冬小麥旗葉和穗器官PEP羧化酶活性及其與籽粒C、N積累的關(guān)系.pdf

1、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C<,4>植物光合固定CO<,2>的關(guān)鍵酶，但在C<,3>植物中也廣泛存在。本研究以PEPC為核心，以C、N代謝為主線，以葉與非葉兩大類器官為對象，在不同基因型和不同環(huán)境背景下，系統(tǒng)考察冬小麥PEPC活性的時空變化動態(tài)、基因型差異及其環(huán)境調(diào)節(jié)效應(yīng)，分析不同器官PEPC活性與粒重和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性，探討PEPC對籽粒C、N物質(zhì)積累的關(guān)鍵調(diào)控作用，為實現(xiàn)小麥高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的結(jié)合提供部分理論指導(dǎo)。主要結(jié)果如下

2、： (1)小麥植株P(guān)EPC活性存在器官間明顯的時空變異性，非葉器官具有相對高而穩(wěn)定的PEPC活性。在籽粒灌漿前期，不同器官PEPC活性平均值表現(xiàn)為：籽粒>旗葉>旗葉鞘>穗下節(jié)>外稃>護穎，RuBPC活性平均值表現(xiàn)為：旗葉>護穎>穗下節(jié)>旗葉鞘>外稃>籽粒，：PEPC/RuBPC活性比值表現(xiàn)為：籽粒>外稃>穗下節(jié)>旗葉鞘>護穎>旗葉。至籽粒灌漿后期，所有器官酶活性均下降，但下降幅度各非葉器官明顯小于旗葉葉片，使得PEPC活性變化為

3、：非葉器官>旗葉，．PEPC/RuBPC活性比值在非葉器官中進一步上升。暗示非葉器官PEPC在整株C、N代謝中，特別是對后期籽粒C、N物質(zhì)積累可能發(fā)揮著重要作用。 (2)小麥器官PEPC活性存在顯著的基因型差異，與籽粒重和籽粒蛋白質(zhì)含量均有明確的相關(guān)性。不同年代(1950-今)品種比較表明，在品種改良過程中，籽粒產(chǎn)量增加，籽粒蛋白質(zhì)含量呈先降后升的趨勢，收獲指數(shù)和N收獲指數(shù)均明顯增加。與之相伴的是：旗葉面積減小，花后旗葉C、N貯

4、藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率及對籽粒C、N積累的貢獻率降低；旗葉節(jié)以上非葉器官面積擴大，花后非葉器官中穗穎C、N貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率及對籽粒C、N積累的貢獻率增加；籽粒PEPC和RuBPC活性均呈明顯增加的趨勢。進一步對33個基因型材料的分析表明，不同器官PEPC活性存在顯著的基因型差異，穗穎和旗葉PEPC活性與籽粒重呈正相關(guān)，穗穎和籽粒PEPC活性與籽粒蛋白質(zhì)含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，說明旗葉和穗器官PEPC不僅參與了C代謝，而且參與了N代謝的調(diào)節(jié)，特別是

5、穗器官較高的PEPC活性能促進籽粒蛋白質(zhì)的積累。 (3)不同品種和不同器官PEPC活性對逆境脅迫的響應(yīng)不同，這可能是導(dǎo)致逆境下籽粒C、N積累差異的重要原因。花后持續(xù)干旱和高溫處理使籽粒重顯著降低，但抗逆性強的品種降低幅度較小，籽粒蛋白質(zhì)含量略有增加。逆境脅迫下，不同品種旗葉PEPC活性均下降，非葉器官PEPC活性則因品種而反應(yīng)不同，抗逆性強的品種非葉器官PEPC活性表現(xiàn)誘導(dǎo)性上升。相關(guān)分析顯示，旗葉PEPC活性與籽粒重呈正相關(guān)，

6、而籽粒、穗穎等非葉器官PEPC活性與籽粒蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。說明脅迫條件下各器官：PEPC活性的提高對于穩(wěn)定粒重均具有重要作用，而穗器官PEPC作用回補供應(yīng)的C流可能更多地用于籽粒蛋白質(zhì)積累，這可能是逆境脅迫下粒重下降而蛋白質(zhì)含量上升的一個重要生理機制。 (4)不同C、N供給水平可調(diào)控籽粒C、N積累水平， PEPC可能是關(guān)鍵調(diào)控位點。離體穗培養(yǎng)試驗表明，在一定糖、N濃度范圍內(nèi)，離體穗籽粒重和蛋白質(zhì)含量隨培養(yǎng)基糖、N濃度增加而

7、增加，超過一定濃度則不再增加；穗穎和籽粒的PEPC、RuBPC活性以及PEPC/RuBPC比值也隨糖、N濃度增加而增加，超過一定濃度則表現(xiàn)出降低趨勢，不同品種反應(yīng)相似。不同糖、N供給下，穗穎PEPC活性表現(xiàn)為與籽粒重和蛋白質(zhì)含量均呈正相關(guān)，籽粒PEPC活性表現(xiàn)為與籽粒蛋白質(zhì)含量正相關(guān)；穗穎和籽粒PEPC/RuBPC比值多表現(xiàn)為與籽粒蛋白質(zhì)含量正相關(guān)。這進一步證明，穗器官PEPC同時參與了C、N代謝，PEPC活性的增強有利于籽粒重和蛋白質(zhì)