小麦的品质很大程度上受到淀粉的影响。磷是作物必须的三大营养元素之一,对淀粉的合成与积累起着重要作用。该研究主要着眼于不同施磷量水平下小麦籽粒淀粉合成及淀粉特性变化的机理。本研究采用新疆冬小麦主栽品种新冬20号和新冬23号,在返青期施用三种水平的磷肥(重过磷酸钙,P0:P2O5 0 kg/hm2;LP:P2O5 105 kg/hm2;HP:P2O5 210 kg/hm2),于灌浆期分期取样研究了籽粒发育过程中的淀粉含量、粒度分布、支链淀粉链长分布、籽粒全磷含量、淀粉合成与降解酶活性、淀粉合成与降解酶基因表达量以及关键降解酶基因表达部位,同时观察了成熟期淀粉粒的微观结构,测定了成熟期淀粉粒的酶解特性和热特性。相关结果如下:1.施磷条件下,籽粒发育过程中的淀粉(总淀粉、直链淀粉和支链淀粉)含量、支链淀粉B链段比例以及胚乳中α-和β-淀粉酶的活性都有提高,直支链淀粉含量之比和支链淀粉A链段比例则有所下降,但籽粒全磷含量变化不大。磷处理下新冬20号胚乳蔗糖合成酶(SS)活性和酶活高峰期的淀粉分支酶(SBE)活性显著增强,新冬20号胚乳中淀粉去分支酶(DBE)活性峰值的出现时间也早于对照,同时新冬20号成熟期的B型淀粉粒比例显著增加。各处理下籽粒总淀粉、支链淀粉和直链淀粉含量在灌浆早期都很低,之后随籽粒的发育逐步提高,两个冬小麦品种成熟期籽粒中的淀粉含量均以LP处理下最高。胚乳中α-淀粉酶的活性在各时期变化不大且远低于β-淀粉酶,而β-淀粉酶活性则在灌浆早期较低,之后随籽粒的发育逐步提高。两个冬小麦品种的籽粒全磷含量在花后各时期变化不大,且成熟期各处理下无显著差异。2、籽粒发育过程中12个淀粉合成相关酶基因(agp1,agp2,gbss1,gbss2,ss1,ss2,ss3,ss4,sbe1,sbe2a,sbe2b,iso1)和11个淀粉降解酶基因(amy1,amy2,amy3,amy4,bam1,bam2,bam3,bam4,bam5,bam6,bam7)在小麦胚乳中均有表达,相比对照和HP处理,LP处理显著提高了淀粉合成与降解相关酶基因的表达量,且淀粉合成相关酶基因的表达峰值主要出现在灌浆前期和中期,而降解相关酶基因的表达峰值则主要出现在籽粒灌浆的中后期。3.制作了不同灌浆时期小麦籽粒的石蜡切片,设计了amy4,bam1和bam5基因的RNA探针,采用原位杂交的方法对这三个基因在胚乳中的表达部位进行了定位。结果表明,花后7d时amy4,bam1和bam5基因在果种皮和早期胚乳中都有表达,随着籽粒的发育,对照条件下的整个胚乳在各时期都可以检测到这三个基因的表达,而在LP和HP处理下,花后28d和35d时这三个基因的表达部位主要是胚乳的边缘,且这一现象在LP处理下更加显著。4.成熟期淀粉粒的研究结果如下:扫描电镜观察表明不同磷水平下淀粉粒的基本形状并未发生明显变化,但施磷条件下的淀粉粒表面更容易观察到微孔;对淀粉粒进行蛋白酶处理及汞溴红和CBQCA染色后,激光共聚焦显微镜观察表明施磷条件下的淀粉粒经汞溴红和CBQCA染色后出现了更多的荧光,说明淀粉粒的微通道结构发生了变化。此外,淀粉粒的酶解试验表明,施磷条件下的淀粉粒经α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶水解后还原糖浓度显著升高,可能与磷处理下淀粉粒微观结构和组织化学特性的变化有关。另外,磷处理提高了新冬23号淀粉粒的起始糊化温度、峰值糊化温度、终止糊化温度和热焓值。本研究认为,适量施磷条件下淀粉合成相关酶基因表达量的提高以及酶活性的变化可能促进了造粉体中微管结构的增加,从而促进了淀粉粒的形成与积累,同时残留的造粉体微管则使淀粉粒中形成了更多的微通道结构;另一方面,胚乳外缘淀粉酶基因转录水平的提高可能造成了α-和β-淀粉酶活性的增强,最终对于淀粉粒表面微孔以及内部微通道结构的增加也起到了一定的促进作用。