下载文档原格式
水稻粮质与淀粉代谢调控的重要基因分析水稻是世界上最重要的粮食作物之一，其生产量和质量直接关系到全球粮食安全和人民生活水平。
水稻的主要营养物质是淀粉，因此淀粉代谢调控是水稻生长发育和粮质形成的重要基因调控过程。
本文将从水稻粮质的特点和淀粉代谢的基本过程入手，分析水稻淀粉代谢调控的重要基因，并对其研究进展进行综述。
一、水稻粮质的特点水稻粮质具有糯性和黏性，这与水稻淀粉粒形态和组成密切相关。
水稻淀粉粒呈多面体或球形，一般大小为5-20微米，比其他谷类小。
水稻淀粉主要由两种多糖构成：支链淀粉和直链淀粉。
支链淀粉占淀粉总量的20%-30%，主要以α-淀粉酶作用形成，其分支点处结构较为复杂，对粘性质的形成有重要作用。
直链淀粉是由多个葡萄糖分子线性连接而成，是淀粉的主要成分，约占淀粉总量的70%-80%。
直链淀粉在形态上分为胶质体和颗粒物质两种，颗粒物质又可以细分为A型、B型和C型三种，它们的组成、形态和分布位置不同，对水稻品质也有重要影响。
二、水稻淀粉代谢的基本过程水稻淀粉代谢是一个相对复杂的代谢过程，涉及多个酶类、代谢物和调控因子的作用，其中最基本的过程是淀粉合成和分解。
淀粉合成是指在叶绿体中，通过碳源和光合产物的作用，以ADP葡萄糖为起始物，在多个催化酶的作用下，形成直链淀粉分子链。
淀粉分解则是将直链淀粉分子链通过淀粉水解酶、淀粉磷酸酶和α-淀粉酶等酶作用，分解成葡萄糖分子，以提供给植物细胞进行代谢。
在这个过程中，还涉及到多种代谢物如ATP、NADPH、Pyr和AMPK的作用以及多种调控因子如激素、温度、储组蛋白等的影响，在不同生长发育阶段和环境条件下，淀粉合成和分解相对的比例也有所不同。
三、水稻淀粉代谢调控的重要基因近年来，随着基因技术和生物信息学的不断发展，研究水稻淀粉代谢调控的重要基因也得到了广泛的关注。
目前已经鉴定出多个水稻淀粉代谢的关键基因，并且逐渐揭示了其调控机制。
下面列举其中的几个典型例子:1. SBEs基因家族SBEs基因家族（Starch branching enzyme，淀粉支酶）是水稻淀粉合成过程中的关键酶，其介导支链淀粉的合成和分解。
抑制淀粉分支酶类基因表达对稻米品质影响的研究的开题
报告
一、选题背景及意义
稻米作为我国主要的粮食作物之一，在人们的饮食中占有重要的地位。
稻米品质的好坏不仅直接关系到人们的健康，还涉及到我国的农业生产和经济发展。
淀粉是稻
米中最主要的成分之一，对稻米风味和口感起着至关重要的作用。
淀粉分支酶是淀粉
异构化作用的关键酶，能够影响稻米淀粉的结构和性质，从而对稻米品质产生重要的
影响。
因此，研究抑制淀粉分支酶类基因表达对稻米品质的影响具有重要的科学意义
和应用价值。
二、研究内容和方法
本研究旨在探究抑制淀粉分支酶类基因表达对稻米品质的影响，主要包括以下内容：
1. 确认选择的淀粉分支酶类基因及其编码蛋白；
2. 构建基因沉默的稻米材料；
3. 对转基因稻米和野生型稻米进行淀粉结构分析；
4. 对转基因稻米和野生型稻米进行品质分析，包括咀嚼性、口感、储存稳定性等方面的指标。
本研究采用分子生物学和生物化学相结合的研究方法，包括基因克隆、RNA干扰技术、蛋白质分析、淀粉结构分析、色谱分析、光学显微镜观察等。
三、预期成果和意义
通过对淀粉分支酶类基因表达的抑制研究，本研究将探讨淀粉异构化的分子机制，并从分子层面上分析淀粉分支酶对稻米品质的影响。
这将有助于深入了解稻米淀粉形
成的调控机制，为开发新的高品质稻米品种提供重要的遗传资源。
同时，本研究也为
探索淀粉异构化作用在其他农作物中的应用和开发新的食品工业原料提供了理论依据
和科学方法。
V o l .29,N o.3pp.452—456 M ay,2003作 物 学 报A CTA A GRONOM I CA S I N I CA第29卷第3期2003年5月 452—456页水稻籽粒灌浆过程直链淀粉的积累及其相关酶的品种类型间差异Ξ钟连进 程方民(浙江大学农学系,浙江杭州310029)摘 要 对籼、粳、糯3种类型水稻籽粒灌浆过程中直链淀粉含量的变化及其相关酶活性差异的比较分析表明,不论是早籼品种浙733,还是早粳品种浙农104,其直链淀粉含量在籽粒灌浆过程中的变化趋势基本相似,均表现为灌浆初期的直链淀粉含量较低,随着灌浆时间的推移,籽粒中直链淀粉含量明显升高,灌浆后期则略有降低,而对早糯品种早香糯而言,由于品种本身的直链淀粉含量很低,其在灌浆过程中的变化趋势不明显。
品种类型间的直链淀粉含量差异在籽粒灌浆初期已较明显,而不是在灌浆中后期才表现出来。
不同直链淀粉含量类型水稻品种在灌浆过程中的酶活差异主要表现在颗粒结合型淀粉合成酶活性上,籼稻品种籽粒灌浆过程中的颗粒结合型淀粉合成酶活性明显高于直链淀粉含量相对较低的粳稻品种,糯稻品种的颗粒结合型淀粉合成酶活性则很低。
而蔗糖合成酶、AD PG 焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、Q 酶、淀粉磷酸化酶和R 酶的活性变化与品种类型间直链淀粉含量高低的关系均不甚明显。
关键词 水稻;籽粒灌浆;直链淀粉含量;淀粉合成酶中图分类号:S 511 文献标识码:AVar ieta l D ifferences i n Am ylose Accu m ula tion and Activ ities of M a jor Enzy m esA ssoc i a ted w ith Starch Syn thesis dur i ng Gra i n F ill i ng i n R iceZHON G L ian 2J in CH EN G Fang 2M in(D ep art m ent of A g rono my ,Z hej iang U niversity ,H ang z hou ,Z hej iang 310029,Ch ina )Abstract Based on comparison of am ylo se content (A C )at different stages of grain filling peri od among 3types of rice including ind ica ,jap onica and w axy ,the relati onsh i p betw een A C and the activities of 6key en 2zym es associated w ith starch synthesis w as analyzed in th is paper .T he results indicated that si m ilar trends of A C could be seen fo r Zhe 733(ind ica rice )and Zhenong 104(jap onica rice ),in w h ich low er A C value w as at the early stage of grain filling and h igher A C value w as at the later stage of grain filling ,but it w as no t clear fo r Zaoxiannuo (w axy rice ).D ifferences in A C among varieties could be found at the beginning stage of grain filling .M o reover ,the activity of the granule 2bound starch synthase (GBSS )w as po sitively co rrelated to the rati o of A C to to tal starch content ,but the relati onsh i p betw een A C and o ther enzym es associated w ith starch synthesis w as no t found ,including sucro se synthase (SS ),AD P 2gluco se pyropho spho rylase (A GPP ),so luble starch synthase (SSS ),starch branch ing enzym e (SBE ),starch pho spho rylase and starch debranch ing enzym e (DBE ).Key words O ry z a sativa L .;Grain filling ;Am ylo se content ;Starch synthase 直链淀粉含量不仅影响稻米蒸煮过程中的水分吸收和体积扩张,而且与米饭的质地、色泽及老化特性等有着密切的联系[1,2]。
水稻成熟过程中粒重和直链淀粉含量变化的研究
随着时间的推移，水稻的熟化过程也呈现出不断变化的现象，其中最为重要的指标是粒重和直链淀粉含量。
探讨水稻熟成时粒重和直链淀粉含量变化对于水稻品质评价及制程控制具有重要意义。
一、水稻粒重变化
1、物理性变化：粒重是水稻成熟过程中最重要的物理性状，随着水稻成熟，籽粒中水分从70%~80%逐渐减少，完全成熟时籽粒水分仅为13%，这会带来籽粒重量的明显增加，从而影响籽粒的结构性变化。
2、植物激素的变化：随着籽粒的逐渐成熟，植物激素也随之发生变化，籽粒中的脯氨酸含量逐渐减少，而籽粒含量会达到最高，从而引起籽粒重量的增加。
3、硬度和口感的变化：随着水稻成熟，籽粒的硬度和口感也会随之发生变化。
籽粒越来越硬，口感也会逐渐降低，使熟米更带口感、有食欲，食用率更高。
二、水稻直链淀粉含量变化
1、性状变化：当水稻逐渐脱水时，籽粒中的脂肪酸、胡萝卜素和其他某些碳水化合物含量会逐渐降低，而蛋白质、糖类等的含量会随之升高，不仅可以使米质感变硬，因此直链淀粉含量也会随之增加。
2、过氧化物酶的变化：直链淀粉含量受到籽粒中过氧化物酶的影响，随着水稻成熟，籽粒中过氧化物酶的活性会逐渐降低，从而导致直链淀粉含量的增加。
3、植物激素的变化：水稻的植物毒素的变化也会影响籽粒中的直链淀粉含量，随着籽粒中类胡萝卜素含量的减少，直链淀粉的含量就会增加。
综上所述，水稻熟成时的粒重和直链淀粉含量是非常重要的指标，对于水稻品质评价及制程控制都有非常重要的作用，只要能有效控制粒重和直链淀粉含量，就可以有效提高水稻品质，有效改良水稻产量。
小麦胚乳中异淀粉酶同工酶聚合体的分离及酶学性质研究的开题报告开题报告题目：小麦胚乳中异淀粉酶同工酶聚合体的分离及酶学性质研究研究背景：小麦是我国最主要的粮食作物之一，在世界粮食生产中也占有重要地位。
其中，胚乳是小麦种子中主要的储藏组织，其主要成分为淀粉。
由于淀粉的消化利用对人体健康有着十分重要的影响，因此对小麦胚乳中淀粉代谢相关酶的研究十分有意义。
而小麦胚乳中异淀粉酶（ISA）是一种重要的淀粉合成酶，能够催化异淀粉的合成。
ISA同工酶聚合体是由多种不同的ISA同工酶组成的大分子复合物，其组合方式及酶学性质尚未得到深入的研究。
研究意义：通过对小麦胚乳中ISA同工酶聚合体的研究，可以深入了解小麦胚乳中淀粉合成的调控机制，为优化小麦品质、提高小麦产量等方面提供理论依据。
此外，现有文献对ISA同工酶复合物的研究主要集中在植物中，对小麦胚乳中ISA同工酶聚合体研究的开展也有助于深化对ISA同工酶多样性及功能的认识。
研究内容：1. 小麦胚乳中ISA同工酶聚合体的分离纯化采用凝胶过滤层析和离子交换层析等方法，分离纯化小麦胚乳中ISA 同工酶聚合体。
2. ISA同工酶聚合体的组成使用多维凝胶电泳等方法，确定小麦胚乳中ISA同工酶聚合体的组成及相对分子量。
3. 酶学性质研究对小麦胚乳中ISA同工酶聚合体进行酶学性质的研究，包括底物特异性、温度和pH等对其催化活性的影响。
研究方法：实验材料：小麦种子胚乳；实验仪器：超高速离心机、薄膜分离设备、多维凝胶电泳仪、紫外分光光度计等；实验方法：凝胶过滤层析、离子交换层析、SDS-PAGE、Western blot、底物特异性实验、酶活性测定等。
研究预期结果：1. 成功分离纯化小麦胚乳中ISA同工酶聚合体。
2. 确定小麦胚乳中ISA同工酶聚合体的组成及相对分子量。
3. 探究小麦胚乳中ISA同工酶聚合体的酶学性质。
4. 为小麦胚乳中淀粉代谢相关酶的研究提供新的理论基础。
参考文献：1. Rydberg, E. T., et al. Purification and characterization of isoamylase from barley endosperm. Plant physiology, 1987, 83(3): 560-565.2. Öste, R., et al. Structural and biochemical studies of isoamylase isozymes from rice. European Journal of Biochemistry, 1995, 228(2): 558-564.3. Rahman, M. L., et al. Rice branching enzyme isoforms with distinct expression patterns and subcellular locations. Planta, 2012, 235(2): 473-485.。
水稻籽粒灌浆的生理生化特性研究以均表现为较大穗型的三个不同水稻组合（品种）Ⅱ优86、培矮64S/E32和新株型稻NPT-22为材料，着重从水稻的“源”、“库”、“流”间的关系探讨了不同类型的水稻籽粒灌浆结实差别的生理生化原因。
试验主要结果如下：1．从源供应能力分析：NPT-22水稻叶片在籽粒灌浆过程始终具有比其它两组合更高的叶绿素含量和更高的净光合速率，其叶片的可溶性糖含量高于同期其它两组合，可溶性蛋白质含量则低于其它的两组合，说明NPT-22具有较强的源供应能力。
三材料中以培矮64S/E32组合剑叶叶绿素含量最少，净光合速率最低，其源供应能力最差。
2．从籽粒库的生理生化活性分析：三材料的强势粒都具有比弱势粒更高的起始生长势，更早进入灌浆盛期，在灌浆前期都具有更强的ADPG 焦磷酸化酶与淀粉合成酶活性，较高的IAA及ABA含量及较高的ABA/IAA、ABA/GA<sub>1+3</sub>、ABA/(IAA+GA<sub>1+3</sub>+ZR<sub>s</sub>+ABA)、（ABA+ZR<sub>s</sub>）/(IAA+GA<sub>1+3</sub>+ZR<sub>s</sub>+ABA)的比值，因此在灌浆前期，有利营养物质调集籽粒充实好。
弱势粒则相反，到了灌浆中后期，以上这些关键酶活性，激素含量及比值才高于强势粒，但此时光合作用制造的同化物已开始减少，因此不利籽粒充实造成弱势粒充实比强势粒差，三水稻相比较NPT-22弱势粒的生理生化活性更低，因而造成其籽粒对同化物的拉力小，籽粒结实率及充实度差、产量低。
3．从水稻茎鞘物质运转状况分析：培矮64S/E32与Ⅱ优86两组合的茎鞘物质输出主要在抽穗后20天内，到成熟时，两组合都有较高的茎鞘物质输出率与转换率。
水稻萌发过程中油菜素内酯影响淀粉代谢的效应及其机制
李钱峰，余佳雯,鲁军，熊敏，张昌泉,刘巧泉
【摘要】摘要：探究水稻萌发过程中油菜素内酯(BR)影响胚乳淀粉代谢的效应及其机理。
1 μmol∕L BL处理水稻种子可抑制种子萌发过程中胚根的伸长。
通过分析启动子融合GUS报告基因的水稻种子,表明BL对Wx、SBEI和AGPSI有不同的调控效应。
进一步利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等方法研究BL处理对稻米淀粉理化特性的影响,结果表明,经BL处理的淀粉保持看更好的结晶度和有序结构,暗示在萌发过程中胚乳淀粉降解较慢,推测这可能是导致种子萌发早期胚根生长缓慢的原因之一。
本研究为进一步解析BR调控水稻种子萌发的分子机制提供重要信息。
［期刊名称］江苏农业科学
【年(卷),期】2018(046)004
【总页数】5
【关键词】种子萌发；油菜素内酯；淀粉代谢；水稻；淀粉结构；理化持性水稻是世界上1/2以上人口的主粮，而淀粉是稻米的主要成分，占稻米干质量的80% ~ 90%o因此，淀粉的组成、结构和理化特性对稻米的功能和品质均有看重要影响。
淀粉按功能可以分为瞬时淀粉和贮藏淀粉。
瞬时淀粉存在于植物光合组织中，白天积累而夜间降解，作为重要的碳源库在植物不能进行光合作用时为其提供生长发育所需的物质及能量。
贮藏淀粉主要分布在异养型组织中, 如根、种子或者块茎中,能够长期储存，其合成的最初底物来自于光合作用合成的蔗糖［1］。
贮藏淀粉的一个重要作用是为种子的萌发提供物质和能量。
而根据淀粉的分子结构特征，淀粉分为直链淀粉(AmyloSe)和支链淀粉。
作物学报ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(2): 276−284/zwxb/ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9E-mail: xbzw@ DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00276不同水稻品种支链淀粉结构的差异及其与淀粉理化特性的关系贺晓鹏1朱昌兰1,*刘玲珑2王方1,**傅军如1江玲2张文伟2刘宜柏1万建民2,*1江西农业大学作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室 / 农业部双季稻生理生态与栽培重点开放实验室, 江西南昌330045; 2南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室, 江苏南京210095摘要: 利用改进的基于DNA测序仪的荧光糖电泳法对我国不同品质类型水稻品种和部分外引水稻品种的支链淀粉链长分布特征进行了测定, 在尽量排除直链淀粉含量(amylose content, AC)对淀粉理化特性影响的基础上, 分析了支链淀粉结构与稻米淀粉理化特性的相关性。
结果表明, 根据∑DP≤11/∑DP≤24的链长比值, 可将50个供试品种的支链淀粉分为I型和II型两种结构类型, I型支链淀粉的链长比值小于0.22, II型支链淀粉的链长比值大于0.26。
15个粳稻品种的支链淀粉结构属II型, 35个籼稻品种中有15个品种的支链淀粉结构属I型, 20个品种属II型。
相关分析结果表明, ∑DP6~11和链长比值与起始成糊温度(pasting temperature, PT)和相对结晶度(relative crystallinity, RC)呈极显著负相关; ∑DP28~34与PT呈极显著负相关, 与RC的相关性不显著; ∑DP13~24和∑DP39~49与PT呈极显著正相关, 与RC呈显著正相关。
在糯稻、低AC和高AC品种中, ∑DP6~11、∑DP13~24和链长比值与PT的相关性与在全部品种中的相关性一致, 与RC的相关性也与全部品种中的相关性基本一致。
不同类型水稻支链淀粉理化特性及其与米粉糊化特征的关系
支链淀粉是一种在水稻中发挥重要作用的碳水化合物，不同类型水稻的支链淀
粉理化特性不同，直接影响米粉糊化特征。
支链淀粉是一种被广泛存在于植物中的植物淀粉，但是不同类型水稻的支链淀
粉分子量和形态特征却存在一定的差异。
例如，细支链淀粉分子主要包含α-14及α-16支链，重于一万七千到二万二千，其分子量大小不一；表面结构，形态粗大
的粒子就容易发生相互作用，形成高分子量的结晶，使支链淀粉极容易发生粘合，从而影响其吸收及活性特性。
不同类型水稻支链淀粉的理化特性也有着一定的差异。
每100克水稻中含有支
链淀粉的多少无法统一，不同品种水稻之间的支链淀粉含量还会由于遗传变异而存在差异，从而影响水稻米粉糊化特性。
例如，米粉糊化时间及品质、米粉溶解性及塑性等。
而不同类型水稻支链淀粉理化特性及其与米粉糊化特征的关系，则会进一步影
响食品加工性能，常见的例子有糕点、汤圆、面条等制品，水稻粉碎程度也会影响这些加工性能，也会影响支链淀粉的活性程度，从而直接影响米粉糊化特性。
综上所述，不同类型水稻支链淀粉理化特性及其与米粉糊化特征之间存在联系，进而影响着食品加工性能，从而对食品质量产生重大影响。
淀粉酶在水稻种子中的分布及其功能研究水稻是世界上最重要的粮食作物之一，其种子含有大量的淀粉，可以作为人类的主要食物来源。
淀粉是由多糖分子组成的一种碳水化合物，主要由两种不同的多糖分子——支链淀粉和直链淀粉组成。
淀粉酶是一种催化淀粉分解的酶类蛋白质，其在水稻种子中的分布及其功能一直是植物科学研究的热点之一。
一、淀粉酶在水稻种子中的分布淀粉酶主要存在于水稻种子的胚乳和胚芽中。
胚乳是种子中主要储存淀粉和蛋白质的组织，而胚芽是种子的萌发点，含有大量的植物生长激素和酶类蛋白质。
早期的研究表明，水稻种子中含有多种淀粉酶，主要包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶和δ-淀粉酶等。
而最新的研究发现，水稻种子中主要的淀粉酶为α-淀粉酶和β-淀粉酶。
二、淀粉酶在水稻种子中的功能淀粉酶在水稻种子中的功能主要包括淀粉分解和种子萌发。
1. 淀粉分解水稻种子中的淀粉主要由支链淀粉和直链淀粉组成，其中支链淀粉占优势。
淀粉酶可以催化淀粉分解为葡萄糖和其他单糖，供种子萌发和生长所需能量。
α-淀粉酶主要催化淀粉的表层，而β-淀粉酶则可以针对淀粉的内部链进行催化，同时还可以解除支链淀粉的分支点。
2. 种子萌发水稻种子的萌发需要大量的植物生长激素和酶类蛋白质的参与。
淀粉酶作为一种酶类蛋白质，在种子萌发的过程中发挥着重要的作用。
研究表明，α-淀粉酶可以促进种子萌发的早期阶段，而β-淀粉酶则可以增加种子萌发后期的能量供应。
三、淀粉酶的研究进展随着科学技术的不断发展，对淀粉酶的研究也取得了新的进展。
1. 淀粉酶基因的克隆和功能分析通过对水稻基因组的研究，已经成功克隆了多个淀粉酶基因，并对其功能进行了详细分析。
例如，研究表明，水稻中的α-淀粉酶基因由三个统一编码的基因组成，它们分别定位于第3、6和11染色体上。
2. 淀粉酶对水稻产量的影响淀粉酶作为水稻种子中重要的酶类蛋白质，对水稻的产量和品质有着重要的影响。
研究表明，淀粉酶的突变或缺失可能会导致水稻的萌发率和产量下降。
氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响孙涛;同拉嘎;赵书宇;王海微;韩云飞;张忠臣;金正勋【摘要】[目的]旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据.[方法]选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响.[结果]结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达.[结论]灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质.【期刊名称】《中国水稻科学》【年(卷),期】2018(032)005【总页数】10页(P475-484)【关键词】水稻;氮素营养;淀粉合成关键酶基因;转录表达量【作者】孙涛;同拉嘎;赵书宇;王海微;韩云飞;张忠臣;金正勋【作者单位】东北农业大学农学院, 哈尔滨 150030;东北农业大学农学院, 哈尔滨150030;东北农业大学农学院, 哈尔滨 150030;东北农业大学农学院, 哈尔滨150030;东北农业大学农学院, 哈尔滨 150030;东北农业大学农学院, 哈尔滨150030;东北农业大学农学院, 哈尔滨 150030【正文语种】中文【中图分类】Q786;S143.1;S511.032氮素是水稻生长发育所必需的重要元素，对水稻产量和品质影响很大。
分类号学 号 M080577U D C 密 级学位论文高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的发育和结构特性钦风凌指导教师姓名： 韦存虚副教授，扬州大学， 江苏扬州，225009 申请学位级别：硕士 学科专业名称：细胞生物学论文提交日期： 2011年5月论文答辩日期： 2011年5月 学位授予单位：扬州大学学位授予日期： 2011年6月 答辩委员会主席： 马鸿翔 研究员论文评阅人： 周竹青 教授刘巧泉 教授2011年5月钦风凌高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的发育和结构特性I 高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的发育和结构特性中文摘要直链淀粉含量的高低是决定稻米品质及其用途的重要因素。
高直链淀粉是天然抗性淀粉的主要来源，具有促进人体健康的功能。
利用反义RNA技术，抑制水稻淀粉分支酶Sbe1/3基因的表达，培育了一个高直链淀粉水稻(transgenic rice line , TRS)。
本研究从TRS及其亲本特青(Teqing, TQ)成熟籽粒和发育籽粒中分离淀粉粒，应用形态观察和波谱分析技术，系统研究了TRS淀粉粒的结构特性和发育，为高直链淀粉作物的培育以及高直链淀粉的开发和应用提供参考作用。
主要研究结果如下：TRS高直链淀粉粒的结构特性各种显微镜的观察结果表明，TQ淀粉粒为复粒淀粉，TRS淀粉粒为半复粒淀粉。
TRS半复粒淀粉粒由多个亚颗粒聚集形成，位于外周的亚颗粒彼此相互结合，形成连续的环带包围其内部的亚颗粒。
直链淀粉分子荧光探针APTS染色表明，TQ淀粉粒脐点处直链淀粉含量较高，而TRS淀粉亚颗粒的脐点和外周环带处直链淀粉含量较高。
波谱分析结果表明，TQ淀粉为典型的A-型晶体，而TRS淀粉为C-型晶体，由A-型和B-型晶体组成。
为了进一步查明TRS淀粉中A-型和B-型晶体的分布，TRS淀粉粒用盐酸水解。
形态观察表明，酸水解从TRS半复粒淀粉亚颗粒的中央开始，向四周水解，而亚颗粒的四周和半复粒淀粉的外围环带不被水解。
波谱分析表明，伴随酸水解的进行，TRS淀粉由C-型晶体转变为B-型晶体。
淀粉类基因在水稻生长中的作用水稻是全球最重要的粮食作物之一。
随着全球人口的不断增长，对水稻的需求也越来越高。
因此，研究水稻的生长机制以及如何提高水稻的产量和抵御各种病害成为了研究热点之一。
在水稻的生长中，淀粉类基因起着关键的作用。
淀粉类是水稻中最重要的存储体之一。
可以说，水稻的产量和品质极大程度上依赖于淀粉类的生产和调节。
淀粉类的生产是一个非常复杂的过程，其中涉及到了大量的基因调节。
目前已经发现了一些淀粉类基因在水稻生长中的作用。
下面，我们来一一介绍这些基因以及它们的作用。
1. Wx基因Wx基因编码的是淀粉合酶，是水稻淀粉合成的关键酶。
Wx基因的突变会导致淀粉合酶的结构和功能的改变，从而影响淀粉合成的速率和淀粉类型的结构。
很多研究表明，粳稻和籼稻中的Wx基因是不同的，粳稻中的Wx基因会产生Amylose和Amylopectin的混合物，而籼稻中的Wx基因则只会产生Amylose。
这也是为什么粳稻比籼稻更适合做主食的原因。
2. Sbe基因Sbe基因编码的是淀粉支链酶，它的主要作用是分支淀粉分子的形成。
在水稻生长发育过程中，Sbe基因的表达模式会有变化。
在水稻生长初期，Sbe基因会表达出SBE I和SBE III两种酶，这两种酶的主要作用是产生短支链淀粉。
等到水稻进入成熟期后，Sbe基因则会表达出SBE IIb，这种酶主要作用是产生长支链淀粉。
可以看到，Sbe基因的表达对水稻的淀粉类型和结构有着很大的影响。
3. BEI基因BEI基因编码的是淀粉合成酶，并且它与淀粉支链酶（SBE）共同作用于淀粉的合成和分支。
BEI基因可以调节淀粉合成酶和支链淀粉合成酶之间的平衡。
有研究表明，BEI基因的表达会影响淀粉颗粒的大小和形态。
而且，当BEI基因表达受到抑制时，水稻的淀粉含量会下降。
4. ISA基因ISA基因编码的是淀粉分支酶，在水稻的淀粉结构中扮演着重要的角色。
ISA基因的突变会导致淀粉的支链数量和长度的改变，从而影响水稻的产量和品质。
稻米品质与淀粉酶和蛋白组分的关系研究进展童浩;徐庆国【摘要】The improvement of rice quality has become the main trends in current rice breeding.Thus, high-grade rice cultivar selecting and rice quality research are the emphasis in rice breeding field at present and in the future .The thesis summarized the relationship between the variances of activity of α,β-amylase in rice seeds and the rice quality , and cor-relations between the variances of protein components in seeds and the quality of rice.The correlation between variances in quality among different rice cultivars and activity of α,β-amylase and protein components was discussed , and its signifi-cance and application in rice breeding was prospected.%水稻品质改良已成为当前育种工作的主要趋势，优质米品种选育和米质研究是当前及今后水稻育种的重点。
综述了水稻种子α，β-淀粉酶活性的差异与稻米品质之间的关系，以及种子蛋白组分间的差异与稻米米质的相关性。
探讨了水稻品种间品质差异与α，β-淀粉酶活性和蛋白组分的关系，并对其在育种中的意义及应用进行了展望。
中科院植物所发现水稻灌浆和淀粉积累关键基因
佚名
【期刊名称】《生物学教学》
【年(卷),期】2016(41)5
【摘要】据2015年11月28日《中国科学报》报道，中科院植物所刘春明研究组发现了一个在水稻籽粒背侧糊粉层特异表达的转录因子。
敲除和表达干扰实验发现，该基因直接调控水稻的灌浆和淀粉累积，并且敲除该基因的突变体籽粒中的蔗糖、葡萄糖和果糖含量均大幅度下降。
【总页数】1页(P79-79)
【关键词】水稻籽粒;淀粉积累;中科院;基因;灌浆;植物;转录因子;特异表达
【正文语种】中文
【中图分类】Q78
【相关文献】
1.复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响 [J], 彭廷;万建伟;王琳琳;杜彦修;张静;李俊周;孙红正;赵全志
2.水稻灌浆和淀粉积累关键基因获揭示 [J], 丁佳;
3.中科院遗传发育所发现水稻氮高效利用关键基因 [J],
4.灌浆期开放式增温对水稻强势粒和弱势粒淀粉代谢关键酶相关基因表达水平的影响 [J], 沈直;唐设;张海祥;陈文珠;丁艳锋;王绍华
5.中国科学家发现对水稻籽粒灌浆起关键作用的基因 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
核农学报2019，33（12）：2362 2375Journal of Nuclear Agricultural Sciences收稿日期：2018-09-11接受日期：2018-11-20基金项目：国家自然科学基金（31871531）作者简介：应逸宁，女，主要从事水稻品质遗传与改良研究。
E-mail ：471799038@qq．com *通讯作者：包劲松，男，教授，主要从事作物品质生物学研究。
E-mail ：jsbao@zju．edu．cn 文章编号：1000-8551（2019）12-2362-14胚乳突变体在水稻淀粉合成调控研究中的作用应逸宁庞悦涵包劲松*（浙江大学原子核农业科学研究所/浙江省及农业农村部核农学重点实验室，浙江杭州310058）摘要：淀粉作为稻米最主要的储藏物质，其含量、结构及其特性影响水稻的产量和品质。
随着分子生物学的不断发展，通过筛选胚乳突变体，克隆了大量调控水稻淀粉合成相关的基因，使淀粉生物合成的机理也逐渐清晰。
本文综述了水稻淀粉结构、淀粉生物合成，以及淀粉突变体，包括糯性、高直链淀粉、垩白、粉质、暗色、糖质、皱缩等突变体的突变基因克隆及功能研究最新进展，以期为进一步阐明水稻淀粉生物合成的途径，以及优质水稻新品种的培育提供参考。
关键词：水稻；淀粉；生物合成；胚乳；突变体DOI ：10.11869/j．issn．100－8551.2019.12.2362水稻（Oryza sativa L．）是世界上最重要的农作物之一，全球大约有一半的人口以其为主食，同时水稻也是我国播种面积最大的粮食作物之一［1］。
近30年来，中国水稻生产经过高产育种、超高产育种、超级稻育种和绿色超级稻育种等计划的实施，水稻产量不断提高，其中，超级稻的产量在2015年已达到了6892.5kg ·hm －2的水平［2］。
目前，在我国水稻生产中，产量已经不是最主要的限制因素。
随着市场经济的发展和人民生活水平的提高，稻米品质改良正逐渐成为水稻育种工作的重点。
水稻灌浆过程中胚乳异淀粉酶基因家族表达特性及其与淀粉含量间关系分析朱立楠㊀刘海英㊀孙璐璐㊀孙涛㊀郭雪冬㊀朱方旭㊀张忠臣㊀金正勋∗(东北农业大学农学院,哈尔滨１５００３０;∗通讯联系人,E Ｇm a i l :z x ji n ３２６＠h o t m a i l ．c o m )A n a l y s i s o fE x p r e s s i o nC h a r a c t e r i s t i c so f I s o a m y l a s ea n dt h eC o r r e l a t i o n w i t h S t a r c hC o n t e n tD u r i n g G r a i nF i l l i n gi nR i c e Z HU L i Ｇn a n ,L I U H a i Ｇy i n g ,S U N L u Ｇl u ,S U N T a o ,G U O X u e Ｇd o n g ,Z HU F a n g Ｇx u ,Z H A N G Z h o n gＧc h e n ,J I N Z h e n gＧx u n ∗(A g r i c u l t u r a lC o l l e g e ,N o r t h e a s tA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,H a r b i n１５００３０,C h i n a :∗C o r r e s p o n d i n g a u t h o r ,E Ｇm a i l :z x ji n ３２６＠h o t m a i l ．c o m )Z HU L i n a n ,L I U H a i y i n g ,S U N L u l u ,e t a l ．A n a l y s i so f e x p r e s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so f i s o a m yl a s ea n dt h ec o r r e l a t i o n w i t h s t a r c h c o n t e n t d u r i n gg r a i n f i l l i n gi n r i c e ．C h i n JR i c eS c i ,２０１５,２９(５):５２８Ｇ５３４．A b s t r a c t :B y u s i n g f i v e j a p o n i c ar i c ev a r i e t i e s w i t h d i f f e r e n ta m y l o s ea n d a m y l o p e c t i nc o n t e n t si n e n d o s pe r m a s e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l ,w e a n a l y z e d t h ee x p r e s s i o n l e v e l sof I S A s a n dt h ea c t i v i t y o f i s o m yl a s e ,a n dt h e i r c o r r e l a t i o n w i t h s t a r c h c o n t e n t d u r i n gg r a i nf i l l i n g ．I t t u r n e do u t t h a t t h e i s o m y l a s ea c t i v i t y ,t h ee x pr e s s i o nl e v e l so f I S A １a n d I S A ３o f t e s t e dv a r i e t i e s f o l l o w e d a u n i m o d a l c u r v ew i t h p e a kv a l u e a p p e a r i n g d u r i n g t h em i d Ｇf i l l i n g s t a g e e x c e p t s t i c k yr i c e ,w h i l e f o rt h es t i c k y r i c e ,t h ee x p r e s s i o nl e v e l s h o w e das t r a i g h t Ｇl i n e g r o w t hd u r i n gg r a i nf i l l i n gw i t ho b v i o u s h i g h e r e x p r e s s i o n i n l a t e s t a g e ．T h e e x p r e s s i o n l e v e l o f I S A ２w a s d o w n Ｇr e g u l a t e d t e nd a y s a f t e r h e a d i n g ．I n p r i n c i pl e ,t h e e x p r e s s i o n l e v e l s o f I S A １a n d I S A ３w e r e s i g n i f i c a n t l y p o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h t h e e n z y m e a c t i v i t y ,a n d t h e y bo t h s y n c h r o n o u s l y c h a n g e dw i t h t h e c o n t e n t o f a m y l o p e c t i n ．D u r i n gg r a i n f i l l i n g ,t h ee x pr e s s i o n l e v e l so f I S A １a n d I S A ３w e r e a b s o l u t e l y h i g h e r t h a n t h a t o f I S A ２,i n d i c a t i n g t h a t t h e y w e r e d o m i n a t e d g e n e s e x p r e s s e dd u r i n gg r a i n f i l l i n g．K e y w o r d s :j a p o n i c a r i c e ;g r a i n f i l l i n g ;i s o a m y l a s e ;g e n e e x p r e s s i o n ;s t a r c h c o n t e n t ;c o r r e l a t i o na n a l y s i s 朱立楠,刘海英,孙璐璐,等．水稻灌浆过程中胚乳异淀粉酶基因家族表达特性及其与淀粉含量间关系分析．中国水稻科学,２０１５,２９(５):５２８Ｇ５３４．摘㊀要:选用胚乳直链淀粉和支链淀粉含量不同的５个粳稻品种,分析籽粒灌浆过程中异淀粉酶基因在胚乳中的表达特性和酶活性变化及其与淀粉含量间的关系.结果表明,在灌浆过程中胚乳异淀粉酶活性及I S A １和I S A ３基因的m R N A 表达量,直链淀粉含量不同的非糯品种都呈先升后降的单峰曲线变化.灌浆中期出现峰值,但糯稻品种呈直线上升的变化趋势,后期的表达量明显高于前期;I S A ２基因m R N A 表达量自抽穗后１０d 起随灌浆进程逐渐下降;在灌浆过程中胚乳I S A s 基因的m R N A 表达量与异淀粉酶活性正相关;I S A １和I S A ３基因m R N A 表达量㊁异淀粉酶活性及支链淀粉含量呈同步变化.在整个灌浆过程中I S A １基因和I S A １和I S A ３基因的表达量明显大于I S A ２基因,是灌浆过程中主要表达的基因.关键词:水稻;灌浆;异淀粉酶;基因表达;淀粉含量;相关分析中图分类号:Q ７８６;S ５１１ ０３２㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１００１Ｇ７２１６(２０１５)０５Ｇ０５２８Ｇ０７㊀㊀淀粉去分支酶(s t a r c hd e b r a n c h i n g e n z ym e ,D B E )属于淀粉水解酶家族,能特异性地水解淀粉中的αＧ１,６糖苷键.根据催化底物的不同可分为极限糊精酶(l i m i t d e x t r i n a s e ,Z P U )和异淀粉酶(i s o a m y l a s e ,I S A ).其中,I S A 是一种以支链淀粉为特异性底物的去淀粉分支酶,在支链淀粉的合成中起着关键作用,D B E 基因突变引起支链淀粉的积累异常[１,２].异淀粉酶基因在禾本科作物中至少存在３种同工型基因,即I S A １㊁I S A ２和I S A ３[３Ｇ５],共编码三种蛋白,即I S A １均聚物蛋白,I S A １与I S A ２共聚物蛋白以及独立编码的I S A ３均聚物蛋白[６].水稻胚乳中含有上述两种类型的淀粉去分支酶,在支链淀粉的合成过程中I S A 起绝对重要的作用,Z P U 只起某种程度的补偿作用[７].因此,对水收稿日期:２０１５Ｇ０１Ｇ２１;修改稿收到日期:２０１５Ｇ０４Ｇ１０.基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(C ２０１００６);国家科技支撑计划资助项目(２０１１B A D １６B １１Ｇ０２Y J ,２０１３B A D ２０B ０４Ｇ２S).８２５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i ),２０１５,２９(５):５２８－５３４h t t p://w w w．r i c e s c i ．c n D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００１Ｇ７２１６．２０１５．０５．０１０稻中I S A编码基因表达特性的研究有助于进一步了解I S A在淀粉代谢中的功能,也可为通过基因工程方法调控I S A的表达来改良稻米品质提供重要信息.至今,对水稻胚乳中异淀粉酶研究的领域,前人的工作主要集中在通过创建变异体实现对各基因功能的研究,而对淀粉组分含量不同的品种在籽粒灌浆过程中该基因表达量及酶活性动态研究较少.本研究选用胚乳直链淀粉含量(A C)和支链淀粉含量(A P C)不同的５个粳稻品种,着重比较分析灌浆过程中胚乳异淀粉酶活性变化和同工型基因的m R N A表达特性及其与淀粉组分含量间的关系,旨在为阐明稻米淀粉品质形成的分子调控机理和分子改良提供理论依据.１㊀材料与方法１．１㊀盆栽试验及取样方法选用胚乳直链淀粉和支链淀粉含量不同的５个粳稻品种,包括东农４２３㊁系选１号㊁藤系１８０㊁东农１０２４及糯稻品种龙稻８号.于２０１３年和２０１４年在东北农业大学进行盆栽试验,盆钵规格为长１００c m,宽４０c m,高６０c m.４月１日－１５日按供试品种的生育期进行分期播种,以使抽穗期尽可能一致,大棚盘育苗,单粒等距离点播催芽籽,旱育秧管理,５月１３日－２０日选取长势一致的秧苗等距离插秧,每个品种插４盆,每盆插２４棵苗,待缓苗后定植１２棵苗,正常水肥管理.供试品种的抽穗期集中在７月１５日－２０日.选取每个供试品种长势相近且同日抽的穗挂牌标记,自挂牌标记后１０㊁１５㊁２０㊁２５㊁３０d分别取挂牌标记的稻穗８个,迅速放入液氮中,然后各稻穗中选取灌浆一致的穗中部籽粒３０粒,在低温下去壳去胚后放入冻存管里,置于－８０ħ冰柜里保存备用.收获时按盆混收,自然干燥３个月后磨糙米,经１．７mm分级筛后用全自动精米机按糙米重的９０％磨精米,利用旋涡式粉碎机磨粉,供精米淀粉测定.１．２㊀测定方法１．２．１㊀淀粉含量测定灌浆不同时期胚乳淀粉含量测定参照曲莹等[８]方法,将上述储备的胚乳样品在低温条件下充分研磨,４０ħ下过夜烘干后用于淀粉含量测定.参照国家标准N Y/T８３Ｇ８８测定精米直链淀粉含量,按照何照范[９]提出改良硫酸Ｇ蒽酮检测法测定精米总淀粉含量,各样品重复测定３次.总淀粉含量减去直链淀粉含量为支链淀粉含量.１．２．２㊀异淀粉酶活性测定取上述备用的胚乳样品３０粒,在预冷的提取介质中低温下充分研磨,提取介质成分如下:１００mm o l/L H E P E SＧN a O H(p H７．０),５mm o l/L M g C l２,２mm o l/L E D T A,５mm o l/L D T T,０．２％(W/V)B S A,２％(W/V)P V P.研磨所得匀浆于４ħ㊁１２０００ˑg下离心１５m i n,上清液即为粗酶液[１０].取上述粗酶液,以支链淀粉为底物,用D N S法测定胚乳中异淀粉酶活性,酶活单位定义为μm o l/ m i n[１１].１．２．３㊀异淀粉酶基因m R N A表达量检测在N C B I上查找相关文献获得基因登录号,多重比对粳稻基因库获得基因保守区,使用P r i m e r５．０及N C B I内P r i m e rB L A S T功能在基因保守区内设计高特异性的内参基因[１２](A c t i n)和异淀粉酶同工型基因引物(表１).T r i z o l法提取胚乳中总R N A,利用R N AＧf r e e D N a s eⅠ去除基因组D N A污染,反转录试剂盒获得c D N A模板.以逆转录获取的c D N A为模板扩增内参基因条带,P C R程序如下:９４ħ下１０m i n;９４ħ下３０s,５２．５ħ下３０s,７２ħ下４０s(２５个循环);７２ħ下１０m i n,１６ħ下延伸１０m i n.利用Q u a n t i t y o n e７．０．５软表１㊀R TＧP C R目的基因引物T a b l e１．A c c e s s i o n s o f I S A s a n d s e q u e n c e s o fR TＧP C R p r i m e r s．基因名称G e n e n a m e登录号A c c e s s i o nN o．正向引物(５ᶄＧ３ᶄ)F o r w a r d p r i m e r(５ᶄＧ３ᶄ)反向引物(５ᶄＧ３ᶄ)R e v e r s e p r i m e r(５ᶄＧ３ᶄ)产物片段P r o d u c t i o n s i z e/b pI S A１NM_００１０６８８０６．１G T G G C C T T C T C C A C G A A A G A A T G A G A G A A C A G G T G G A C G G２０１I S A２NM_００１０６１９９１．２G G G G A C C T G T T C T C A A C C A G C A T C C C A A C C T G G C T C A C A T４４６I S A３NM_００１０６９９６８．１C C T T T A T C T C G T A G G G C G T T T C C G T G C C A G G T G A C A T C G T T６１７A c t i n NM_００１０５７６２１．１G G A G C G T G G T T A C T C A T T C C T C T T G G C T T A G C A T T C T T G５７８９２５朱立楠等:水稻灌浆过程中胚乳异淀粉酶基因家族表达特性及其与淀粉含量间关系分析表２㊀不同灌浆时期胚乳直链淀粉含量比较T a b l e２．C o m p a r i s i o no f a m y l o s e c o n t e n t d u r i n g g r a i n f i l l i n g．％品种V a r i e t y抽穗后天数D a y s a f t e r h e a d i n g/d１０１５２０２５３０精米M i l l e d r i c e东农４２３D o n g n o n g４２３９．３８a１３．３５a１５．６３a１７．２９a１８．６５a１８．８２a 系选１号X i x u a n１９．１６b１２．９２b１５．１８b１６．８６b１８．４７b１８．７４b 藤系１８０T o u k e i１８０４．５９c６．８４c９．１７c１０．１８c１１．０２c１１．０５c 东农１０２４D o n g n o n g１０２４２．１４d３．６２d５．２３d６．１３d７．３３d７．４１d 龙稻８号L o n g d a o８０．７３e０．８９e０．９５e１．０５e１．１１e１．２６e ㊀㊀同列数据后相同小写字母者表示０．０５水平无显著差异.下同.F i g u r e s f o l l o w e db y t h e s a m e l o w e r c a s e l e t t e r a r en o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t a t０．０５l e v e l．T h e s a m e a s b e l o w．表３㊀不同灌浆时期胚乳支链淀粉含量比较T a b l e３．C o m p a r i s i o no f a m y l o p e c t i n c o n t e n t d u r i n g g r a i n f i l l i n g．％品种V a r i e t y抽穗后天数D a y s a f t e r h e a d i n g/d１０１５２０２５３０精米M i l l e d r i c e东农４２３D o n g n o n g４２３４７．５１b５３．４２b５７．３４b５９．９５d６１．９６c６２．１１c 系选１号X i x u a n１４４．４４c５２．２０b５４．１３b５５．８３e５５．１３d５５．１５d 藤系１８０T o u k e i１８０４２．７３e５５．４２b５７．６８b６１．８０c６２．０７c６２．１１c 东农１０２４D o n g n o n g１０２４４３．２５d５４．５２b５９．１１b６４．８１b６５．６８b６５．８８b 龙稻８号L o n g d a o８５７．７８a６９．０８a７７．２２a８０．０３a８１．８３a８２．０９a表４㊀不同灌浆时期胚乳总淀粉含量比较T a b l e４．C o m p a r i s i o no f s t a r c h c o n t e n t d u r i n g g r a i n f i l l i n g．％品种V a r i e t y抽穗后天数D a y s a f t e r h e a d i n g/d１０１５２０２５３０精米M i l l e d r i c e东农４２３D o n g n o n g４２３５６．８９b６６．７７a b７２．９７a b７７．２４b８０．６１b８０．９２b 系选１号X i x u a n１５３．６０c６５．１２a b６９．３１a b７２．６９c７３．６０c７３．８９c 藤系１８０T o u k e i１８０４７．３２d６２．２６b c６６．８５b７１．９８d７３．１６d７３．１６d 东农１０２４D o n g n o n g１０２４４５．３９e５８．１４c６４．３４b７０．９３e７２．９３d７３．２９d 龙稻８号L o n g d a o８５８．５１a６９．９７a７８．１７a８１．０８a８２．９４a８３．３５a件对内参基因R TＧP C R产物的电泳谱带亮度进行分析,调整体系中c D N A加入量并重复R TＧP C R至产物谱带亮度一致,记录c D N A加入量作为异淀粉酶基因c D N A模板的加入量,最终得到代表基因表达丰度的亮度条带及Q u a n t i t y o n e７．０条带亮度平均值的数值.２０１３年和２０１４年的试验结果基本一致,本研究只对２０１４年的试验数据进行分析.２㊀结果与分析２．１㊀不同灌浆时期胚乳淀粉组分含量比较由表２㊁表３㊁表４可知,高直链淀粉品种胚乳中的直链淀粉含量和总淀粉含量在不同灌浆时期都高于低直链淀粉品种,品种间差异达到显著水平.就支链淀粉含量而言,高直链淀粉品种在抽穗后１０d 显著高于低直链淀粉品种,１５d后低直链淀粉品种中支链淀粉含量反而高于高直链淀粉品种.直链淀粉含量仅为１．２６％的糯稻品种龙稻８号在不同灌浆时期的各淀粉组成含量都与其他品种存在极大差异.直链淀粉含量和支链淀粉含量间相关系数为－０．８８７５,达到显著水平.说明灌浆过程中供试品种间胚乳直链淀粉和支链淀粉的合成与积累特性有显著的遗传差异,而且两者间含量变化有密切的负相关,一种淀粉含量的提高伴随着另一种淀粉含量的下降,但也有两种淀粉含量都高的品种.２．２㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶活性比较㊀㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶活性比较结果如图１.除糯稻品种龙稻８号以外,其他４个粳稻品种在灌浆过程中异淀粉酶活性随灌浆进程快速升高,达到峰值后又逐渐下降,灌浆后期与早期活性相近.０３５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)图１㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶活性比较F i g．１．C o m p a r i s o no f i s o a m y l a s ea c t i v i t y i ne n d o s p e r m d u r i n gg r a i nf i l l i n g．总体上酶活性呈单峰曲线变化,达到峰值的时期均为抽穗后１５d,其中,低直链淀粉品种的酶活峰值显著高于高直链淀粉品种;直链淀粉含量极低的糯稻品种龙稻８号从抽穗至抽穗后３０d的酶活性随灌浆进程逐渐升高,呈直线上升趋势,抽穗后３０d的酶活性是抽穗后１０d的２．６倍.说明灌浆过程中直链淀粉含量不同的非糯品种其胚乳异淀粉酶活性变化趋势一致,但糯稻品种不同,灌浆过程中异淀粉酶活性变化特性因胚乳合成积累的淀粉种类不同而异,非糯品种与糯稻品种胚乳支链淀粉合成积累机制上有明显的遗传差异.就不同灌浆时期异淀粉酶活性而言,直链淀粉含量低的藤系１８０和东农１０２４,在灌浆各时期酶活性都显著或略高于直链淀粉含量高的东农４２３和系选１号,糯稻龙稻８号抽穗１５d之前酶活性低于其他４个非糯品种,但以后各时期的酶活性都显著高于其他４个非糯品种.说明胚乳支链淀粉含量高的非糯品种灌浆各时期合成积累的支链淀粉量高于低的品种,而糯稻品种的合成积累主要在灌浆中后期,胚乳支链淀粉含量与异淀粉酶活性存在一定的相关性.２．３㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶同工型基因m RＧN A表达量比较由图２可见,在灌浆过程中直链淀粉含量不同的５个粳稻品种胚乳I S A１基因的m R N A表达量变化趋势一致,随灌浆进程表达量逐渐升高,达到峰值后又逐渐下降,呈单峰曲线变化,峰值出现在抽穗后１５d,灌浆后期维持与前期同样的表达水平;I S A２基因m R N A表达量在抽穗后１０d起随灌浆进程逐渐下降,但糯稻品种龙稻８号下降缓慢,到灌浆后期表达水平仍然较高;灌浆过程中胚乳I S A３基因m R N A表达量波动虽然不是很大,但也表现为随灌浆进程表达量逐渐上升,达到峰值后又逐渐下降的单峰曲线变化趋势,峰值出现在抽穗后２０~２５d;糯稻品种龙稻８号的胚乳I S A３基因m R N A 表达量自开始抽穗至抽穗后３０d一直在上升.说明灌浆过程中胚乳异淀粉酶各同工型基因表达量变化并不完全一致,既有灌浆前期表达量高的基因,也有灌浆后期表达量高的基因,而且还有表达量变化不大的品种和基因.㊀㊀由表５可知,就I S A１而言,直链淀粉含量低的品种藤系１８０和东农１０２４胚乳m R N A表达量在抽穗２０d前都显著或略高于直链淀粉含量高的品种东农４２３和系选１号,但抽穗２０d以后却相反;糯D A F－抽穗后天数.D A F,D a y s a f t e r h e a d i n g．图２㊀不同灌浆时期胚乳I S A s基因表达量变化F i g．２．E x p r e s s i o n l e v e l s o f I S A s i n e n d o s p e r ma t d i f f e r e n t f i l l i n g s t a g e s．１３５朱立楠等:水稻灌浆过程中胚乳异淀粉酶基因家族表达特性及其与淀粉含量间关系分析表５㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶同工型基因相对表达量比较T a b l e５．R e l a t i v e e x p r e s s i o n l e v e l s o f I S A s i n e n d o s p e r md u r i n g g r a i n f i l l i n g．同工型基因G e n e n a m e品种V a r i e t y抽穗后天数D a y s a f t e r h e a d i n g/d１０１５２０２５３０I S A１东农４２３D o n g n o n g４２３１．０００b c１．８６７d０．８９０b１．０２０c０．９２５b c系选１号X i x u a n１０．９１７c２．０４６c０．９２９b１．２６３b１．０１４b藤系１８０T o u k e i１８０１．０６０b２．３１３b１．８２５a１．０３８c０．８４２c东农１０２４D o n g n o n g１０２４１．０８４a b２．２７８b０．９４７b０．９２３d０．６１８d龙稻８号L o n g d a o８１．１６７a２．４８２a１．８２４a２．０５６a２．２７５a I S A２东农４２３D o n g n o n g４２３１．０００a b０．４０８c０．４２５d０．２１１d０．２０９d系选１号X i x u a n１１．０３９a０．６５０b０．６２８b c０．５４９b０．２８６d藤系１８０T o u k e i１８００．９９１a b０．６８２b０．５４９c０．３９７c０．５８１c东农１０２４D o n g n o n g１０２４０．９６７a b０．３８５c０．６５０b０．６０２b０．６８０b龙稻８号L o n g d a o８０．９２７b０．９３７a０．８２５a０．９６９a０．７７３a I S A３东农４２３D o n g n o n g４２３１．０００b１．０２１b１．１９７d１．２５４b c１．２２５b系选１号X i x u a n１１．０６５b１．０８１b１．２７３c d１．４７４a１．２８５b藤系１８０T o u k e i１８０１．２９１a１．３３２a１．４３２a１．３２２b１．３９８a东农１０２４D o n g n o n g１０２４１．３５７a１．２５１a１．３７６a b１．４４１a１．２０９b龙稻８号L o n g d a o８０．９８８b１．０１１b１．３０３b c１．２０２c１．３８２a稻品种龙稻８号在灌浆各时期m R N A表达量都显著高于其他４个非糯品种,尤其是灌浆中后期的m R N A表达量显著高于其他４个非糯品种;不同直链淀粉含量品种间胚乳I S A２的m R N A表达量,在抽穗后２５d前没有规律性的差异,但抽穗２５d后直链淀粉含量低的品种藤系１８０和东农１０２４胚乳m R N A表达量显著高于直链淀粉含量高的品种东农４２３和系选１号,糯稻品种龙稻８号除了抽穗１０d以外,其他灌浆时期m R N A表达量都显著高于其他４个非糯品种;抽穗２０d前,直链淀粉含量低的品种藤系１８０和东农１０２４的胚乳I S A３基因m RＧN A表达量都显著高于直链淀粉含量高的品种东农４２３和系选１号,抽穗２０d后,不同品种间表达量规律性较差,但抽穗３０d低直链淀粉含量品种藤系１８０该基因m R N A表达量仍然显著高于其他非糯品种,糯稻品种龙稻８号在整个灌浆过程中I S A３的m R N A表达量一直在升高,到灌浆后期表达量显著高于其他４个非糯品种.另外,比较不同灌浆时期３个同工型基因表达量可知,I S A１和I S A３的基因表达量明显大于I S A２.说明直链淀粉含量不同的非糯品种和糯稻品种胚乳异淀粉酶各同工型基因m R N A表达量因灌浆时期不同而异,有些基因是灌浆前期表达量大,而有些基因是灌浆后期表达量大,在整个灌浆过程中I S A１和I S A３是主要表达的基因.２．４㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶同工型基因m R N A表达量与酶活性间关系根据５个供试品种的胚乳异淀粉酶活性与同工型基因m R N A表达量计算不同灌浆时期的简单相关系数,其结果列于表６.抽穗后１０d I S A２的基因表达量和抽穗后３０d I S A１的基因表达量与异淀粉酶活性间呈负相关,其中,I S A２m R N A表达量与酶活性间显著负相关.除此之外,灌浆其他时期I S A s３个同工型基因的m R N A表达量与异淀粉酶活性间均呈正相关,其中I S A１和I S A３的m R N A表达量在抽随后１０~２０d与异淀粉酶活性间的相关达到显著或极显著水平.说明在灌浆过程中胚乳异淀粉酶活性取决于I S A s的m R N A表达量;表达量越高,则异淀粉酶活性也越高.３㊀讨论异淀粉酶是直接参与支链淀粉合成的酶.王云飞等[１３]研究表明,小麦籽粒灌浆过程中,不同支链淀粉含量品种的异淀粉酶活性均呈单峰曲线变化,在花后１５d左右达最高值,全糯性小麦品种与非糯性小麦品种相比表现出较高活性.由本研究结果可知,在灌浆过程中非糯品种与糯稻品种异淀粉酶活性变化特性不同,非糯品种呈单峰曲线变化,并且直链淀粉含量低的品种灌浆各时期的酶活性显著高于２３５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)表６㊀不同灌浆时期胚乳异淀粉酶同工型基因m R N A表达量与酶活性间相关性T a b l e６．C o r r e l a t i o n a n a l y s i s o f e x p r e s s i o n l e v e l s o f I S A s a n d e n z y m e a c t i v i t y d u r i n g g r a i n f i l l i n g．基因名称G e n e n a m e抽穗后天数D a y s a f t e r h e a d i n g/d１０１５２０２５３０I S A１０．９８８０∗∗０．９５７２∗０．８５７６０．２３１９－０．２９０１I S A２－０．９２７０∗０．１８９５０．４７１４０．３０６７０．４６７０I S A３０．８３９７０．９９３５∗∗０．９５８６∗∗０．１９０００．６４９２㊀㊀∗和∗∗分别表示在５％和１％水平上显著相关.∗a n d∗∗i n d i c a t e s i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o na t０．０５a n d０．０１l e v e l,r e s p e c t i v e l y．高的品种,与王云飞等[１３]研究结果一致.这就说明,胚乳中较高的异淀粉酶活性有利于支链淀粉的合成,而支链淀粉的合成积累却降低了直链淀粉的积累.同时,本研究表明糯稻品种的胚乳异淀粉酶活性在灌浆过程中呈逐渐上升的线性变化趋势,与非糯稻品种不同,但灌浆过程中淀粉组分含量变化特征却很相似,说明异淀粉酶虽然直接参与支链淀粉的合成,但糯稻品种与非糯稻品种胚乳淀粉合成积累机制并不完全一致.围绕着灌浆过程中不同淀粉含量作物品种胚乳异淀粉酶同工型基因表达特性方面国内外已有较多报道.李钱峰等[１４]对水稻籽粒发育过程中I S A１的基因表达变化情况进行分析,发现在开花后５~１５d的表达水平较高,在１５d后达到峰值.O h d a n 等[１５]利用实时定量P C R研究日本晴籽粒淀粉合成相关基因表达时发现,I S A１在籽粒发育初期的表达水平很低,在花后７d迅速达到峰值,然后逐渐下降,但仍保持着较高的水平直至籽粒成熟.D u a n和S u n[１６]利用半定量P C R的方法检测了淀粉合成途径中的部分重要基因在水稻９３１１发育籽粒中的表达情况,结果显示异淀粉酶基因在花后３d仅有很低的表达,在花后１０d达到表达峰值,随后逐渐下降.G e n s c h e l等[６]于２００２年从普通小麦胚乳的c D N A文库中获得小麦基因s u１(编码小麦异淀粉酶)c D N A克隆,分析该基因的表达,发现在小麦胚乳中表达量最大,而且在花后１３~１７d表达量最高.尽管不同研究者对于I S A１在籽粒发育阶段表达模式的研究结果稍有差异,特别是在它达到表达峰值的时间上,但总体而言该基因都是在籽粒发育的中期表达水平很高.U t s u m i等[３]和K u b o等[１７]研究发现,水稻I S A１缺失突变体s u g a r yＧ１胚乳中的淀粉分支缺乏正常剪切,不规则短支链数量多而杂,但异常结构的淀粉含量与正常品种相当,即正常的淀粉全部被植物糖原所取代.在s u g a r yＧ１突变体中转入I S A３上调基因后没有出现基因功能互补的现象,胚乳内淀粉合成受阻的情况并没有改变[１８].说明I S A１是水稻籽粒中最重要的淀粉结构决定基因之一.I S A３与I S A１在基因功能上没有重叠效应,在淀粉结构形成方面不起主要作用.同时,I S A３的缺失体中淀粉颗粒出现明显的过积累现象[１９],表明I S A３的主要基因功能在于淀粉颗粒的降解.由本研究异淀粉酶同工型基因m R N A 表达量变化可知,在灌浆过程中不同直链淀粉含量品种胚乳I S A１和I S A３的m R N A表达量呈单峰曲线变化,峰值出现在抽穗后１５d和２０~２５d,而且在整个灌浆过程中I S A１和I S A３是主要表达基因,与前人的研究结果一致[１１,１４Ｇ１６].灌浆过程中I S A２基因m R N A表达量是随灌浆进程逐渐下降,但支链淀粉含量高的糯稻品种下降程度缓慢,到灌浆后期仍然维持较高的表达,说明I S A２虽然不是主要表达的基因,但在支链淀粉合成积累中仍然起重要作用,至于该基因表达是否与支链淀粉精细结构等相关有待于进一步研究.灌浆过程中胚乳异淀粉酶各同工型基因表达量变化并不完全一致,既有灌浆前期表达量高的基因,也有灌浆后期表达量高的基因,而且还有表达量变化不大的品种和基因,说明灌浆过程中异淀粉酶各同工型基因在胚乳支链淀粉合成积累上所起的作用有所不同,而且不同灌浆时期所合成的支链淀粉精细结构也可能不同.水稻花后高温会导致I S A１基因表达量显著上调[２０],支链淀粉晶体内长B链数量减少,中长B链数量增加[２１],也证明灌浆过程中异淀粉酶各同工型基因对支链淀粉精细结构的调控起不同的作用.支链淀粉和直链淀粉的组分比例以及支链淀粉的精细结构是影响稻米蒸煮食味品质的重要内在决定因素.因此,根据异淀粉酶各同工型基因在淀粉合成上的作用,通过遗传操作手段改良胚乳淀粉组分和淀粉精细结构是培育优质高产水稻品３３５朱立楠等:水稻灌浆过程中胚乳异淀粉酶基因家族表达特性及其与淀粉含量间关系分析种的另一重要途径.另外,虽然在灌浆过程中胚乳异淀粉酶活性的主要表达基因I S A１和I S A３的表达量都是在胚乳大量合成淀粉的灌浆中期最高,而灌浆中后期开始逐渐下降,但灌浆后期仍然维持较高水平.因此,优质米水稻生产不仅要关注水稻灌浆前期的栽培调控措施,而且还要注意采取灌浆中后期的调控措施,以满足相关基因增强表达所需的环境条件,进而促进优质米形成所需淀粉的合成积累.参考文献:[１]㊀J a m e sM G,R o b e r t s o nDS,M y e r sA M．C h a r a c t e r i z a t i o no f t h em a i z e g e n e s u g a r y１,ad e t e r m i n a n t o f s t a r c hc o m p o s i t i o n i nk e r n e l s．P l a n tC e l l,１９９５,７(４):４１７Ｇ４２９．[２]㊀Z e e m a nSC,U m e m o t oT,L u eW L,e t a l．A m u t a n t o f A r aＧb i d o p s i s l ac k i n g ac h l o r o p l a s t i ci s o a m y l a s ea c c u m u l a t e sb o t hs t a r c ha n d p h y t o g l y c o g e n．P l a n tC e l l,１９９８,１０(１０):１６９９Ｇ１７１２．[３]㊀U t s u m iY,U t s u m i C,S a w a d aT,e t a l．F u n c t i o n a l d i v e r s i t y o fi s o a m y l a s eo l i g o m e r s:T h eI S A１h o m oＧo l i g o m e ri se s s e n t i a lf o r a m y l o p e c t i nb i o s y n t h e s i s i nr i c ee n d o s p e r m．P l a n tP h y s iＧo l,２０１１,１５６(１):６１Ｇ７７．[４]㊀N a k a m u r a Y,U m e m o t o T,T a k a h a t a Y,e ta l．C h a n g e s i n s t r u c t u r eo fs t a r c ha n de n z y m ea c t i v i t i e sa f f e c t e db y s u g a r y m u t a t i o n s i n d e v e l o p i n g r i c e e n d o s p e r m:P o s s i b l e r o l e o f s t a r c hd e b r a n c h i n g e n z y m e(Re n z y m e)i na m y l o p e c t i nb i o s y n t h e s i s．P l a n tP h y s i o l,１９９６,９７(１):４９１Ｇ４９８．[５]㊀N a k a m u r aY．T o w a r d s a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h em e t a b o l i c s y s t e mf o r a m y l o p e c t i nb i o s y n t h e s i s i n p l a n t s:R i c e e n d o s p e r ma s am o d e l t i s s u e．P l a n t C e l lP h y s i o l,２００２,４３(７):７１８Ｇ７２５．[６]㊀G e n s c h e lU,Ab e lG,Lör zH,e t a l．T h e s u g a r yＧt y p e i s o a m yＧl a s e i nw h e a t:T i s s u ed i s t r i b u t i o na n ds u bc e l l u l a r l o c a l i s a t i o n．P l a n t a,２００２,２１４(５):８１３Ｇ８２０．[７]㊀K u b oA,F u j i t aN,H a r a d aK,e t a l．T h es t a r c hd e b r a n c h i n ge n z y m e s i s o a m y l a s e a n d p u l l u a n a s e a r e b o t h i n v o l v e d i na m y lＧo p e c t i nb i o s y n t h e s i s i nr i c e e n d o s p e r m．P l a n tP h y s i o l,１９９９,１２１(２):３９９Ｇ４０９．[８]㊀曲莹,金正勋,刘海英,等．粳稻杂种后代胚乳可溶性淀粉合成酶及同工型基因表达分析．中国水稻科学,２０１４,２８(１):２３Ｇ３１．[９]㊀何照范．粮油籽粒品种及其分析技术．北京:中国农业出版社,１９８５:１３７Ｇ１３９．[１０]L i a n g J S,Z h a n g JH,C a oX X．G r a i ns i n ks t r e n g t h m a y b e r e l a t e d t o t h e p o o r g r a i n f i l l i n g o f i n d i c aＧj a p o n i c ar i c e(O r y z a s a t i v a L．)h y b r i d s．P h y s i o lP l a n t,２００１,１１２(４):４７０Ｇ４７７．[１１]吕冰,郭志刚,梁建生．水稻胚乳中淀粉合成相关酶活性的变化对支链淀粉精细结构的影响．中国科学C辑:生命科学,２００８,３８(８):７６６Ｇ７７３．[１２]J a i n M,N i j h a w a nA,T y a g iA K,e t a l．V a l i d a t i o no fh o u s eＧk e e p i n gg e n e s a s i n t e r n a l c o n t r o l f o r s t u d y i n gg e n ee x p r e s s i o n i nr i c eb yq u a n t i t a t i v er e a lＧt i m eP C R．B i o c h e m B i o p h y R e sC o mm u n,２００６,３４５(２):６４６Ｇ６５１．[１３]王云飞,赵法茂,李天骄,等．小麦籽粒灌浆过程中淀粉去分支酶的类型㊁活性及其纯化．作物学报,２００７,３３(１１):１８４０Ｇ１８４４．[１４]李钱峰,张桂云,于恒秀,等．水稻异淀粉酶基因I S A１及其启动子的表达特性分析．中国水稻科学,２００９,２３(１):１２Ｇ１８．[１５]O h d a nT,F r a n c i s c oPB,S a w a d aT,e t a l．E x p r e s s i o n p r o f iＧl i n g o f g e n e s i n v o l v e d i n s t a r c h s y n t h e s i s i n s i n k a n d s o u r c e o rＧg a n s o f r i c e．JE x p B o t,２００５,５６(４２２):３２２９Ｇ３２４４．[１６]D u a n MJ,S u nSM．P r o f i l i n g t h e e x p r e s s i o n o f g e n e s c o n t r o lＧl i n g r i c e g r a i n q u a l i t y．P l a n tM o lB i o l,２００５,５９:１６５Ｇ１７８．[１７]K u b o A,R a h m a nS,U t s u m iY,e ta l．C o m p l e m e n t a t i o no f s u g a r yＧ１p h e n o t y p e i n r i c e e n d o s p e r m w i t ht h ew h e a t i s o a m yＧl a s e１g e n e s u p p o r t s a d i r e c t r o l e f o r i s o a m y l a s e１i n a m y l o p e c t i nb i o s y n t h e s i s．P l a n tP h y s i o l,２００５,１３７(１):４３Ｇ５６．[１８]Y u n M S,Um e m o t oT,K a w a g o eY．R ic ede b r a n c h i n g e n z y m ei s o a m y l a s e３f a c i l i t a t e ss t a r c h m e t a b o l i s m a n da f f e c t s p l a s t i dm o r p h o g e n e s i s．P l a n t C e l lP h y s i o l,２０１１,５２(６):１０６８Ｇ１０８２．[１９]S t r e bS,E i c k eS,Z e e m a nSC．T h e s i m u l t a n e o u s a b o l i t i o no f t h r e e s t a r c hh y d r o l a s e sb l o c k st r a n s i e n ts t a r c hb r e a k d o w ni nA r a b i d o p s i s．B i o lC h e m,２０１２,２８７(５０):４１７４５Ｇ４１７５６．[２０]钟连进,董虎,蔡小波,等．控制水稻胚乳淀粉合成代谢若干关键酶基因对花后高温的响应表达．应用生态学报,２０１２,２３(３):７４５Ｇ７５０．[２１]钟连进,程方民,张国平,等．灌浆结实期不同温度下早籼稻米淀粉链长分布与结构特征差异分析．中国农业科学,２００５,３８(２):２７２Ｇ２７６．４３５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)。
