水肥条件对不同Wx基因水稻胚乳淀粉结构的影响及其机理研究

摘要

现代水稻生产重视产量和稻米品质的同步提高，稻米品质随着人们生活水平的提高愈加重要。食用稻米最受到重视的品质性状是蒸煮和食味品质，直链淀粉含量、胶稠度和糊化温度在很大程度上决定了稻米蒸煮和食味品质的表现。Wx基因编码颗粒型淀粉合成酶GBSSⅠ，其表达特征直接决定了稻米胚乳中直链淀粉含量的表型。然而目前对Wx基因的环境效应研究很不充分，稻米品质容易受环境影响的本质还未能得到很好的解释。本研究以不同的水稻Wx近等基因系为供试材料，实施了不同的肥料和水分处理，以此改变水稻结实期生长条件，研究不同栽培环境条件下各Wx近等基因系水稻的产量、群体生理特性、稻米品质、晶体特性、链长分布的差异以及栽培环境的影响。期望从结实生长、淀粉组成、分子构造以及淀粉颗粒的热力学特征等方面探讨Wx基因的作用效应，进一步探讨环境对淀粉理化特征的作用效应以及不同Wx等位基因的反应差异，为解明稻米品质的决定机制提供一定的实验依据和理论积累，并为稻米的调优栽培提供必要的理论基础。主要结果如下:
　　1.不同的Wx基因对水稻的产量影响显著，且不同的Wx基因系水稻对水肥条件的响应也存在差异。Wxa和Wxin基因型水稻在同一遗传背景下显示的产量水平较高，而Wxb和wx基因型水稻的产量潜力相对较低。Wx对产量构成因素的影响首先表现在粒重的差异，千粒重大小依次表现为Y5(Wxa-2)＞Y3(Wxa-1)＞Y7(Wxin)＞Y1(Wxb)＞Y9(wx);另外，Wxa基因型有效穗数较高，Wxb和wx等位基因水稻的有效穗数较低;Wxin、wx基因型水稻每穗粒数较其它近等基因系水稻高。Wxa和Wxin基因型水稻结实期叶片光合能力和根系活力较强，Wxb、wx两个基因型水稻叶片光合能力及根系活力较弱。不同的Wx基因水稻对粒肥施用的反应也有所不同，Wxin、wx基因型水稻对粒肥的施用反应较不敏感，而Wxb、Wxa相对敏感，在水分胁迫条件下(-30kpa)，Wxb基因型水稻随着粒肥增施，产量增加尤为明显。可见Wx等位基因不仅仅直接影响稻米胚乳直链淀粉含量，对水稻植株生长以及产量形成均有不可忽视的作用。
　　2.不同的Wx等位基因对稻米加工品质影响较小，对外观品质有限制作用。各Wx基因系粒型差异明显，Wxa基因型水稻米粒长宽比最大，wx基因型水稻米粒长宽比最小;Wxb基因型水稻整精米的垩白粒率和垩白度较低，Wxin基因型水稻垩白性状较差。不同的Wx基因型蒸煮食味品质差异非常显著，Wxa基因型水稻直链淀粉含量最高，其次为Wxin，Wxb基因型水稻直链淀粉含量较低，wx几乎不编码直链淀粉;wx胶稠度最长，其次为Wxb，Wxin、Wxa基因型稻米胶稠度较短，胶稠度与直链淀粉含量呈极显著负相关;wx等位基因水稻的精米蛋白质含量较其它等位基因材料略低;Wx近等基因系水稻RVA图谱特征差异明显，Wxb基因型材料最高粘度较大，wx基因型材料最高粘度较小，崩解值以Wxb基因型最大，其次是wx，Wxin，Wxa等位基因稻米崩解值最小;不同Wx等位基因近等基因系的DSC图谱差异显著，Wxb、wx两个基因型材料起始温度、峰值温度、终止温度均较Wxin、Wxa基因型材料高4℃左右。
　　3.不同的Wx基因型淀粉粒发育有明显差异，在淀粉粒度体积分布上，wx等位基因材料与其它材料差异最为明显，在0-2um不能形成完整的碎片峰，Wxb、wx的淀粉平均粒度相对较小，淀粉粒度体积分布在＜5um的区间所占的比重较大，Wxa、Wxin基因型淀粉的平均粒径相对较大;粒肥增施导致大颗粒淀粉粒所占比例增高，有增大淀粉平均粒径的趋势。淀粉平均粒径与直连淀粉含量和千粒重均呈极显著正相关。
　　4.不同Wx近等基因系胚乳淀粉结构表现一定的差异。不同水肥环境下各等位基因材料的X射线衍射图均表现为典型的A型谱，晶型没有差异。但不同Wx基因水稻淀粉相对结晶度之间差异明显，wx基因型淀粉结晶度最大，其次为Wxb，Wxa、Wxin基因型相对结晶度较小，淀粉相对结晶度与直链淀粉含量呈极显著负相关。不同Wx基因水稻胚乳淀粉分子量分布差异较大，短支链与长支链部分均是wx最大，其次为Wxb，Wxin、Wxa等位基因淀粉支链链部分较小。增施粒肥，增加支链淀粉短链含量，降低绝对直链淀粉含量和长B链淀粉部分含量;水分胁迫处理下(-30kpa)，短支链部分降低，增大了直链和长支链淀粉的含量。进一步对支链淀粉链长分布分析可见，各Wx等位基因稻米支链淀粉淀粉链长图谱特征基本一致;Wxa、Wxin基因系在长支链（DP≥37）所占比重较大，故平均链长较长。

目录

摘要

1 引言

1．1 水稻Wx基因概述

1．2 水稻胚乳淀粉的颗粒结构

1．3 水稻胚乳淀粉的组成和分子结构

1．4 淀粉颗粒的晶体结构

1．5 本研究的目的和意义

1．6 本研究的技术路线图

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验设置

2．3 测定项目与方法

2．3．1 叶片光合速率测定

2．3．2 根系氧化力的测定

2．3．3 产量的测定

2．3．4 常规稻米品质性状

2．3．5 胚乳淀粉糊化特性

2．3．6 胚乳淀粉热力学特性

2．3．7 淀粉的粒度体积分布

2．3．8 淀粉的结晶度测定

2．3．9 淀粉分子量分布的测定

2．3．10 支链淀粉的链长分布

2．4 数据分析

3 结果与分析

3．1 粒肥对Wx近等基因系水稻品质及淀粉特性的影响

3．1．1 粒肥施用对Wx近等基因系的产量及其构成因素的影响

3．1．2 粒肥施用对Wx近等基因系稻米外观及加工品质的影响

3．1．3 粒肥施用对Wx近等基因系稻米营养品质和蒸煮品质的作用

3．1．4 不同粒肥条件下Wx近等基因系RVA谱的比较

3．1．5 不同粒肥条件下Wx近等基因系DSC特征的比较

3．1．6 不同粒肥条件下Wx近等基因系各材料淀粉粒度的比较

3．1．7 不同Wx基因水稻淀粉的晶体特性及其粒肥施用的影响

3．1．8 不同Wx基因水稻淀粉的分子量分布

3．2 水分胁迫对不同Wx近等基因系生长发育及其稻米品质的影响

3．2．1 不同水肥条件下Wx近等基因系水稻的产量及其构成因素

3．2．2 不同水肥条件下Wx近等基因系水稻根系活力和光合能力的差异

3．2．3 水分胁迫处理对Wx近等基因系水稻外观及加工品质的差异

3．2．4 不同水肥条件下Wx近等基因系水稻营养和蒸煮品质

3．2．5 水分胁迫对Wx近等基因系水稻RVA谱的特征值的影响

3．2．6 水分胁迫对Wx近等基因系材料DSC的作用效应

3．2．7 不同水肥条件下Wx近等基因系材料间淀粉粒度分布的比较

3．2．8 水分胁迫对Wx近等基因系淀粉结晶特性的影响

3．2．9 水分胁迫对Wx近等基因系淀粉分子量分布的影响

3．2．10 Wx近等基因系淀粉支链链长分布的差异

4．讨论与小结

4．1 不同Wx近等基因系水稻产量的差异及其成因分析

4．2 不同Wx近等基因系水稻品质的差异及其形成机理

4．3 不同Wx近等基因系水稻糊化以及热力学性质的差异

4．4 不同Wx近等基因系水稻淀粉晶体特性以及链长分布的比较

参考文献

致谢

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