水稻籽粒灌浆过程中蛋白质表达特性及其对氮肥运筹的响应#
 

摘要：以大穗型水稻为材料，运用双向电泳技术研究了籽粒灌浆不同时段蛋白质的表达变化，共发现32 个发生显著表达差异的蛋白质。随后，进一步构建了水稻生育前后期2 种不同氮肥比例下（7：3 和6：4）强弱势籽粒灌浆不同时段的蛋白表达图谱，发现强势籽粒响应氮肥调控比弱势籽粒稳定，发生差异表达并得到功能鉴定的蛋白质为4 对17。结果表明，籽粒灌浆是个复杂的生态学过程，涉及淀粉合成，能量代谢，激素信号转导，基因表达调节等过程。进一步分析发现，强势粒灌浆具有明显的环境稳定性，而弱势粒灌浆则受环境因素（如氮肥运筹）的强烈调节。对大穗型水稻而言，适当增加生育后期氮肥的施用量，有利于通过增强信号转导，促进相关基因的表达，提高物质调运与能量代谢速率，增强抗逆性，增强弱势籽粒的代谢水平，延长其灌浆时期，提升弱势籽粒活性和灌浆强度。
 

关键词：水稻；籽粒灌浆；生态；蛋白组学；氮肥

0 引言
水稻籽粒灌浆完成的情况是反映源库流协调与否的参照，联系营养生长与生殖生长的枢
纽，平衡产量与品质关系的支点，实现优质、高产的保证，在揭示高产优质水稻的形成过程
中具有重要的地位。籽粒灌浆过程涉及复杂的遗传生理与分子生态学过程。从籽粒发育的全
过程看，籽粒灌浆进程是个显性与加性效应基因交替表达控制的遗传现象，在灌浆初期以加
性效应为主，中期加性、显性效应并重，而灌浆后期则显性效应增强[1,2]。从籽粒的胚乳发
育特性看，其遗传表达更为复杂，受三套遗传系统控制，即细胞质、二倍体母体植株和三倍
体种子的遗传效应均可明显影响籽粒各个发育时期的可溶性糖含量。从遗传生理生态学角度
讲，水稻尤其是大穗型水稻，存在着明显的异步灌浆现象，即位于水稻穗上部的强势籽粒优
先启动灌浆，灌浆速率快，充实度好，位于穗下部的弱势籽粒灌浆启动慢，灌浆速率慢，充
实度差[3-5]。弱势粒充实差和粒重低是限制水稻尤其是大穗型水稻高产潜力发挥的主要原因
[6]。 前人就弱势籽粒灌浆差的机理已经作了大量的工作，提出了许多观点，包括“源”不足[7,8]、
“库”容限制[9]、“流”不畅[10]、内源激素间的不平衡[11-13]、能量障碍[14]、淀粉合成关键代谢途
径灌浆酶活性或基因表达量低[15-17]等。此外，大量的研究结果还表明弱势籽粒对外界环境反
应敏感，可以通过一定的栽培调控措施达到促进弱势籽粒灌浆的目的[18]。据此，我们认为
水稻籽粒灌浆确实是个复杂的数量遗传现象，其遗传表现涉及复杂的分子生理生态过程，最
终产量的实现决定其生长发育中众多基因的表达、调控和相互作用的方式与结果，并通过系
统生物学过程而影响产量和品质。本研究以超大穗型水稻“金恢809”为供试材料，通过2 年
的试验研究，构建水稻籽粒灌浆不同时期的蛋白质表达图谱，对不同灌浆阶段籽粒胚乳发育
发生差异表达的蛋白质及其功能进行鉴定分析，同时检测氮素调控水稻强、弱势粒灌浆响应
的蛋白质差异表达模式及其作用机制，以期深入理解大穗型水稻籽粒灌浆的分子生态特性。 

4 结论
本试验运用双向电泳技术分析了籽粒灌浆不同时段的蛋白差异表达情况，鉴定到32 个发生显著差异表达蛋白，通过丰度表达分析发现这些蛋白具有明显的时空表达差异，进一步通过质谱分析发现这些蛋白在籽粒灌浆过程中起到不同的功能，比如信号转导、物质合成与运转、储藏与再利用，逆境响应与调控等，由此可见水稻的籽粒灌浆过程是个复杂的生态学过程，需要不同功能蛋白的相互协助完成。同时本实验发现水稻强势粒灌浆具有明显的环境稳定性，而氮肥调控对弱势籽粒灌浆影响较大，后期适当增加氮素的供应能够提高水稻特别是大穗型水稻的弱势粒灌浆过程中关键蛋白的表达，从而促进弱势籽粒的灌浆，最终表现为结实率，千粒重以及产量的提高。
 

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