1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

水稻籽粒植酸磷积累及矿质营养品的氮素调控效应研究

探讨不同基因型籽粒磷积累与植株磷高效利用之间的关系，并基于氮磷互作解析氮素处理下不同生育期植株各器官（特别是结实期籽粒）氮、磷代谢相关组分的变化规律，明确氮素调控籽粒磷积累的环节（磷吸收、转运或代谢）和部位（根系、茎杆或叶片），阐明籽粒磷积累氮素稳定性的生理机制。研究结果可为水稻磷高效基因型筛选提供理论依据，对于水稻磷高效利用和稻米品质环境稳定性机制等方面研究具有重要参考价值。本研究通过田间试验和盆栽试验，研究氮素对稻米籽粒中磷化学组分和其他重要矿质元素的影响，阐明磷与其他矿质元素的相关关系，探讨氮肥对籽粒磷和其他重要矿质元素积累的影响的可能机制。此外，通过盆栽试验，了解植酸含量的变化是否会对水稻籽粒中有关矿质营养元素的积累产生附带的影响效应，为进一步开展稻米品质中矿质营养品质的栽培措施研究提供相关理论依据。 目前国际上对水稻籽粒磷积累的生理机制研究主要集中在籽粒植酸的生物合成机制上。已探明植酸生物合成由以下两个顺次相连的途径构成：（1）底物合成途径，由葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）开始，在肌醇-1-磷酸合成酶或肌醇-3-磷酸合成酶（myo-inositol-1-phosphate synthase 或myo-inositol-3-phosphate synthase，统称MIPS）的催化下生成植酸合成底物－肌醇（myo-inositol，MI）。（2）肌醇磷酸化途径，由MI逐步磷酸化形成一磷酸肌醇（IP）、二磷酸肌醇（IP2）、三磷酸肌醇（IP3）、四磷酸肌醇（IP4）、五磷酸肌醇（IP5）等肌醇磷酸化合物（myo-inositol polyphosphates，InsPs），并最终形成六磷酸肌醇（IP6，植酸）。MIPS的活性受Pi水平调控，是植酸合成途径中的关键酶（Larson 等，2000；Mitsuhashi等，2008）。但是，对如何通过遗传或栽培途径调控水稻的植酸合成代谢途径，目前尚不清楚。因此也难以指导生产或解决生产上的某些科学问题。 氮和磷都是对作物生长发育至关重要的矿质元素。前人研究表明，氮肥运筹影响着水稻籽粒中矿质营养的组分与含量。作为一种重要的大量元素，磷元素在水稻籽粒发育过程中主要以植酸磷（占磷的75%左右）形式储存。而植酸磷的六磷酸结构使得它带有较多的负电荷，成为一种强的螯合剂，能够与许多的I-III价的矿物离子，如Fe、Mg、Mn、Zn、Ca、K、Na等螯合，形成植酸盐沉淀。从而影响人和某些动物对矿质元素的吸收与利用。因此，可以从矿质营养与植酸代谢方面进行深入研究，为氮、磷互作下稻米品质的矿质营养品质提供一些新见解。 参考文献: 俄胜哲，袁继超，丁志勇，等. 氮磷钾肥对稻米铁、锌、铜、锰、镁、钙含量和产量的影响[J]. 中国水稻科学，2005，19（5）：434-440 郝虎林，魏幼璋，杨肖娥，等. 供氮水平对稻株铁、锰、铜、锌含量和稻米品质的影响[J]. 中国水稻科学，2007，21（4）：411-416 凌启鸿. 作物群体质量[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2000 鲁如坤. 土壤磷素水平和水体环境保护[J]. 磷肥与复肥, 2003, 18 (1): 4-8. 吴照辉，贺立源，张丽梅，等. 作物磷高效种质资源筛选研究进展[J]. 山地农业生物学报, 2008, 27: 61-68. 于飞，周健民，王火焰，陈小琴，不同氮肥与磷肥的互作效应[J]. 生态环境, 2005, 14: 930-935. 袁继超，刘丛军，俄胜哲，等. 施氮量和穗粒肥比例对稻米营养品质及中微量元素含量的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2006，12（2）：183-187 张睿，郭月霞，南春芹. 不同施氮水平下小麦子粒中部分微量元素含量的研究[J]. 西北植物学报，2004，24（1）：125-129. 曾亚文，杜娟，普晓英，等. 云南稻种磷高效特性相关性状的生态差异. 生态环境, 2008, 17: 300-306. 周志高, 汪金舫, 周健民. 植物磷营养高效的分子生物学研究进展. 植物学通报, 2005, 22: 82-91. 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2. 研究的基本内容和问题

探讨不同基因型籽粒磷积累与植株磷高效利用之间的关系，并基于氮磷互作解析氮素处理下不同生育期植株各器官（特别是结实期籽粒）氮、磷代谢相关组分的变化规律，明确氮素调控籽粒磷积累的环节（磷吸收、转运或代谢）和部位（根系、茎杆或叶片），阐明籽粒磷积累氮素稳定性的生理机制。

研究结果可为水稻磷高效基因型筛选提供理论依据，对于水稻磷高效利用和稻米品质环境稳定性机制等方面研究具有重要参考价值。

本研究通过田间试验和盆栽试验，研究氮素对稻米籽粒中磷化学组分和其他重要矿质元素的影响，阐明磷与其他矿质元素的相关关系，探讨氮肥对籽粒磷和其他重要矿质元素积累的影响的可能机制。

3. 研究的方法与方案

一、研究方法 1.试验思路 在目前实际生产中，过量施氮导致的环境污染等问题日益突出。

而氮肥的过多投入也对矿质营养品质等稻米品质产生了不利影响。

课题组前期研究发现，随着施氮量的增加，籽粒中磷元素积累显著下降。

4. 研究创新点

本课题组长期从事水稻氮、磷高效利用的理论与技术研究，在田间试验、盆栽试验上具有丰富的经验；已熟练掌握水稻磷、氮营养、矿质营养等生理研究相关的测定分析技术以及实时定量rt-pcr技术，并改进了植酸磷、蛋白质组分的测定方法。

本课题组发现粳稻品种籽粒磷积累在氮素反应上差异显著。

在此基础上，本实验将利用江苏主栽品种全面探查籽粒磷积累氮素反应的基因型差异，并深入揭示籽粒磷积累氮素稳定性的生理机制。

5. 研究计划与进展

1. 2016.06-2017.07：氮素对籽粒微量矿质元素组成影响的生理分子机制试验在2016年进行。

采用盆栽实验，肥料运筹是：施基肥1g n，穗肥处理为0、2.4g n，分促花肥和保花肥等量施用，p、k肥为：k2o 1.86 g 和p2o5 1.40 g。

采用电感耦合等离子发射光谱仪，测定籽粒灌浆动态过程中水稻植株各个部位相关微量矿质元素含量的动态变化。