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研究的背景和目的意义
研究内容
3. 研究方法

人类正面临粮食、资源和环境等迫切问题,其中粮食问题尤为突出。水稻和小麦是人类最主要的粮食作物,与玉米一起被称作三大粮食作物。

据联合国粮农组织统计,,%。我国2004年水稻种植面积4963万hm2,%, 亿吨,%。稻麦产量的高低关系到我国乃至世界的粮食安全和国计民生。
当今淡水资源的匮乏正威胁着人类社会的发展。全球水资源匮乏,我国人均水资源占有量仅是世界人均水平的1/4,且时空分布高度不均,被列为全球13个贫水国之一。农业是用水的大户,其中水稻用水量占全国用水量的65%以上,是我国头号的用水大户;而北方小麦主产区用水量占北方农业总用水量的70%以上,农业年均缺水200~300亿m3以上。因此对稻麦的节水栽培技术研究就显得尤为重要。
氮素对稻麦生产的影响仅次于水。中国氮肥用量占全球氮肥用量的30%,成为世界第一大消费国,而中国稻田氮肥吸收利用率却只要30~35%。氮肥利用率低和大量的氮素损失不仅造成了资源的浪费,增加了生产成本,更重要是将导致一系列环境问题。如,地下水污染、江河湖泊的富营养化、全球气候变暖。
影响粒重形成的因素
粒重是水稻和小麦产量构成因素之一,对稻麦产量的形成起着举足轻重的作用。对于小麦来说,内外颖没有像水稻那样闭合,颖壳对粒重的影响要小于胚乳发育对粒重的影响,故抽穗后籽粒灌浆盛期对小麦粒重的形成起着决定作用。
稻谷的粒重
谷壳的体积
胚乳发育好坏
颖花生长最旺盛的减数分裂期
粒重第一决定期
抽穗后籽粒的灌浆盛期称
粒重的第二决定期

胚乳是水稻籽粒的主要利用部分。胚乳细胞的发育和充实状况决定籽粒的重量与品质。胚乳细胞的数目是品种籽粒库容特征的表现基础,决定了籽粒的最大灌浆潜力。胚乳重和谷粒充实度与胚乳细胞数呈极显著正相关关系由于不同籽粒的胚乳细胞数不同,造成了穗上籽粒间粒重的差异,迟开花自立的生理活性低是胚乳发育不良的重要原因。
库容活性与粒重形成的关系
众多学者一致认为,籽粒的灌浆速率与库活性是密切相关的。在整个籽粒灌浆阶段,水稻籽粒是强的碳代谢库,籽粒库容可以从库细胞的数量和库活性高低来衡量。水稻籽粒中的淀粉一般占糙米重的90%以上。水稻籽粒的灌浆过程主要就是淀粉的合成和积累过程,源器官制造的光合同化物以蔗糖形式输入库器官(籽粒),在籽粒中经一系列酶催化作用将蔗糖转化为淀粉。在水稻胚乳发育中有关碳代谢涉及到33种酶,其中有四种酶被认为起关键性的作用,它们分别是:蔗糖合成酶(EC, , SuSase)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(EC, , AGPase)、淀粉合成酶(EC, , StSase)、淀粉分支酶(EC, , BE或Q酶)。
激素与粒重形成的关系
籽粒(库)
IAA提高ATPase使库活性提高(灌浆前期)
GAs影响前期胚乳的发育和后期胚的分化
ABA影响胚乳细胞数目、促进同化物吸收(双重作用)
CTK 促进胚乳细胞的分裂(形成初期)
IAA与GAs协同调控强、弱势粒灌浆(粒间的顶端优势)
细胞程序性死亡与粒重形成的关系
细胞的程序性死亡是生物体中细胞采取的一种由自身基因调控的主动的死亡方式。稻麦胚乳在发育的中后期经历程序性细胞死亡了,而此时,籽粒仍在进行灌浆充实。胚乳细胞的PCD状况必然对其淀粉体的发育产生重大影响,从而影响粒重和产量。去核发育应是淀粉胚乳细胞程序化死亡的第一阶段,兰盛银研究表明水稻淀粉胚乳细胞去核阶段是整个胚乳代谢最活跃的时期,淀粉合成有关的酶类,如ADPG焦磷化酶、可溶性淀粉合成酶表现出很高的活性;籽粒灌浆速率最高,籽粒增重亦最快。