水稻碳氮代谢相关酶基因表达及其内外调控机制研究

摘要

水稻植株中的可溶性糖含量既是衡量秸秆是否适合做饲料的一个重要指标，也是高产优质水稻生产的重要前体物质。本试验选用寒地粳稻品种松粳9号和龙稻11号，在盆栽条件下通过不同剪穗处理和氮、钾肥处理研究水稻植株中可溶性糖含量的变化趋势和调控机制，旨在阐明水稻可溶性糖积累和碳氮代谢相关酶基因表达特性及调控机理，从而为秸秆饲用开发和高产水稻生产提供理论依据。研究结果表明:
　　在同一时期收获时，生育期长的品种比短的品种植株可溶性糖含量低。在灌浆过程中，无穗处理植株可溶性糖含量逐渐升高，半穗和全穗处理植株可溶性糖含量降低，茎是可溶性糖主要的储存器官。植株可溶性糖含量随着分蘖肥施氮量的增加而逐渐增加，施钾处理(T3)比不施钾肥处理植株中可溶性糖含量均高，N1施氮量下叶、茎、鞘可溶性糖含量均高于N2。收获时，不同氮肥处理之间可溶性糖含量差异不大，寒地高产饲用水稻最佳收获时期为抽穗后38d左右。
　　在灌浆过程中，不同剪穗处理之间叶片蔗糖合成酶(SuS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和酸性蔗糖转化酶(AI)的活性均随着灌浆时间的延长而逐渐降低，其酶活性大小均为全穗＞半穗＞无穗。
　　灌浆过程中，在氮、钾肥处理下，植株和土壤中氮、钾含量均呈逐渐降低的趋势。在施氮量N2下，植株和土壤氮含量均高于N1，随着穗肥施氮量的增加，植株和土壤中氮含量均升高。施钾T3处理植株中氮含量均高于不施钾T5，在施钾T3处理下，施氮量N2中植株和土壤中钾含量均高于N1;在不施钾T5处理下，施氮量N2中植株和土壤中钾含量均低于N1。
　　在不同剪穗处理下，随着灌浆时间的延长叶片核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)和谷氨酰胺合成酶(GS)同工型基因转录表达量均呈逐渐降低的趋势，表达量大小均为全穗＞半穗＞无穗。在Rubisco同工型基因中大亚基基因OsRBCSL基因的表达量明显高于其它基因，而其它基因彼此间表达量差异很小，在GS同工型基因中OsGS1;1基因转录表达量均在灌浆过程中最高。
　　在氮、钾肥处理下，随着灌浆时间的延长叶片Rubisco中大亚基OsRBCSL和OsRBCS4基因表达量均呈先升高后降低的单峰曲线变化，均在抽穗后17 d表达量最高，OsRBCS2，OsRBCS3、OsRBCS5基因表达量均呈逐渐降低的趋势。水稻叶片Rubisco基因表达量均随着穗肥的增加而呈上调的趋势。施钾处理(T3)比不施钾肥处理的Rubisco基因表达量均高。
　　在氮、钾肥处理下，稻米蛋白质含量随着施氮量的增加而逐渐提高，直链淀粉含量却逐渐降低。随着分蘖肥施氮量的增加，蛋白质含量逐渐降低，而直链淀粉含量呈先升高再降低的趋势。施钾肥处理(T3)比不施钾肥(T5)处理，稻米蛋白质含量均高，直链淀粉含量却均低。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 氮、钾素和“库”容量对可溶性糖的影响

1．2．2 氮、钾素和“库”容量对Rubisco的影响

1．2．3 “库”容量对谷氨酰胺合成酶的影响

1．2．4 “库”容量对蔗糖代谢酶活性的影响

1．2．5 钾素对植株氮、钾含量的影响

1．2．6 氮、钾素对稻米蛋白质和直链淀粉的影响

1．2．7 氮、钾素对稻米RVA谱特性的影响

1．2．8 氮、钾肥和“库”容量对水稻品质性状和产量性状的影响

1．3 研究内容

2 材料与方法

2．1 供试材料及取样方法

2．1．1 剪穗处理盆栽试验方法

2．1．2 田间品种比较试验方法

2．1．3 不同施肥处理盆栽试验方法

2．2 植株成分含量测定

2．2．1 植株叶、茎、鞘可溶性糖含量测定

2．2．2 植株全氮含量测定

2．2．3 植株全钾含量测定

2．3 稻米成分含量测定

2．3．1 稻米蛋白质含量测定

2．3．2 稻米直链淀粉含量测定

2．3．3 稻米淀粉RVA谱测定

2．4 土样成分含量测定

2．4．1 土样铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量测定

2．4．2 土壤全氮含量测定

2．4．3 土壤速效钾含量测定

2．4．4 土壤全钾含量测定

2．5 叶片蔗糖代谢酶活性测定

2．5．1 酶液的提取

2．5．2 蔗糖磷酸合成酶(SPS)活力测定

2．5．3 酸性蔗糖转化酶(AI)活力测定

2．5．4 蔗糖合成酶(SuS)活力测定

2．5．5 蔗糖含量测定

2．6 基因转录表达量测定

2．6．1 样品总RNA提取

2．6．2 RNA提取结果

2．6．3 总RNA纯化与反转录

2．6．4 目标基因序列查找及引物设计

2．6．5 目的基因引物鉴定

2．6．6 荧光定量PCR检测

2．6．7 RT-PCR反应

2．7 试验数据统计分析

3 结果与分析

3．1 品种间收后植株可溶性糖含量比较

3．2 不同处理对植株可溶性糖含量的影响

3．2．1 剪穗处理对灌浆不同时期植株可溶性糖含量的影响

3．2．2 不同施肥处理对灌浆不同时期植株可溶性糖含量的影响

3．3 不同处理对产量和品质性状的影响

3．3．1 剪穗处理对产量和加工品质性状的影响

3．3．2 不同施肥处理对产量和品质性状的影响

3．3．3 不同施肥处理对淀粉RVA谱特性及蛋白质和直链淀粉含量的影响

3．4 剪穗处理对叶片蔗糖代谢酶活性的影响

3．5 不同处理对基因表达量的影响

3．5．1 剪穗处理对水稻叶片Rubisco基因表达量的影响

3．5．2 剪穗处理对叶片谷氨酰胺合成酶基因表达量的影响

3．5．3 不同施肥处理对叶片Rubisco基因表达量的影响

3．6 不同施肥处理对植株氮、钾含量的影响

3．6．1 氮、钾肥施用量对植株氮含量的影响

3．6．2 氮、钾肥施用量对植株钾含量的影响

3．7 不同施肥处理对土壤氮、钾含量的影响

3．7．1 氮、钾肥施用量对土壤氮含量的影响

3．7．2 氮、钾肥施用量对土壤钾含量的影响

3．8 相关性分析

3．8．1 土壤氮、钾含量与植株氮、钾含量和可溶性糖含量间相关性分析

3．8．2 Rubisco基因转录表达量与植株可溶性糖含量和蛋白质含量间相关分析

3．8．3 叶片蔗糖代谢相关酶活性与碳氮代谢基因转录表达量间相关分析

4 讨论

4．1 关于“库”容量和氮、钾素营养与可溶性糖含量关系

4．3 关于“库”容量与蔗糖代谢酶活性和GS基因表达量的关系

4．4 关于氮、钾素营养与植株氮、钾含量关系

4．5 关于“库”容量和氮、钾素营养对水稻产量形成的影响机理

4．6 关于氮、钾素营养对稻米品质形成的影响机理

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文