淀粉是水稻籽粒的主要成分，分為直鏈淀粉和 支鏈淀粉[1]。籽粒淀粉是葉片制造的光合產(chǎn)物以 蔗糖形式運輸?shù)阶蚜：螅诳扇苄缘矸酆铣擅?(SSS)、蔗糖合成酶（SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸 化酶(AGPase)、束縛態(tài)淀粉合成酶（GBSS)等一系 列酶的催化作用下形成[2-4]。前人研究表明，孕穗 至抽穗揚花期是水稻對高溫最敏感時期，此時最適 日平均溫度為25?30丈。在幼穗分化期若遇日均 溫32丈以上或日最高氣溫35丈以上高溫,穎花與 枝梗的發(fā)育受阻，穎花數(shù)明顯減少，并將延遲抽穗; 孕穗期高溫使花粉在淀粉合成過程中的某些酶失 活，抑制花粉內(nèi)淀粉的合成積累，阻礙花粉發(fā)育，導(dǎo) 致花粉不育[5 -6];開花期持續(xù)高溫影響花藥開裂，使 花粉活力下降，阻礙花粉管伸長，導(dǎo)致不能授粉受精 而形成空粒,造成產(chǎn)量損失，不同的水稻品種對高溫 脅迫的反應(yīng)存在顯著差異[7-9]。關(guān)于灌漿期高溫對 不同耐熱性水稻品種籽粒淀粉形成及其水稻產(chǎn)量影 響的比較研究，迄今報道較少。筆者以常規(guī)優(yōu)質(zhì)秈 稻品種玉針香、湘晚秈12號為材料,研究灌漿期高 溫對2個品種籽粒淀粉合成及產(chǎn)量的影響。
1材料和方法
1.1供試品種
供試水稻品種為玉針香和湘晚秈12號，由湖南 省水稻研究所提供。
1.2試驗設(shè)計
試驗于2012年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所進 行。4月30日播種，5月26日移栽，每個品種移栽 24盆，每盆6株。將另一部分秧苗移栽于大田（對 照）。盆栽、大田均以常規(guī)肥水管理。
在水稻齊穗期，將盆缽置于人工氣候室處理， 8:30 -16:30在 37 T；，光照強度為 1 000?1 100 pmol/( m2 •)，相對濕度為70%~ 80%條件下處理； 16:30 -8:30以通風(fēng)常溫狀態(tài)處理；處理天數(shù)設(shè)計 1 d(T1)、4 d(T2)、7 d(T3)，分別處理8盆;各處理 均以田間自然氣溫日均溫為對照，盆栽植株的各處 理結(jié)束后,均搬至自然條件下至成熟。
1.3測定項目與方法
1.3.1淀粉測定采用雙波長比色法[10]。 1.3.2蔗糖采用蒽酮比色法[10]。
1.3.3酶活性測定從齊穗后第3天起，選取10 個水稻籽粒，每3 d取樣一•次,稱重后，加8 mL pH 值7.5 Hepes-NaOH緩沖液，冰浴研磨。3 000 r/min 冷凍離心15 min，上清液用于酶活性測定，SS、GB- SS、AGPase 參照 Douglas[11]，SSS 參照 Nakamura[12]。
2結(jié)果與分析
2.1高溫脅迫對籽粒淀粉含量的影響
在3個處理天數(shù)期間的田間日均溫分別為 33.0,28.7,27.7丈。由表1可見，水稻灌漿期37丈 處理，籽粒中支鏈淀粉含量和總淀粉含量均不同程 度地低于CK，且隨著處理時間的延長，淀粉含量表 現(xiàn)CK > T1 >T2 > T3,高溫脅迫時間越長，淀粉積累 量下降幅度越大，這主要是灌漿期高溫使籽粒胚乳 中淀粉積累速度加快，但過早停止，使灌漿期提前結(jié) 束，不足以彌補積累時間縮短的損失，因此造成籽粒 淀粉含量下降。隨著高溫脅迫時間的延長，直鏈淀 粉含量均不同程度地大于CK，直鏈淀粉含量上升, 表現(xiàn)CK<T1 <T2 <T3,可見灌漿期高溫改變了成 熟期籽粒淀粉組分的構(gòu)成比例，因而影響稻米品質(zhì)。
同時,在同一溫度脅迫時長處理下,2個品種間 相互比較，玉針香的直鏈淀粉含量增幅大于湘晚秈 12號，這說明高溫有利于水稻直鏈淀粉的積累，且 兩品種對灌漿期高溫的耐受能力存在差異，湘晚秈 12號的耐高溫能力較玉針香強。這表明不同水稻 品種間基因型的差異，致使水稻籽粒中可溶性糖和 蔗糖含量存在差異，這可能是導(dǎo)致籽粒間淀粉含量 和積累量差異的原因之一。
表1灌漿期高溫對成熟期水稻籽粒淀粉含量的影響
Tab. 1 Effect of high temperature after anthesis on content of starch in mature grain%
品種
Cultivar處理
Treatment直鏈淀粉含量
Amylase content支鏈淀粉含量
Amylopectin content總淀粉含量
Starch content
玉針香CK16.0147. 9763.98
YuzhenxiangT116.9645.1962.15
T217.8341. 1658.99
T318.6736. 7655.43
湘晚秈12號CK15.2152. 4767.68
Xiangwanxian 12T115.7549. 5666.31
T216.4246. 8563.27
T317.3742. 5860.55
2.2高溫脅迫對籽粒蔗糖含量的影響
運輸?shù)阶蚜Ｖ械墓夂袭a(chǎn)物最初以蔗糖形式存 在，蔗糖降解為果糖和UDPG后才能用來合成淀粉。 因此，蔗糖含量高低是影響淀粉形成的重要因素。 從表2看出，蔗糖含量隨著高溫脅迫時間的延長而 上升,T1和T3之間存在顯著差異,T2和T1、T3處 理之間差異不顯著，且不論是高溫處理還是對照都 存在此趨勢。隨著高溫脅迫時間的延長，玉針香蔗 糖含量上升幅度較湘晚秈12號大，這表明玉針香對 籽粒蔗糖的利用能力更強。同時，高溫處理與對照 相比，高溫處理下的玉針香和湘晚秈12號籽粒蔗糖 含量均表現(xiàn)為升高，表明籽粒中的蔗糖分解減慢或 由源器官輸送到籽粒中的蔗糖量增加。
表2高溫脅迫對籽粒蔗糖含量的影響
Tab. 2 Effect of high temperature after anthesis on content of sucrose in mature grain
品種
Cultivar處理
Treatment高溫處理1 d(T1) High temperature treatment for 1 day高溫處理4 d(T2)
High temperature treatment for 4 days高溫處理7 d(T3)
High temperature treatment for 7 days
玉針香對照2.99b3.57ab4.01a
Yuzhenxiang高溫3.94b5.03ab5.85a
湘晚秈12號對照3.01b4. 31ab5. 11a
Xiangwanxian 12高溫4.28b5. 15ab6.07a
注:標(biāo)以不同字母的數(shù)據(jù)間差異達(dá)5%顯著水平。
Note：Values within a column followed by a different letter are significantly different at the 0. 05 probability level.
2.3高溫脅迫對籽粒SS (蔗糖合成酶）活性的影響
在水稻籽粒的成熟過程中，蔗糖合成酶的主要 作用是促使蔗糖分解為尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG) 和果糖，為淀粉合成提供糖基。圖1表明，2個供試 品種籽粒灌漿過程中SS活性的變化動態(tài)基本相似， 均呈單峰曲線，但不同品種在相同溫度處理水平下， 其SS活性的高峰時間上有所差異，其中湘晚秈12 號的CK，T1、T2、T3在齊穗后12 d達(dá)到酶活性的峰 值;玉針香的CK在齊穗后9 d，T1、T2、T3在齊穗后 12 d達(dá)到酶活性的峰值（圖1)。隨著灌漿過程的推 移SS活性均呈現(xiàn)明顯下降的趨勢，即在高溫下通過 蔗糖合成酶途徑分解蔗糖的能力總體呈現(xiàn)下降趨 勢，但品種間存在差異。
2.4高溫脅迫對籽粒AGPase (焦磷酸化酶）活性 的影響
AGPase催化葡萄糖-1-磷酸和ATP形成焦磷酸 和ADPG，ADPG是淀粉合成酶的底物，該底物的濃 度直接影響淀粉的合成速率和效率，從而調(diào)節(jié)淀粉 的形成與積累。兩品種的AGPase均呈單峰曲線， 但兩品種峰值出現(xiàn)的時間不同，湘晚秈12號各處理 峰值出現(xiàn)的時間均在齊穗后12 d;高溫處理玉針香 在齊穗后9 d達(dá)到活性的峰值，對照的峰值出現(xiàn)在 齊穗后12 d。經(jīng)過高溫處理后的湘晚秈12號、玉針 香峰值均高于對照，在齊穗后15 d AGPase活性出 現(xiàn)下降的趨勢。玉針香在前期AGPase活性值高于 對照。在齊穗后18 d經(jīng)過高溫處理的玉針香、湘晚 秈12號AGPase活性值都低于對照（圖2)。
SSS主要參與支鏈淀粉的合成，籽粒中較強的 SSS活性有利于提高ADPG合成淀粉的能力[13]。 在高溫脅迫期間兩品種的SSS活性有升高的趨勢， 其酶活性高峰均出現(xiàn)在齊穗后第9天，高峰過后 SSS活性下降很快，在齊穗后21 d SSS活性下降趨 勢趨緩，湘晚秈12號在T2處理時酶活性值最大，且 各高溫脅迫處理的峰值比對照提早3 d左右到達(dá)。 在高溫脅迫處理期間，對照的SSS活性值都低于各高溫脅迫處理的酶活性值。玉針香在T3處理酶活T3的下降趨向緩和，對照在齊穗12 d后其酶活性
性值最大，酶活性值高峰都出現(xiàn)在齊穗后9 d,齊穗值都略高于T1、T2、T3,在齊穗后18 d下降趨向緩
9 d后SSS活性值下降明顯，在齊穗15 d后T1、T2、 和（圖3)。
2.6高溫脅迫對GBSS (束縛態(tài)淀粉合成酶）活性 的影響
GBSS主要參與水稻直鏈淀粉的合成，其活性與 直鏈淀粉的積累速率存在顯著的正相關(guān)[14]。在齊 穗后12 d內(nèi)，兩品種GBSS活性值上升，說明高溫有 利于直鏈淀粉的生物合成，其中T3的峰值最大，其
2.7高溫對產(chǎn)量的影響
單位面積有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)、結(jié)實率和千粒 質(zhì)量等是構(gòu)成水稻產(chǎn)量的主要因素，在這幾個因素 中，千粒質(zhì)量是比較穩(wěn)定遺傳的性狀，受外界環(huán)境影 響較小。從表3可以看出，高溫脅迫明顯地降低了 他各高溫處理峰值都明顯高于對照，說明高溫脅迫 時間越長，直鏈淀粉含量增加越快。玉針香各峰值 都明顯高于湘晚秈12號，說明玉針香的GBSS活性 強于湘晚秈12號，高溫脅迫更有利于玉針香直鏈淀 粉的進一步積累（圖4)。 結(jié)實率，同時隨著脅迫時間的延長，每穗實粒數(shù)相應(yīng) 減少，千粒質(zhì)量變化不大。在同一處理水平下，玉針 香的結(jié)實率、每穗實粒數(shù)都明顯低于湘晚秈12號， 因此，產(chǎn)量也大大低于湘晚秈12號，說明湘晚秈12 號耐受逆境能力明顯優(yōu)于玉針香。
表3高溫脅迫對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響
Tab. 3 Effect of high temperature on factors of rice yield in mature grain
玉針香 Yuzhenxiang湘晚秈 12 號 Xiangwanxian 12
處理時間 Test time結(jié)實率/%
Seed setting percentage千粒質(zhì)量/g
1000-grain weight每穗實粒數(shù)
Grain numbers per spike結(jié)實率/%
Seed setting percentage千粒質(zhì)量/g 1000-grain weight每穗實粒數(shù)
Grain numbers per spike
CK63.225.0313982. 723.95165
T167.425.3214687.824.01163
T242.624.6611273.523.82149
T331.524.169554.622.79130
3結(jié)論與討論
本研究中，水稻齊穗后高溫明顯降低了水稻籽 粒淀粉積累量，但兩品種對高溫的反應(yīng)程度有所不 同，耐熱性較弱的玉針香淀粉的積累量下降幅度大 于耐熱性較強的湘晚秈12號。直鏈淀粉含量是影 響稻米品質(zhì)的主要因素之一，其含量的微弱變化即 可導(dǎo)致稻米食味品質(zhì)的明顯不同。有研究表明，灌 漿期高溫使稻米的直鏈淀粉含量下降，支鏈淀粉含 量上升[15];又有研究認(rèn)為，在高溫條件下一些品種 的直鏈淀粉含量略有提高，而另外一'些品種的直鏈 淀粉含量沒有明顯改變[16]?？梢姼邷貙λ咀蚜?直鏈淀粉含量影響的研究結(jié)果并不一致。本研究表 明，齊穗后高溫明顯降低了籽粒淀粉和支鏈淀粉含 量,提高了直鏈淀粉含量?？梢姽酀{期高溫改變了 水稻成熟期籽粒淀粉的組成比例。
在籽粒淀粉合成過程中，一系列淀粉合成酶 (SS、SSS、GBSS、AGPase)起關(guān)鍵作用。SS主要催化 水稻籽粒蔗糖的降解,淀粉的合成主要是受蔗糖向 淀粉的轉(zhuǎn)化能力大小限制，本研究表明，37丈高溫 處理下的玉針香和湘晚秈12號，處理初期籽粒的蔗 糖含量和SS活性與處理4 d間的差異較小,但隨著 高溫脅迫時間的延長，蔗糖含量顯著升高，SS活性 也呈現(xiàn)上升的趨勢，高溫處理結(jié)束一定時間后，SS 活性呈下降趨勢，這表明高溫抑制了灌漿后期籽粒 蔗糖合成酶活性，淀粉合成底物的供應(yīng)減少，這可能 導(dǎo)致后期籽粒中淀粉合成酶受抑，從而抑制了淀粉 的合成。
有研究表明，水稻籽粒千粒質(zhì)量下降主要是由 于高溫抑制了可溶性淀粉合成酶（SSS)的活性[17]， 但水稻籽粒束縛態(tài)淀粉合成酶（GBSS)活性受高溫 影響不明顯，在籽粒灌漿過程中AGPase活性變化 與籽粒淀粉積累存在著密切的對應(yīng)關(guān)系，其酶活性 與淀粉積累量均呈顯著或極顯著正相關(guān)[18]。本試 驗表明，高溫顯著影響了水稻籽粒的GBSS活性，其 中以37丈高溫脅迫7 d尤為顯著。因此，高溫顯著 影響了水稻籽粒淀粉合成相關(guān)酶的活性，進一步影 響到水稻籽粒淀粉的積累。
周百萬[19]研究指出，在開花時段若遇35丈以 上高溫，且持續(xù)高溫60 min左右,穎花受害最重。在 開花期間日均溫27. 4?31.3丈，不實率為9.9% ~ 14. 9% ;當(dāng)溫度在34. 6?35. 2丈時不實率為 18.3%?21.3%，且隨高溫持續(xù)時間的延長,空秕率 顯著增加[20]。35丈以上高溫對結(jié)實率的傷害較大, 成熟期32丈以上高溫引起千粒質(zhì)量降低。在自然高 溫條件下，影響結(jié)實率的最大時期是在開花當(dāng)日，其 次是開花后1?3 d。當(dāng)日均溫在27?30丈時，水稻 的結(jié)實率隨著溫度的升高而提高，反之則降低[21]。
高溫脅迫對玉針香、湘晚秈12號產(chǎn)量有明顯影 響，灌漿成熟期37丈高溫脅迫,降低了結(jié)實率，同時 千粒質(zhì)量也受到一定的影響。在37 T；高溫處理下， 湘晚秈12號的結(jié)實率、每穗實粒數(shù)、產(chǎn)量都明顯高 于玉針香,這說明湘晚秈12號耐受高溫逆境能力明 顯優(yōu)于玉針香。
因此，為了預(yù)防高溫?zé)岷Γx取耐熱型品種是最 基本的途徑，同時輔以必要合理的栽培措施,為水稻 進一步高產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。