水稻弱勢粒充實差的機理與調控

《水稻弱勢粒充實差的機理與調控》是依託揚州大學，由楊建昌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水稻弱勢粒充實差的機理與調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊建昌
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

水稻弱勢粒充實差是科學和生產上長期未解決的難題。本項目以常規高產品種、超級稻品種及多種突變體為材料，通過大田試驗、穗離體培養試驗和細胞懸浮培養等試驗，主要研究：(1)花後強、弱勢粒中糖(己糖和蔗糖)和激素水平(含量或濃度)、激素和碳代謝相關基因表達、蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性的變化及其與胚乳發育的關係，糖和激素對胚乳發育的調控作用與機理；(2)灌漿期不同材料根、莖、葉中激素水平變化、根尖細胞超微結構、葉片光合性能、莖鞘物質運轉特性與強、弱勢粒中糖和激素水平、激素和碳代謝相關基因表達、蔗糖-澱粉代謝關鍵酶活性及胚乳發育的內在生理聯繫；(3)氮、磷、鉀礦質營養、土壤水分、肥料運籌和灌溉方式對強、弱勢粒胚乳發育的影響及其生理與分子機理。在細胞、器官和整株水平上闡明弱勢粒充實不良的機制，探明促進弱勢粒灌漿的調控途徑和關鍵栽培技術，為培育弱勢粒充實良好的大穗型超級稻新品種提供生理生化指標。

結題摘要

改善水稻等穀類作物弱勢粒的充實是作物學的一個科學難題，也是進一步提高產量的重要途徑。為理解和解決這一難題，本項目研究了水稻弱勢粒充實不良的機理，根系形態生理、地上部物質生產與籽粒灌漿的關係，適宜弱勢粒灌漿的植株氮、磷、鉀含量指標和土壤水分指標、促進弱勢粒灌漿的水、肥調控技術及其生理學機制，取得了重要結果：(1) 胚乳發育前期或灌漿前期弱勢粒乙烯合成和細胞分裂素氧化酶/脫氫酶基因表達量高、脫落酸(ABA)和糖代謝相關基因表達量低是其胚乳發育和充實不良的重要原因；糖信號和激素信號共同調控弱勢粒灌漿充實；ABA可以抑制乙烯對籽粒灌漿的不利效應；(2) 抽穗期根尖細胞中線粒體和澱粉體數目、灌漿期根系氧化力、抽穗至成熟期乾重與穎花數之比以及抽穗期莖、鞘中非結構性碳水化物(NSC)與穎花數之比與弱勢粒充實度呈顯著正相關，增加上述數值可以改善弱勢粒灌漿；(3)適宜弱勢粒灌漿充實的指標為：抽穗期植株氮、磷、鉀含量分別為1.78～1.82%、0.64～0.68%、1.89～1.93%；灌漿期土壤落乾的低限土壤水勢指標為-14～-17.5 kPa；(4)提高抽穗期糖花比(莖、鞘中NSC量與穎花數之比值)和灌漿初期籽粒中ABA 與乙烯比值是促進弱勢粒灌漿的兩條重要調控途徑；創建的“控制低限土壤水勢的輕乾濕交替灌溉技術”、“因種因色氮肥施用技術”等關鍵技術可以改善弱勢粒灌漿，進而提高產量；內源激素間的平衡協調特別是ABA 與乙烯比值的提高、籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性的增強是這些技術促進弱勢粒灌漿的重要生理原因。這些新認識為促進穀類作物籽粒灌漿的生理調控提供了新途徑，對指導水稻優質高產育種與栽培有重要的科學和實踐意義。本項目發表論文33篇，其中SCI收錄11篇；培養博士和碩士研究生15名；申請國家發明專利5件；研究成果“促進稻麥物質轉運和籽粒灌漿的方法與機制”於2016獲教育部自然科學獎一等獎。