水稻强、弱势粒灌浆差异的激素调控机理研究进展

doi:10.3969/j.issn.1006-8082.2014.01.003

摘要/Abstract

摘要： 水稻弱势粒充实差不仅影响产量和品质，而且还限制了对水分和养分的高效利用。本文概述了脱落酸、乙烯、细胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素、多胺和油菜素类固醇等植物激素对籽粒灌浆的调控作用，比较分析了强、弱势粒内源激素的差异；从激素时空分布对籽粒灌浆的调控作用、激素对蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性的调控、激素对环境的响应及其栽培调控途径等方面提出了水稻籽粒灌浆激素调控机理的研究展望。

关键词: 水稻, 强势粒, 弱势粒, 灌浆, 激素

Abstract: Poor grain filling of inferior spikelets of rice not only affects the yield and quality, but also limits the use efficiency of water and nutrients. This paper summarized hormonal mechanism underlying abscisic acid, ethylene, cytokinins, indole acetic acid, gibberellins, polyamines and Brassinosteroids regulating grain filling, and comparatively analysed the differences in endogenous hormones between superior and inferior spikelets. Further study on the hormonal regulation mechanism in grain-filling were proposed from the prospects of spatial and temporal distribution of hormones in relation with grain filling, hormonal effects on the activities of key enzymes involved in sucrose-to-starch conversion, hormonal response to the environment and regulating hormonal levels through cultivation regulation.

Key words: rice, superior spikelets, inferior spikelets, grain filling, hormones

中图分类号:

S511

曹转勤, 杨建昌*. 水稻强、弱势粒灌浆差异的激素调控机理研究进展[J]. 中国稻米, 2014, 20(1): 12-16.

CAO Zhuan-Qin, YANG Jian-Chang-*. Research Progress in Hormonal Regulation Mechanism in the Grain Filling of Superior and Inferior Spikelets of Rice[J]. , 2014, 20(1): 12-16.

参考文献

[1]    Mohapatra P K，Panigrahi R，Turner N C. Physiology of spikelet development on the rice panicle：is manipulation of apical dominance crucial for grain yield improvement? [J]. Adv Agron，2011，110：333-359.

[2]    Mohapatra P K，Patel R，Sahu S K. Time of flowering affects grain quality and spikelet partitioning within the rice panicle[J]. Aust J Plant Physiol，1993，20：231-242.

[3]    Peng S，Cassman K G，Virmani S S，et al. Yield potential trends of tropical since the release of IR8 and its challenge of increasing rice yield potential[J]. Crop Sci，1999，39：1552-1559.

[4]    Cheng S，Zhuang J，Fan Y，et al. Progress in research and development on hybrid rice：A super-domesticate in China[J]. Ann Bot，2007，100：959-966.

[5]    Yang J，Zhang J. Grain filling problem in “super” rice[J]. J Exp Bot，2010，61：1-5.

[6]    杨建昌. 水稻弱势粒灌浆机理与调控途径[J]. 作物学报，2010，36（12）：2011-2019.

[7]    Kende H，Zeevaart J A D. The five “classical” plant hormones[J]. Plant Cell，1997，9：1197-1210.

[8]    Kepinski S. Integrating hormone signaling and patterning mechanisms in plant development[J]. Curr Opin Plant Biol，2006，9：28-34.

[9]    杨建昌，苏宝林，王志琴，等. 亚种间杂交稻籽粒灌浆特性及其生理的研究[J]. 中国农业科学，1998，31（1）：7-14.

[10] Sikder H P，Gupta D K D. Physiology of grain in rice[J]. Indian Agric，1976，20：133-141.

[11] Wang Y. Effectiveness of supplied nitrogen at the primordial panicle stage on rice characteristics and yields[J]. Int Rice Res Newsl，1981，6：23-24.

[12] Kato T. Effect of spikelet removal on the grain filling of Akenohoshi，a rice cultivar with numerous spikelets in a panicle[J]. J Agric Sci，2004，142：177-181.

[13] Kim S K，Son T K，Park S Y，et al. Influences of gibberellin and auxin on endogenous plant hormone and starch mobilization during rice seed germination under salt stress[J]. J Environ Biol，2006，27：181-186.

[14] Kim T W，Wang Z Y. Brassinosteroid signal transduction from receptor kinases to transcription factors[J]. Ann Rev Plant Biol，2010，61：681-704.

[15] Kyozuka J. Control of shoot and root meristem function by cytokinin[J]. Curr Opin Plant Biol，2007，10：442-446.

[16] Zhu Y X. The epigenetic involvement in plant hormone signaling[J]. Chin Sci Bull，2010，55：2198-2203.

[17] 杨建昌，王国忠，王志琴，等. 旱种水稻灌浆特性与灌浆期籽粒中激素含量的变化[J]. 作物学报，2002（5）：615-621.

[18] 柏新付.脱落酸与稻麦籽粒灌浆的关系[J]. 植物生理学通报，1989（3）：40-41.

[19] Zeevaart J A D and Creelman R A. Metabolism and physiology of abscisic acid[J]. Ann Rev Plant Physiol Plants Mai Biol，1988（39）：439-473.

[20] 杨建昌，王志琴，朱庆森，等. ABA与GA对水稻籽粒灌浆的调控[J]. 作物学报，1999，25（3）：341-348.

[21] 杨建昌，王志琴. 脱落酸对亚种间杂交稻籽粒充实的调节作用[J]. 江苏农学院学报，1995，16（4）：1-6.

[22] 赵步洪，张洪熙，杨建昌，等. 两系杂交稻籽粒充实不良的成因及其与激素含量的关系[J]. 中国农业科学，2006，39（3）：477-486.

[23] Spollen W G，LeNoble M E，Samuels T D，et al. Abscisic acid accumulation maintains maize primary root elongation at low water potentials by restricting ethylene production [J]. Plant Physiol，2000，122（3）：967-976.

[24] 萧浪涛，王若仲，丁君辉，等. 内源激素与亚种间杂交稻籽粒灌浆的关系[J]. 湖南农业大学学报：自然科学版，2002，28（4）：269-273.

[25] 陶龙兴，王熹，黄效林. 内源IAA对杂交稻强、弱势粒灌浆增重的影响[J]. 中国农业科学，2003，17（2）：149-155.

[26] 杨建昌，朱庆森，王志琴，等. 水稻籽粒中内源多胺及其与籽粒充实和粒重的关系[J]. 作物学报，1997，23（4）：385-392.

[27] 段俊，田长恩，梁承邺，等. 水稻结实过程中穗不同部位谷粒中内源激素的动态变化[J]. 植物学报，1999，41（1）：75-79.

[28] Yang J，Peng S，Visperas R M，et al. Grain filling pattern and cytokinin content in the grains and roots of rice plants[J]. Plant Growth Regul，2000，30：261-270.

[29] Kwak K S，Iijima M，Yamauchi A，et al. Changes with aging of endogenous abscisic acid and zeatin riboside in the root system of rice[J]. Jpn J Crop Sci，1996，65：686-692.

[30] 杨建昌，彭少兵，顾世粱，等. 水稻结实期籽粒和根系中玉米素与玉米素核苷含量的变化及其与籽粒充实的关系[J]. 作物学报，2001，27（1）：34-42.

[31] 黄升谋. 水稻强弱势粒结实生理及其调控途径研究[D]. 长沙：湖南农业大学，2003：36-37.

[32] 杨建昌，王国忠，王志琴，等. 旱种水稻灌浆特性与灌浆期籽粒中激素含量的变化[J]. 作物学报，2002（5）：615-621.

[33] Yang J，Zhang J，Wang Z，et al. Hormonal changes in the grains of rice subjected to water stress during grain filling[J]. Plant Physiol，2001，127：315-323.

[34] 王纪华，王树安，赵冬梅，等. 玉米籽粒发育调控的研究Ⅲ. 组织培养条件下的化学调控[J]. 作物学报，1996，22（2）：208-213.

[35] Sen K，Choudhuri M M，Ghosh B. Changes in polyamine contents during development and germination of rice seeds[J]. Phytochemistry，1981，20：631-633.

[36] 谈桂露，张耗，付景，等. 超级稻花后强、弱势粒多胺浓度变化及其与籽粒灌浆的关系[J]. 作物学报，2009，35（12）：2225-2233.

[37] Wang F R，Bai M Y，Deng Z P，et al. Proteomic study identifies proteins involved in brassinosteroid regulation of rice growth[J]. J Integr Plant Biol，2010，52：1075-1085.

[38] Che P，Bussell J D，Zhou W X，et al. Signaling from the endoplasmic reticulum activates brassinosteroid signaling and promotes acclimation to stress in Arabidopsis[J]. Sci Signal，2010，141（3）：58-69.

[39] Nakamura Y，Yuki K，Park S Y，et al. Carbohydrate metabolism in the developing endosperm of rice grains[J]. Plant Cell Physiol，1989，30：833-839.

[40] Nakamura Y，Yuki K. Changes in enzyme activities associated with carbohydrate metabolism during development of rice endosperm[J]. Plant Sci，1992，82：15-20.

[41] 王丰，程方民，刘奕，等. 不同温度下灌浆期水稻籽粒内源激素含量的动态变化[J]. 作物学报，2006，32（1）：25-29.

[42] 杨雪莲，高长健，史奕. 水稻生育后期生化特性分析[J]. 辽宁农业科学，2005（4）：45-46.

[43] 殷延勃，朱美静，马洪文，等. 环境因子对宁夏水稻品质性状的影响—水稻主要品质性状对环境因子的逐步回归分析[J]. 宁夏农林科技，2002（2）：17-19.

[44] 李志刚，叶正钱，杨肖娥，等. 不同养分管理对杂交稻生育后期功能叶生理活性和籽粒灌浆的影响[J]. 浙江大学学报：农业与生命科学版，2003，29（3）：265-270.

[45] 魏丹，韩光，赵海滨，等. 根外追肥在水稻灌浆过程中对子实养分和水分动态变化的影响[J]. 黑龙江农业科学，1996（2）：1-4.

[46] 王贺正，马均，李旭毅，等. 水分胁迫对水稻籽粒灌浆及淀粉合成有关酶活性的影响[J]. 中国农业科学，2009，42（5）：1550-1558.

[47] 陈海生，陶龙兴，王熹，等. 灌水方式对水稻灌浆期光合物质运转与分配的影响[J]. 中国农业科学，2005，38（4）：678-683.

[48] Yang J，Zhang J. Grain filling of cereals under soil drying[J]. New Phytol，2006，169：223-236.