粳稻超親變異系胚乳淀粉積累及AGPase基因表達特性與蔗糖代謝和氮素關系研究.pdf

1、稻米品質與產量形成機理研究一直是國內外水稻研究的重點和熱點之一，而有性雜交仍為培育作物新品種的主要方法，有性雜交后代出現(xiàn)超親變異是普遍現(xiàn)象，為選育作物新品種提供重要物質基礎。淀粉是水稻胚乳中最主要的貯藏物質，占胚乳干重的80％-90％，其組分含量直接影響稻米蒸煮食味品質和產量，淀粉是在一系列酶促反應下被合成積累。參與淀粉合成的酶較多，ADPG焦磷酸酶是其中的關鍵酶之一，而蔗糖合成酶是參與淀粉合成前體物蔗糖合成積累的關鍵酶。因此，本研究對

2、灌漿過程中粳稻超親變異系胚乳ADPG焦磷酸化酶基因表達特性及其與蔗糖代謝關鍵酶活性和氮素營養(yǎng)間關系進行系統(tǒng)分析，旨在為闡明淀粉組分形成的前因后果及其相關基因和酶活性的調控機理及其對外界環(huán)境的響應機制提供理論依據(jù)，這對深入了解淀粉品質及產量形成的分子調控機制均有重要的理論指導意義。
　　本研究選用在東農423(H4)×藤系180(L11)(組合Ⅰ)和系選1號(H16)×通769(L20)(組合Ⅱ)雜交組合中，從F2代起逐代按高低兩個

3、方向以胚乳直鏈淀粉含量(AC)為指標，連續(xù)定向選擇至F12代，從中挑選胚乳直鏈淀粉含量具有顯著差異的超親變異系各兩個(H6、L12為組合Ⅰ;H1、L24為組合Ⅱ)，以后繼續(xù)加代提純獲得遺傳上穩(wěn)定的株系，通過盆栽試驗對灌漿過程中親本及超親變異系胚乳直鏈淀粉和總淀粉含量、AGPase基因的mRNA表達量動態(tài)變化、蔗糖代謝關鍵酶活性變化及其對氮素營養(yǎng)的響應和AGPase與淀粉含量、蔗糖代謝關鍵酶之間的關系進行系統(tǒng)分析，研究結果如下:
　

4、　在淀粉積累上，抽穗后10d至25d是各品種胚乳直鏈淀粉和總淀粉積累快速增長時期，隨后增速緩慢;在灌漿過程中直鏈淀粉含量高的基因型其直鏈淀粉和總淀粉含量始終顯著高于直鏈淀粉含量低的基因型，說明影響直鏈淀粉含量高低與積累速率的主要因素是基因型;齊穗期增施氮肥能夠降低直鏈淀粉含量，但影響較微弱，無顯著差異;總淀粉含量對氮素處理的響應因品種不同而異，高直鏈淀粉含量材料其總淀粉含量的增長達到顯著水平，低直鏈淀粉含量材料前期總淀粉含量差異較小，而

5、后期差異顯著。
　　直鏈淀粉含量差異顯著的超親變異系間蛋白質含量差異也顯著，抽穗期施氮肥對蛋白質含量的影響不因直鏈淀粉含量差異而異;在氮素處理下顯著增加組合Ⅰ的蛋白質含量和千粒重;低直鏈淀粉含量材料在氮素處理下食味值降低，但并不顯著，高直鏈淀粉含量材料的食味值卻增加，達到顯著水平;抽穗期增施氮肥能夠降低最高粘度、最低粘度以及最終粘度，但影響幅度因材料不同而異，有些材料達到顯著水平;無論蛋白質含量高低，直鏈淀粉含量低的親本和超親變異

6、系，其味度值和淀粉譜特性中的粘度值均較高，而粘滯峰消減值和最終粘度均較低，說明蒸煮食味品質性狀受籽粒直鏈淀粉含量的影響要高于蛋白質含量。
　　SuSy與AI活性與蔗糖含量在灌漿過程中呈單峰曲線變化，SuSy活性在抽穗后10天到15天時明顯上升，峰值出現(xiàn)在抽穗后15天到20天之間，不同直鏈淀粉含量材料間酶活性有顯著差異;在氮素處理下以上兩種酶活性以及蔗糖含量提升較為明顯，達到顯著水平，說明此兩種酶活性以及蔗糖含量受氮肥的調控比較明顯

7、，且不因材料不同而異。灌漿過程中胚乳SPS活性變化在高直鏈淀粉含量親本和子代呈單峰曲線變化，峰值出現(xiàn)在抽穗后15天，在低直鏈淀粉含量親本與子代呈緩慢下降變化，相同時期不同直鏈淀粉含量材料間SPS活性有顯著差異;在氮素處理下，SPS活性均顯著降低，在灌漿不同時期SuSy活性均較SPS和AI高。
　　胚乳OsAGPS2a、OsAGPS2b、OsAGPL1、OsAGPL3基因在灌漿進程中mRNA表達量逐漸上調，達到峰值后又逐漸衰減，呈單

8、峰曲線變化，抽穗后15-20d達到峰值;OsAGPS1基因在灌漿過程中mRNA表達量甚少，而OsAGPL2基因在灌漿過程中mRNA表達量均最大，且隨灌漿進程表達量直線上升，OsA GPL2、OsAGPS2a、 OsAGPS2b基因是在灌漿過程中胚乳上主要表達的基因;灌漿始期直鏈淀粉含量低的超親變異系胚乳AGPase同功型基因的mRNA表達量要比低親顯著低，但灌漿中期開始各同工型基因的mRNA表達量變化較復雜，既有比親本高的基因，也有比親

9、本低的基因;在氮素處理下胚乳OsAGPS2a、OsAGPS1、OsA GPL1基因的mRNA表達量均顯著上調，而且灌漿后期各基因仍有較高的表達;OsAGPS2b、OsAGPL2、OsA GPL3基因的mRNA表達量是隨氮素營養(yǎng)的增加而普遍顯著下調。
　　相關分析表明，除OsA GPS1的mRNA表達量與直鏈淀粉和總淀粉含量呈不顯著的負相關外，其它同工型基因均呈正相關，其中OsAGPS2a基因mRNA表達量與直鏈淀粉和總淀粉含量間的

10、相關以及OsAGPS2b和OsAGPL2基因mRNA表達量與總淀粉含量間的相關均達到顯著水平;酶活性相關分析表明:蔗糖含量與直鏈淀粉以及總淀粉含量成不顯著負相關，與SuSy，SPS，AI活性呈正相關，SuSy，AI活性與OsAGPS2b，OsAGPL1，OsAGPL3呈負相關，而與OsAGPS2a、OsAGPL1，OsAGPS1基因的表達量均為正相關，其中除SuSy與OsAGPS1呈不顯著正相關外，其余均達到極顯著正相關，SPS活性與O