二个峰值显著高于第一个.     

糯玉米SW70和SW22是一类新的淀粉合成酶基因功能缺失多突变体

糯玉米是一类相对于粮食玉米的重要天然突变体,其淀粉合成的遗传机制复杂而又多样。以糯玉米自交系5形22、普通玉米自交系5003、SW22（♀）和5003（♂）的杂种定向选育的糯玉米自交系SW70（自交4代）为材料,研究了自交系授粉后1、2、4周时,SW22、SW70和5003籽粒中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合酶（SS）、淀粉分支酶（SBE）和淀粉去分支酶（DBE）共4个家族21个成员编码基因表达水平的变化。结果表明：1）SW22中多个淀粉合成酶编码基因的表达动态与SW70及5003中有显著差异。差异主要存在于淀粉合酶SS和淀粉去分支酶DBE基因家族：2）SW22及SW70籽粒中有明显的阢转录产物累积,但累积水平均显著低于5003籽粒中：3）SW22及SW70中颗粒结合淀粉合成酶编码基因Gbssm和异淀粉酶型去分支酶编码基因Iso2完全不表达．意味着SW22胚乳中GbssIIb基因和Iso2基因的功能完全缺失。目前,有关玉米籽粒中GbSSIIb和异淀粉酶型DBEIso2同时突变或单个基因突变均未见报道。推测淀粉合成酶基因GbssIIb和异淀粉酶型DBEIso2功能缺失以及耽功能部分缺失．共同导致了SW22和SW70籽粒中直链淀粉合成部分缺陷。     

两种穗型冬小麦籽粒淀粉积累动态及其有关酶活性变化

花后25d内,大穗型品种豫麦66籽粒中淀粉积累比多穗型品种豫麦49慢,但花后25d后情况则相反。2个品种籽粒中淀粉积累速率的变化均呈单峰曲线,豫麦49峰值出现在花后15～20d,而豫麦66峰值则出现在花后20～25d。灌浆期豫麦66和豫麦49籽粒中蔗糖合成酶(SS)活性变化呈单峰曲线,峰值分别出现在花后20d和15d,整个灌浆期内豫麦66籽粒中SS活性高于豫麦49;2个品种籽粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)和淀粉分支酶(SBE)活性变化均呈单峰曲线,峰值出现在花后20d,而可溶性淀粉合成酶(SSS)活性变化则呈双峰曲线,峰值分别出现在花后10d和20d,且第二个峰值显著高于第一个。相关分析表明,SS、AGPP、SSS和SBE是影响小麦籽粒淀粉积累的关键酶。     

shsu双隐性甜玉米F2籽粒营养品质杂种优势分析

杂种优势是一种普遍的遗传学现象.甜玉米杂种优势在各性状上有不同程度的表现,该研究采用不完全双列杂交方法按照P(P-1)/2对5个shsu双隐性甜玉米自交系组配的10个杂交组合F2籽粒的4个品质性状的遗传特点、杂种优势进行分析.结果表明:F2籽粒的4个品质性状很难同时达到理想效果,可溶性总糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白含量受双亲含量的影响较大,基本是近低亲本遗传.为能得到较高的F2籽粒可溶性总糖含量,可尽量选择具有高可溶性总糖含量的亲本;F2籽粒蔗糖、淀粉含量却受父本的影响较大.     

shsu双隐性甜玉米F2籽粒营养品质杂种优势分析

杂种优势是一种普遍的遗传学现象。甜玉米杂种优势在各性状上有不同程度的表现,该研究采用不完全双列杂交方法按照P(P-1)/2对5个shsu双隐性甜玉米自交系组配的10个杂交组合F2籽粒的4个品质性状的遗传特点、杂种优势进行分析。结果表明:F2籽粒的4个品质性状很难同时达到理想效果,可溶性总糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白含量受双亲含量的影响较大,基本是近低亲本遗传。为能得到较高的F2籽粒可溶性总糖含量,可尽量选择具有高可溶性总糖含量的亲本;F2籽粒蔗糖、淀粉含量却受父本的影响较大。     

玉米可溶性无机焦磷酸酶家族基因的克隆和表达分析

可溶性无机焦磷酸酶(Soluble inorganic pyrophosphatase)通过水解作用调节细胞质中无机焦磷酸盐(PPi,pyrophosphate)的含量使其维持在适当水平。本研究一共克隆了玉米(Zea mays L.)中7个可溶性无机焦磷酸酶基因Zm PPases,分别位于第2、4、5、6、8、10号染色体上。同源基因分子量介于22.8~25.6 kDa之间,等电点介于4.84~6.24之间。可溶性无机焦磷酸酶蛋白的二级结构主要由α螺旋和β折叠构成。系统进化分析表明可溶性无机焦磷酸酶基因在玉米、水稻(Oryza sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)和拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)物种中可以分为3组。亚细胞定位进一步揭示了玉米可溶性无机焦磷酸酶在细胞膜和细胞核中表达。此外,在不同非生物胁迫(盐和干旱)下Zm PPases基因表现出不同的应激反应,除了Zm PPase2.1(Zm00001d051564)在盐胁迫下表达下调,其余Zm PPases在盐和干旱胁迫下均表达上调。本研究通过对Zm PPases家族成员序列及表达进行全面分析,为进一步探讨Zm PPases的基因功能提供理论基础。     

蓖麻种子油脂累积与可溶性糖变化的关系

通过高效液相色谱、RNA-seq测序和放射性碳同位素示踪等技术研究了蓖麻种子发育过程中可溶性糖代谢与油脂累积过程的关系。结果表明,蓖麻种子可溶性糖主要由葡萄糖、果糖和蔗糖构成。随着种子发育和油脂累积,可溶性糖含量呈现明显的下降趋势。其中蔗糖含量变化与油脂累积存在极显著的负相关性(r=0.980)。在种子发育早期,己糖/蔗糖比值较高,糖代谢相关基因大量表达,其中蔗糖合成酶在蔗糖代谢过程中起关键性作用;而在发育中后期,随着种子油脂快速累积,己糖/蔗糖比值和糖代谢水平下降,参与糖代谢的相关基因表达量下调,而脂肪酸合成与油脂累积相关基因表达量明显升高。通过14C蔗糖同位素示踪实验证实:降低种子蔗糖摄入量可以显著抑制糖类向油脂转化,限制蓖麻种子油脂累积。因此,可溶性糖代谢(主要是蔗糖)在蓖麻种子油脂累积过程中具有重要作用。     

菊芋蔗糖代谢相关产物与关键酶基因对高温的响应

蔗糖是一类重要的碳水化合物,其代谢与植物生长发育及抵抗胁迫等有密切的关系。蔗糖合成酶(SUS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)与蔗糖转化酶(INV)是参与蔗糖代谢的三类关键酶。本研究依据转录组测序数据,从能源植物菊芋中鉴定了2个SUS、2个SPS和7个INV基因(GenBank No:MK386943-53)。生物信息学分析表明,菊芋SUS、SPS和INV的氨基酸序列与其他物种具有较高的相似性,均属于亲水性蛋白。在25、30°C处理10、15、20 d的菊芋幼苗叶片中,这三种基因家族成员呈现不同的表达模式;除可溶性总糖含量减少外,果糖、蔗糖、蔗果三糖等含量没有发生明显变化。表明高温下幼苗蔗糖代谢关键酶基因发生了响应,蔗糖代谢处于平衡状态,显示了菊芋对高温的良好耐受性。     

硫营养对小麦籽粒淀粉合成及相关酶活性的影响

在田间条件下,研究了施硫对小麦籽粒淀粉合成及相关酶活性的影响.结果表明:在0～20 cm土层土壤有效硫含量为5.84 mg/kg的地块上施硫不仅提高了小麦籽粒中蔗糖的含量,而且催化蔗糖降解代谢的蔗糖合成酶(SS)活性提高,利于籽粒蔗糖的降解.施硫显著提高了灌浆期间籽粒可溶性淀粉合成酶(SSS)活性,并使腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)和束缚态淀粉合成酶(GBSS)活性在灌浆中、后期维持在较高水平,对直链和支链淀粉的合成都起促进作用, 使总淀粉积累增加,千粒重提高,产量增加.     

花后高温对不同耐热性小麦品种籽粒淀粉形成的影响

以耐热性不同的2个小麦品种济麦20和鲁麦21为材料,分别于花后5～9d（T1）和15～19d（T2）进行高温处理,研究了小麦花后不同阶段高温对籽粒淀粉积累、淀粉粒分布及相关酶活性的影响。结果表明,花后高温显著降低籽粒淀粉积累量;显著降低籽粒淀粉及支链淀粉含量,但提高直链淀粉含量、直／支链淀粉比例。处理间比较,他处理对籽粒淀粉积累的影响程度较T1处理大。品种间比较,高温对济麦20的影响程度较鲁麦21大。高温使A型淀粉粒的体积、数量和表面积比例显著增加,B型淀粉粒的体积、数量和表面积比例显著降低。T1处理后,两品种籽粒蔗糖含量、蔗糖合酶（SS）和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPP）、可溶性淀粉合酶（SSS）、束缚态淀粉合酶（GBSS）和淀粉分支酶（SBE）活性均略高于对照;但济麦20、鲁麦21上述指标分别于花后15、20d开始低于对照。他处理后,两品种籽粒蔗糖含量、SS、AGPP、SSS、GBSS和SBE活性显著低于对照,济麦20上述指标的降幅较鲁麦21大。与其它淀粉合成相关酶相比,高温对籽粒GBSS活性的影响程度较小。两品种处理间籽粒蔗糖含量、SS、AGPP、SSS、GBSS及SBE活性的变化趋势,与淀粉积累量的变化趋势基本一致。说明灌浆期高温使籽粒淀粉积累量降低,一方面是由于籽粒蔗糖供应较低引起糖源不足;另一方面则是由于灌浆中后期淀粉合成相关酶活性下降使淀粉合成受抑所致。     

花后土壤水分状况对小麦籽粒淀粉和蛋白质积累关键调控酶活性的影响

在温室盆栽条件下,以2个不同蛋白质含量的冬小麦(Triticum aestivum L．)品种皖麦38和扬麦9为材料,研究了花后第4天开始的土壤干旱(SRWC=45％～50％)和渍水对籽粒蛋白质和淀粉积累关键调控酶活性的影响。小麦叶片和籽粒的测定结果均表明,小麦源库器官中籽粒蛋白质和淀粉积累的关键调控酶活性变化趋势在2个品种间基本一致。与对照(SRWC=75％～80％)相比,干旱和渍水均明显降低了花后旗叶中蔗糖含量和磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性,而氨基酸含量和谷氨酰胺合成酶(GS)活性略有下降。干旱和渍水均降低了籽粒库蔗糖合成酶(SS)和结合态淀粉合成酶(GBSS)活性,可溶性淀粉合成酶(SSS)活性降低尤甚。其中干旱处理下SS的下降比渍水更为明显。与对照相比,渍水明显降低了籽粒谷丙转氨酶(GPT)和GS活性,而干旱的影响较小。相关性分析结果表明籽粒淀粉产量和含量与SPS,SSS和GBSS活性的关系比与SS活性的关系更为密切,籽粒蛋白质产量和含量与叶中GS和籽粒中GPT活性的关系比与籽粒中GS关系活性更为密切。这些结果表明小麦源库器官中调控籽粒蛋白质和淀粉积累的关键酶活性变化是花后不同水分状况影响籽粒淀粉和蛋白质特性的重要因素。