优质食味水稻品种南粳9108高产的光合碳同化基础

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南粳9108(NG9108)是江苏省农业科学院由父本关东194(GD194)和母本武香粳14(WXG14)通过杂交而得到的优良食味粳稻新品种,近年来,关于NG9108的研究多集中于肥料运筹、栽培方式、稻米品质及高产特征分析,而关于其内部生理生化特性的研究鲜见报道。光合暗反应过程对于植物干物质的积累至关重要,为了探究NG9108光合碳同化能力,本研究以NG9108为实验材料,其亲本为对照,从光合暗反应的相关酶:核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Ribulose bisphosphate carboxylase oxygenase,Ru Bis CO)、丙酮酸磷酸激酶(Pyruvate orthophosphate dikinase,PPDK)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)入手,探究上述酶的活力、蛋白含量和m RNA含量,并结合差异蛋白分析阐明NG9108光合碳同化特性,为优质高产水稻的选育提供一定的理论依据。研究结果如下:(1)NG9108株高较高,株型紧凑,长势较旺,分蘖力较强,叶片挺直,姿态较挺,其良好的叶型、株型使其充分接受光照。农艺性状对比发现,NG9108的株高、剑叶长、穗长、每穗实粒数、着粒密度和千粒重均高于GD194和WXG14。酶活力检测发现,抽穗期和乳熟期,NG9108剑叶中的Ru Bis CO、PPDK、PEPCK酶活力接近GD194,高于WXG14,其较高的碳同化相关酶活性能够提高CO2同化效率,促进光合产物的合成。(2)抽穗期和乳熟期,NG9108剑叶中各碳同化过程相关的Ru Bis CO大亚基(Ru Bis CO large subunit,Rbc L)、Ru Bis CO小亚基(Ru Bis CO small subunit,Rbc S)、PPDK和PEPCK蛋白含量和m RNA转录水平与GD194基本持平或略高,而显著高于WXG14。进一步表明NG9108的光合碳同化能力类似于GD194,却明显优于WXG14。NG9108较强的光合暗反应能力,促使NG9108合成更多的有机物,为籽粒填充过程中干物质的合成和积累提供充分的保障。与亲本相比,NG9108较高的PPDK酶活力和含量能够促进籽粒淀粉合成,增加NG9108籽粒的重量。(3)蛋白质组学分析结果显示,乳穗期,NG9108与亲本间差异表达的蛋白主要涉及光合作用、蛋白质代谢、核酸代谢、信号转导等6类。乳熟期,NG9108与亲本相比,光反应中的放氧增强蛋白1、细胞色素b6f复合体铁硫亚基和ATP合酶δ链蛋白丰度上调,表明NG9108与亲本相比,具有较活跃的电子传递效率、ATP合成速率,光反应能力较强,这解释了NG9108光合碳同化能力略低于GD194,但诸多产量构成指标高于GD194的原因。NG9108的蛋白质合成代谢表现出比GD194迟缓,比WXG14活跃的趋势,这可能是NG9108暗反应相关酶(Ru Bis CO、PPDK、PEPCK)蛋白含量稍低于GD194、高于WXG14的原因。NG9108剑叶中核糖核酸酶的蛋白质丰度下调,表明NG9108剑叶中RNA的降解速率迟缓。
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