水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 毕业论文.doc

1 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活 性昼夜变化规律及其化学调控 摘 要 本实验于 2009-2010 年在河南农业大学科教园区水稻实验田行。以大穗型粳稻品种新丰 2 号为试验材料。主要采用大田的方法，随机区组设计，设置三种化控剂 （pr1、 aba、ga）处理，对孕穗后期（开花前 7 天左右）进行喷药处理，以喷清水（加吐 温 80）为对照。研究了三种化学调控剂在灌浆的各个时期对强弱势籽粒的粒重、可溶性糖含 量、淀粉含量以及籽粒酶活性的昼夜变化的影响，根据测得的结果进行分析，从而得出影响 弱势籽粒的关键因素以及如何提高弱势籽粒的充实度。结果表明：(1)灌浆速率在灌浆初期 （花后 5-12 d），强势粒平均比弱势粒高 256%；而在灌浆盛期（花后 12-19d）及后期（19- 32d），弱势粒平均分别比强势粒高 1667%、15455%。(2)pr1 处理可明显促进弱势粒的 起始灌浆速率，及早启动弱势粒的灌浆。籽粒相对充实度在花后 5-12d 迅速降低，花后 12- 19d 迅速上升，花后 19-32d 缓慢上升，呈先降后升的偏 “v”型动态曲线。pr1 处理在花后 19d 籽粒相对充实度明显高于对照和其他处理。（3）无论是强势粒还是弱势粒，在籽粒灌浆的 各个时期（开花后 5-35d）,可溶性糖的含量逐渐下降。（4）在在开花后 5d 到 25d 间，虽然 可溶性糖含量逐渐下降，但是在同一时期弱势粒的可溶性糖含量比强势粒高。（5）三种化 学调控剂对可溶性糖含量的作用：对强势粒来说，ga1 和 aba 起正作用；对弱势粒来说， aba 对大多数弱势粒都起正作用，而 pr1 对强弱势粒都有负作用。（6）三种化学调控剂对 淀粉含量的作用：在灌浆的各个时期，三种化学调控剂对淀粉含量的影响不同，在开花后 15 天后，对强势粒来说 ga 作用最大；对弱势粒来说也是 ga 的作用最大，但是 aba 和 ga 对 弱势粒中淀粉含量的作用相差不大。开花 15 天后，三种化学调控剂对强弱势粒的作用不大。 （7）三种化学调控剂对籽粒酶活性的影响：弱势籽粒灌浆前期，pr1 对三种酶均具有显著地 促进作用。灌浆中期，7:00 到 13:00 时 aba 对 sss 和 gbss 具有抑制作用，在其他时间段 pr1 和 aba 具有显著的促进作用。灌浆后期，aba 和 pr1 对三种酶活性都具有抑制作用。 关键词：水稻，强弱势粒，粒重，昼夜变化，调控剂 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 目 录 目 录 .2 第一章 文献综述 .3 1.1 研究的目的与意义 .3 1.2 国内外研究进展 .3 1.3 对水稻弱势粒灌浆差机理的认识 .4 1.3.1 光合同化物供应限制 4 1.3.2 库容限制 4 1.3.3 “流”不畅 .5 1.4 化学调控对稻米的影响 .5 1.4.1 化学调控剂对籽粒灌浆的调节规律及作用机理 5 1.4.2 化学调控剂对酶活性的影响 6 1.5 前景展望 .6 第二章 试验部分 .8 2.1 试验材料与方法 .8 2.1.1 试验设计 8 2.1.2 测定项目与方法 9 2.1.2.1 籽粒粒重的测定 .9 2.1.2.2 籽粒中可溶性糖、淀粉的测定 .9 2.1.2.3 弱势籽粒中淀粉合成关键酶活性的测定 .9 2.2 结果与分析 .9 2.2.1 强弱势籽粒的粒重昼夜变化 9 2.2.2 化学调控剂对灌浆各期籽粒可溶性糖含量昼夜变化的影响 12 2.2.2 化学调控剂对灌浆各期淀粉含量昼夜变化的影响 .14 2.2.4 对籽粒酶活性昼夜变化的影响 .17 2.3 讨论 .19 2.4 结论 .20 参考文献 .21 致 谢 .24 英文翻译 .25 3 第一章 文献综述 1.1 研究的目的与意义 水稻是世界上最主要的粮食作物，品质的优劣直接影响其商品价值和种植推广，因此国 内外都相当重视稻米品质的研究，长期以来我国水稻生产十分注重提高产景，提高水稻产量 和改善稻米品质，具有重要的意义。 水稻籽粒发育的好坏直接决定产量的高低和品质的优劣，而籽粒的灌浆充实过程决定了 最终的粒重和产量乃至稻米的品质。水稻灌浆过程中，穗上颖花分化存在先后顺序 3，其籽 粒的灌浆发育过程也不同步 4-5。一般说来，开花早的强势粒灌浆启动快，具有较强的获取 同化物的能力，因而籽粒充实度好、粒重高，而开花迟的弱势粒灌浆启动慢，获取同化物的 能力差，往往结实率低，籽粒充实度差。研究发现，强、弱势粒闻在起始灌浆势、最大灌浆 速率和平均灌浆速度上都存在明显差异 3-6。自 1941 年长户一雄开始水稻籽粒增重的生长分 析以来，籽粒的灌浆充实特性就成为水稻工作者关注的重要领域之一 13。随着矮化育种、杂 交稻育种等现代育种技术的发展，近年来，新株型（npt）稻、两系杂交稻、直立穗型稻、 重穗型杂交稻及超级稻等新品种陆续成功培育，为水稻的生产提供了物质保障。但这些现代 水稻品种或组合，均普遍存在籽粒充实度差的问题。袁隆平也指出，杂交水稻，尤其是亚种 间杂交水稻籽粒充实不良是限制其推广的四大障碍之一。大量的研究结果和生产实践均证明， 下部的弱势籽粒是水稻籽粒充实度差的主要部位，下部弱势籽粒充实度差已成为制约现代水 稻品种产量潜力进一步提高的关键因素和技术瓶颈。 。因此而如何改善籽粒的灌浆特性，提 高水稻籽粒的充实度，在很大程度上依赖于对水稻籽粒灌浆充实的生理生化过程的深入研究。 水稻弱势籽粒灌浆充实问题的关键在于库强度 40 ，即籽粒中碳氮代谢关键酶活性、内 源激素含量等。q 酶、淀粉合成酶和 adpg焦磷酸化酶是淀粉合成过程中的关键酶，酶活性 的大小和峰值出现的时间因粒位、品种以及酶的不同而异。强势粒和弱势粒相比较，灌浆前 期强势粒中 3 种酶的活性高于弱势粒，并且与平均灌浆将速率、最大灌浆速率、粒重以及谷 粒充实率均呈显著或极显著的正相关；中后期酶的活性与灌浆速率和粒重成不同的负相关 2 。 因此提高灌浆前期酶的活性具有十分重要的意义。围绕籽粒充实特性，众多学者开展了相关 研究，明确籽粒充实度差的水稻品种基本表现为强势粒和弱势粒的异步灌浆 5 ，并提出了多 种充实度的表示方法 5,25-26 。植物激素对水稻籽粒的充实具有重要作用，但大量的研究围绕 籽粒中内源激素含量的变化 2526 ，外源激素对籽粒充实的影响研究较少 25，3435 。本文通 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 过化学调控研究了籽粒的昼夜变化规律。 1.2 国内外研究进展 近年来对灌浆期间胚乳中淀粉的合成、关键酶的动态变化已经有所研究 1。长户一雄 (1941)是最早开始水稻籽粒灌浆研究的，他观察到开花日序的早迟与粒重有密切关系，一般 穗上部开花早的强势粒充实好、粒重高，而穗下部开花迟的弱势粒则正好相反。到20世纪 60-70年代又有研究结果指出造成水稻同一穗上籽粒间灌浆的差异和强弱势粒间充实不同的 原因不仅与开花日序有关，还与强弱势粒所处粒位及其能障水平高低有关。亚种间杂交稻穗 型过大，弱势粒不但受上部强势粒的高度抑制，还受到大量中部籽粒的抑制。弱势粒较长时 间处于低代谢水平，只有在中部籽粒灌浆结束后，下部弱势粒才开始恢复代谢活性。由于长 时间营养缺乏，部分弱势粒便失去代谢活性，完全停止发育而成为空粒。还有部分虽渡过了 营养缺乏的“滞缓期”，但由于代谢活性较弱，且后期叶片或多或少衰老，同化物供应不如 以前，最终充实不良成为秕粒。到了20世纪80年代，顾自奋等研究发现强弱势粒灌浆存在着 明显的差异，但对结实过程中一度中止发育的籽粒而言，只要改善弱势粒的养分供应(后期 合理施肥，防止叶片早衰）和增强弱势粒生理活性，可以提高弱势粒的充实度，这与前者的 研究观点相反。进入20世纪90年代以后，人们开始对籽粒灌浆做了大量研究，了解到充实不 良的品种多表现为异步灌浆类型，即强势粒开始灌浆浆和达到最大灌浆速率的时间早，弱势 粒在开花后相当长时间内生长处于停滞状态，待强势粒生长速率下降到十分微弱时才开始灌 浆，因此弱势粒灌浆启动期明显滞后与籽粒增重速度缓慢是导致最终弱势粒充实不良的主要 原因，并且认为这是由于弱势粒生理活性低和物质运转不畅所致，同化物供应不是主要限制 因子。但也有学者指出，新株型npt水稻产量低的主要原因是较多的小花未受精，部分原因 是小穗因灌浆早期同化物供应不足而较早停止灌浆所致；但籼粳杂交稻充实度低的主要原因 是同化物供应不足所致。 在对弱势粒的研究中，我们考虑到了外源化学控制剂对植物生长的作用，本文就用三种 化学调控剂即激素（pr1、aba、ga）进行处理，观察强弱势籽粒的昼夜变化规律，进而研究 如何提高弱势粒充实度。 1.3 对水稻弱势粒灌浆差机理的认识 作物的灌浆期是决定作物产量和品质的关键时期 8，水稻籽粒灌浆不仅受“源”同化物 供应的影响，也受“库”活性的影响(fukai 等，1991) 19。水稻籽粒的灌浆充实过程，实质 上主要是胚乳细胞合成和积累淀粉的过程，是源器官制造的光合产物以蔗糖形式运输到籽粒 后，在一系列酶促作用下形成淀粉的过程。因此，影响籽粒灌浆的因素均会对稻米的淀粉合 成与积累过程产生影响。水稻的灌浆存在着强势粒和弱势粒的异步灌浆 5 ，一般来说,着生 在稻穗中上部早开花的强势粒,籽粒灌浆快,充实好,粒重高;着生在稻穗下部迟开花的弱势粒,灌 浆慢,充实差,粒重低 42。 1.3.1 光合同化物供应限制 有学者指出 3,光合同化物总是优先供应强势粒,当光合产物供应不足时,部分弱势粒的灌 浆速度降低,甚至完全不能灌浆。在结实期进行剪叶或遮光,弱势粒灌浆速率减小,粒重降低;通 过疏花或增加 co2 浓度等处理,弱势粒灌浆速率增大,粒重提高 9-16。朱庆森 16,19等观察到,籼 5 型杂交水稻强、弱势粒存在异步灌浆或“两段灌浆现象,即强势粒灌浆启动早,灌浆快,待强势 粒灌浆高峰过后弱势粒才开始灌浆。他们观察到,灌浆期一度停滞生长的弱势粒,当同化物供 应强度增强时可以恢复灌浆。王天铎 43等推测,强、弱势粒灌浆的差异可能与启动灌浆的能 障水平有关,强势粒要求的能障水平低,弱势粒要求的能障水平高。 1.3.2 库容限制 一般将制造或供应光合产物的器官称作“源”,接受或累积光合产物的器官称作库 24。 在结实期,水稻籽粒是主要的“库”。morhapatra 等 6报道,在整个灌浆期,水稻弱势粒中的氨 酸和可溶性糖浓度均高于强势粒。kato 36通过去除穗中上部颖花以观察切除部分强势粒后对 穗上剩余弱势粒生长的影响,发现去除部分强势花并不能显著改善穗上基部剩余二次枝梗籽粒 的充实。鉴于此,他们认为限制水稻弱势粒灌浆的不是源,而是库容,即弱势粒较的库容(籽粒的 容积) 是弱势粒粒重低的主要原因。赵步洪等 40观察到,在抽穗期剪去 1/2 叶片后,弱势粒粒重 显著降低,但在灌浆期弱势粒中的蔗糖浓度不是降低了,而是增加。yang 等 13以大穗型品种扬 稻 6 号和超级稻两优培九为材料,在抽穗期依据开花日期将上颖花分成若干组(第 1 天开花颖 花为第 1 组,第 2 天开花的为第 2 组,依次类推),观察不同开花日序颖花的灌浆情况,发现穗上愈 是迟开花的弱势颖花,灌浆初期籽粒中的蔗糖的浓度就愈高。这些结果说明灌浆初期弱势粒同 化物基质浓度并不是限制其灌浆的主要因素。 1.3.3 “流”不畅 一般将从源到库的光合同化物运输称之为“流” 13,23,而维管束系统则是水稻源- 库之间光 合同化物、水分和养分等运输的主要通道。由于直接测定光合同化物的运输有较大难度,因而 目前主要通过观察维管束系统的结构来反映光合同化物的运输情况。在水稻穗维管束结构与 强、弱势粒灌浆关系的研究方面,黄升谋24等观察到,与着生较多强势粒的穗中上部一次枝梗 维管束相比,着生较多弱势粒的穗基部二次枝梗维管束导管面积和韧皮部面积较小,导管、筛 管和伴胞分化数量少,单个导管、筛管和伴胞面积也较小,进而造成无机物和有机物运输不畅。 有研究者指出,一些籼/粳亚种间杂交稻籽粒充实不良 ,一个重要原因就是导组织的颖花负荷量 过重。但王志琴 6等报道,与籽粒充实较好的杂交籼稻汕优 63 相比,籽粒充实较差的籼/粳亚种 间杂交稻组合测 03/扬稻 4 号及 pc311/早献党 18 的伸长节间、穗颈和一次枝梗维管束和韧皮 部数目较多、面积较大;两类型水稻颖花数与韧皮部面积的比值并无显著差异。还有研究者 3- 6认为,水稻籽粒充实程度还可能与穗上着粒密度及一次枝梗与二次枝梗的比例有关,即着粒密 度大、一次枝梗与二次枝梗的比例小,弱势粒充实差。 1.4 化学调控对稻米的影响 1.4.1 化学调控剂对籽粒灌浆的调节规律及作用机理 水稻的产量和品质取决于籽粒本身的库容及贮藏能力、灌浆时间和速率以及同化物的供 应程度等，化学调控剂正是通过影响这些指标来调节水稻灌浆过程。 aba 通过游离态(f-aba)和结合态(c-aba)两者的比例大小作用于籽粒灌浆始终，调节水 稻灌浆进程19 。灌浆过程中强、弱势粒内 aba 代谢不一致；含量变化表现也不同，籽粒内 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 aba 浓度由于籽粒增中迅速而呈下降趋势，整个灌浆过程中强势粒内 aba 含量的平均水平 高于弱势粒。外源 aba 处理水稻后，通过增加弱势粒胚乳细胞数量来增加“库”的容量， 从而增大籽粒对源合成的同化物的吸引力，加速同化物向籽粒输送，促进灌浆，但对水稻强 势粒影响不大。水稻灌浆的前期及后期用低浓度(1-15rag1)aba 处理可以加速籽粒灌浆速 率，增加结实率和粒重，而灌浆中期低浓度及各期高浓度(30mg1)aba 处理则抑制灌浆速 率 19-25。aba 早期的积累与灌浆速度有一定正相关；而后期的积累可能与籽粒的脱水、休 眠和防止穗萌发有关 7。ga 参与籽粒灌浆过程，其变化过程与鲜重增加速率变化过程基本 一致。ga 对籽粒灌浆的促进是通过酸性蔗糖转化酶促进蔗糖向淀粉转化，从而增加同化物 向籽粒运输 21。激动素延长灌浆期，表现为籽粒含水量高：脱落酸缩短灌浆期；表现为籽粒 含水量低。始穗期喷施 6-(卞基) 腺嘌呤，籽粒生理活性和粒重提高，喷施亚胺环己酮，籽粒 生理活性和粒重降低。在灌浆初期适当提高籽粒中 aba 含量和 aba 与 ga 比值，有促进水 稻籽粒灌浆的作用。水稻孕穗末期喷洒烯效锉(50mgl)可部分抑制强势粒的灌浆而相对促 进弱势粒的发育，提高弱势粒的千粒重，促进灌浆。外源激素处理主要影响弱势粒的灌浆过 程，iaa 表现为正效应，aba 表现为负效应 12。段俊、黄锦文 4,28等人从激素含量方面探 讨了稻穗上下部谷粒结实差异的原因，认为水稻上部籽粒充实好可能与结实前中期穗上部谷 粒中具有较高的 aba、iaa、ga 含量及它们与 iaa+aba+ga1-3+ga4-7 总和的比值较高有 关，由于这些激素的作用，使其具有比穗下部谷粒更强的争夺同化物能力 18。在结实后期尽 管穗下部谷粒具有比穗上部谷粒更高的 aba、ga1-3 含量及 ga1-3 与 aba+iaa+ga1- 3+ga4-7 的比值，但此时光合器官已衰老，难以提供足够的同化产物供其充实，故结实性差， 不完善粒难以成熟。乙烯也参与谷粒灌浆的调节，其作用可能主要与谷粒终止灌浆及成熟有 关 18-20。 1.4.2 化学调控剂对酶活性的影响 刘仲齐 29等研究发现 iaa 与淀粉积累速度及酶活性呈极显著正相关。aba 可以调节或 抑制一些水解酶的活性而有利于淀粉和蛋白质的合成与累积 29。gas 则可诱导产生或激活 一淀粉酶而不利于淀粉和蛋白质的合成与累积34。杨建昌等的研究也证实了这一点 42。 gas 对含淀粉类作物起作用，促进呼吸，将淀粉转变为可溶性糖；但 gas 可能促进 camp 的转录水平，促进淀粉合成，加强淀粉酶活性；水稻生育后期(始穗期) 喷施 gas，10-20d 内， 明显增加剑叶光合速率，也提高籽粒呼吸速率，灌浆速度增加，显著地提高籽粒淀粉合成酶 水解酶比值，加速淀粉积累，但后期则相反。灌浆初期低浓度 aba(15mgkg) 处理后，籽 粒中的淀粉合成酶活性、淀粉含量及灌浆速率增加，可溶性糖含量减少，用 ga 处理后结果 则相反 21。 1.5 前景展望 作物化控技术是应用植物生长调节剂影响植物内源激素系统，调控植物的生长发育和生 理代谢过程，使其朝着人们预期的目标方向和程度发生变化，从而可解决使用常规栽培措施 难以解决的一些栽培技术问题，实现作物高产、优质的一种技术 26。许多发达国家已将其列 7 为 21 世纪科技进步纲要的重要研究开发内容。中国著名的娄成厚院士誉之为继植物营养以 后植物生理学对农业的第二大贡献。美国科学家预言，植物生长调节剂的出现及成功应用是 第二次绿色革命的开始，是超高产农业的措施之一。籽粒的充实过程是一个复杂的生理过程， 其充实物不仅包括叶片合成的光合产物，还包括茎鞘贮藏物质的再运转与再分配，同时也与 籽粒库容活性有关。不论是叶片的光合生产，还是茎鞘物质的运转和籽粒库容活性，都是一 个连续不断的生理生化代谢过程，而这个连续不断的代谢过程是由每一天组成的，由于太阳 光照的变化，白天和晚上灌浆期稻株所处的环境条件大不相同，晚上既没有光合作用，也没 有蒸腾，湿度和温度等也与白天明显不同。因此植株在白天和晚上的代谢活动必然因此而发 生变化。brenner 指出，源库器宫的发育、功能及碳氮同化物的运输、分配在多方面受植物激 素系统的调节。植物激素通过影响体内信号系统，调节相关酶的变化而诱导激素系统的变化， 协同激素间的相互促进制约关系，对植物多个生理过程，多个环节进行多位点调控，从而有 效改变源库活性和物质分配，来发挥对作物源库的调控作用，改善源的质量性状，增强源的 抗逆性，提高库产品的质量与产量。因此从光合生产、籽粒灌浆特性、物质运转等源库流三 方面以及酶系统的变化入手，开展化学调控剂对米质作用机理的系统研究，将有可能从根本 上揭示米质品质形成规律。20 世纪 70 年代初期，jackson 45指出，任何器官的发育都依赖于 激素平衡和有效同化物之间的相互作用。因此利用不同激素之间的协同与拮抗作用，开展化 学调控剂的复配，有望改善稻米品质的多个性状指标。 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 第二章 试验部分 2.1 试验材料与方法 2.1.1 试验设计 试验于2010年在河南农业大学科教园区进行。供试水稻品种为大穗型粳稻品 种新丰2号，大田种植，采用塑料软盘育秧，5月7日育秧，6月10日单本移栽，移 栽秧龄五叶一心，栽插密度为30cm13cm， 。设置三种化控剂（pr1、aba、ga） 处理，以喷清水（加吐温80）为对照，三次重复。喷药处理于孕穗后期（开花前 7天左右）进行，用化控剂喷施穗部，化控剂的浓度为20mg/kg，每亩喷施30kg药 液。随机区组设计，试验小区面积为7m4.5m，小区间以田埂隔开, 间隔0.5m， 保护行1m。其他管理同一般高产田。 在抽穗期（50%左右的穗抽出）一次性的标记每一个样方中分别取同日始花、 生长整齐的稻穗各 50 穗。在开花期后的第 10,15,18,21,27，35 天分别取穗样，并 且分别分离各个时期的稻穗的优势粒和弱势粒（区分强势粒和弱势粒是通过 tsutomu 和 toshiak 所描述的方法（如图 1)。然后迅速用锡箔纸包裹并置于液氮 中，在-80c 环境下保存，便于统一测试 9。 9 图 1 强弱势籽粒及粒位 s和 i分别表示强势粒和弱势粒 s and i represent superior and inferior grains, respectively 2.1.2 测定项目与方法 籽粒强弱势籽粒的划分:强势籽粒为水稻穗子的上三枝一次枝梗上着生的籽 粒（顶部第二粒除外） ，弱势籽粒为穗子的下三枝二次枝梗上着生的籽粒（顶粒 除外） 。 2.1.2.1 籽粒粒重的测定 抽穗期（开花后3天）各处理选择同一天抽穗开花、生长整齐的植株进行挂 牌标记，每小区标记约500穗左右，记录开花日期并分别于花后 5、10、15、25、35天挑选整齐一致的穗子进行日变化取样，从早7：00开始，第 二天7：00结束，每6个小时取样一次，每处理每次取40穗，分强弱势籽粒在105 摄氏度下杀青,80摄氏度烘干称重。 2.1.2.2 籽粒中可溶性糖、淀粉的测定 所采用的样本即为测定过干重后的糙米，可溶性总糖的测定采用蒽酮比色法 （邹琦，1995） 。淀粉含量为直链淀粉和支链淀粉的总和。直链淀粉、支链淀粉 含量的测定，参照何照范的双波长法（1985） ，其中直链淀粉含量测定的主波长 为 620nm，参比波长为 430 nm；支链淀粉含量测定的主波长为 550 nm，参比波长 为 730 nm。总淀粉含量是直链淀粉与支链淀粉的总和。样品为粉碎后过 60 目筛 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 的糙米粉。 2.1.2.3 弱势籽粒中淀粉合成关键酶活性的测定 分别于花后 15、20、25、30、35 天取标记样(与粒重同时)，每次取 20 穗， 从早 7：00 开始，第二天 7：00 结束，每 6 个小时取样一次。把穗子下三枝迅速 放入液氮中冷冻后置-80冰箱中存放，取样结束后统一进行测定。 酶液提取参考程方民等（2001）的方法： 取下三枝二枝梗上除顶粒外的籽 粒 15 粒，称重后倒入研钵，加 5 ml 提取液 (含 100mmoll tris- hcl,ph=75，8 mmoll mgcl2，2 mmoll edta，125(vv)甘油 (glycerol)，1(wv)聚乙烯吡咯烷酮（pvp-40），50 mmoll-巯基乙醇（ 2 mercap toethan01），研 磨成匀浆，在 10000g ，4，离心 25 min，然后 分别收集上清液和沉淀，其中上清液用于 agpp sss 活性测定，在沉淀部分加入 5ml 上述提取液，悬浮后用于 gbss 活性测定。两者置于冰浴，作为粗酶液备用。 agpp 活性测定参照 douglus(1988)的方法，gbss 和 sss 活性测定，参照 nakamura 等（1989）的方法。 2.2 结果与分析 2.2.1 强弱势籽粒的粒重昼夜变化 图 1 表明，灌浆的各个时期强势粒的粒重明显的优于弱势粒；强势粒的这种 灌浆优势在灌浆后 25 天之后略微有些下降（也就是说强弱势粒的粒重差别有所 减小） 。灌浆前期，强势粒的粒重昼夜变化较弱势力明显；而灌浆后期弱势粒的 昼夜变化较明显；并且基本上都是白天的灌浆速率大于晚上。三种化学调控剂中， pr1 的正效应最明显，aba 和 ga 的正效应不明显并且在灌浆早期（花后 5-15d 天）有不明显的负效应出现；无论是强势粒还是弱势粒，在籽粒灌浆的各个时期 （开花后 5d 到 35d），pr1 对籽粒的昼夜变化影响最大,在一天的各个时刻也是 pr1 对籽粒的粒重影响最大,并且在第 25 天时作用更大。 11 2 3 4 5 6 7 8 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ h）5d 粒重 （m g.g rai n-1 ） sg ck sg aba sg ga sg pr1ig ck ig aba ig ga ig pr1 4 6 8 10 12 14 16 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00时 间 (h) 10d 粒重 (mg .gr ain -1) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 5 10 15 20 25 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 (h)15d 粒重 (mg .gr ain -1) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 10 15 20 25 30 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00时 间 (h) 25d 粒重 (mg .gr ain -1) sg ck sg aba sg ga sg pr1ig ck ig aba ig ga ig pr1 13 15 20 25 30 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 (h)35d 粒重 (mg .gr ain -1) sg ck sg aba sg ga sg pr1ig ck ig aba ig ga ig pr1 图 1 灌浆各期强弱势籽粒粒重增加昼夜变化 fig.1 daily changes of average grain weight of superior and inferior grains at grain filling stage 2.2.2 化学调控剂对灌浆各期籽粒可溶性糖含量昼夜变化的影响 图 2 表明：无论是强势粒还是弱势粒，在籽粒灌浆的各个时期（开花后 5d 到 35d）,可 溶性糖的含量逐渐下降。在在开花后 5d 到 25d 间，虽然可溶性糖含量逐渐下降，但是在同 一时期弱势粒的可溶性糖含量比强势粒高。灌浆各期强弱势籽粒中可溶性糖的昼夜变化并不 相同，并且没有呈现因白天及黑夜而明显变化的规律，昼夜变化无非常明显的规律可循，可 能受自身生育进程即灌浆当天的光合情况的影响较大。三种化学调控剂对可溶性糖含量的作 用：对强势粒和弱势粒来说，pr1 几乎在各个时期都使可溶性糖最大限度的降低（弱势粒花 后 15 天除外） ；而 ga 和 aba 作用效果不太明显，并且作用不稳定。表明 pr1 可以降低籽 粒中可溶性糖的含量，有利于淀粉的积累。由上分析可知灌浆前中期，可溶性的糖含量较高 且变化幅度非常大，特别是下降的幅度很大，利于茎鞘中物质的输出及籽粒的快速充实。可 能能有效缓解中上部籽粒对下部籽粒的灌浆抑制，利于下部籽粒的正常成熟。 050 100150 200250 300350 400 7:0 0 13: 00 19: 00 1:00 7:00 7:00 13: 00 19: 00 1:00 7:00 强 势 粒 sg 弱 势 粒 ig时 间 time（ t） 可溶 性糖 含量 so lub lle su gar con ten t（ mg. g-1) ck aba ga pr1 10d 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 0 50 100 150 200 250 300 7:0 0 13: 00 19: 00 1:00 7:00 7:00 13: 00 19: 00 1:00 7:00 强 势 粒 sg 弱 势 粒 ig时 间 time（ t） 可溶 性糖 含量 so lub le sug ar con ten t（ mg. g-1 ) ck aba ga pr110d 15d 0 20 40 60 80 100 120 7:0 0 13: 00 19: 00 1:00 7:00 7:00 13: 00 19: 00 1:00 7:00 强 势 粒 sg 弱 势 粒 ig时 间 time(t) 可溶 性糖 含量 so lub le sug ar con ten t（ mg. g-1 ) ck aba ga pr1 30d 0 50 100 150 200 250 7:0 0 13: 00 19: 00 1:00 7:00 7:00 13: 00 19: 00 1:00 7:00 强 势 粒 sg 弱 势 粒 ig时 间 time（ t） 可溶 性糖 含量 so lub le sug ar con ten t（ mg. g-1 ) ck aba ga pr1 25d 15 图 2不同灌浆时期籽粒中可溶性糖含量日变化 fig.2 daily changes of soluble sugar content in grain at different grain stage。 2.2.2 化学调控剂对灌浆各期淀粉含量昼夜变化的影响 图 3 结果表明：籽粒灌浆各个时期糖和淀粉的昼夜变化趋势并不相同， 在开花后 25-30 天时，淀粉的积累量达到最大，之后略有下降。总的来说， 任何时候强势粒的淀粉积累量都高于弱势粒。对强势粒来说，在灌浆前期 （开花后 15d 内） ，ga 对淀粉的积累作用最大，灌浆中期（开花后 20 到 30 天） ，三种化学调控剂几乎没作用或有副作用。灌浆后期（开花后 35d） ，三 种化学调控剂中，pr1 作用稍强，但作用不明显。对弱势粒来说，各种化学 调控剂在籽粒灌浆的各个时期对淀粉的日积累量的作用同强势粒几乎一致。 pr1 在花后 30 天内对淀粉的积累量几乎没作用或者略有副作用。 4 6 8 10 12 14 16 18 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ d）10d 淀粉 量( mg. g-1 ) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 0 50 100 150 200 250 7:0 0 13: 00 19: 00 1:00 7:00 7:00 13: 00 19: 00 1:00 7:00 强 势 粒 sg 弱 势 粒 ig时 间 time（ t） 可溶 性糖 含量 so lub le sug ar con ten t（ mg. g-1) ck aba ga pr1 35d 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 4 6 8 10 12 14 16 18 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ d）15d 淀粉 量( mg. g-1 ) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 4 6 8 10 12 14 16 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ d）20d 淀粉 量( mg. g-1 ) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 17 4 6 8 10 12 14 16 18 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ d） 25d 淀粉 量( mg. g-1 ) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 4 6 8 10 12 14 16 18 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ d） 30d 淀粉 量( mg. g-1 ) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 4 6 8 10 12 14 16 18 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00 时 间 （ d） 35d 淀粉 量( mg. g-1 ) sg ck sg aba sg ga sg pr1 ig ck ig aba ig ga ig pr1 图 3 不同灌浆时期籽粒中淀粉量日变化 fig.2 daily changes of starch in grain at different grain stage。 2.2.4 对籽粒酶活性昼夜变化的影响 15d 20d 20d 0 0.050.1 0.150.2 0.250.3 0.350.4 0.45 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time（ h） agpp act ivit (uum ol.g rain -1. min- 1) ck aba pr1 00.1 0.20.3 0.40.5 0.60.7 0.80.9 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time（ h）s ss a ctiv ity（ umol .gra in- 1.m in-1） ck aba pr1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time（ h） agpp act ivit y（u mol. grai n- 1.mi n-1） ck aba pr1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h） sss acti vity （um ol.g rain - 1.m in-1 ） ck aba pr1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h) gbss act ivit y(um ol.g rain - 1.m in-1 ) ck aba pr1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h) agpp act ivit y(um ol.g rain - 1.mi n-1) ck aba pr1 00.1 0.20.3 0.40.5 0.60.7 0.80.9 1 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00time(h) sss acti vity (umo l.gr ain- 1.m in-1) ck aba pr1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00time(h)g bss acti vity (umo l.gr ain- 1.mi n-1) ck aba pr1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time（ h）g bss acti vity （um ol.g rain - 1.m in-1 ） ck aba pr1 19 25d 30d 35d 图 4 不同灌浆时期籽粒中酶含量日变化 fig.2 daily changes of enzyme in grain at different grain stage。 有图表可: (1)agpp 酶活性在开花后的不同时期的昼夜变化规律如下： 总体来说，该酶活性呈现先升高后下降的趋势，并在开花后 20 天达到最大 活性。在开花后 15 天时，aba 和 pr1 对该酶活性都具有明显的促进作用，在白 天（7:0017:00）pri 的正效应大于 aba，而在夜间 aba 的正效应则大于 pr1。在开花后 20 天时，pr1 对该酶活性具有促进作用，但在早上 7：00 左右 略有抑制作用，aba 对该酶具有抑制作用，在夜间 1:00 到早上 7:00 略有促进作 用。在开花后 25 天时，aba 和 pr1 都对该酶起到抑制作用。开花后 30 天时， 白天 7:00 到 13:00 时，aba 和 pr1 对酶活性影响不大，其他时间都具有促进作 用。在开花后 35 天时，aba 和 pr1 在白天（7：0019:00 ）对该酶活性具有促 进作用，在夜间对酶活性的作用不明显。 00.05 0.10.15 0.20.25 0.30.35 0.40.45 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h)agp p act ivity (umol .grai n- 1.mi n-1) ck aba pr1 00.1 0.20.3 0.40.5 0.60.7 0.80.9 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h) sss a ctivi ty(um ol.gr ain- 1.min -1) ck aba pr1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h)agp p a cti vit y(u mol .gr ain - 1.m in- 1) ck aba pr1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h) sss ac tiv ity (um ol. gra in- 1.m in- 1) ck aba pr1 0 1 2 3 4 5 6 7 7:0 13:0 19:0 1:0 7:0time(h) gbss act ivit y(um ol.g rain - 1.mi n-1) ck aba pr1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 7:00 13:00 19:00 1:00 7:00time(h) gbss act ivit y(um ol.g rain - 1.m in-1) ck aba pr1 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 (2)sss 酶活性在开花后的不同时期的昼夜变化规律如下： 总体来说，该酶活性呈现先升高后下降的趋势, 并在开花后 20 天达到最大活 性。在开花后 15 天时，pr1 对该酶活性具有促进作用， aba 对该酶具有抑制作 用。在开花后 20 天时， aba 和 pr1 对该酶活性都具有促进作用，但是 7:00 到 13:00 时，pr1 的促进作用更为明显，在其他时间，aba 的促进作用远大于 pr1。在开花后 25 时，凌晨 1:00 之前，二者都有促进作用，并且，pr1 的促进 作用大于 aba，凌晨 1:00 到 7:00 时 aba 的作用不明显，而 pr1 有明显的抑制 作用。在开花后 30 天时，pr1 具有促进作用，而 aba 的作用规律不明显。开花 35 天时，二者均有抑制作用，并且在白天（7:00 19:00）pr1 的抑制作用更为明 显，在夜间，aba 的抑制作用较为明显。 (3)gbss 酶活性在开花后的不同时期的昼夜变化规律如下： 总体来说，该酶活性在开花后 30 天内变化不明显，开花后 35 天时波动较大， 酶活性明显升高。在开花后 15 天时，pr1 对该酶活性具有促进作用，aba 作用 不明显，但是在凌晨 1:00 到 7：00 具有抑制作用。开花后 20 天时，7:00 到 13:00 时，二者均有抑制作用，并且，aba 的抑制作用更明显，13:00 之后，aba 具有 显著的促进作用，pr1 的作用不明显。在开花后 25 天至 35 天，二者的作用规律 不明显。 由以上结果分析表明：弱势籽粒灌浆前期，pr1 对三种酶均具有显著地促进 作用。灌浆中期，7:00 到 13:00 时 aba 对 sss 和 gbss 具有抑制作用，在其他 时间段 pr1 和 aba 具有显著的促进作用。灌浆后期，aba 和 pr1 对三种酶活性 都具有抑制作用。 2.3 讨论 通过以上实验结果表明：研究中发现，灌浆前期较迟开花的籽粒中(同一枝梗 上的第 2 粒)可溶性糖含量明显高于开花较早的籽粒，表明基质浓度并非是导致弱 势粒结实不良的主要因子，可能是与淀粉合成速度较低以及蔗糖等可溶性糖转化 为淀粉的生化效率低下等因素有关。弱势粒中淀粉合成酶的活性不稳定，不能持 续的合成淀粉而导致弱势粒在灌浆期的淀粉日积累量远低于强势粒，因此，弱势 粒是影响水稻产量的重要因素。本实验研究结果与前人的结果一致。水稻籽粒产 量取决于淀粉的积累，淀粉的积累取决于一系列酶的活性以及可溶性糖的含量， 杨建昌研究发现，q 酶、淀粉合成酶和 adpg 焦磷酸酶与灌浆有密切关系。水稻籽 粒中 ssase 对蔗糖-淀粉催化反应的第一步起主要作用，它调控籽粒的灌浆速率； 说明 ssase 和是淀粉合成中的关键酶。pr1 和 aba 促进籽粒灌浆的可能生理机理 是：pr1 和 aba 通过调节籽粒中 ssase 活性，促进了蔗糖在籽粒库的卸载，促进 了同化物向籽粒的运输，从而提高淀粉的合成速率。段俊、黄锦文等人从激素含量方 面探讨了稻穗上下部谷粒结实差异的原因，认为水稻上部籽粒充实好可能与结实前中期穗上 21 部谷粒中具有较高的 aba、iaa 、ga 含量及它们与 iaa+aba+ga1-3+ga4-7 总和的比值较 高有关，由于这些激素的作用，使其具有比穗下部谷粒更强的争夺同化物能力。在结实后期 尽管穗下部谷粒具有比穗上部谷粒更高的 aba、ga1-3 含量及 ga1-3 与 aba+iaa+ga1- 3+ga4-7 的比值，但此时光合器官已衰老，难以提供足够的同化产物供其充实，故结实性差， 不完善粒难以成熟。一般来说，开花早的强势粒灌浆启动快，具有较强的获取同化 物的能力，因而籽粒充实度好，而开花迟的弱势粒灌浆启动慢，获取同化物的能 力差，往往籽粒充实度差 34。 2.4 结论 灌浆速率在灌浆初期 （花后 5-12d） ， 强势粒平均比弱势粒高 256%； 而 在灌浆盛期 （花后 12-19d） 及后期 （19-32d） ， 弱势粒平均分别比强势粒 高 1667%、 15455%。pr1 处理可明显促进弱势粒的起始灌浆速率， 及早启 动弱势粒的灌浆。籽粒相对充实度在花后 5-12d 迅速降低， 花后 12-19d 迅速上 升， 花后 19-32d 缓慢上升， 呈先降后升的偏 “v” 型动态曲线。pr1 处理在 花后 19d 籽粒相对充实度明显高于对照和其他处理。无论是强势粒还是弱势粒， 在籽粒灌浆的各个时期（开花后 5d 到 35d）,可溶性糖的含量逐渐下降。在在开 花后 5d 到 25d 间，虽然可溶性糖含量逐渐下降，但是在同一时期弱势粒的可溶 性糖含量比强势粒高。三种化学调控剂对可溶性糖含量的作用：对强势粒来说， ga1 和 aba 起正作用；对弱势粒来说，aba 对大多数弱势粒都起正作用，而 pr1 对强弱势粒都有负作用。三种化学调控剂对淀粉含量的作用：在灌浆的各个时期， 三种化学调控剂对淀粉含量的影响不同，在开花后 15 天后，对强势粒来说 ga 作 用最大；对弱势粒来说也是 ga 的作用最大，但是 aba 和 ga 对弱势粒中淀粉含量 的作用相差不大。开花 15 天后，三种化学调控剂对强弱势粒的作用不大。三种 化学调控剂对籽粒酶活性的影响：弱势籽粒灌浆前期，pr1 对三种酶均具有显著 地促进作用。灌浆中期，7:00 到 13:00 时 aba 对 sss 和 gbss 具有抑制作用， 在其他时间段 pr1 和 aba 具有显著的促进作用。灌浆后期，aba 和 pr1 对三种 酶活性都具有抑制作用。 水稻弱势籽粒粒重及淀粉合成关键酶活性昼夜变化规律及其化学调控 参考文献 1. 曹显祖，朱庆森水稻品种的源库特征及其类型划分的研究j作物学报， 1987，13(4)：265-272 2. 董明辉,赵步洪,吴翔宙,陈涛,杨建昌水稻结实期不同粒位籽粒相关内源激素含量和关 键