超级稻籽粒充实对产量和品质影响的生理机制及其调控途径

籽粒充实对水稻产量和品质有重要影响，超级稻强、弱势粒的充实存在较大差异，严重影响超级稻优势发挥。目前，关于超级稻籽粒充实对其产量和品质影响的生理机制研究甚少，提高超级稻产量和品质的调控途径研究几乎是空白。本项目以内源激素含量-RNA和mRNA水平-胚乳发育、蔗糖淀粉代谢途径关键酶活性-籽粒充实-产量和品质形成的研究为主线。研究内容：（1）不同基因型及同一基因型超级稻强、弱势籽粒内源激素与胚乳发育、籽粒充实与产量和品质形成的关系。（2）与激素代谢有关的CTK氧化酶、IAA氧化酶、NECD、KO和ACC合成酶/氧化酶活性与籽粒内源激素水平变化的关系。（3）与蔗糖-淀粉代谢相关的关键酶AGPase、SSase、Q-酶和R-酶的活性与产量和品质形成的关系。（4）籽粒充实和稻米品质指标。通过研究，阐明超级稻胚乳发育、籽粒充实和产量与品质形成生理机制，提出提高产量和品质的调控途径。

超级稻强、弱势粒的充实存在较大差异，严重影响超级稻优势发挥。目前，关于超级稻籽粒充实对其产量和品质影响的生理机制研究较少。本研究以代表性的超级稻品种为材料，研究了不同穗型水稻穗部性状特征以及强、弱势粒充实存在较大差异的生理原因，研究了水氮管理对超级稻产量和品质的影响及其生理机制，研明了提高超级稻产量和品质的调控途径。主要结果如下：.（1）研明了超级稻品种穗部性状及其与产量构成的关系. 直立穗类型品种枝梗数增多是导致穗粒数多的直接原因，同时枝梗数增加导致着粒密度也相应增大，结实率下降，稻米品质变差。超级稻一次枝梗数、一次枝梗总粒数、二次枝梗数和二次枝梗总粒数显著高于常规稻，每穗粒数的增加主要来源于中下部二次枝梗的贡献，下部二次枝梗颖花退化是影响大穗形成的主要限制因素。.（2）研明了超级稻不同粒位籽粒脱落酸含量差异及其与籽粒灌浆的关系. 随着灌浆进程, 早开花籽粒中ABA含量到达峰值的时间越早, 峰值高，到达峰值后,减少得快；早开花籽粒中可溶性糖含量下降快,与开花顺序基本一致；早开花籽粒达到最大灌浆速率的时间早，峰值高。灌浆期籽粒中ABA含量与灌浆速率呈显著正相关。.（3）超级稻强、弱势粒灌浆差异形成的蛋白组学数量及其功能鉴定. 花后7 d，弱势粒蛋白表达量低，与强势粒相比，有106个蛋白发生了1.5倍以上的差异表达，19个出现2倍以上差异表达。弱势粒花后14 d比花后7 d蛋白表达量大，共有127个蛋白发生1.5倍以上差异表达，44个出现2倍以上差异表达。在差异表达的蛋白中，涵盖了参与多个生理生化途径的差异蛋白。灌浆初期水分适度胁迫（-20kPa）籽粒中蛋白差异表达数量少，幅度小。.（4）研明了水氮管理对超级稻强、弱势粒充实的影响及其调控途径. 麦秸全量还田和适宜的氮肥水平有利于枝梗和颖花的形成；抽穗前，基蘖肥：穗肥=7：3，生育各期茎鞘物质积累量与运转率高，有利于提高籽粒充实。轻干湿交替灌溉显著提高超级稻的结实率、千粒重和充实度。.（5）研明了生态环境因子对超级稻品质性状的影响及其调控途径. 实地氮肥管理与轻干湿交替灌溉，能够提高稻米的整精米率，减少垩白发生，降低稻米的直链淀粉含量，增大了胶稠度，降低了粗蛋白含量。有利于改善稻米品质。随着光强减弱，稻米品质下降，光强胁迫对粳型超级稻品质的影响大于籼型超级稻。