不同CO2浓度和N肥水平对粳稻茎鞘非结构性碳水化合物含量与积累的影响

为了解CO2浓度升高和N肥水平对水稻茎鞘内非结构性碳水化合物(NSC)含量和积累量的影响,利用开顶式气室(OTC),以常规粳稻"南粳9108"为试验材料,设置3个CO2浓度水平:对照T0(背景大气)、T0+120μmol·mol-1(T1)和T0+200μmol·mol-1(T2)。在OTC内采用盆栽方式,设置3个氮(N)肥水平:10 g N·m^-2(N1)、20 g N·m^-2(N2)和30g N·m^-2(N3)。分别于水稻抽穗期、灌浆期(抽穗后20 d)和成熟期对地上部分各器官生物量、茎鞘NSC含量以及顶部四张叶片的N含量进行分析。结果表明:CO2浓度升高对抽穗期叶N含量总体无显著影响,但显著降低灌浆期N2和N3水平的叶N含量;CO2浓度升高对抽穗期茎鞘NSC含量和积累量无显著影响,抽穗期置换到高CO2浓度环境使灌浆期茎鞘NSC积累显著增加,置换到低CO2浓度环境使NSC积累显著减少。同一CO2浓度条件下,NSC含量和积累量均为N1>N2>N3,且N1处理均显著高于N3处理,CO2浓度升高和N水平的交互作用对灌浆期茎鞘NSC含量影响显著。水稻产量在不同CO2浓度水平间无显著差异,但随施氮水平的提高而增加。抽穗期与灌浆期水稻茎鞘NSC含量和积累量与茎鞘干重呈极显著正相关,与叶N含量呈极显著负相关;叶N衰减越慢,灌浆期水稻茎鞘NSC残留比(RNSC)越低;结实率和产量与RNSC呈显著负相关,RNSC越大,茎鞘NSC转移的越少,结实率和产量越低。     

小麦花后水分亏缺和复水对同化物转运和籽粒灌浆的影响

为了阐明水分亏缺对小麦花后同化物转运和籽粒灌浆的影响及其生理机制的相关变化,以盆栽小麦旱作品种‘长旱58’为材料,自花后9 d起,设置正常供水(WW)、中度干旱胁迫后复水(MD)和重度干旱胁迫后复水 (SD)3个水分处理,比较干旱胁迫后复水处理对小麦籽粒产量、产量构成因素及水分利用效率、强弱势粒灌浆动态、旗叶光合性能、茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)转运、籽粒形成关键酶活性变化等的影响。结果表明：(1)与WW相比,MD处理显著增加了小麦穗粒数和千粒重,进而提高籽粒产量、水分利用效率和小麦弱势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率,对强势粒则无显著影响,而SD处理则显著降低了穗粒数、千粒重、强弱势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率,但水分利用效率显著高于WW处理。(2)MD处理植株旗叶在小麦灌浆过程中维持了与WW基本相同的净光合速率,同时在小麦花后9~20 d时MD处理下气孔导度和蒸腾速率变化不明显,而在SD处理下气孔导度和蒸腾速率则急剧下降;另外,与WW相比,在整个灌浆期MD处理下旗叶叶绿素含量变化不显著,而SD处理下叶绿素含量呈大幅下降趋势。(3)MD处理提高了小麦弱势粒蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性;同时使灌浆中后期有较高的果聚糖水解酶(FEH)活性和较低果聚糖含量,显著增强了茎鞘同化物质转运,提高茎鞘储藏物质对粒重的贡献率。研究发现,中度水分胁迫后复水处理小麦植株具有较好的叶片性能、花后较多的茎鞘同化物向籽粒转运以及较高的弱势粒库活性,从而提高旱作小麦弱势粒灌浆速率,增加穗粒数和粒重, 进而提高籽粒产量。     

植物非结构性碳水化合物代谢及体内转运研究进展

非结构性碳水化合物(NSC)是参与植物能量代谢的主要能量物质,是维持植物自身发育及响应环境调控的重要因子,主要包括单糖、二糖、糖醇、低聚糖和淀粉等。不同NSC成员之间存在相互转化,其代谢和转化由激素和不同环境因子共同调控,其中激素是主导因子。目前NSC的测定方法主要有滴定法、比色法、酶解法、色谱法等,其中色谱法精度高,可同时进行定性和定量分析,目前应用最为广泛。NSC的转运需要糖转运蛋白参与,主要包括单糖转运蛋白(MST)、蔗糖转运蛋白(SUT)和糖外排转运蛋白(SWEET)三类,其中MST和SUT分别负责对各类单糖和蔗糖进行转运,而SWEET既可以对多种单糖进行转运,也参与了蔗糖的运输过程。本文对NSC相关的代谢、定性定量分析及转运调控等基本规律及最新研究进行了总结,以为更好地明确NSC在植物生长发育及环境调控方面的作用和调节机理提供参考。     

不同水稻品种在不同光照条件下的光合特性及干物质积累

对12个杂交水稻品种在两类生态条件下的光合特性及干物质积累进行了研究.结果表明：水稻适应环境的能力主要由其自身因素决定,品种之间存在较大差异.品种间的净光合速率和叶绿素含量差异均比生态区域间的差异更显著.产量与总干物质量和净光合速率呈显著正相关,决定系数R2分别为0.584和0.590,与茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率相关不显著.与低光强地区相比,高光强地区叶片厚度和干物质积累量增加,茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率降低.在光照充足的条件下,产量中来自于后期光合积累物质的比例较大;在光照不足的条件下,产量中来自于前期干物质积累及其转运的比例较大.     

不同水稻品种在不同光照条件下的光合特性及干物质积累

对12个杂交水稻品种在两类生态条件下的光合特性及干物质积累进行了研究.结果表明:水稻适应环境的能力主要由其自身因素决定,品种之间存在较大差异.品种间的净光合速率和叶绿素含量差异均比生态区域间的差异更显著.产量与总干物质量和净光合速率呈显著正相关,决定系数R²分别为0.584和0.590,与茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率相关不显著.与低光强地区相比,高光强地区叶片厚度和干物质积累量增加,茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率降低.在光照充足的条件下,产量中来自于后期光合积累物质的比例较大;在光照不足的条件下,产量中来自于前期干物质积累及其转运的比例较大.     

氮高效利用基因型水稻生育后期氮素分配与转运特性

选择前期筛选出的氮高效利用基因型水稻为试验材料,以低效利用基因型为对照,采用土培试验,在低氮(100 mg·kg^-1)和正常施氮(200 mg·kg^-1)下,研究了高效和低效基因型水稻生育后期不同器官的氮素分配量、转运量和转运效率差异.结果表明: 与低效基因型水稻相比,高效基因型在低氮条件下,仍能保持较高的产量和氮素利用效率,其产量为低效基因型的1.75倍,氮肥利用率高达50.9%,而低效基因型仅为36.4%.与正常施氮相比,低氮更有利于提高氮素在高效基因型穗部的分配量,穗部积累量在扬花期、灌浆期和成熟期分别增加了34.2%、2.5%和0.5%,而低效基因型在灌浆期和成熟期却分别降低了23.5%和15.6%.不同施氮水平下,氮素在高效基因型不同器官的分配比例为扬花期:叶＞茎鞘＞根＞穗,灌浆期:穗＞叶＞茎鞘＞根,成熟期:穗＞茎鞘＞叶＞根,随着生育期的推进,穗部的分配比例明显增加.在低氮和正常施氮下,高效基因型氮素转运量表现为叶＞茎鞘＞根,而低效基因型表现为茎鞘＞叶＞根;高效基因型氮素转运效率分别为60.8%、60.3%,分别为低效基因型的1.67、155倍.因此,高效基因型抽穗后叶片较高的转运效率为籽粒的灌浆结实奠定了良好基础.     

两系法杂交水稻抽穗结实期持水量和叶绿素含量的动态变化及其与籽粒产量关系研究

对25个两系法杂交水稻抽穗结实期持水量和叶绿素含量的动态变化及其与籽粒产量关系的研究表明,杂种水分持有量变化存在因组合不同而异的特点,总体上叶片和茎鞘水分持有量抽穗结实期间表现为下降趋势,穗部水分持有量表现为先升后降的特点,以抽穗后第7d,即籽粒灌浆高峰期最大;叶、茎鞘部水分持有量所占比例呈下降趋势,穗部所占比例则一直呈上升趋势,茎鞘部始终是水分的主要贮存场所;单茎植株水分总持有量抽穗后第1天多数组合表现为正向父本优势,尔后多转为负向父本优势;籽粒产量与抽穗后各期片水分持有量呈正相关,与抽穗后第1d茎鞘水分持有量呈正相关,自第7d始转为弱负相关,与抽穗后穗部水分持有量呈正相关,与抽穗后单茎植株水分总持有量呈正相关,籽粒产量与水分持有量在各器官中分配的相关和籽粒产量与各器官水分持有量的相关趋势总体一致;两系杂交稻叶绿素含量表现为先升后降的特点,以抽穗后第7天最高,与常规稻父本相比,两系杂交稻叶绿素含量各期大多数组合低于常规稻父本,且下降速度快于常规稻父本.对于两系法杂交水稻,育种上应优先考虑选择灌浆前、中期植株水分持量优势较强、叶绿素含量较高、后期茎叶物质转运优势明显的组合;栽培上应注意保证灌浆前、中期水分及营养元素,特别是氮素的供应,还要注意后期的及时控氮脱水防贪青,促进茎叶贮存物质向籽粒运转.     

直播水稻茎鞘非结构碳水化合物积累与转运的遗传剖析

为了揭示水稻（Oryza sativa）茎鞘非结构碳水化合物（nonstructural carbohydrate, NSC）积累与转运的遗传基础, 在大田直播条件下, 利用来源于Lemont/特青的重组自交系群体, 对5个相关性状进行了QTL定位。始穗期和成熟期共检测到3个茎鞘NSC含量QTL, 分别位于第1、9和12染色体上, 贡献率分别为13%、7%和7%, 增效等位基因均来自特青。检测到的2个NSC转运率QTL均位于第12染色体上, 贡献率分别为8%和14%。检测到的结实率和千粒重QTL分别为3个和4个, 3个结实率QTL的贡献率分别为9%、24%和6%, 4个千粒重QTL的贡献率分别为14%、11%、12%和13%。进一步的分析表明,来自Lemont的等位基因降低成熟期茎鞘NSC含量的同时却能提高NSC转运率、结实率和千粒重, 而来自特青的等位基因对NSC转运率和结实率均有增效作用, 这为性状间表型相关提供了重要的遗传解释。     

直播水稻茎鞘非结构碳水化合物积累与转运的遗传剖析

为了揭示水稻(Oryza sativa)茎鞘非结构碳水化合物(nonstructural carbohydrate, NSC)积累与转运的遗传基础, 在大田直播条件下, 利用来源于Lemont/特青的重组自交系群体, 对5个相关性状进行了QTL定位。始穗期和成熟期共检测到3个茎鞘NSC含量QTL, 分别位于第1、9和12染色体上, 贡献率分别为13%、7%和7%, 增效等位基因均来自特青。检测到的2个NSC转运率QTL均位于第12染色体上, 贡献率分别为8%和14%。检测到的结实率和千粒重QTL分别为3个和4个, 3个结实率QTL的贡献率分别为9%、24%和6%, 4个千粒重QTL的贡献率分别为14%、11%、12%和13%。进一步的分析表明,来自Lemont的等位基因降低成熟期茎鞘NSC含量的同时却能提高NSC转运率、结实率和千粒重, 而来自特青的等位基因对NSC转运率和结实率均有增效作用, 这为性状间表型相关提供了重要的遗传解释。     

不同生育阶段夜温升高对双季水稻物质生产与养分吸收的影响

利用2间玻璃室内夜间不同的温度条件,研究了水稻生长期间夜温升高对双季早、晚稻物质生产和养分积累的影响.结果表明:播种-幼穗分化期夜温升高增加早稻的干物质积累,而减少晚稻的干物质积累;幼穗分化期-抽穗的夜温升高对早、晚稻的干物质积累均有一定的负作用;抽穗后的夜温升高对早稻物质生产影响较小,但降低其茎鞘物质的转运,而晚稻的干物质生产和茎鞘物质的转运均提高.在早稻幼穗分化前夜温适度升高有利于提高根系活力,促进植株养分的积累,但不利于晚稻植株养分的积累;幼穗分化-抽穗期间的夜温升高均不利于早、晚稻植株的养分积累;灌浆结实期的夜温升高会造成早稻根系早衰,不利于养分吸收,但有利于保持晚稻根系较高活力,促进养分吸收.试验证明,不同生育阶段的夜温升高对双季水稻不同生育阶段的干物质生产和养分吸收的影响是不同的.     

不同水分管理下优质稻花后植株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性

以桂华占、八桂香为材料,在干湿交替灌溉、亏缺灌溉、淹水灌溉3种水分条件下,研究优质稻花后植株碳氮流转与籽粒生长及品质的相关性。结果表明:不同水分管理下,桂华占和八桂香花后碳氮流转与籽粒的生长间存在密切相关。主要表现在:(1)茎鞘和叶片干物质转运对籽粒干物质积累的贡献率为16.86%～25.68%,花后茎叶干物质运转速度和运转率与籽粒起始灌浆势呈显著甚至极显著正相关;籽粒最大灌浆速率、活跃灌浆期、持续灌浆时间与叶片干物质运转速度和运转率呈极显著正相关,与茎鞘干物质运转速度和运转率呈极显著负相关;(2)茎鞘碳同化物转运对籽粒的产量和淀粉产量的贡献率则为干湿交替灌溉>亏缺灌溉>淹水灌溉;但叶片碳同化物转运对籽粒的产量和淀粉产量的贡献率则为淹水灌溉>亏缺灌溉>干湿交替灌溉;茎叶可溶性糖积累量的减少和籽粒直链淀粉含量和积累量增加是同步的,且茎叶可溶性糖积累量快速递减期(花后3～12d)与直链淀粉含量和积累量快速递增期(花后6～12d)同步;(3)茎鞘和叶片氮素转运对籽粒氮素积累的贡献率为44.05%～117.66%,叶片总氮转运对籽粒氮素积累的贡献率大于茎鞘,茎鞘和叶片氮同化物对籽粒氮素的贡献率以淹水灌溉处理的最大,亏缺灌溉处理的次之,干湿交替灌溉处理的最小。     

属间远缘杂交水稻乳熟期间茎鞘糖类贮藏物质含量的比较

４个盆栽水稻材料乳熟期剪叶、剪穗处理均显著降低茎鞘内贮藏物质含量及器官干重;茎杆总糖含量由焉对上逐渐减少,属间远缘杂交水稻茎鞘内贮藏物质含量显著高于三系杂交组合汕优６３和常规品种圭６３０,奠定了属间远缘杂交水稻远诱１号和遗传工程冰稻１号穗大粒多组结实良好的物质基础。     

小麦非结构性碳水化合物分配对水分胁迫的生理响应

以‘西旱2号’小麦为试材,采用水分胁迫和复水处理方法,研究了小麦发育过程中不同水分胁迫下非结构性碳水化合物(NSC)在小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中的动态变化,以及籽粒中碳代谢相关酶(可溶性淀粉合成酶SSS和淀粉粒结合态合成酶GBSS)活性的变化.结果表明:不同程度水分胁迫对小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中蔗糖含量无显著影响.随水分胁迫的深入,花后12～ 18 d旗叶中淀粉含量显著增加;水分胁迫缩短了花后茎和叶鞘中淀粉的积累时间,抑制了茎中淀粉的转化和分配;而叶鞘中淀粉的积累逐渐增大,在中度水分胁迫下积累提前终止.在水分胁迫初期,各营养器官中的NSC含量为旗叶＞茎＞叶鞘;随着水分胁迫的深入,各营养器官中的NSC含量为茎＞旗叶＞叶鞘.小麦主要营养器官中NSC的分配速率及主要代谢酶的变化可能是小麦对水分胁迫的一种生理调节反应.     

应用灰色关联度分析影响两系杂交稻结实率的生理因素

采用灰色关联度分析法分析了在两系杂交水稻抽穗期喷施植物生长调节物质ALA对旗叶6个生理因素的综合影响,并对各生理因素与结实率间的灰色关联度进行了分析,所得结果如下:10-70 mg/L ALA处理的旗叶生理指标值与其最优值的关联度均比对照高,其中以30 mg/LALA处理与最优值的关联度最大．在灌浆前期,影响水稻结实率的主要生理因素是可溶性蛋白质含量和叶绿素含量,在灌浆中期、灌浆后期,影响水稻结实率的主要生理因素分别是叶绿素含量和鞘糖含量、叶面积和叶绿素含量．上述结果表明,在水稻抽穗期喷施10-70 mg/L ALA,能提高旗叶的生理活性．在水稻的整个灌浆期,叶绿素含量对水稻结实率作用最强烈,是水稻籽粒灌浆动态生理因素．     

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。     

不同海拔生境条件下水稻叶片及茎鞘氮素含量的变化

本文报道生长在不同海拔生境条件下(云南省元江、玉溪、昆明、大理、丽江)的水稻叶片及茎鞘氮素含量的变化。所获得的主要结果如下: 1.自然生境条件下,水稻叶片和茎鞘的氮素含量随着生育期的进展而变化,有一个由高到低的下降趋势。而前期低海拔地区的含量比高海拔地区的高,成熟期则是海拔越高其叶片含氮量也越高,茎鞘含氮量的情形与叶片相反。 2.穗肥施用时期不同,对叶片和茎鞘氮素含量的影响不同,在低和较低海拔地区施用时期越晚,成熟期残存于叶片及茎鞘的氮素就越多;而且海拔高的地区的含量也高。在冷凉的高海拔地区丽江以颖花分化期追肥比幼穗分化和减数分裂期施用则黄熟期保持较高的含氮量。     

水稻蔗糖转运蛋白研究进展

蔗糖转运蛋白是光合产物运输与分配调控网络中的重要节点,主要参与蔗糖从"源"到"库"的质外体运输,在蔗糖的感应、"源"器官装载、韧皮部长距离运输和"库"器官卸载中起重要作用。总结和分析了水稻蔗糖转运蛋白基因家族的组成、蛋白结构特点、表达与调控特性、生物学功能等方面的研究进展,在此基础上,提出了蔗糖转运蛋白基础理论和应用研究方面存在的不足及应予重视和加强的主要方向。     

不同密度下臭氧胁迫对Ⅱ优084水稻光合作用和物质生产的影响—FACE研究

依托中国稻田臭氧FACE(free air ozone concentration enrichment)技术平台,以超级稻Ⅱ优084为供试材料,臭氧设置当前大气臭氧浓度和高臭氧浓度(比前者高50%),移栽密度设置低密度(16穴·m^-2)、中密度(24穴·m^-2)和高密度(32穴·m^-2),研究不同移栽密度条件下近地层臭氧浓度升高对水稻光合作用、物质生产以及茎鞘非结构性碳水化合物浓度和含量的影响.结果表明: 臭氧浓度升高使水稻移栽后63 d、77 d和86 d剑叶SPAD值分别下降6%、11%和13%,均达显著或极显著水平.臭氧胁迫下结实期叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的降幅亦随时间推移而明显增加.高臭氧浓度使水稻抽穗至成熟期的物质生产量平均下降46%,从而使最终生物产量下降25%,均达显著水平.臭氧浓度升高使水稻拔节后茎鞘可溶性糖和淀粉的浓度和含量均显著降低,但使抽穗前茎鞘贮藏同化物的转运率大幅增加.方差分析表明,臭氧与密度间的互作对水稻所有测定参数均无显著影响.综上,近地层臭氧浓度升高使超级稻Ⅱ优084生育中后期的光合和生长均明显受抑,但这种抑制作用不受移栽密度的影响.
     

外源调节剂对淹涝水稻幼苗株高及碳水化合物消耗的影响

为研究淹涝条件下水稻幼苗株高及碳水化合物消耗对不同外源生长调节剂的响应,本试验选用籼型常规稻IR64和导入耐淹涝基因Sub1的IR64-Sub1为试验材料,秧龄20 d时喷施1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)、多效唑(PB)、赤霉素(GA)3种外源生长调节剂,以喷施清水为对照(CK).喷施处理2 d后进行0、4、8、12、16 d没顶淹涝胁迫,淹涝胁迫结束后常温恢复7 d,取样分析不同外源生长调节剂对水稻成活率、株高、叶绿素降解及恢复、地上部非结构性碳水化合物(NSC)消耗的影响.结果表明:淹涝导致水稻幼苗株高显著增长,叶片SPAD值快速下降,叶片可溶性糖迅速消耗,但耐淹涝品种IR64-Sub1淹水前茎鞘NSC含量明显高于IR64,淹涝中NSC消耗速率低于IR64,淹水结束后地上部淀粉含量高于IR64.外源PB处理显著抑制水稻幼苗株高增长、叶绿素降解及NSC消耗,提高存活率,且对IR64-Sub1效果更为显著.外源GA处理水稻幼苗叶绿素降解、株高增长和NSC消耗最快,植株恢复能力最低,耐淹涝能力最差,但与IR64相比,GA对IR64-Sub1淹涝耐性的抑制明显减弱.外源ACC促进伸长效果明显低于外源GA处理.淹水前喷施PB可有效抑制植株水下伸长,延缓叶绿素降解,减缓NSC消耗,保留更多NSC,为淹水胁迫解除后水稻快速恢复提供有利条件,这对于易涝地区减轻涝渍危害具有重要意义.     

水稻蔗糖转运及其与产量形成的关系

蔗糖是植物体内主要的光合产物和运输形式,在叶片中合成并经过维管组织向库器官转运,在库组织中水解并用于合成淀粉、蛋白质和纤维素等有机物。水稻蔗糖转运对调控作物生长发育和产量形成,特别是在逆境条件下的产量稳定,都具有十分重要的作用。本文重点综述了水稻蔗糖韧皮部装载、运输和卸载机制以及关键酶的活性和基因表达调控,并讨论了其与水稻产量形成的关系。