杂交水稻蔗糖淀粉代谢与产量关系的研究

论文题目: 杂交水稻蔗糖淀粉代谢与产量关系的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 生物化学与分子生物学

作者: 叶珍

导师: 李平

关键词: 水稻,灌浆特性,强势粒,弱势粒,籽粒充实度

文献来源: 四川农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 水稻的有效穗、结实率、千粒重和籽粒充实度是构成产量的重要因素,这些因素与糖代谢有着一定的关系。本研究选用了5个在有效穗、千粒重和籽粒充实度等籽粒库方面有明显差异的品种间,亚种间水稻杂交品种(组合)为供试材料,在水稻抽穗开花至成熟过程中,动态测定了剑叶、茎鞘、籽粒库的碳代谢及其关键酶活性等生理生化指标;用RT-PCR方法,比较了蔗糖磷酸合成酶基因的差异表达;并将蔗糖淀粉关键酶活性的测定结果与主要产量构成因素进行了相关分析,研究水稻蔗糖淀粉代谢对产量的形成的影响,为水稻超高产育种提供生理生化和分子生物学方面的参考依据。获得的主要结果如下: 1、不同杂交组合剑叶的净光合速率在花后8d都达到最高值,呈单峰曲线。高产组合683/527的剑叶的净光合速率高,净光合速率的高值持续期长;剑叶的气孔导度与净光合速率呈正相关;剑叶的蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶的活性也较高,且两者呈高度相关关系;在灌浆中后期高产组合683/527的剑叶蔗糖合成酶活性明显提高。因此,净光合速率、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶的活性都能作为源强的指标。 2、在灌浆前期和中期,高产组合683/527的茎鞘中蔗糖、淀粉含量高,呈单峰曲线,有利于茎鞘物质向籽粒运转;其他组合的茎鞘中蔗糖和淀粉含量的动态变化呈双峰曲线,说明在灌浆后期,茎鞘物质不能及时转运到籽粒中。茎鞘中蔗糖含量的动态变化与蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性有关。在灌浆前期,不同杂交组合茎鞘中a-淀粉酶活性都比较低,而在灌浆中后期增加很快。淀粉的降解与a-淀粉酶活性有关。在高产组合683/527中a-淀粉酶活性最高,有利于茎鞘中的淀粉分解运往籽粒。相反,Ⅱ-32A/联恢9号的a-淀粉酶活性较低,不利于茎鞘中暂时贮存的淀粉降解和转运。 3、籽粒充实好的683/527和汕优63强弱势粒灌浆趋于同步。籽粒充实差的Ⅱ-32A/联恢9号强弱势粒灌浆表现为异步,强弱势粒的起始灌浆势、最大灌浆速率和最终粒重明显大于弱势粒。子粒灌浆达到最大生长速率的天数明显小于弱势粒。 4、灌浆前期,强势粒的蔗糖合成酶、ADPG-焦磷酸酶、淀粉合成酶活性增长速度快,因此,强势粒的淀粉含量均高于弱势粒;而弱势粒中蔗糖合成酶的活性表现较晚,不利于运输到子粒中的糖降解,使得弱势粒中可溶性糖含量高于强势粒。籽

论文目录:

第一章文献综述

1 蔗糖、淀粉的代谢

1.1 蔗糖、淀粉代谢及其途径

1.2 蔗糖代谢关键酶

1.2.1 蔗糖磷酸合成酶(SPS)

1.2.2 蔗糖合成酶

1.2.3 转化酶

1.3 参与淀粉合成的酶

1.3.1 ADPG焦磷酸化酶(ADPGppase)

1.3.2 淀粉粒结合的淀粉合成酶

1.3.3 可溶性淀粉合成酶(SSS)

1.3.4 淀粉分支酶(SBE)

2 糖信号对源库关系的调节

3 植物体中糖信号及其对碳氮代谢的调控

3.1 糖转运蛋白及糖转运的调节

3.2 糖信号的转导及对基因表达的调控

3.3 糖信号与氮信号的互作及对同化物分配的调控

4 水稻产量育种的发展历史

4.1 矮化育种

4.2 杂交水稻育种

4.3 水稻超高产育种

5 水稻超高产育种研究状况

5.1 超高产育种技术框架

5.1.1 两系超级杂交稻

5.1.2 三系超级杂交稻

5.1.3 常规粳型超级稻

5.1.4 常规籼型超级稻

5.1.5 新株型

5.2 超高产水稻育种生理生态研究进展

5.2.1 从产量构成研究产量形成

5.2.2 从光合生产研究产量形成

5.2.3 从根茎生理活性的调节作用研究产量形成

5.2.4 从源库结构研究产量形成

5.2.4.1 水稻源库的衡量指标

5.2.4.2 进一步高产的限制因子假说

5.2.4.3 水稻源库互作机理的研究

5.2.4.4 库与源流的关系

5.2.4.5 植物激素与源库互作的关系

5.2.5.6 物质流对协调源库关系的作用

6 水稻超高产育种的分子生物学研究进展

6.1 遗传基础

6.2 水稻细胞质雄不育和育性恢复机理

6.3 基因表达和调控

6.4 分子标记辅助水稻超高产育种

7 利用转基因技术培育超高产水稻

7.1 将C_4植物的高光效基因导入水稻

7.2 利用异戊烯基转移酶(IPT)基因防止水稻叶片早衰

7.3 控制淀粉合成以提高水稻产量

8 提高水稻产量的其它高新技术

8.1 花培育种

8.2 多倍体育种

8.3 航天诱变育种

8.4 无融合生殖育种

9 开题设想

第二章实验材料和方法

1 实验材料

1.1 材料

1.1.1 用于生理生化指标测定的试材

1.1.2 用于RT—PCR实验的材料和取材

2 取样

3 测定项目

3.1 光合速率和气孔导度的测定

3.2 可用性碳水化合物的测定

3.3 有关蔗糖和淀粉合成关键酶活性的测定

3.4 谷粒充实率测定

4 试剂

5 总RNA的提取

6 RNA样品浓度和纯度的测定

7 RT—PCR反应

8 琼脂糖凝胶电泳

第三章结果与分析

1 剑叶的净光合速率和气孔导度

1.1 净光合速率

1.2 气孔导度

2 剑叶的蔗糖代谢

2.1 蔗糖含量的动态变化

2.2 蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性

2.3 蔗糖合成酶(SS)活性

3 茎鞘中光合产物的合成

3.1 茎鞘中蔗糖、淀粉的合成

3.2 茎鞘中的SPS活性与蔗糖的合成有关

3.3 茎鞘中SS活性

3.4 茎鞘中α—淀粉酶活性

4 主要经济性状表现

5 子粒灌浆特征

5.1 强弱势粒子粒的灌浆特性

5.2 品种间的比较与灌浆类型的划分

6 子粒淀粉含量与可溶性糖

6.1 淀粉含量

6.2 可溶性糖含量

7 子粒淀粉合成有关酶的活性变化

7.1 蔗糖合成酶(SS)

7.2 腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG焦磷酸化酶)

7.3 淀粉合成酶(SSase)

7.4 子粒库活性与子粒灌浆

8 RT—PCR结果

8.1 RNA的浓度和纯度测定

8.2 RT—PCR产物

8.3 亲本材料SPS基因表达

8.4 杂交组合SPS基因的表达

8.5 杂交组合的SPS酶活性和蔗糖含量测定

第四章讨论

1 剑叶的光合速率和气孔导度

2 剑叶的蔗糖合成

3 剑叶生理活性与结实率、千粒重及产量的相关分析

4 茎鞘碳水化合物的代谢

5 茎鞘中关键酶与结实率、千粒重及产量的相关分析

6 关于结实率与产量

7 水稻籽粒的充实和重量决定于灌浆速率和灌浆的时间

8 关于籽粒库活性与灌浆物质的积累

9 籽粒淀粉合成关键酶与结实率、千粒重及产量的相关分析

10 关于源库关系及其相互的协调

11 关于RT—PCR结果讨论

12 进一步提高水稻产量的思考

本研究的创新点

参考文献

致谢

博士在读期间论文发表情况

发布时间: 2005-10-27

参考文献

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