大豆杂交后代籽粒蛋白质和脂肪积累模式与亲本相异性分析

【目的】本研究拟通过对3个基因型亲本和其杂交后代籽粒蛋白质和脂肪积累模式的对比分析,以了解大豆种子发育过程中碳分配规律与杂交后代籽粒蛋白质含量分异的相关关系,为未来大豆优质育种提供参考。【方法】以3个基因型大豆(Glycine max L.Merr:高蛋白品种PI153.217(H)、低蛋白品种PI294.372(L)和高产低蛋白品种Evans(E))为亲本进行两两杂交(H×E,L×E)后,从H×E杂交组合中选出高蛋白品系RIL(HH)和低蛋白品系RIL(HL),从L×E杂交组合中选出高蛋白品系RIL(LH)和低蛋白品系RIL(LL)。将亲本和杂交后代种子同时种植在试验地,在开花后的第18天开始,每隔5d采收一次豆荚直到种子成熟,并分析不同时间收集的种子组分。【结果】亲本H和L种子生育期短(开花后48d),但生长快。高产品系E(植株高大,每株上的豆荚数多)生育期较长(开花后60d),生长速率较低。杂交后代RIL(HH)生长模式与H相同,RIL(LL)与L和E的相同。不同基因型亲本蛋白质和脂肪积累模式主要在发育的中晚期不同。在种子生长的中晚期,H蛋白质持续快速积累到种子成熟,L和E相对积累较慢;开花后40dH脂肪积累达到最高,而L和E仍缓慢积累。不同杂交组合的高蛋白品系HH(70)和LH(372)种子脂肪和蛋白质积累模式和H亲本相似,低蛋白品系LL(389)和HL(42)和E亲本相似。同一杂交组合蛋白质含量发生分异的杂交后代HH(70)保持了与H一样的脂肪和蛋白质积累模式,HL(42)趋向与和E一样脂肪积累模式。【结论】种子发育过程中碳分配趋向决定着成熟种子蛋白质和脂肪含量,杂交后代中蛋白质含量的分异与中晚期种子发育过程中碳分配途径变化密切相关。为此,了解种子发育过程中碳分配基因调控机理对提高大豆种子蛋白质含量十分重要。

温度对大豆(Glycine max)种子发育过程中蛋白质、脂肪和淀粉积累过程的影响

目前人们仍不清楚温度是如何影响发育中的大豆（Glycine max L．）种子蛋白质和脂肪积累过程以及基因型不同的大豆是否对温度具有相同的反应。研究拟通过对3个基因型大豆在不同温度处理下，种子发育过程中的蛋白质和脂肪的积累模式研究，以了解温度对种子组分的调节机理。3个基因型大豆品种（Evans，PI132．217，和Proto）种子盆栽在温度为27／20％（中温）的生长箱中生长到开花。在开花后第10天，将其中的一个生长箱的温度调节到35／27℃（高温）；另一个调到20／12℃（低温）。生长在高温和中温条件下的大豆，在开花的第21天开始收集豆荚，每3d取1次样。生长在低温条件下的大豆，在开花的第25天开始收集豆荚，每5d取1次样。结果表明，3个基因型大豆种子均在高温下生长快，成熟早，在中温下生长速率最大，低温下生长速率低但种子生长期延长。当种子获得60％-70％总干重时种子脂肪含量达到最大（中温），高温使其提前出现，低温则被推后。在低温下，种子中蛋白质和脂肪两者积累模式相同，但蛋白质积累速率低。在高温和中温条件下，种子蛋白质和脂肪的积累模式不同。在种子获得60％～70％的总干重之前，蛋白质和脂肪积累模式相同，但在种子获得60％～70％的总干重之后，蛋白质积累呈上升趋势，而脂肪积累停止或下降。同时在种子发育的晚期伴随着蛋白质含量增加，淀粉和蔗糖含量快速下降。虽然3个基因型大豆种子的蛋白质和脂肪积累模式均明显受温度影响，但在不同温度条件下和不同生长阶段中高蛋白质品种Proto和PI132．217（蛋白质稳定型）蛋白质含量总是高于低蛋白质品种Evans，而且两者差异显著。这一研究表明温度不能改变品种在蛋白质和脂肪合成上的遗传特性。遗传育种在提高大豆种子蛋白质含量上仍起决定作用，但是合理的播种时期在提高大豆种子蛋白质和脂肪含量上也是不可忽视的问题。

大豆籽粒干物质、脂肪和蛋白质的动态积累规律研究

大豆籽粒干物质积累是产量构成因子之一,脂肪和蛋白质的含量是大豆的品质指标,因此对大豆籽粒干物质及品质性状积累规律进行研究是必要的。本研究利用不同基因型大豆品种从物质运输和物质转化角度对不同节位籽粒干物质、脂肪、蛋白质的动态积累进行分析。结果表明:(1)籽粒干物质动态积累呈"S"型曲线变化,无基因型差异;籽粒干物质的积累是源库流互作的过程,由于库竞争的存在,致使干物质积累量存在节位差异;(2)脂肪含量的增加呈先快后慢、最后趋于缓慢的S型曲线,蛋白质的积累大致呈W型曲线变化,二者积累关键期在生殖后期;(3)脂肪和蛋白质积累在生殖后期呈显著负相关,从能量角度分析二者存在相互转化。

大豆子粒中干物质、脂肪和蛋白质积累规律的研究

利用4个不同蛋白质含量的大豆品种为材料,测定子粒中干物质、脂肪和蛋白质的动态变化。结果表明:不同品种大豆子粒中干物质积累呈S形曲线变化;脂肪含量随子粒的形成呈S形曲线变化;蛋白质含量随子粒的形成而逐渐增加,大致呈W形曲线变化。子粒形成后期,脂肪积累量与干物质积累量呈正相关,在子粒干物质快速增长期呈显著正相关;脂肪积累量与蛋白质积累量在子粒形成前期呈正相关,中期负相关,后期呈显著负相关;干物质积累量与蛋白质积累量在子粒形成前期呈正相关,子粒形成中后期呈负相关。

不同生育期大豆品种蛋白质、脂肪积累的变化规律及其与品质的关系

研究了早晚熟品种不同时期大豆种子中蛋白质、脂肪以及粒重积累的动态变化规律。结果表明,在整个积累过程中,蛋白质、脂肪和粒重都存在剧增期,而且品种不同剧增期也不同。一般情况下,蛋白质、脂肪和粒重的剧增期都在开花后20～50d。

芝麻种子发育过程中木酚素、脂肪及蛋白质积累量变化研究

为明确芝麻种子发育过程中木酚素、粗脂肪、粗蛋白质的积累变化规律,以2个高木酚素芝麻品系SJ856、SJ857为材料,研究了其种子发育过程中木酚素、粗脂肪及粗蛋白质的积累变化情况。结果表明,随着芝麻种子逐渐发育,种子含水量不断下降,种子干物质积累量先近似直线上升后下降,授粉后35 d时积累量达最大值(干基千粒质量为2.99 g);粗脂肪、粗蛋白质积累与干物质积累同步,均先近似直线增加后下降,授粉后35 d时积累量均达最大值(1.633 5,0.690 0 mg/粒);芝麻素和芝麻林素积累量也随着芝麻种子逐渐发育而增加,在授粉后35 d时积累量均达最大值(17.103 4,6.134 1μg/粒),而后下降,呈前期积累快、中后期积累慢的特点,且芝麻林素的积累快于芝麻素。总之,在芝麻籽粒发育过程中,木酚素、粗脂肪、粗蛋白质积累变化趋势一致,均随种子发育呈先增加后降低的趋势,且均在授粉后35 d积累至最大值。

不同大豆品种籽粒体积、含水量、脂肪和蛋白质积累动态分析

采用来自辽宁、吉林、黑龙江三地的成熟期不同的三个大豆品种,研究其品种间籽粒体积积累、含水量变化、脂肪和蛋白质的积累动态以及各个过程的关系并比较出各品种间的异同。结果是:在籽粒从开始鼓粒到成熟期间各品种籽粒体积都是先鼓胀到一个最高值然后迅速回落。此期间的籽粒含水量都一直在下降,从开始鼓粒到体积最大期间含水量下降缓慢,而在体积达最大值后到成熟期间含水量下降迅速,很快接近稳定值。各品种脂肪积累总体上是先稳定上升,在接近成熟时略有下降。蛋白质的积累同样是缓慢上升至接近成熟时稳中有降。各品种在这四个指标积累过程中除含水量变化曲线基本无明显差别外,另三个指标变化曲线都有一些各自的特点。四个指标总体平均数之间的相关系数各不相同。

不同类型大豆品种鼓粒至成熟期脂肪和蛋白质相对积累规律初探

试验研究了不同生态区域种植的不同类型大豆品种脂肪和蛋白质的相对积累规律。结果表明：吉林省不同生态区域不同类型大豆品种脂肪和蛋白质的相对积累规律不同。中东部湿润区不同类型品种脂肪相对积累规律基本相似，从鼓粒盛期开始，脂肪含量随着鼓粒天数的增加而增加直至成熟；蛋白质相对积累趋势不同，高蛋白品种蛋白质含量随鼓粒天数的增加而增加直至成熟，或成熟时略降低；高产和高脂肪品种在鼓粒盛期蛋白质含量高（40％-42％），此后随着鼓粒天数的增加而降低直至成熟。中南部半湿润区，不同类型品种间脂肪和蛋白质相对积累趋势不同。高脂肪品种不同年份间脂肪和蛋白质相对积累趋势不一致。高蛋白品种不同年份、不同品种间脂肪和蛋白质相对积累规律一致，高蛋白品种脂肪相对积累随着鼓粒天数增加而降低，鼓粒盛期后10-20d达到较低水平，脂肪含量为17％-19％，成熟时又明显回升；蛋白质相对积累随着鼓粒天数增加而增加，到鼓粒盛期后约10d达到最大值45％，成熟时又明显降低。高产品种脂肪和蛋白质相对积累没有明显趋势。

大豆籽粒蛋白质与脂肪积累方式研究

利用3个不同蛋白质含量的大豆品种(系)研究了鼓粒(R_5)期至成熟期籽粒脂肪和蛋白质的积累方式。结果表明,各品种脂肪相对含量积累的高峰期均出现在鼓粒期后30d,品种间积累方式略有差异,低蛋白含量品种(系)初期的脂肪积累能力很低;品种间蛋白质积累方式和积累高峰明显不同;同一品种单粒脂肪和蛋白质绝对含量积累方式相似;高蛋白质含量品种单粒脂肪和蛋白质绝对含量积累主要受粒重变化曲线的影响,而低蛋白含量品种还受两者相对含量变化的影响。

亚麻籽粒中主要脂肪酸和蛋白质积累过程研究

以亚麻品种82(50)为材料,研究了亚麻籽粒中主要脂肪酸、蛋白质和糖积累的规律,结果表明:在亚麻籽粒发育成熟的过程中,棕榈酸、亚油酸含量持续下降,当籽粒完全成熟时降至最低;油酸和亚麻酸含量持续增加,当籽粒完全成熟时含量最高;硬脂酸在籽粒发育10～25d,其含量逐渐提高,以后逐渐下降。蛋白质随着籽粒发育成熟其含量持续提高,且蛋白质含量的提高主要发生在籽粒发育成熟的30d以前。总糖随籽粒发育成熟含量迅速下降,当种子完全成熟时降至最低。

大豆子粒中蛋白质和脂肪积累的研究

本试验研究了大豆在不同密度和施氮量处理下 ,子粒中干物质、蛋白质和脂肪积累的动态变化。结果表明 :不同处理下 ,大豆子粒中干物质积累呈“S”型曲线变化 ;在不同密度处理下 ,蛋白质含量随灌浆期的推移而逐渐增加 ,并呈“W”型曲线变化 ;在不同施氮量处理下 ,蛋白质含量则是随子粒的形成呈不规则消长变化。脂肪含量随着子粒的形成呈“S”型曲线变化。不同密度、施氮量处理下 ,子粒中的干物质、蛋白质和脂肪含量均表现为 :中密度>低密度 >高密度 ;中施氮量 >高施氮量 >

大豆蛋白质脂肪积累动态及与产量的关系

试验采用三个近年来在黑龙江省推广面积比较大和有代表性的品种 (系 )作为试验材料 ,研究蛋白质、脂肪在不同生育时期的消长动态及与产量的关系。结果是 :蛋白质的相对含量变化趋势因品种的不同而呈不同的变化趋势 ,但都表现为随生育进程逐渐增大 ,只在 9月上旬收获期稍有下降 ;脂肪相对含量不同品种之间都呈现前低、中高、后降的较一致趋势 ,脂肪相对含量的高峰出现在 8月中旬 ,之后一直缓解直至成熟 ;蛋白质的相对含量与产量呈负相关 。

裸燕麦籽粒蛋白质及脂肪的积累规律

燕麦是营养价值较高的禾谷类作物之一，研究其籽粒养分积累过程，对深入开展燕麦优质育种和优质栽培有一定意义。为此，我们于1992年对裸燕麦籽粒灌浆过程中蛋白质和脂肪含量的积累规律进行了研究。

麦棉两熟种植模式对棉仁脂肪及蛋白质代谢的影响

研究麦棉两熟种植模式影响棉仁脂肪及蛋白质代谢机制,可为我国麦棉两熟棉区在稳定棉花产量和品质的基础上提高棉籽品质提供理论依据。试验于2012年和2013年在江苏省大丰市稻麦原种场进行,以泗杂3号(中晚熟品种)和中棉所50(早熟品种)棉花品种为材料,以单作棉为对照(CK),设置棉花生产上常用的麦套移栽棉(IC)、麦后移栽棉(TC)和麦后直播棉(DC)麦棉种植模式,研究麦棉两熟不同种植模式对棉仁脂肪和蛋白质的累积动态、关键酶活性及其相互关系的影响。结果表明:(1)两熟棉棉仁脂肪含量皆较CK低,IC、TC和DC呈依次下降的趋势;IC和TC棉仁蛋白质含量皆高于CK,DC低于CK;中棉所50棉仁脂肪和蛋白质含量均略高于泗杂3号。(2)两熟棉棉仁磷脂酸磷酸酯酶(PPase)和6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)活性低于CK,丙酮酸羧化酶(PEPC)活性高于CK;IC、TC棉仁谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)活性高于CK,DC低于CK;中棉所50棉仁具有较高的PPase、G6PDH、GS和GOGAT活性,PEPC活性稍低于泗杂3号。(3)棉仁最终脂肪含量与棉仁代谢过程中PPase、G6PDH活性呈极显著正相关,与PEPC活性呈极显著负相关;棉仁最终蛋白质含量与G6PDH活性及GS、GOGAT活性分别呈显著和极显著正相关。总之,在我国麦棉两熟棉区选择应用中熟棉花品种、麦套移栽方式可以在稳定棉花产量和品质的基础上提高棉籽品质。

高油大豆品种蛋白质和脂肪积累规律初探

以3个高油大豆品种(绥农14、红丰9、东农47)为试验材料,在2003—2004不同年份探讨高油大豆品种蛋白质和脂肪积累的变化规律。结果表明:高油大豆品种在不同年份间,脂肪含量的相对排序保持不变。油分含量高的品种,蛋白质含量年份间变异较小;油分含量低的品种,则变异较大。高油大豆的蛋白质含量积累呈现出“高—低—高”趋势,并且种子成熟后的蛋白质含量要小于初期测量时的含量;高油大豆脂肪含量积累呈现了“低—高—低”趋势,并且种子成熟后的脂肪含量要高于初期测量时的含量。

大豆蛋白质的积累动态及其与产质量形成的关系

试验以 3个大豆品种 (东农 4 2、合丰 35、绥农 14 )为材料 ,通过 3种施肥水平处理 (零肥、中肥、高肥 ) ,探讨不同营养水平下不同大豆品种中各器官中蛋白质的积累规律及其与产质量形成的关系。结果表明 ,叶中蛋白质含量以苗期和始花期为高峰 ,始花斯以后平稳下降 ;茎中蛋白质含量随生育期而下降 ,但降幅不同 ;荚皮蛋白质含量随生育进程迅速下降 ;籽粒中蛋白质含量变幅不大 ,呈在籽粒充实期至黄熟期降低 ,而后又回升的趋势或随生育期微增的趋势。同化运输氮素能力强的品种 ,其籽粒中蛋白质含量也高。蛋白质积累以籽粒充实后期为主 ,持续至收获 。

施氮模式对强筋小麦氮素积累和籽粒蛋白质含量的影响

为探索冀东平原强筋小麦适宜的氮肥施用模式,选用2个强筋小麦品种(津农7号和中麦998),在总施氮量为210 kg·hm^(-2)的前提下设置4种施氮模式(CK:底肥50%+拔节肥50%;N1:底肥30%+起身肥20%+拔节肥50%;N2:底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%;N3:底肥30%+拔节肥50%+孕穗肥20%),研究了不同施氮模式对强筋小麦氮素积累、转运、籽粒蛋白质及其组分含量的影响。结果表明,与CK相比,N2和N3处理提高了强筋小麦干物质积累量,显著增加植株花前氮素积累量及其转运量。花前氮素对籽粒氮素的贡献率因品种和处理而异,津农7号花前氮素对籽粒氮素的贡献率以CK最高,中麦998花前氮素对籽粒氮素的贡献率以N2处理最高。与CK相比,N2和N3处理显著增加小麦籽粒的蛋白质含量,提高醇溶蛋白和谷蛋白含量;2个强筋小麦品种籽粒产量均以N2处理较高。综上所述,本试验条件下,总施氮量的20%后移至孕穗期可提高强筋小麦植株干物质积累量,促进花前积累氮素向籽粒转移,提高籽粒蛋白质含量;N2处理可使津农7号获得最高的籽粒产量和蛋白质含量;中麦998在N2处理下籽粒产量最高,N3处理下蛋白质含量最高。

高低芥酸油菜品种发育籽粒脂肪酸积累模式的研究

以甘蓝型油菜低芥酸品种秦油7号和高芥酸品种中油821为材料,对油菜籽粒发育过程中主要脂肪酸的积累模式进行研究,并分析高低芥酸品种间脂肪酸积累的差异及各种脂肪酸之间的相关性。结果表明:根据7种主要脂肪酸在种子发育过程中的积累模式,可将它们分成两类:一类为棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸,其积累主要集中在种子发育早期;而油酸、二十碳烯酸和芥酸可归为另一类,其积累主要集中在种子发育后期。两个品种在棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、油酸以及油份积累模式上基本一致,但在油酸、二十碳烯酸和芥酸的积累量上差异较大。

核桃种子发育主要营养物质积累之间的关系及脂肪酸动态变化

为了探讨核桃种子发育过程中油脂、蛋白质和碳水化合物积累之间的关系及油脂积累过程中脂肪酸含量的动态变化，以新疆早实核桃为试材，研究了核桃种子发育过程中油脂积累及其与糖类、蛋白质之间关系。结果表明：油体在核桃花后60d胚的薄壁细胞中出现，而出现在子叶薄壁细胞中的时间为花后80d；胚和子叶薄壁细胞中的油体均于花后100d开始大量增多，并向细胞中心不断积累；花后50～60d子叶细胞中大量出现淀粉粒，70～110d淀粉粒减少，并维持在较低水平。蛋白体在花后70d出现，并在花后70～110d数量不断增加至最大；花后120d后，各种细胞器解体并{肖失，胚和子叶细胞被油体和蛋白体填满。核桃种子发育过程中，油脂含量不断增加，花后70-110d呈明显上升趋势，且与可溶性糖、淀粉含量呈极显著负相关（P〈0．01）。总蛋白质含量在核桃种子油脂快速积累期不断增加，花后90d达到最大值，虽与油脂含量呈正相关，但相关性未达到显著水平（P〉0．05）。在核桃种子发育过程中先后有6种脂肪酸出现，不饱和脂肪酸的相对含量随种子发育时间的推移逐渐增大，饱和脂肪的相对含量则随种子发育时间的推移呈下降趋势；种子成熟时，不饱和脂肪酸中的亚油酸含量最高，油酸、α-亚麻酸含量次之，二十碳烯酸含量最低；油酸、亚油酸的相对含量呈同步变化趋势，而与r亚麻酸的相对含量变化趋势相反。以上结果表明核桃种子发育过程中油脂合成原料物质主要来源于叶片、青皮（外果皮）中光合作用产生的可溶性糖，与蛋白质的积累代谢途径相独立；参与脂肪酸合成的SAD（△9 stearoyl acyl-carrier protein desaturase）. FAD2 （△12 fatty acid desaturase 2）和FAD3 （△12 fatty acid desaturase 3）酶催化活性均较高，但SAD、FAD2酶催化活性较FAD3酶强。

钾对大豆干物质积累、产量及品质的影响

盆栽条件下,通过设置不同的钾素水平,研究钾肥对大豆干物质积累及其产量和品质的影响。结果表明,钾增加了R1期根及地上部的干物质积累,但处理间差异不显著;R3、R5时期取样,随着钾肥用量的增加,根及地上部干物重表现为先增加后降低的趋势,K3(0.068g K2O kg-1土)处理干物质积累量最多,但R3时期取样处理间差异不显著,R5时期取样处理间差异显著。随着大豆的生长发育,根冠比逐渐减小,R5时期根冠比值最小。R1、R3时期随着钾肥用量的增加根冠比表现为先增加后逐渐降低的趋势,K2(0.034g K2O kg-1土)处理根冠比值最大;R5时期以K3处理根冠比值最大。钾有提高大豆脂肪降低蛋白质含量的趋势。钾能促进大豆产量的形成,以K5(0.136g K2O kg-1土)处理产量最高,并且显著高于不施钾肥的处理。