小麦和水稻是世界主要粮食作物,增加它们的产量和提高产量潜力是农业生产的重大目标。麦稻等谷类作物不同穗位和粒位的颖花分化、发育顺序、开花时间等方面存在很大的差异,在颖果发育过程中普遍存在异步发育的现象。麦稻弱势粒的发育差不仅严重限制了麦稻高产潜力的发挥,而且还影响着品质,是一个长期亟待解决的难题。因此,深入探究麦稻不同粒位颖果发育差异机制和调控途径,对于充分挖掘麦稻高产潜力,实现优质、高效的农业生产具有重要的科学意义和实际意义。本文重点研究了大穗型小麦不同粒位颖果发育和贮藏物质积累的差异,并分析了小麦不同粒位颖果糖和淀粉代谢、蛋白合成和转运路径中基因的差异,找出了小麦不同粒位颖果贮藏物质差异的基因调控特征。同时,研究了施氮（孕穗期氮肥）对小麦不同粒位颖果发育过程中贮藏物质积累和淀粉品质的影响。此外,研究了超级杂交稻强弱势粒胚乳发育及淀粉理化性质的差异,并将小麦和水稻强弱势粒发育差异进行了比较研究。主要结果如下:1、小麦不同穗型不同粒位颖果的粒重和贮藏物质含量的分布不同穗型小穗内颖果的尺寸、粒重、淀粉、蛋白、可溶性糖含量存在较大差异,但整体呈现出一定规律。（1）两个品种中G2的长、宽、厚、粒重大于或等于G1,其他粒位颖果随所处粒位的增加而逐渐减小;总淀粉、总氮、表观直链淀粉含量最大值主要集中在G1和G2上;（2）扬麦13中5粒穗的粒度分布表现为:G和G3具有三种粒径数量的最大值或最小值;两个品种4粒穗的G1和G4具有各粒径的最大值或最小值;两个品种3粒穗的G1和G2具有各粒径的最大值或最小值。总之,不同穗型不同粒位贮藏物质含量与粒重的关系主要表现为:“弱中弱,强中强”的趋势。2、小麦不同粒位颖果贮藏物质积累的差异小麦不同穗粒位的籽粒贮藏物质含量及其特性差异显著。结果如下:（1）G1具有最高的可溶性糖和总淀粉含量,而G3的各参数显著小于G1和G2;G2具有最高的B型淀粉数目,G3具有最高的A-型淀粉数目;（2）G2具有最高的无定型结构比例和最低的双螺旋结构比例和相对结晶度,而G3具有最低的无定型比例和最高的双螺旋结构比例、相对结晶度和表观直链淀粉含量,其粒度分布和淀粉结构特性的差异最终导致G2的水解程度最高而G3的水解程度最低;（3）G2具有最高的醇溶蛋白含量和总蛋白含量,而G3具有最低的醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量,可溶性蛋白方面G1最高;大部分的氨基酸含量G2最高,G1具有最低的必需氨基酸总量、总氨基酸总量。3、小麦不同粒位颖果果皮结构和胚乳贮藏物质积累过程的差异通过树脂切片观察发育过程发现:（1）背部区域:花后8d,G2的果皮最薄;到花后20 d,G2的果皮最厚;腹部果皮G2在前三个节点的果皮均最薄而G3的最厚,花后30d不同区域均无显著差异,这说明G2的果皮发育周期最长而G3的最短;（2）在花后8 d,G1的背部和腹部区域积累物质最多而G3最少,花后14 d,G2和G3的蛋白积累多于G1,花后30d,G2的蛋白积累最多而G3的淀粉粒最多;中央胚乳细胞淀粉积累相对面积是持续增加的过程其中G3增加最快,而蛋白的积累相对面积是先增加后减小的过程其中G1增加最快;（3）发育过程（花后10 d、15 d、25 d、成熟）中,蛋白质组分整体上表现为白蛋白和球蛋白含量随发育进程先增加后减小,醇溶蛋白和谷蛋白花后15 d逐渐增加,而总蛋白含量（mg/g）表现为先增加后减小再增加。4、小麦小穗不同粒位颖果基因表达的差异利用转录组测序分析花后15 d不同粒位颖果基因表达的差异,结果如下:（1）G1和G2之间的差异基因数量显著少于两者与G3的数量,筛选到与糖和淀粉代谢相关的差异基因48个,编码参与叶绿体内淀粉降解的相关酶基因（BAM3）随着粒位的增加其表达量逐渐减小,编码参与葡萄糖磷酸化的基因（HXK4、HXK8）表达量随粒位增加而增加,编码参与ADP-葡萄糖合成的基因表达量（AAPC）随粒位增加而减小,编码参与直链淀粉合成的基因（SSG1B）表达量G2最大、G3最小,而编码支链淀粉合成的基因（SSY22、SSY3A）呈相反趋势。（2）筛选到与氮代谢和贮藏蛋白合成相关的差异基因有87个,编码基因涉及细胞核内遗传物质的转录和翻译、氨基酸的合成和转运、内质网和高尔基体结构、蛋白质组分相关亚基;基因表达量均表现为G2最大,其次是G1,G3最小;参与编码白蛋白和球蛋白的基因G3表达量最大而参与编码谷蛋白和醇溶蛋白的基因G3表达量最小。5、施氮对小麦不同粒位颖果结构和淀粉理化性质的影响颖果结构发育对施氮处理的响应过程影响了最终成熟期基部籽粒的淀粉品质和顶部籽粒的农艺性状。主要结果如下:（1）与对照组相比,施氮显著增加YN19中小淀粉颗粒的体积比例和平均聚合度,降低表观直链淀粉含量、G1和G2的稀懈值。增加了YM13中的表观直链淀粉含量、小淀粉颗粒的体积比例以及G1的淀粉表层有序结构和G2的表观直链淀粉含量、稀解值和平均聚合度。（2）施氮处理时,两个品种小麦的蛋白含量显著增加,扬麦13较高的粒位其籽粒的蛋白质含量与正常水平下的烟农19接近。（3）施氮处理后,除了花后15 d的G2外其他粒位粒重均显著增加。（4）不同粒位的蛋白含量（mg/g）随着发育过程先下降后上升再下降的趋势,其中花后25 d最小。施氮对花后15 d和25d的蛋白质含量G1和G2影响大于G3。（5）施氮处理延缓了 G3中果皮的降解过程,增加了 G1和G3的营养转运中心、维管束区域和胚乳腔面积、花后25 d G2中B-型淀粉粒的比例及各粒位发育过程中蛋白体的积累。6、超级稻甬优2640强弱势粒颖果发育及淀粉理化特性的差异强弱势粒的发育顺序和淀粉的空间富集程度不一致导致淀粉理化性质的差异。强势粒灌浆是一个连续过程,而弱势粒从花后8-10 d开始灌浆。淀粉积累的顺序是中央胚乳→近端维管束的胚乳→糊粉层。与弱势粒相比,强势粒具有更高的千粒重、表观直链淀粉含量、总淀粉含量、平均淀粉粒径、相对结晶度、溶解度和1022/995 cm-1的共振峰比,而在1045/1022 cm-1处的共振峰比和膨胀势较低。强势粒的HCl、AAG和PPA的最终水解度显著低于弱势粒。7、小麦和水稻强弱势粒发育和淀粉理化性质的差异比较根据开花时间进行强弱势粒的划分,水稻分连续和不连续发育弱势粒进行表征;小麦强弱势粒的淀粉和蛋白含量差异与粒重规律一致,水稻强弱势粒中的淀粉与粒重规律一致而蛋白含量与之相反;小麦强势粒的淀粉和蛋白的积累晚于水稻强势粒,而小麦弱势粒是一个连续的过程而早于水稻弱势粒,小麦比水稻具有更长的淀粉和蛋白持续积累的过程;淀粉有序结构、吸水特性、糊化特性等方面小麦和水稻的强弱势粒呈相反的趋势。不同穗位和粒位的贮藏物质积累和淀粉理化性质的差异可能与穗的形态学结构有密切关系。总之,各粒位贮藏物质含量对粒重的贡献存在显著穗粒位差异。不同粒位颖果果皮发育和差异基因的差异导致G2具有更多的蛋白体及其组分含量。孕穗期施氮显著影响不同粒位颖果贮藏物质空间积累过程进而影响了最终的贮藏物质含量及其特性。水稻强弱势粒的发育顺序和淀粉的空间积累导致淀粉理化特性的差异。该研究不仅能深化麦稻不同粒位颖果发育的机制研究,也为农业生产上稻麦产量的提高和品质的改良提供重要的参考。