基于碳氮代谢比较研究粳米腹白和心白形成的生理机制

垩白是最主要的稻米外观品质性状之一，对碾米品质也具有重要影响。高垩白米率是制约我国稻米品质提高的一个主要因素。已有的研究较少区分不同类型垩白，且多侧重籽粒碳代谢和淀粉积累与垩白形成之间的关系，而对氮代谢和蛋白质积累在垩白形成中的作用缺少深入研究，这在一定程度上制约了垩白形成机理及调优栽培研究的深入。本项目以我国粳稻两个主要垩白类型-腹白和心白为研究对象，利用本课题组创制的低垩白、高腹白和高心白突变体材料，以碳、氮代谢及两者之间关系为切入点，通过分析籽粒灌浆过程中碳、氮代谢相关组分和酶表达的时空变化特征，并结合其终产物-淀粉、蛋白质积累的形态解剖学研究，从代谢过程和结果两方面阐明腹白和心白在形成生理机制上的共性和个性。研究结果可为不同垩白类型粳稻品种的品质调优栽培技术研究提供理论依据，并为稻米品质生理与遗传机制研究提供新思路。

本研究以武育粳3号及其腹白和心白突变体为材料，比较研究了腹白米和心白米在形态结构、理化组成上的差异。腹白部位的胚乳细胞呈方形，细胞内复合淀粉粒呈较大的椭圆体，在其周围分布着许多蛋白体。心白部位的胚乳细胞呈狭长形，细胞内淀粉粒大小分布不均匀，小粒径的淀粉粒比较多，蛋白体几乎不可见。腹白部位复合淀粉粒粒径较大，由较多单粒淀粉组成，因而破碎后的单粒淀粉粒呈规则的多角形；而心白部位复合淀粉粒粒径较小，这些淀粉粒由少数的几个单粒淀粉组成，破碎后的单粒淀粉粒呈不规则形，棱角较少。与透明米相比，腹白米的直链淀粉含量显著增加，而支链淀粉含量显著降低，直链淀粉/支链淀粉增加；心白米除直链淀粉含量无明显变化外，支链淀粉含量和直链淀粉/支链淀粉与腹白米表现相似。腹白米和心白米除蛋氨酸、组氨酸和精氨酸含量高于透明米外，其他氨基酸含量均低于透明米。腹白米Mn、Zn、K和Mg含量低于透明米，而心白米除Zn外，其他矿质元素含量变化与腹白米表现相似。腹白米和心白米总淀粉含量无明显差异，但腹白米直链淀粉含量和K含量显著高于心白米，而支链淀粉、蛋白质组分、氨基酸和Zn含量低于心白米。本研究结果揭示了腹白和心白在形态结构及生化组成上的差异，为阐明这两种垩白形成的生理机制提供参考。