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小麦籽粒抗性淀粉积累特性及淀粉合成相关酶基因表达分析

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植物生理学报 2021年第1期57卷 112-120页

作者：刘素君冯健超江薛丽姚永伟高宏欢马冬云河南农业大学农学院国家小麦工程技术研究中心/小麦玉米作物学国家重点实验室郑州450046

本文旨在研究小麦(Triticum aestivum)籽粒抗性淀粉(resistant starch, RS)积累与淀粉合成相关酶基因表达的关系,以期为小麦营养品质改良提供一定的理论依据。以2个强筋小麦品种(‘新麦26’和‘郑麦366’)和1个黑小麦品种(‘周黑麦1号’... 详细信息

本文旨在研究小麦(Triticum aestivum)籽粒抗性淀粉(resistant starch, RS)积累与淀粉合成相关酶基因表达的关系,以期为小麦营养品质改良提供一定的理论依据。以2个强筋小麦品种(‘新麦26’和‘郑麦366’)和1个黑小麦品种(‘周黑麦1号’)为材料,研究籽粒灌浆过程中抗性淀粉积累特性及淀粉合成相关酶基因表达。结果表明,‘新麦26’表现最高的抗性淀粉含量;同时,其直链淀粉含量、B型淀粉粒(粒径2~9.8μm)表面积和数目分布百分比最高。在花后20~30 d,‘新麦26’和‘郑麦366’具有较高的抗性淀粉增加幅度,分别为65.6%和50.5%。籽粒发育过程中淀粉合成相关酶基因表达主要呈4种表达模式,其中在中、后期高表达的基因可能对淀粉积累起重要的作用;‘新麦26’在籽粒发育中、后期GBSSI的高表达以及SSI、SSIIa、SBEI和SBEIIa的较低表达可能有助于抗性淀粉含量的积累。

关键词：小麦籽粒抗性淀粉淀粉合成相关酶基因表达

不同生态地区玉米光合特性及淀粉合成相关酶的比较研究

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不同生态地区玉米光合特性及淀粉合成相关酶的比较研究

作者：葛锦沈阳农业大学

学位级别：硕士

玉米是我国重要的粮食作物,玉米的高产稳产对保障我国粮食安全具有重要作用。我国玉米生产地域分布广泛,不同生态地区光温水等自然条件对玉米的生长发育与产量影响巨大。分别在新疆奇台、宁夏永宁和吉林公主岭三个生态地区设定试验点,... 详细信息

玉米是我国重要的粮食作物,玉米的高产稳产对保障我国粮食安全具有重要作用。我国玉米生产地域分布广泛,不同生态地区光温水等自然条件对玉米的生长发育与产量影响巨大。分别在新疆奇台、宁夏永宁和吉林公主岭三个生态地区设定试验点,以郑单958（ZD958）和先玉335（XY335）为供试品种,研究了不同生态地区气候条件对玉米光合作用特性及淀粉合成关键酶的影响。主要试验结果如下:1.玉米在三个生态地区的净光合速率,表现为奇台地区最高,其次是永宁地区,公主岭地区最低;两个供试品种间,在奇台、永宁地区,XY335净光合速率大于ZD958,在公主岭地区,ZD958净光合速率大于XY335。不同种植密度间,表现出种植密度越高,其净光合速率越低。2.玉米在三个生态地区的光量子效率,在玉米灌浆期时以奇台地区最高,永宁地区其次,公主岭地区最低;而玉米吐丝期时,三个生态地区玉米的光量子效率则无明显差异。灌浆期时,XY335的光量子效率大于品种ZD958的光量子效率。吐丝期时,ZD958的光量子效率在永宁地区略高于XY335,在公主岭地区则刚好相反;两品种在奇台地区的光量子效率无明显差异。3.玉米在三个生态地区的光补偿点,无论吐丝期还是灌浆期,均以公主岭地区玉米的光补偿点最高,吐丝期时永宁地区最低,灌浆期时奇台地区最低。两个品种之间,XY335的光补偿点普遍大于ZD958。不同种植密度之间,吐丝期时种植密度高、灌浆期时种植密度低的植株,光补偿点低。4.玉米在三个生态地区的光饱和点,无论是吐丝期还是灌浆期,均呈现出奇台地区最大,永宁地区次之,公主岭地区最低。两个品种的光饱和点表现为ZD958大于XY335。不同种植密度间光饱和点表现为:45000株/公顷＞75000株/公顷＞120000株/公顷。5.籽粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）的活性,在玉米吐丝期,低密度种植条件下,奇台地区酶活性最高,其次为永宁、公主岭最低,高密度种植条件下,奇台地区最高,公主岭地区次之,永宁地区最小;灌浆期时,不同种植密度条件下,均以永宁地区该酶活性最高,其次是公主岭、奇台最低。吐丝期时XY335籽粒AGPase活性普遍大于ZD958;而灌浆期时则与吐丝期相反。吐丝期时,各种植密度间均随种植密度的增加而酶活性减小;灌浆期时各密度间酶活性无明显差异。在吐丝期时,同一果穗上不同部位间,XY335籽粒中AGPase活性表现为:上部籽粒＞中部籽粒＞下部籽粒,而ZD958籽粒中AGPase活性则表现为:下部籽粒＞上部籽粒＞中部籽粒。6.籽粒中脲苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UGPase）的活性,在玉米吐丝期,以奇台地区最大;灌浆期时,籽粒UGPaes活性则以永宁地区最大。在吐丝期,ZD958籽粒的UGPase活性大于XY335的;灌浆期时则相反。在吐丝期,随着种植密度的增加,UGPase活性逐渐减小;而在灌浆期,UGPase活性大小和种植密度没有明显相关关系。吐丝期时,同一果穗上不同部位之间,XY335在较低种植密度时,其上部籽粒UGPase活性高于中部、下部,在种植密度较高时,则其下部籽粒高于上部、中部;对ZD958而言,不同种植密度下,其果穗下部籽粒UGPase活性均为最高。7.籽粒中淀粉分支酶（SBE）活性,在玉米吐丝期,XY335的SBE活性在永宁地区显著高于奇台、公主岭地区,ZD958的SBE活性在公主岭地区明显高于奇台、永宁地区。在吐丝期时,XY335的SBE活性明显高于ZD958的该酶活性;而灌浆期时两个品种中该酶活性基本持平。在吐丝期时,SBE活性随着种植密度的增加而降低;在灌浆期时,各种植密度之间SBE活性无明显差异。吐丝期时,同一果穗不同部位之间,两品种该酶活均表现为中部籽粒最低。8.籽粒中淀粉脱支酶（DBE）活性,在玉米吐丝期,XY335的DBE活性在永宁地区最大,奇台地区次之,公主岭地区最低,ZD958的DBE活性则以公主岭地区最高,奇台地区次之,永宁地区最低;灌浆期时,玉米DBE活性呈现出奇台＞永宁＞公主岭的变化趋势。无论在吐丝期还是灌浆期,ZD958的DBE活性均大于XY335的酶活性。吐丝期时,DBE活性随着种植密度的上升而略有上升或持平;灌浆期时,各种植密度间无明显差异。吐丝期时,同一果穗不同部位之间,XY335以中部籽粒的DBE活性最大,而ZD958则以下部籽DBE活性最大。

关键词：玉米光合作用光响应曲线淀粉合成淀粉合成相关酶

高淀粉马铃薯淀粉合成相关酶及基因在钾调控下的差异

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高淀粉马铃薯淀粉合成相关酶及基因在钾调控下的差异

作者：王金明东北农业大学

学位级别：硕士

马铃薯是一种重要的、营养全面的粮食作物,同时,也是一种兼具多种用途的经济作物。马铃薯淀粉作为马铃薯块茎的主要贮藏物质,其品质优异,具有其他天然植物淀粉不可替代的独特功能。马铃薯淀粉及其衍生产品被广泛应用于人们的日常生产和... 详细信息

马铃薯是一种重要的、营养全面的粮食作物,同时,也是一种兼具多种用途的经济作物。马铃薯淀粉作为马铃薯块茎的主要贮藏物质,其品质优异,具有其他天然植物淀粉不可替代的独特功能。马铃薯淀粉及其衍生产品被广泛应用于人们的日常生产和生活中,尤其在食品加工行业中发挥着重要的作用。黑龙江省是我国马铃薯淀粉加工原料薯生产的优势区域,区域内分布有较多的淀粉加工企业,具有极大的原料薯需求。本研究以本地区近年选育的高淀粉马铃薯品种东农310和克新22号为试验材料,研究钾肥用量对不同品种淀粉合成的影响。测定了不同时期叶片与块茎淀粉合成相关酶活性,对块茎淀粉合成相关酶中的关键基因进行定量分析,初步揭示钾肥影响高淀粉马铃薯品种淀粉积累的酶学和分子机制;测定了不同时期块茎内总淀粉含量及直链淀粉含量,在收获时测定了块茎的产量、商品薯率以及淀粉产量,初步探明高淀粉马铃薯品种钾营养机制,为本地区高淀粉马铃薯的品种选育和优质栽培调控提供基础数据。本试验主要研究结果如下:(1)块茎的总淀粉含量在供试品种间差异未达显著水平,但K处理间的差异极显著。随着钾肥用量的增加,东农310和克新22号的总淀粉含量均呈增大趋势,都在K225处理达到最大值,分别为17.03%和16.79%。直链淀粉含量则在品种和处理间均表现出极显著差异,随着钾肥用量的增加而增高;东农310的K150处理直链淀粉含量达最大值,为23.72%,克新22号的K225处理达最大值,为23.28%。可见钾肥的施用对淀粉组分的影响明显。(2)随着生育期的推进,不同处理下东农310和克新22号叶片与块茎的AGPase、GBSS酶和SSS酶活性均呈单峰曲线变化;而SBE酶在叶片与块茎中的变化趋势略有不同,叶片中呈逐渐增加的趋势,块茎中则呈单峰曲线。钾肥处理下,同一品种不同器官和不同品种同一器官中各淀粉合成相关酶在同一时期的酶活性均略有不同。在马铃薯块茎淀粉合成积累的中后期,东农310和克新22号同期的叶片与块茎中淀粉合成相关酶活性随着钾肥用量的增加而增大。(3)东农310和克新22号块茎淀粉合成相关酶关键基因表达量峰值出现的时间与各酶酶活性峰值出现的时间一致,表明各基因的表达发生在块茎淀粉合成代谢的转录水平上。在块茎淀粉合成积累的中后期,两品种K225处理的块茎中基因表达量峰值均大于K150处理。(4)随着生育进程的推进,东农310和克新22号块茎中AGPase与淀粉及其组分含量间均无相关性;SBE与总淀粉积累呈正相关;东农310和克新22号块茎中AGPase与GBSS、SSS均呈正相关;表明在淀粉合成积累过程中各淀粉合成相关酶呈相互协同作用;东农310各酶与相对应的基因之间呈正相关,表明东农310各酶活性的高低与试验所用基因的表达有密切关系。(5)马铃薯块茎产量随着钾肥用量的不同而有所不同。随着钾肥用量的增加,2个品种块茎产量均呈由低到高再降低的变化趋势。东农310和克新22号在K150处理下的产量和淀粉产量均最高,显著高于其他处理,产量分别达1407kg/667m2和1359kg/667m2,淀粉产量分别达235.5kg/667m2和226.5kg/667m2。初步确定本地种植高淀粉马铃薯品种的适宜钾肥用量为150 kg/hm2。

关键词：马铃薯淀粉淀粉合成相关酶相关基因钾营养机制

糜子籽粒形成过程中蛋白质、淀粉积累与相关合成酶特性

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中国农业大学学报 2019年第7期24卷 28-36页

作者：陈光华韩浩坤马洪驰党科王孟杨璞冯佰利西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100 榆林市农业科学研究院陕西榆林719000

为探究糜子灌浆过程中籽粒蛋白质及淀粉积累规律,选用糯性和粳性糜子品种各2个,分别为‘龙黍21号’、‘晋黍5号’和‘榆糜2号’、‘陇糜8号’,分析淀粉合成相关酶活性的动态特性。结果表明:糜子开花后,粳糯品种籽粒脂肪含量先增加后减少... 详细信息

为探究糜子灌浆过程中籽粒蛋白质及淀粉积累规律,选用糯性和粳性糜子品种各2个,分别为‘龙黍21号’、‘晋黍5号’和‘榆糜2号’、‘陇糜8号’,分析淀粉合成相关酶活性的动态特性。结果表明:糜子开花后,粳糯品种籽粒脂肪含量先增加后减少,而粗蛋白含量不断减少,其中谷蛋白含量最高。各氨基酸中,谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸含量最高。淀粉含量变化呈S型增加,积累速率先增加后减小。4种淀粉合成相关酶(ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、颗粒结合性淀粉合成酶(GBSS)以及淀粉分支酶(Q酶))活性显示出单峰曲线变化。粳性品种中SSS酶主要调控直链、支链及总淀粉积累,Q酶主要调控总淀粉和直链淀粉,AGPP酶参与直链淀粉的积累;而糯性品种直链、支链及总淀粉积累主要受到SSS和Q酶的调控。

关键词：糜子籽粒形成过程蛋白质淀粉淀粉合成相关酶

玉米灌浆期果穗不同部位籽粒碳水化合物积累与淀粉合成相关酶活性变化

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作物学报 2015年第2期41卷 297-307页

作者：徐云姬顾道健秦昊张耗王志琴杨建昌扬州大学/江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009

玉米果穗顶部籽粒通常较中、下部籽粒充实差,粒重轻,其机制不清楚。本研究旨在探明玉米果穗不同部位籽粒淀粉合成相关酶活性变化及其与籽粒灌浆的关系。以玉米品种登海11为材料,分别进行春播和夏播试验,观察果穗不同部位籽粒中可溶性糖... 详细信息

玉米果穗顶部籽粒通常较中、下部籽粒充实差,粒重轻,其机制不清楚。本研究旨在探明玉米果穗不同部位籽粒淀粉合成相关酶活性变化及其与籽粒灌浆的关系。以玉米品种登海11为材料,分别进行春播和夏播试验,观察果穗不同部位籽粒中可溶性糖、蔗糖和淀粉的含量及淀粉合成相关酶活性变化。结果显示,与夏播玉米相比,春播玉米具有较多的每穗粒数、较高的百粒重和产量。虽然产量在春播和夏播间有差异,但两季玉米籽粒的最大灌浆速率、平均灌浆速率、百粒重、可溶性糖和蔗糖含量、最大淀粉积累速率、平均淀粉积累速率均表现为果穗下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。灌浆期果穗不同部位籽粒腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、淀粉合酶(St S)和淀粉分支酶(SBE)活性变化均呈单峰曲线,果穗上部籽粒AGPase、St S和SBE活性峰值和平均值均显著低于果穗中、下部籽粒。相关分析表明,淀粉积累速率、籽粒灌浆速率与AGPase、St S和SBE活性均呈极显著正相关。说明玉米果穗顶部籽粒较低的AGPase、St S和SBE活性是其灌浆较差、粒重较低的重要原因。春播玉米粒重较高,与其灌浆期较强的淀粉合成能力有关。

关键词：玉米果穗不同部位籽粒籽粒灌浆碳水化合物淀粉合成相关酶

糯玉米SW70和SW22是一类新的淀粉合成酶基因功能缺失多突变体

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分子细胞生物学报 2008年第5期41卷 403-411页

作者：丁向真杨明明王蓓果闫桂琴段可黄剑华山西师范大学生命科学学院临汾041104 上海农业遗传与育种重点实验室上海农业科学院生物技术研究所上海201106 西南大学园林园艺学院花卉实验室重庆400715

糯玉米是一类相对于粮食玉米的重要天然突变体,其淀粉合成的遗传机制复杂而又多样。以糯玉米自交系SW22、普通玉米自交系5003、SW22(♀)和5003(♂)的杂种定向选育的糯玉米自交系SW70(自交4代)为材料,研究了自交系授粉后1、2、4周时,SW22... 详细信息

糯玉米是一类相对于粮食玉米的重要天然突变体,其淀粉合成的遗传机制复杂而又多样。以糯玉米自交系SW22、普通玉米自交系5003、SW22(♀)和5003(♂)的杂种定向选育的糯玉米自交系SW70(自交4代)为材料,研究了自交系授粉后1、2、4周时,SW22、SW70和5003籽粒中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、淀粉合酶(SS)、淀粉分支酶(SBE)和淀粉去分支酶(DBE)共4个家族21个成员编码基因表达水平的变化。结果表明:1)SW22中多个淀粉合成酶编码基因的表达动态与SW70及5003中有显著差异,差异主要存在于淀粉合酶SS和淀粉去分支酶DBE基因家族;2)SW22及SW70籽粒中有明显的Wx转录产物累积,但累积水平均显著低于5003籽粒中;3)SW22及SW70中颗粒结合淀粉合成酶编码基因GbssIIb和异淀粉酶型去分支酶编码基因Iso2完全不表达,意味着SW22胚乳中GbssIIb基因和Iso2基因的功能完全缺失。目前,有关玉米籽粒中GbssIIb和异淀粉酶型DBE Iso2同时突变或单个基因突变均未见报道。推测淀粉合成酶基因GbssIIb和异淀粉酶型DBEIso2功能缺失以及Wx功能部分缺失,共同导致了SW22和SW70籽粒中直链淀粉合成部分缺陷。

关键词：糯玉米淀粉合成相关酶 RT—PCR 基因表达突变

施钾时期对甘薯济徐23块根淀粉积累与品质的影响及酶学生理机制

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中国农业科学 2014年第1期47卷 43-52页

作者：柳洪鹃姚海兰史春余张立明山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室山东省农业科学院

【目的】阐明施钾时期对甘薯"济徐23"块根淀粉积累和粒度分布特征的影响及其酶学生理机制。【方法】在大田栽培条件下,以淀粉型品种"济徐23"为材料,设置不施钾肥(T1)、基施钾肥(T2)、封垄期追施钾肥(T3)和茎叶生长高峰期追施钾肥(T4)4... 详细信息

【目的】阐明施钾时期对甘薯"济徐23"块根淀粉积累和粒度分布特征的影响及其酶学生理机制。【方法】在大田栽培条件下,以淀粉型品种"济徐23"为材料,设置不施钾肥(T1)、基施钾肥(T2)、封垄期追施钾肥(T3)和茎叶生长高峰期追施钾肥(T4)4个处理,于2008—2009年2个生长季在山东农业大学农学试验站进行试验。采用甘薯块根膨大过程中定期取样的方法留样,测定块根中淀粉、直链和支链淀粉含量,同时测定块根淀粉粒体积分布的中位粒径和大(>19.76μm)、中(3.359-19.76μm)、小(淀粉粒所占的体积百分比以及淀粉合成相关酶(SS、ADPGPPase、UDPGPPase、GBSS和SSS)活性,分析不同时期施用钾肥对甘薯各生育时期块根内淀粉及组分含量、淀粉粒度分布特征及淀粉合成相关酶活性的影响。【结果】与对照(T1)相比,施用钾肥提高了块根干物质积累量和淀粉产量,3个施钾处理淀粉产量的增幅分别为24.90%、16.57%和9.24%,随施用时间的推迟淀粉产量增幅降低。封垄期和茎叶生长高峰期追施钾肥显著降低直链淀粉含量而提高支链淀粉含量。基施钾肥提高了大型淀粉粒的体积百分比,茎叶生长高峰期追施则提高中、小型淀粉粒的体积百分比,增幅均达到显著水平。不同时期施钾均可提高块根中SS、ADPGPPase和UDPGPPase的活性,提高淀粉合成前体物质的供应能力,施用钾肥对SS和ADPGPPase活性的作用时间最长为130 d,基施钾肥主要作用时期为块根膨大的前、中期,追施钾肥的主要作用时期为块根膨大的中、后期,施钾越早对UDPGPPase活性的作用时间越长;追施钾肥提高了块根膨大后期SSS活性、而降低了块根膨大后期GBSS活性。总淀粉含量与SS和ADPGPPase活性呈极显著正相关,直链淀粉含量与GBSS和SS活性呈极显著正相关,支链淀粉含量与ADPGPPase和SSS活性呈显著正相关关系。【结论】基施或封垄期追施钾肥显著提高块根干物质积累量和淀粉产量,追施钾肥显著提高支链淀粉含量、降低直链淀粉含量,基施钾肥处理的大型淀粉粒体积百分数高,高峰期施用钾肥处理的中、小型淀粉粒体积百分数高。施钾时期显著影响直链淀粉含量、支链淀粉含量和淀粉产量,这与块根中SS、ADPGPPase、UDPGPPase、GBSS和SSS活性的变化密切相关。

关键词：甘薯施钾时期淀粉含量淀粉粒度分布淀粉合成相关酶

高产小麦强势和弱势籽粒淀粉合成相关酶活性的变化

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中国农业科学 2002年第4期35卷 378-383页

作者：姜东于振文李永庚余松烈南京210095 山东农业大学农学院山东农业大学农学院泰安271018南京农业大学农业部作物生长调控重点开放实验室泰安271018

小麦强势粒中蔗糖含量在开花后 2 5d前高于弱势粒 ,花后 2 5d低于弱势粒 ;强势粒中SS(蔗糖合成酶 )、ADPGPPase(ADPG焦磷酸化酶 )、SSS(可溶性淀粉合成酶 )和GBSS(束缚态淀粉合成酶 )活性高于弱势粒。研究结果表明 ,灌浆前期淀粉合成底... 详细信息

小麦强势粒中蔗糖含量在开花后 2 5d前高于弱势粒 ,花后 2 5d低于弱势粒 ;强势粒中SS(蔗糖合成酶 )、ADPGPPase(ADPG焦磷酸化酶 )、SSS(可溶性淀粉合成酶 )和GBSS(束缚态淀粉合成酶 )活性高于弱势粒。研究结果表明 ,灌浆前期淀粉合成底物的供应 ,以及SS、ADPGPPase、SSS和GBSS活性与淀粉合成密切相关

关键词：冬小麦强势粒弱势粒淀粉合成相关酶

高温对优质水稻籽粒淀粉形成及淀粉合成相关酶活性的影响

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华北农学报 2014年第1期29卷 135-139页

作者：吕艳梅谭伟平肖层林范美蓉廖育林湖南农业大学湖南长沙410128 湖南省农业科学院湖南长沙410125 浙江农科种业有限公司浙江杭州310002 长沙环境保护职业技术学院湖南长沙410004

为给水稻抗高温胁迫栽培提供依据,采用高温胁迫与自然温度对比的方法,通过盆栽试验和人工气候室控温,研究了花后高温(37℃)胁迫对籽粒淀粉形成及淀粉合成相关酶活性的影响。结果表明,花后高温(37℃)处理后,籽粒支链淀粉及总淀粉积累量... 详细信息

为给水稻抗高温胁迫栽培提供依据,采用高温胁迫与自然温度对比的方法,通过盆栽试验和人工气候室控温,研究了花后高温(37℃)胁迫对籽粒淀粉形成及淀粉合成相关酶活性的影响。结果表明,花后高温(37℃)处理后,籽粒支链淀粉及总淀粉积累量均低于对照(CK,常温),表现为CK>T1>T2>T3;但直链淀粉含量均高于对照,表现为CK淀粉形成均较对照有影响,其影响程度因品种而异,花后高温影响SSS、SS、AGpase、GBSS等淀粉合成相关酶的活性,该系列酶活性均出现先升后降的变化趋势,其峰值出现的先后时间不同,由此对产量产生的影响也存在差异。

关键词：水稻高温胁迫淀粉淀粉合成相关酶