不同氮肥比例對(duì)水稻強(qiáng)弱勢(shì)籽粒灌漿影響的差異蛋白組學(xué)分析.pdf

1、水稻是世界上最重要的糧食作物之一，提供給世界人口近60％的糧食需要，水稻籽粒灌漿特性對(duì)其最終產(chǎn)量與品質(zhì)的形成至關(guān)重要，因此，水稻籽粒灌漿問(wèn)題便理所當(dāng)然地成為當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的重要課題。 本文以大穗型水稻“金恢”品系為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)3種不同的氮肥比例，基蘗蘗肥和穗粒肥比例分別為7：3，6：4，5：5。選取不同的灌漿時(shí)期，運(yùn)用差異蛋白組學(xué)從動(dòng)態(tài)上研究這三種氮肥比例對(duì)強(qiáng)弱勢(shì)籽粒灌漿的影響，旨在揭示水稻的強(qiáng)弱勢(shì)籽粒灌漿差異的分子機(jī)理及

2、其與源庫(kù)流的關(guān)系，為有效地挖掘水稻高產(chǎn)潛力、促進(jìn)糧食增產(chǎn)、提供重要的理論依據(jù)。 結(jié)果認(rèn)為大穗型水稻存在著明顯的異步灌漿的現(xiàn)象，不同氮肥比例主要影響弱勢(shì)粒的灌漿，最終影響水稻籽粒的結(jié)實(shí)率和千粒重，并以生育前后期氮肥比例6：4，產(chǎn)量最高，氮肥比7：3，產(chǎn)量最低。進(jìn)一步采用差異蛋白組學(xué)研究強(qiáng)弱勢(shì)粒對(duì)不同氮肥比例的分子響應(yīng)機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同的氮肥比例下弱勢(shì)粒中蛋白出現(xiàn)差異表達(dá)的較多，共有26個(gè)，強(qiáng)勢(shì)粒較少，共有9個(gè)。經(jīng)MALDI-TO

3、F/MS分析和數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，弱勢(shì)粒的有17個(gè)差異蛋白質(zhì)點(diǎn)得到鑒定，強(qiáng)勢(shì)粒有4個(gè)得到鑒定。對(duì)這些蛋白質(zhì)功能的分析發(fā)現(xiàn)，后期氮肥的增加對(duì)弱勢(shì)粒灌漿過(guò)程中的一些重要的生理活動(dòng)產(chǎn)生影響，加強(qiáng)了蔗糖的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，促進(jìn)了淀粉的合成，增加了弱勢(shì)粒中用于物質(zhì)代謝的能量，提高了內(nèi)源激素的含量等。研究還發(fā)現(xiàn)后期氮肥的增加對(duì)強(qiáng)勢(shì)粒蛋白質(zhì)的合成及抗逆能力的加強(qiáng)也有利。此外，有7個(gè)在弱勢(shì)粒中發(fā)生差異表達(dá)，對(duì)籽粒灌漿起重要作用的關(guān)鍵蛋白，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)勢(shì)粒灌漿過(guò)程中雖有表達(dá)

4、，但表達(dá)豐度沒(méi)有差異，解釋了強(qiáng)勢(shì)粒灌漿的環(huán)境穩(wěn)定性的分子機(jī)理。 本研究同時(shí)考察了三種不同氮肥比例下大穗型水稻籽粒灌漿期葉片的葉綠素SPAD值的變化，結(jié)果可知在總施氮量不變的情況下，適當(dāng)?shù)募哟蠛笃诘牡时壤軌蜓娱L(zhǎng)葉片葉綠素含量緩降期。進(jìn)一步采用差異蛋白組學(xué)研究了氮肥比例7：3與6：4處理下的葉片蛋白的差異表達(dá)情況。結(jié)果在這2個(gè)氮肥比例處理下的葉片中分別鑒定到24個(gè)出現(xiàn)差異表達(dá)的蛋白，共有12個(gè)蛋白得到鑒定。按照其功能可以分為6類

5、：第一類，參與光合反應(yīng)：葉綠素a/b結(jié)合蛋白，PHY3蛋白，1，5-二磷酸核酮糖羧化酶伽氧酶，核酮糖1，5-二磷酸羧化酶大亞基，第二類：參與抗逆反應(yīng)：超氧化物歧化酶，依賴谷胱甘肽的脫氫抗壞血酸還原酶I，WRKY轉(zhuǎn)錄因子，黃烷酮3-羥化酶，第三類：參與能量與物質(zhì)代謝：煙酰胺核苷酸腺苷酰轉(zhuǎn)移酶，轉(zhuǎn)氨酶y4uB，第四類：參與物質(zhì)運(yùn)輸及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：鈣調(diào)蛋白，v-SNARE家族膜泡運(yùn)輸?shù)鞍?。?duì)這些蛋白的功能分析可以發(fā)現(xiàn)，籽粒灌漿期葉片受不同氮肥處理

6、的影響主要體現(xiàn)在，加大后期的氮肥施用比例能夠延長(zhǎng)光合作用的時(shí)間，延緩葉片的衰老，增強(qiáng)葉片灌漿后期的能量代謝，促進(jìn)物質(zhì)的運(yùn)輸和信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。 在籽粒灌漿的不同時(shí)期，葉鞘在不同氮肥比例下共鑒定到20個(gè)差異蛋白質(zhì)點(diǎn)，其中9個(gè)得到鑒定。按照其功能可以分為5類：第一類，參與光合作用：核酮糖1，5-二磷酸羧化酶大亞基。第二類，參與物質(zhì)的運(yùn)輸與合成：DREPP植物質(zhì)膜多肽家族蛋白，ATP-檸檬酸裂解酶a亞基，推測(cè)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜氧化還原酶5'端。第三

7、類：參與抗逆反應(yīng)：過(guò)氧化物酶，ABC型磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，肉桂醇脫氫酶，：細(xì)胞色素P450家族蛋白。第四類，參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：磷脂酶D。第五類，參與能量代謝：ATP-檸檬酸裂解酶a亞基。對(duì)這些蛋白的功能分析可以發(fā)現(xiàn)，在生育后期加大氮肥的比例有利于葉鞘在灌漿的后期光合作用能力的保持，促進(jìn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，加強(qiáng)能量代謝，提高抗逆能力。 本研究表明，水稻強(qiáng)弱勢(shì)籽粒在灌漿過(guò)程中，存在著復(fù)雜的蛋白質(zhì)組調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這為我們進(jìn)一步揭示水稻灌漿的分