孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻氮代谢的影响及品种间差异

发布时间：2020-06-23 00:01

【摘要】：黑龙江省为我国重要的粳稻生产区,为满足我国稻谷市场需求和保障我国粮食安全做出巨大贡献。孕穗期为水稻需水临界期,孕穗期遭遇干旱胁迫严重影响水稻产量及品质。氮代谢是植物生命活动的重要生理过程之一,对水稻生长发育、产量和蛋白质形成都有重要影响。因此,为明确孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻氮代谢及产量的影响,本试验选用寒地粳稻松粳6(干旱敏感型)和东农425(耐旱型)为材料,设置三个干旱胁迫梯度(轻度干旱:-10 kPa、中度干旱:-25 kPa、重度干旱:-40 kPa),以正常灌溉为对照,研究孕穗期干旱胁迫对寒地粳稻氮代谢关键酶活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、籽粒蛋白质及各组分含量以及产量的影响,明确氮代谢对孕穗期干旱胁迫的响应机制及品种间差异,揭示氮代谢关键酶活性对籽粒蛋白质、蛋白质各组分的调控效应,旨在丰富寒地粳稻孕穗期抗旱生理基础。本试验主要结论如下:1.与对照相比,孕穗期轻度干旱5-15 d寒地粳稻功能叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)活性升高,但随着干旱的时间延长,增幅降低,在轻度干旱20 d时活性下降,复水后活性升高,增幅逐渐减小;在中度、重度干旱下随着干旱程度增加酶活性降低(除东农425 GS、GOT在中度干旱5 d时和NR、GOGAT、GPT在中度干旱5-10 d时活性升高),随着干旱胁迫时间的延长,降幅增加,复水后降幅减小。两个品种功能叶片谷氨酸脱氢酶(GDH)随着干旱胁迫程度和时间的增加活性升高,增幅逐渐增大,复水后增幅减小。在相同干旱处理下,东农425功能叶片氮代谢关键酶活性表现均高于松粳6,且复水后东农425恢复能力强于松粳6。2.与对照相比,轻度干旱寒地粳稻籽粒GS、GOGAT、GPT、GOT活性均显著升高;中度干旱下,东农425 GS、GOGAT、GPT、GOT在灌浆前期(齐穗后7-14 d)活性升高,之后降低;松粳6 GS、GOGAT在灌浆前期(齐穗后7 d)活性升高,之后降低,而GPT、GOT活性在整个灌浆期均降低;重度干旱下,GS、GOGAT、GPT、GOT活性降低,显著低于中度干旱。与对照相比,籽粒GDH随着干旱胁迫程度的增加活性升高。在相同干旱处理下,东农425籽粒氮代谢关键酶活性表现均高于松粳6。3.与对照相比,干旱处理下功能叶片可溶性蛋白含量升高。松粳6在干旱处理5-10 d随着干旱程度和时间的增加含量升高,干旱处理15 d起,重度干旱含量低于中度干旱;而东农425在干旱5-15 d随着干旱程度和时间增加含量升高,干旱处理20 d时重度干旱含量低于中度干旱。寒地粳稻功能叶片脯氨酸含量随着干旱胁迫程度和时间的增加显著升高。干旱处理下东农425可溶性蛋白和脯氨酸含量表现均高于松粳6,复水后东农425恢复能力高于松粳6。4.孕穗期干旱胁迫下东农425籽粒蛋白质含量升高,随干旱程度的增加,增幅降低;松粳6籽粒蛋白质含量总体表现为轻度中度对照重度(除齐穗后7 d,重度干旱大于对照),且东农425增幅均高于松粳6。松粳6籽粒清蛋白总体表现为中度轻度对照重度干旱,而东农425随干旱程度增加含量升高;松粳6球蛋白、醇蛋白和东农425球蛋白表现为中度轻度重度干旱对照;东农425醇蛋白、谷蛋白含量表现为中度重度轻度对照;松粳6谷蛋白表现为轻度中度重度对照。东农425籽粒蛋白质各组分含量总体表现均高于松粳6。5.孕穗期不同程度干旱胁迫下寒地粳稻产量显著降低,且随着土壤水势降低,降幅增大,品种间差异显著,与松粳6相比,东农425产量降幅较小。导致减产主要原因为穗粒数、结实率、千粒重显著降低。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511.22
【图文】：

高等植物,铵态氮,谷氨酸,植物体

4+。如图1-1所示，植物同化硝酸盐的首要步骤为植物体表皮和皮层细胞从土壤溶液中吸收的硝态氮（NO3-）经硝酸还原酶（Nitrate reductase, NR）还原转化为铵态氮（NH4+），和植物体本身吸收的铵态氮（NH4+）经一系列生理生化反应被植物体最终转化为有机态氮被植物有机体利用[36]。植物进行NH4+同化一般有两个途径：一条途径是通过谷氨酸脱氢酶（Glutamate dehydrogenase, GDH）催化α-酮戊二酸与硝态氮（NO3-）还原产生的铵态氮（NH4+）生成谷氨酸；另一种途径是通过谷氨酰胺合成酶（Gluaminesynthetase, GS）催化谷氨酸（Glutamic）与铵态氮（NH4+）结合生成谷氨酰胺（Glutamine, Gln），该反应所需的ATP由线粒体提供，生成的谷氨酰胺在谷氨酸合成酶（Glutamate synthetase,GOGAT）催化下与α-酮戊二酸结合，生成2分子谷氨酸（Glu），其中一分子谷氨酸用来合成其他氨基酸，而另一分子谷氨酸作为底物与铵态氮（NH4+）在谷氨酰胺合成酶（GS）催化下循环利用[37]。特别指出的是

标准曲线,齐穗期,籽粒,晴天

2.3.2 籽粒氮代谢关键酶各处理选取生长整齐一致且同日抽穗的植株挂牌标记，分别于齐穗期后 7、14、21、28、35 天的晴天上午 9:00-10:30 取样，每处理取 3 盆，三次重复，选取穗中上部籽粒进行氮代谢关键酶（GS、GOGAT、GDH、GPT、GOT）活性测定。2.3.3 籽粒蛋白质及各组分各处理选取生长整齐一致且同日抽穗的植株挂牌标记，分别于齐穗期后 7、14、21、28、35 天和成熟期的晴天上午 9:00-10:30 取样，每处理取 3 盆，三次重复。2.4 测定方法2.4.1 功能叶片硝酸还原酶提取及活性测定参考李合生[137]的离体法测定 NR 活性，具体方法如图 2-1 所示，并用 NaNO3做标准曲线，依据标准曲线计算硝酸还原酶活性，酶活性以每小时每克鲜样中产生的 NaNO2微克数（μg·g-1·h-1）表示。

【参考文献】