优良食味水稻品种籽粒蛋白质合成与累积特征及其对氮素和光照条件的响应

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食味品质是稻米重要的品质性状,直接影响稻米的消费市场。较多研究表明稻米食味品质与籽粒蛋白质含量、植株氮素代谢密切相关,但相关机制研究并不深入。蛋白质是水稻籽粒的第二大组成部分,其合成与积累受众多基因调控,容易受外界环境影响,而且蛋白质合成与积累机制及其与稻米食味品质的关系相对复杂。为了解水稻籽粒蛋白质合成与积累特征,分析其籽粒蛋白质积累对稻米食味品质的影响机制,本研究选取了食味差异明显的常规粳稻和杂交稻品种,分析其蒸煮食味品质、蛋白质及其组分特征和植株氮代谢在不同类型水稻品种之间的差异,解析优良食味水稻品种蛋白质合成与积累的特征。此外,设置结实期氮素水平和弱光处理,观察不同食味水稻品种籽粒蛋白质合成与积累对关键环境条件的响应差异,进一步探讨优良食味水稻品种蛋白质合成与积累对蒸煮食味品质的影响。主要研究结果如下:1.稻米的食味值在不同类型水稻品种间有较大差异,与食味值较低的品种相比,食味值较高的品种籽粒蛋白质含量低、直链淀粉含量适中、崩解值较高、消减值较小(多为负值)。再结合实际消费中的品质表现,在本试验中,初步认定常规粳稻武育粳3号、农垦57为优良食味水稻品种,淮稻5号和武运粳24号为食味较差水稻品种;认定杂交稻丰优香占为优良食味水稻品种,甬优2640为一般品种,扬两优6号和汕优63为食味较差水稻品种。2.稻米蛋白组分在供试品种间存在差异,常规粳稻中优良食味水稻品种的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量较低,杂交稻中优良食味水稻品种的醇溶蛋白、谷蛋白含量较低。抽穗后10天至40天优良食味水稻品种籽粒蛋白质积累水平均低于食味较差水稻品种,最终精米蛋白质含量相对较低。灌浆结实期优良食味水稻品种游离氨基酸含量较低,且精米中游离氨基酸含量显著低于食味较差水稻品种;优良食味水稻品种上、下部籽粒游离氨基酸含量差异较小,而食味较差水稻品种上、下部籽粒氨基酸含量差异较大。优良食味水稻品种籽粒氮代谢酶活性较低,茎鞘转运的氮素相对较少,籽粒对氮素吸收利用较少。3.随着氮素供应量增加,供试水稻品种蒸煮食味品质均变差,籽粒蛋白质及各组分含量明显上升,谷氨酰胺合成酶(GS)、谷草转氨酶(GOT)、谷丙转氨酶(GPT)活性增强,茎鞘转运氮素增多。在常规粳稻品种中,醇溶蛋白与食味值呈显著负相关;在杂交稻品种中,醇溶蛋白、谷蛋白与食味值呈极显著负相关。优良食味水稻品种表现出较好的耐肥性,高氮条件下其蒸煮食味品质相对较好,蛋白组分增幅均相对较小,籽粒仍表现较低水平的蛋白质积累,籽粒游离氨基酸含量、氮代谢酶活性较低,茎鞘转运氮素相对较少。4.弱光胁迫下,供试水稻品种蒸煮食味品质变差,籽粒蛋白质及其组分含量显著上升,籽粒游离氨基酸含量降低,谷氨酰胺合成酶(GS)活性下降,谷草转氨酶(GOT)、谷丙转氨酶(GPT)活性上升,茎鞘氮素转运量、转运率上升,穗部氮素输入绝对量降低。优良食味水稻品种相较于食味较差水稻品种表现出更好的耐弱光胁迫特性,具体表现为蒸煮食味品质受弱光影响较小,蛋白组分增幅相对较小,籽粒游离氨基酸含量、蛋白质积累水平、氮代谢酶活性较低。
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