以优质有色稻“罗田红米”为例研究稻米色素积累的光温调节机理

The seed of colored rice is rich in the anthocyanin pigment and trace elements that has antioxidant function and nutritional edible value. The red rice line “Luotian Red Rice” has obtained from the local traditional colored-rice breeding resources. Its seed is rich in iron, phosphorus and γ-aminobutyric acid and can be steadily hereditary. Recent application in the production of “Luotian Red Rice”, the different production areas, the same area with different seasons or managing differences caused a considerable difference on the red-color degree of seeds, which had a strong impact on the quality consistency of the high-quality rice. In the project, we explore the characteristics of flavonoids metabolism based on metabolome and gene expression profile, and study on pigment expression regulation of key enzymes in metabolic pathways of “Luotian Red Rice” under different sowing date and under different temperature conditions. In addition, the F1 generations of the high-quality rice lines “EZhong 5”, “Luotian Red Rice” /“EZhong 5” are as the pigment cascade reduced samples to analyze the regulatory mechanism of pigment synthesis and accumulation of rice seeds in different cultivation conditions. The study will lay the foundation of revealing the molecular mechanism of plant flavonoids metabolic regulation and provide the theoretical foundation for the cultivation and quality improvement of the high-quality rice, also for that of other varieties of colored rice or other crops.

有色稻米富含天然花色苷色素和微量元素，具有抗氧化功能和营养食用价值。本人从地方传统红米资源中选育获得糙米富含铁、磷及γ-氨基丁酸并稳定遗传的品系“罗田红米”。在生产应用中，由于不同生产地区、同地区不同季节或不同栽培管理模式，稻米的红色程度出现了较大差异，严重影响其作为特用型优质营养米的品质一致性。本项目拟基于代谢组和表达谱探究“罗田红米”在不同播期、不同灌浆光温条件下颖果类黄酮物质代谢特征以及代谢途径中色素合成关键酶表达调控规律，并以优质普通稻“鄂中五号”、“罗田红米”/“鄂中五号”的F1代作为色素梯级降低差异样本，对比分析栽培条件光温因子对水稻颖果色素合成与积累的调控机制。为揭示作物类黄酮代谢调控的分子机制奠定基础，同时为优质特种有色稻“罗田红米”的保质栽培及品质稳定性改良提供理论依据和技术基础，并为不同品种有色稻、其他作物色素性状的研究与应用提供参考实例。

前期已从地方优质传统资源中选育出了高色素特征和富微量元素营养品质的色稻品系“罗田红米”，其糙米原花色素含量约为30mg/g、铁量为111μg/g。不同生产地区、同地区不同季节或栽培管理上的不同导致其糙米红色程度出现了较大差异，严重影响了特用稻米的优质生产和应用推广。项目以“罗田红米”为试材，开展了不同播期下颖果色素代谢规律和光温效应、叶面微肥调节稻米营养形成关键技术研究。探明了长江中下游色稻生产中色素品质形成的光温响应内在规律，明晰了特种稻米色素形成的类黄酮代谢基础、生态稳定机制和调节技术，为探索优质有色稻的光温资源优化栽种模式、营养品质保持调节技术提供理论基础，并为其它作物色素性状的研究与应用提供了参考实例。. 开展具体研究及取得进展如下。分析了不同播期下红米色素积累的光温效应，提出了在长江中下游地区适宜红米稳产保优的播种时间为每年4月26日至5月10日，灌浆日均温为30 ℃。探明了水稻籽粒色素品质形成代谢基础及优化栽培技术，鉴定了红米籽粒色素标志代谢物为原花青素B8和C1，其含量是普通白米9311的100—300倍；抽穗期喷施0.1% FeSO4营养液显著诱导了灌浆籽粒F3H和ANS的表达和酶活上调3—30倍，使类黄酮途径代谢物大量流向了（表）儿茶素，促进了成熟籽粒色素物质聚合型原花青素含量提高1倍。同时，该叶面喷施0.1% FeSO4营养溶液方式促进了红米和9311的糙米铁量提高，最大涨幅达到了150%。该叶面铁肥调节技术有效改善了有色米的色素品质、提高糙米铁含量，可作为特种水稻色素保持或营养品质增强的经济、有效栽培方式。. 地方优质、特种水稻“罗田红米”品系具有功能、营养特征，有着良好的营养价值和经济效益。通过项目实施已基本阐明其种植模式、特征品质的光温响应特点，研究的“叶面喷施微肥”保优栽培技术具有较好的营养品质保持的生态效益和广阔发展前景。