华中农业大学植物科学技术学院王飞团队在TOP期刊发表科研成果:抽穗后夜间高温通过改变氮代谢影响水稻籽粒蛋白-淀粉平衡及品质研究

“Post‐Heading High Nighttime Temperature Impairs Grain Protein‐Starch Balance and Rice Quality Through Altering Nitrogen Metabolism”文章发表在《Plant, Cell & Environment》。抽穗后夜间高温（HNT）会引发水稻品种间籽粒贮藏物质响应的基因型差异，籼粳杂交稻甬优4949（YY4949）受其影响籽粒蛋白含量和谷蛋白/醇溶蛋白比显著上升，打破蛋白-淀粉平衡，加剧源限制并降低稻米外观与食味品质；而籼稻黄华占（HHZ）响应较弱。蛋白/直链淀粉比与稻米垩白度、糊化特性的相关性强于单一蛋白或直链淀粉含量，氮素从叶片向籽粒的转运调控是水稻应对夜间高温的关键，遗传调控氮素再分配可培育气候韧性优质水稻品种。

研究背景

水稻是全球超半数人口的主食，全球变暖导致的夜间温度升高幅度是白天的3.2倍，灌浆期高温会降低水稻产量、破坏淀粉和蛋白合成，劣化稻米品质。目前关于灌浆期夜间高温下水稻品质下降的主导因素（源/库限制）仍存争议，籽粒蛋白含量对夜间高温响应的基因型差异生理机制研究不足，且现有研究多聚焦日均温或单一品质性状，夜间高温对籽粒贮藏物质及食味品质的调控机制尚不明确，为此开展本研究。

实验方法

2021和2023年以HHZ和YY4949为材料开展盆栽试验，灌浆期设置对照（30/22℃，昼/夜）、夜间高温（30/27℃），2023年增设全株高温（33/28℃）。测定产量构成、碾磨与外观品质、食味蒸煮品质及米粉糊化特性；采用元素分析仪等测定蛋白含量与组分，透射电镜观察淀粉粒和蛋白体结构；检测光合呼吸速率、非结构性碳水化合物、氮代谢酶活性、植物激素及游离氨基酸含量；通过转录组测序分析差异表达基因，结合GO和KEGG富集分析代谢通路变化，并进行相关统计分析。

核心结果

夜间高温使两个品种产量下降，YY4949减产更显著，且稻米垩白率、垩白度升高，直链淀粉含量降低，YY4949碾磨品质劣变更明显；YY4949籽粒蛋白含量显著上升，谷蛋白/醇溶蛋白比提高，HHZ则无显著变化甚至略有下降，蛋白/直链淀粉比与垩白度呈显著正相关。夜间高温加速YY4949叶绿体降解，上调氮代谢相关酶和转运蛋白表达，促进叶片氮素向籽粒转运，其叶片非结构性碳水化合物消耗更早更快；转录组显示YY4949在氮代谢、碳水化合物代谢通路的基因表达变化更显著，HHZ则侧重维持光合系统相关基因表达。

研究结论

夜间高温下水稻籽粒贮藏物质的响应存在显著基因型差异，YY4949因氮素再分配增强，籽粒蛋白积累增加，打破蛋白-淀粉平衡，加剧源限制，导致垩白增加、品质下降。夜间高温同时影响水稻源能力（光合、呼吸、物质转运）和库强度（激素、淀粉合成酶基因表达），氮素从叶片向籽粒的加速转运是引发籽粒蛋白-淀粉失衡的核心机制。该研究揭示了夜间高温影响水稻品质的生理分子机制，为通过遗传改良调控氮素再分配、培育耐高温优质水稻品种提供了理论依据。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pce.70437