水稻淡白葉突變體的葉綠素含量測定及農藝性狀比較分析

姚曉云,藍海軍,鄧 偉,陳紅萍,羅晨曦,況 震,羅宗銘,王記林*,陳大洲

(1.江西贛糧實業有限公司 院士工作站,江西 南昌 330200;2.江西省農業科學院 水稻研究所,江西 南昌 330200)

彩色水稻的外形色彩多樣,有綠、紫、黃、淡白色等；將各種顏色的水稻種植在一起好看美觀,可以形成一條靚麗的風景線。現在不少地方利用彩色稻作為大田景觀,勾畫圖形和文字；越來越多的水稻示范基地展示出形態各異的彩色圖案[1-6]。我們從黃華占材料中發現了1株水稻淡白葉突變體,已對其選育多年多代，育成了穩定品系(圖1),并對其在不同生育階段的葉綠素含量進行了測定。同時,為了考察淡白葉突變體葉綠素含量在整個生育期的變化規律,對應測定了水稻的綠色(黃華占野生型)、紫色、黃色葉品種的葉綠素含量，旨在為淡白葉突變體水稻的利用提供參考。

圖1 淡白葉突變體在田間的長勢表現

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用突變體淡白葉株為試驗材料,以黃華占(野生型)、紫葉水稻和黃葉水稻品種為對照,其中黃葉稻由沈陽農業大學水稻研究所徐正進教授提供,黃華占由廣東省農科院水稻所周少川研究員提供。

1.2 田間試驗

田間試驗于2019年在贛糧公司院士工作站水稻試驗基地進行,于5月20日播種；采用濕潤育秧,于6月20日移栽,單本種植,種植規格為16.5 cm×23.1 cm,其它田間管理均與當地水稻生產相同。在田間不同生育時期(苗期、分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期)選取葉片，測定光合色素含量。

1.3 光合色素含量的測定方法

1.3.1 取樣與測量方法 在田間選取代表性植株3～5株,取新鮮葉片,將葉片組織表面擦凈,去除中脈,剪碎成細絲狀,混勻。稱取剪碎的樣品5 mg左右,放入50 mL離心管,加入乙醇-丙酮混合液25 mL,扣緊管蓋,搖勻,黑暗處理24 h,直至葉片細絲呈白色。為保證提取效果,中途可輕輕搖晃試管3～5次。當提取液中的葉片細絲變為白色時,便可將葉綠素提取液倒入比色皿中(可反復2～3次),以混合液為空白對照,分別在波長663、645、470 nm下讀取吸光度并計算光合色素含量；設置3次重復，取均值進行統計分析[7-10]。

1.3.2 葉綠素含量的測定及計算方法 采用丙酮-乙醇混合液(1∶1)萃取葉綠素,并利用朗伯·比爾定律計算出葉綠素含量。測定663、645和470 nm處的吸光值。葉綠素含量(單位為mg/L)的計算公式如下：

Cha=12.7D663-2.69D645；

Chb=22.9D645-4.68D663；

Cht=Ca+Cb=20.2D645+8.02D663；

Car=4.7D470-0.27Cht。

上式中:Cha、Chb分別為葉綠素a、b的含量；Cht為葉綠素總含量；Car為類胡蘿卜素含量。

2 結果與分析

2.1 彩色稻在不同生育期光合色素含量的比較

測定了黃華占、淡白葉突變體、黃葉稻和紫葉稻在整個生育期的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素總含量,并針對相同生育期的葉綠素指標進行了橫向統計分析(見表1)。結果顯示:黃華占的葉綠素a的含量峰值在分蘗期和拔節期,其次是在苗期和生殖生長中期(孕穗期和抽穗期),在生殖生長后期逐漸降低；其葉綠素b含量的變化趨勢與葉綠素總量的相似；類胡蘿卜素的含量在苗期、分蘗期和拔節期均維持在較高水平,其次是抽穗期和孕穗期,在生殖生長后期也逐漸下降。淡白葉突變體的葉綠素a的含量在生殖生長初期逐漸上升,至抽穗期達到峰值,并在灌漿期維持在較高水平,在生殖生長后期也逐漸下降；其葉綠素b和類胡蘿卜素含量的變化趨勢與葉綠素a相同；葉綠素總量的變化趨勢也與葉綠素a相似,僅其峰值延后至灌漿期,然后逐漸下降。黃葉稻的葉綠素的各項指標在整個生育期均維持在較低水平,峰值出現在孕穗期或抽穗期。紫葉稻在整個生育期的葉綠素各項指標均維持在較高水平,尤其在生殖生長中期,即使在生殖階段中后期,其葉綠素含量的下降仍不明顯。

表1 彩色稻在不同生育期葉綠素含量的變化及比較分析

就同時期彩色稻間的差異而言,黃華占在營養生長期(苗期、分裂期)的葉綠素各項指標均顯著高于淡白葉突變體、黃葉稻和紫葉稻;在生殖生長的初期(拔節期),黃華占和紫葉稻的葉綠素含量各項指標相當,其次是淡白葉突變體和黃葉稻;在生殖生長的中后期(孕穗期、抽穗期、灌漿期、乳熟期和黃熟期),紫葉稻的葉綠素含量各項指標均維持在較高水平,其次是黃華占和淡白葉突變體,兩者差異并不顯著，最后是黃葉稻,特別是在灌漿期,其各項指標均最低。

2.2 彩色稻各項農藝和經濟性狀的調查及分析

調查了4個彩色稻的農藝和經濟性狀,結果如表2 所示。以紫葉稻的抽穗期最早,其次是淡白葉突變體,而黃葉稻的抽穗最晚;4個彩色稻的株高差異明顯,最高的是黃葉稻,最矮的是淡白葉突變體材料;黃華占及其淡白葉突變體材料的穗長無差異,但顯著長于黃葉稻和紫葉稻的;4個彩色稻在有效穗數和每穗粒數上差異均不顯著;就結實率而言,淡白葉突變體較黃華占和紫葉稻都偏高,但差異并不顯著，而黃葉稻的結實率僅35.3%,結實不正常。最終,黃華占的單產最高,其次是淡白葉突變體、紫葉稻,最低的是黃葉稻。

表2 彩色稻各項農藝和經濟性狀的調查及分析結果

3 討論

3.1 葉綠素含量的變化趨勢及其與產量的相關性

4份彩色稻的葉綠素含量各項指標在水稻生殖生長的中期(抽穗期和灌漿期)均維持在較高的水平,而抽穗期和灌漿期是水稻產量形成的關鍵時期；在此期間水稻光合作用效率增強,有利于養分的積累,利于高產的形成。相比之下,黃葉稻在此時期葉綠素的各項指標均顯著低于其他3個材料,這可能是其產量最低的原因之一。

黃華占是我國目前種植面積最廣的高產常規稻品種,“青枝蠟稈”是其生長后期的主要特征。本研究結果顯示,在黃華占生殖生長的中后期，其葉綠素含量各指標均逐漸下降,這一特點使其植株后期稿色好,有利于將光合產物快速地轉運至籽實體。相比之下,紫色稻在生殖生長后期仍維持較高的葉綠素含量,這種“貪青”的特征反而不利于高產的形成[11-16]。

3.2 淡白葉突變體具有廣闊的利用前景

淡白葉突變體是黃華占自然的變異株后代,其在抽穗期和灌漿期的葉綠素含量與黃華占相當,且成熟后期稿色好,有利于其產量的形成。經過多年的選育,其米質已達到部標“優3”等級,糙米率為79.8%,精米率為72.9%,整精米率為66.7%,粒長6.8 mm,長寬比3.6,堊白粒率為6%,堊白度為1.3%,直鏈淀粉含量為18.9%,膠稠度為50 mm,堿消值為6.8,透明度1級,且產量達8400 kg/hm2左右。盡管淡白葉突變體比黃華占略有減產,但是其株型挺拔,株高顯著下降了22 cm左右,抽穗期提前了9 d左右(見圖1)。這兩大特點,能夠有效地解決“稻蝦共養”模式中高產品種后期易倒伏的問題,且縮短生育期有利于及早曬田、灌水,盡早促進母蝦產子,培育壯苗。目前,黃華占是“稻蝦共養”模式的主要栽培品種。因此,淡白葉突變體材料有望在我國長江流域“稻蝦共養”種植區得到大面積推廣應用。