1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
1项目的研究意义
水稻（oryza sativa l.）一年生禾本科植物，重要的农业作物，大米提供了膳食卡路里的35-60%，是我国居民的主要口粮，是关系国计民生的重要产品。
水稻产量取决于源（叶片等）、库（籽粒）和流（同化物转运）的强弱、大小及其之间的相互协调程度，源足、库大和流畅是获得高产的必备前提。因而当前育种工作主要通过增加每穗粒数，培育大穗型品种扩大库容，以增加水稻产量和提高产量潜力。水稻产量除取决于源库流关系之外还与籽粒饱满程度有很大关系。而水稻籽粒的灌浆充实及粒重大小与颖花在穗上着生的部位密切相关。一般着生在稻穗中上部的强势粒，开花早、灌浆快、充实好、粒重大；着生在稻穗下部的弱势粒，开花迟，灌浆慢、充实差、粒重小。强、弱势粒之间在开花时间、灌浆启动上存在显著差异，致使强势粒充实饱满，而弱势粒灌浆不足甚至空瘪。这不仅制约了水稻产量的提高，也降低了稻米品质的均一性，恶化碾米、外观和食味品质。大穗型超级稻品种的推广以及主攻大穗的超高产栽培实践更加剧了强、弱势粒之间的差异，弱势粒发育差已成为限制水稻高产、优质的关键障碍。与此同时，颖壳还是为籽粒灌浆提供碳同化物的重要源器官。叶片是籽粒灌浆所需碳同化物的主要供应源。颖壳、芒、枝梗、叶鞘等非叶器官含有叶绿素，能进行光合作用，也是源器官。颖壳等非叶器官对产量形成的贡献在叶片同化物供应缺乏时更为突出。在干旱胁迫下，颖壳、芒等穗部光合器官的衰老较叶片迟缓，是灌浆后期籽粒所需碳同化物的主要供应源。
2. 研究的基本内容和问题
1研究目标
系统比较强、弱势粒颖壳在生长发育、干物质生产、转运上的差异，揭示颖壳生理代谢特征；并基于源库关系，分析碳、氮及磷、钾、镁等矿质元素在叶片、叶鞘、茎杆、颖壳和籽粒之间的转运、分配，明确强、弱势粒颖壳在籽粒灌浆上的贡献差异及其可能机制。
2研究内容
3. 研究的方法与方案
1研究方法
1.1强、弱势粒颖壳对籽粒灌浆的碳同化物贡献
碳同位素分馏：样品去蛋白后的水溶性物质（WSF）的提取方法：准确称取粉样50 mg，置于2.5 mL离心管，加入1 mL去离子水。在5 ℃下浸提20 min，离心（冷冻离心机，5 ℃下12,000 r/min，5 min），转移上清液。上清液100 ℃水浴3 min，冷却，离心（冷冻离心机，5 ℃下12,000 r/min，5 min）。移取70 μL上清液于锡箔纸杯中，60 ℃干燥成粉。样品总干物质（DM）和WSF粉样的13C/12C值采用MAT-251型同位素质谱仪分析测定。
样品的同位素比率δ13C计算公式：δ13C(‰)={[(13C/12C)sample/(13C/12C)standard]-1} ×1000。其中，sample代表样品；standard代表标样（国际二级标准13C/12C值，13C标准物产自美国南卡罗来纳州的碳酸盐陨石）。样品的碳同位素分馏值用δ表示，计算公式：δ(‰)=[(δ13Ca-δ13Csample)/(1 δ13Csample)]×1000。其中，δ13Ca表示大气中δ13C值，为-8‰；δ13Csample为样品的δ13C值。
1.2强、弱势粒颖壳对籽粒灌浆的氮同化物贡献
可溶性蛋白质含量：4种蛋白质组分的提取按Luthe（1983）提出的方法进行，每种蛋白提取两次。样品用量约为0.5g，每次提取液用量为25mL，室温，时间为2h，不断振荡，其后4000g离心10min。
4种蛋白提取液及提取顺序如下：
a)清蛋白：10 mM Tris-HCl，pH 7.5；
b)球蛋白：1M氯化钠，10 mM Tris-HCl，pH 7.5；
c)醇溶蛋白：55% (v/v)正丙醇，10 mM Tris-HCl，pH 7.5；
d)谷蛋白：0.24%五水合硫酸铜（1.2g），1.68% KOH(8.4g)，0.5%酒石酸钾钠(2.5g)，和50% (v/v)异丙醇。
总氨基酸：采用日立氨基酸全自动分析仪测定（Model L-8900；Hitachi）。具体步骤如下：称取100±5mg样品，加入10mL 6M HCl浸透，于110℃水解24小时，水解后用超纯水定容至100ml，随后取1mL溶液真空蒸干后复溶于1mL 0.02M HCl，经20μm超微膜过滤后上机分析。使用EZChrom Elite for Hitachi AAA Operation软件进行数据的采集和分析（剩余四种氨基酸测定方法正在查阅文献）。
游离氨基酸：游离氨基酸的游离氨基可与水合茚三酮作用，产生蓝紫色的化合物，产物的颜色深浅与游离氨基酸含量成正比，用分光光度计在570nm下测其含量。因蛋白质中的游离氨基酸也会产生同样反应，在测定前必须用蛋白质沉淀剂将其除掉。
1.3强、弱势粒颖壳对籽粒灌浆的矿质营养贡献
矿质元素含量：干样，0.5g/重复，采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES Optima 8000DV, Pekin Elmer, USA）测定。准确称取0.5g置于10 mLHNO3/HClO4混合酸（3：1，优级纯）中进行高温消解，超纯水将消解液定容至50mL。用氩气作为载气。ICP-OES仪器参数如下：雾化器流量为0.80L/min，射频功率为1300W，样品流速为1.50mL/min，冲洗时间为15秒，延迟时间为30秒，读取时间为10秒，以及洗涤时间60秒。
2技术路线
3试验方案
3.1试验材料
以不同穗型的3个代表性水稻品种为材料：宁粳8号；武运粳7号；武育粳3号。
3.2种植条件
试验在南京农业大学丹阳试验基地进行。田间土壤类型为水稻土，全氮含量1.10 g/kg，速效磷含量13.23 mg/kg，速效钾含量119.41 mg/kg。整地时先整体整一次，再将大田按南北向分为三个区域进行整地。采用随机区组设计，每个品种一个小区，三块田三个重复。每个小区长2.5m，宽4.5米，每小区之间留出至少0.3米空间，不同人员试验区之间留出至少1.0米空间。行距30 cm，株距14 cm。水稻生育期施肥两次，基肥用量为每亩8.0Kg N、4.0kg P2O5和6.4Kg K2O，穗肥用量为每亩8.0Kg N、4.0KgP2O5和6.4Kg K2O。
3.3取样方案
在有效分蘖期实行分蘖动态监测，待够苗后严格控制水分，防止无效分蘖发生。选择群体开花最为集中的4至5天，对穗上部三分之一开花的水稻单茎进行挂牌标记，视为开花当天，每品种每个重复标记600株。
取样时间：按叶龄余数为依据进行取样：花前21天（叶龄余数1.5-1.6，此时处于颖花分化期，倒二叶长至一半）、花前14天（叶龄余数1.0，此时处于花粉母细胞形成及减数分裂期，剑叶刚抽出）、花前7天（叶龄余数0，花粉充实完成，剑叶完全抽出）；按标花时间为依据进行取样：开花当天、花后10、20、30、40、50、60天分别取样，共计10次。
取样部位：选取长势整齐、无病虫害的代表性单茎。取样时连根部一起拔出，确保所取植株整体完整。将植株分为单张叶片、单个节间（下部节下端至上部节下端为一完整节间）、单个叶鞘，将穗部分为强势粒（穗上部三个一次枝梗籽粒）、弱势粒（穗下部三个一次枝梗上的二次枝梗籽粒）以及剩余籽粒。
3.4测定指标
（1）强、弱势粒颖壳的生长分析
干物质重，各时期标准植株形态记录，颖壳、籽粒发育形态记录。
（2）强、弱势粒颖壳对籽粒灌浆的碳同化物贡献
稳定性碳同位素分馏。
（3）强、弱势粒颖壳对籽粒灌浆的氮同化物贡献
可溶性蛋白质含量、总氨基酸含量、游离氨基酸含量。
（4）强、弱势粒颖壳对籽粒灌浆的矿质营养贡献
总磷、钾、镁、钙、铁、锰、铜、锌等矿质元素含量。
4可行性分析
本实验工作主要是在南京农业大学栽培课题组刘正辉教授实验室开展和进行的。本实验室师资力量雄厚、配套实验设备齐全、在研课题多样，这为本实验工作的开展和进行提供了优越的实验条件和充足的信息来源，指导教师具有丰富深厚的植物生理生化等基础。同时，丹阳实验基地也可以满足各种田间实验。
4. 研究创新点
（1）关注孕穗期这一产量形成的关键的但被忽略的重要时期，补足水稻产量形成机制研究中缺失的关键一环。
（2）基于源库关系分析孕穗期干物质生产和分配机制，明确叶鞘、茎杆和颖壳同化物贮藏、转运特征及其在籽粒灌浆中的作用。
（3）从碳、氮及磷、钾等矿质营养贡献角度，比较强、弱势粒颖壳在籽粒灌浆中的贡献程度，揭示弱势粒灌浆不足的生理机制。
5. 研究计划与进展
1研究计划
（由于该实验为跟随师兄一起完成的课题，前期种植、取样等部分工作已经完成，我将着重参与到之后的实验进程中去。）
1）2018年：取样收获大田栽培的三个品种；碳贡献相关指标测定，留种；氮贡献相关指标测定（取样收获已完成，各种测定工作参与其中）；
