水稻糖质胚乳突变体Sug-11籽粒灌浆过程的淀粉合成关键酶活性及其与淀粉理化特性关系.pdf
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1、水稻糖质胚乳突变体S u g 籽粒灌浆过程的淀粉合成关键酶 活性及其与淀粉理化特性关系 赵华, 王俊敏 张其芳 赵倩 梅淑芳 刘向蕾 程方民, (金华职业技术学院,浙江 金华 ;浙江省农业科学院 作物与核技术研究所,杭州 ;浙江大学 农业与生物技术学院, 杭州 ; 通讯联系人, E m a i l:c h e n g f mz j u e d u c n) A c t i v i t i e so f S e v e r a l S t a r c hS y n t h e s i sE n z y m e s i nF i l l i n gG r a i n s f o rR i c eS
2、 u g a r y E n d o s p e r m M u t a n t(S u g )a n dI t sR e l a t i o nt oS t a r c hQ u a l i t y ZHAOH u a ,WANGJ u n m i n, ZHANGQ i f a n g , ZHAOQ i a n ,ME IS h u f a n g,L I UX i a n g l e i , CHE NGF a n g m i n , (J i n h u aP o l y t e c h n i c,J i n h u a ,C h i n a;Z h e j i a n gA c
3、a d e m yo fA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s,H a n g z h o u ,C h i n a;C o l l e g e o fA g r i c u l t u r ea n dB i o t e c h n o l o g y,Z h e j i a n gU n i v e r s i t y,H a n g z h o u ,C h i n a; C o r r e s p o n d i n ga u t h o r,E m a i l:c h e n g f m z j ue d uc n) Z HAO H u a,WA
4、N GJ u n m i n,Z HAN GQ i f a n g,e t a l A c t i v i t i e s o f s e v e r a l s t a r c hs y n t h e s i s e n z y m e s i n f i l l i n gg r a i n s f o r r i c es u g a r ye n d o s p e r m m u t a n t(S u g )a n d i t s r e l a t i o nt os t a r c hq u a l i t y C h i nJR i c eS c i, , () : A b
5、 s t r a c t:W i t ht h er i c es u g a r ye n d o s p e r m m u t a n t(S u g )a n di t sw i l d t y p e(Z h o n g h u a )a sm a t e r i a l s,t h et o t a l s o l u b l es u g a r,s u c r o s ec o n t e n t s,s t a r c ha c c u m u l a t i o ni nf i l l i n gg r a i n sa n dt h es t a r c hp h y s
6、 i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sw e r e c o m p a r e dt of u r t h e rr e v e a lt h et e m p o r a lp a t t e r n so fs u g a rc o n t e n t,s e v e r a lk e ye n z y m e sa c t i v i t i e sa n dt h e i ri s o f o r m g e n e s t r a n s c r i p t i o n a l e x p r e s s i o n l e v e l
7、d u r i n gt h eg r a i nf i l l i n gs oa st oa n a l y z et h ep h y s i o l o g i c a lm e c h a n i s mf o rS u g w h o s es u g a r sc o n t e n t sc h a n g ea n d g r a i nw e i g h td e c l i n ef r o mt h ep o i n to fs t a r c hb i o s y n t h e s i sp a t h w a yi nr i c e g r a i n s T h
8、 er e s u l t s h o w e dt h a t t h ed i f f e r e n c e s i ns o l u b l es u g a ra n ds u c r o s ec o n t e n t sb e t w e e nS u g a n d i t sw i l d t y p e w e r en o t o b v i o u s a t t h e i n i t i a l s t a g eo f g r a i n f i l l i n g,b u tw i t h t h e f i l l i n gp r o c e s s i
9、t g r a d u a l l yb e c a m e a p p a r e n t S e c o n d l y, t h ea m y l o s e(Am)c o n t e n ta n dB V(Am)o fS u g w e r es i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e dw h i l et h es t a r c hs o l u b i l i t ya n dB V ( a m y l o p e c t i n, A p )w e r e i n c r e a s e dc o m p a r e dw i t hZ
10、 h o n g h u a ,i n d i c a t i n g t h a t t h ep h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e so f g r a i n s t a r c hw e r es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e d i nt h es u g a r ye n d o s p e r m m u t a n t F i n a l l y,a m o n gt h ek e ye n z y m e s i ns t a r c hs y n t h e t i c m
11、 e t a b o l i s m,d e b r a n c h i n ge n z y m e(D B E) ,e x i s t e di nS u g s e e d s,w e r eq u i t ed i f f e r e n t f r o mi t sw i l dt y p ei na c t i v i t y a n dd y n a m i ci nt h ep r o c e s so fg r a i nf i l l i n g,a n dP U Lt r a n s c r i p t i o n a le x p r e s s i o nl e v
12、e la n d D B Ea c t i v i t ys t r i k i n g l y d e c r e a s e da t t h em i d d l e l a t e s t a g e,r e s u l t i n g i n t h ed e c l i n e ds t a r c ha c c u m u l a t i o na n d i n c r e a s e ds u g a r c o n t e n t i nS u g H o w e v e r t h ep o o rf i l l i n ga n d g r a i n w e i g
13、h td e c l i n ew e r e,t os o m ee x t e n t,a s s o c i a t e d w i t hd r o p p e d A D P G a s e a c t i v i t ya t t h ee a r l yg r a i nf i l l i n gs t a g e K e yw o r d s:r i c e;s u g a r ye n d o s p e r m m u t a n t;s t a r c hs y n t h e s i s;e n z y m a t i ca c t i v i t y;s t a r
14、c hq u a l i t y 赵华,王俊敏,张其芳,等水稻糖质胚乳突变体S u g 籽粒灌浆过程的淀粉合成关键酶活性及其与淀粉理化特性 关系中国水稻科学, , () : 摘 要:以水稻糖质胚乳突变体S u g 与其野生型对照中花 为材料, 通过对两者籽粒中可溶性总糖、 蔗糖含量和淀粉含 量以及有关淀粉品质理化指标的比较, 结合籽粒灌浆过程中糖类物质含量、 淀粉合成代谢关键酶活性和相关同工型基因转 录表达水平的动态测定, 从籽粒淀粉合成代谢角度, 对水稻糖质突变体S u g 的籽粒糖类含量变化和千粒重下降的生理原 因进行了分析.结果表明,S u g 糖质突变体与其野生型在灌浆初期的可溶性糖和
15、蔗糖含量差异并不明显, 随着籽粒灌浆 进程, 两者间的籽粒糖分含量差异在灌浆中后期逐步趋于明显; 与野生型相比, S u g 糖质胚乳突变体的稻米直链淀粉含量 和直链淀粉碘蓝值显著下降, 而淀粉溶解度和支链淀粉碘蓝值则显著升高, 糖质胚乳突变对稻米淀粉的理化特性也产生了 明显的影响; 在籽粒淀粉合成代谢的几个关键酶中, S u g 糖质突变体籽粒中的D B E活性及其在灌浆过程中的动态变化与 收稿日期: ;修改稿收到日期: . 基金项目:国家自然科学基金资助项目( ) ; 浙江省公益性技术应用研究项目( C ) . 中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i) , , ( ) :
16、h t t p: / /w w w r i c e s c i c n D O I: /j i s s n 其野生型存在明显差异, 揭示了胚乳糖质突变体S u g 籽粒中淀粉积累减少、 糖分含量增加主要是由籽粒灌浆中后期的 P U L转录表达水平和D B E活性的大幅下降所引起的, 而S u g 的籽粒灌浆不良和千粒重下降等现象, 则与其A D P G a s e 活性在籽粒灌浆前期的显著下降存在一定的联系. 关键词:水稻;糖质突变;淀粉合成;酶活性; 淀粉品质 中图分类号:Q ;S 文献标识码:A 文章编号: ( ) 近年来, 国内外已利用化学诱变剂、 辐射方法和 T D NA插入等技术相继
17、获得了胚乳淀粉性状发生 突变的突变体材料, 包括糯性(w a x y) 、 暗色( d u l l) 、 云 雾 性 状 (m i s t y) 、糖 质 突 变 ( s u g a r y) 、皱 缩 ( s h r u n k) 、 粉质(f l o u r y) 等类型的胚乳突变 .这 些突变体是研究稻米淀粉性质和结构的理想材料, 同时, 对于揭示控制稻米淀粉合成代谢的相关功能 基因且具有重要意义.Y a n o等 利用 N 甲基 N 亚硝基脲(MNU) 处理水稻受精卵细胞, 筛选获得了 胚乳甜质 和皱缩的突变体, 将其命名为“ 甜质” 和 “ 皱缩” , 对其遗传分析结果表明, 这两种
18、突变性状均 由单隐性基因控制 ,; S a t o h等 和 K u b o 等将 控制胚乳甜质突变的基因 s u g 定位在第染色体 上, 而将皱缩( s h r 和s h r ) 分别定位于第和第 染色体上;K a w a g o e等 认为, 水稻皱缩突变与 A D P G焦磷酸化酶基因有关,s h r 的ADP G基因 的大小亚基正常, 而s h r 属小亚基突变, 从而导致 了两个突变体的A D P G焦磷酸化酶的活性降低 . 但前人相关研究工作主要针对单个基因或某一个酶 的活性变化来展开研究, 而对糖质突变后水稻籽粒 灌浆过程中的淀粉合成代谢关键酶及其主要同工型 变化尚缺乏较系统的
19、比较分析 .为此, 本研究 以中花 及其糖质突变体S u g 为材料, 对S u g 与其野生型对照之间的糖组分、 淀粉理化特性和 淀粉合成代谢途径相关酶活性等进行了比较分析, 以揭示水稻胚乳糖质突变后的淀粉合成代谢变化及 其与相关功能基因表达特征、 淀粉结构间的联系. 材料与方法 试验材料与田间种植 试验于 年和 年在浙江大学紫金港校 区农业试验站进行.供试水稻材料为粳稻品种中花 及 其 糖 质 突 变 体 ( 暂 命 名 为S u g ) .其 中, S u g 是通过对中花 的成熟种子进行 C o 射 线辐照处理, 并经多代选择获得的性状稳定的糖质 突变体材料, 由浙江省农业科学院作物与
20、核技术研 究所王俊敏副研究员提供, 其发育进程等性状与野 生对照中花 十分相近( 图) , 但前者的成熟胚乳 呈甜味. 试验采用随机区组设计, 重复次.月 日 播种, 采用湿润育秧, 月 日移栽, 每小区行, 行长m, 行距 c m,每行丛, 每丛苗.试验 地前茬为大麦, 肥力中等偏上, 大田常规水作栽培管 理.待水稻在田间生长发育至齐穗期( S u g 与中 花 的生育期相仿) , 分别选取生长发育进程一致 的稻穗 个左右进行挂牌标记, 之后每 d( 包括齐 穗当日) 取样, 每次取样时间为当日上午 : : , 样品取回后立刻用液氮冷冻, 并放入 冰箱保存, 待所有样品采集完毕后统一进行相关
21、指 标的测定.在水稻成熟收获时, 考种分析每穗粒数、 千粒重和结实率等农艺性状指标, 成熟种子风干、 去 壳、 碾白后, 进行稻米淀粉理化指标的测定. 测定项目与方法 粗酶液的提取和酶生理活性测定 对不同灌浆时期的样品, 取其稻穗中部且灌浆 进程基本一致的籽粒 粒, 去壳后称重, 加m L 提取液( 含 mm o l/LT r i c i n e N a OHp H , mm o l /L M g C I ,mm o l /LE D T A, (v/v) 甘油;(w/v)P V P , mm o l/ L 巯 基 乙 醇) ,在下研磨成匀浆, 在 g下离心 m i n,上清液用于有关酶的活性测
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- 关 键 词:
- 水稻 胚乳 突变体 Sug 11 籽粒 灌浆 过程 淀粉 合成 关键 活性 及其 理化 特性 关系
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