1種水稻葉片后期功能型因子的初步定位

胡慶峰， 杜燦燦， 曾生元， 李 闖， 景德道， 林添資， 錢華飛， 余 波， 周義文， 孫立婷， 楊 軍， 龔紅兵

(江蘇丘陵地區(qū)鎮(zhèn)江農業(yè)科學研究所，江蘇句容 212400)

葉片作為葉的主要組成部片，是植物生長發(fā)育過程中最重要的光合產物合成器官。水稻稻穗中 60%～70%碳源由功能葉光合作用合成轉運而來，葉片光合功能期的長短會顯著影響水稻最終的產量與品質。研究表明，葉片早衰1 d，水稻光合功能期縮減1 d，其產量會降低1%，同時會造成用于籽粒灌漿的營養(yǎng)物質減少，形成青粒、癟粒，甚至可能引起籽粒發(fā)育障礙，從而導致水稻品質變劣。早期以水稻高產作為主要目標而選育大面積推廣種植的雜交水稻普遍存在穗大粒多的特點，葉片生育后期的功能性已成為水稻產量和品質提高的重要因素。

水稻落粒性是指水稻谷粒成熟后自然從枝梗上掉落的性狀，目前，已報道被克隆的水稻落粒性基因有(QTL for seed-shattering 1)、(shattering-4)、(shattering APETALA2 transcription factor 1)等。是第1個被克隆的水稻落粒性基因，位于第1號染色體。的表達在開放閱讀框12 kb處5′端調控區(qū)的1個SNP變異(G/T)阻礙了ABI3 (abscisic acid insensitive3)型轉錄因子的結合，從而促進了小穗基部脫離層結構的形成，導致水稻容易落粒。在現如今機械生產的時代，大面積栽培品種中易落粒將導致稻谷收獲時產量損失，影響最終收獲的產量，因此對落粒性的研究也成為水稻育種及功能基因研究中一個重要的方向。

本研究以秈型雜交水稻恢復系選育過程中的中間材料為研究對象，對一種延緩水稻葉片衰老的功能因子進行初步定位，同時對其表型及效應進行分析，對水稻理想株型的概念進行了補充，為選育具有后期功能型雜交稻新品種提供新的理論依據和科技支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗共用了2個群體。群體1以恢復系選育過程中的2個中間材料(鎮(zhèn)恢084/351)F×(鎮(zhèn)恢084/93-11)F為親本雜交，連續(xù)自交11代獲得的姊妹系C090-1和C090-2及以其為親本雜交獲得的F。C090-1、C090-2每個品系種植20苗，行距27 m，株距17 cm。F全部單株種植，行距 27 m，株距17 cm。群體2以C090-1和C090-2為制種父本，分別與內香2A、天豐A、鎮(zhèn)秈1A等不育系進行組配，獲得的雜交種每個種植400苗，行距27 m，株距17 cm。

1.2 葉片SPAD值的測定

利用葉綠素計SPAD-502分別在水稻抽穗初期(抽穗后1～7 d)及抽穗后(45±5) d內，每個材料選取生長均勻開花時期一致的水稻10株，每株劍葉掛牌標記，然后在不同時期定點測量10株，測量位置統(tǒng)一為劍葉中間，最后取平均值。

1.3 主要農藝性狀統(tǒng)計

水稻成熟期，每個試驗小區(qū)隨機連續(xù)取5株，陰干后，對主要農藝性狀(劍葉長、劍葉寬、株高、有效穗數、穗長、每穗總穎花數、每穗實粒數、結實率、一次枝梗數、二次枝梗數、一次枝梗粒數、二次枝梗粒數、一次枝梗籽粒千粒質量、二次枝梗籽粒千粒質量等)進行測定，并利用Excel進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 C090不同品系之間株葉形態(tài)及農藝性狀差異

C090兩姊妹系之間的株葉形態(tài)及穗部落粒性表現結果見圖1。C090-1(后期功能型)表現出轉色佳，葉片淡黃色，易落粒的特性；C090-2(非后期功能型)則表現出后期轉色差，葉片有較大面積紅褐色斑點，難脫粒的特性。而其主要農藝性狀(表1)在穗長、每穗總穎花數、每穗實粒數、一次枝梗數、一次枝梗粒數和二次枝梗籽粒千粒質量表現出顯著或極顯著差異。在其他農藝性狀方面差異不顯著。

表1 C090不同品系之間主要農藝性狀表現

2.2 葉片后期功能因子的初定位

表2 F2群體分離情況

從經典遺傳學結果角度已經表明了控制這2個性狀的基因是連鎖的，而對不同品系的基因的序列比對(圖2)表明：易落粒(轉色好)的品系序列與秈稻一致，而難落粒品系與粳稻一致。同時也可以通過經典遺傳學將控制延緩后期葉片衰老的調控因子初步定位在第1號染色體上，且在基因位置的附近。

2.3 C090兩姊妹系之間透光系數SPAD值的測定

采用SPAD-502型葉綠素含量測定儀對植株劍葉葉綠素含量測定結果(圖3)表明：隨著植株成長衰老，葉片顏色逐漸變淺，SPAD值在逐步降低。其中具有后期功能型的C090-1品系與非后期功能型的C090-2品系相比，在整個過程中都具有較高的SPAD值，隨著發(fā)育進程，這種差距越來越大，因而表現出C090-1品系SPAD值降低幅度較小。同時分期播種的結果也表明，在不同環(huán)境條件下，C090品系之間SPAD值盡管數值不同，但表現出相同的趨勢。

2.4 對秈型恢復系C090新品系的利用

以C090-1和C090-2為制種父本，分別與內香2A、天豐A、鎮(zhèn)秈1A等不育系組配，并種植制備的雜交稻，對其主要農藝性狀進行統(tǒng)計，結果(表3)表明，與后期轉色差、難落粒的C090-2品系組配獲得組合相比， 具有后期功能型的C090-1品系水稻產量、千粒質量更高。

表3 C090-1、C090-2不同組配秈型雜交稻組合的農藝性狀

3 小結與討論

葉片衰老是植物生長發(fā)育過程必然會經歷的一個極其復雜而又高度有序階段，該過程伴隨著葉綠體解體，葉片顏色由深轉淺，由綠變黃(SPAD值降低)，從而導致植株光合作用下降，葉片和籽粒的氮素營養(yǎng)狀況也隨之改變，研究也表明了水稻SPAD值與葉片葉綠素含量和蛋白質含量呈正相關關系。王志東等通過研究秈稻選種或收獲前葉片顏色變化，實現了對食味品質好壞和稻米蛋白質含量高低初步判斷的目的，減少了實驗室對這些繁重理化指標測定的工作，對今后的優(yōu)質秈稻食味育種和生產具有非常重要的意義，可以極大簡化選種步驟。本研究中的后期功能型水稻能很好地延緩衰老過程，盡管相應的落粒性變的易落粒，但還是增加了水稻產量，同時參考SPAD值的變化動態(tài)，對于水稻水肥的管理也能起到提示作用，能更好地為選育新品種服務。

落粒性對于不同水稻品種生產模式的要求是不同的；小型收割機對于難落粒或不落粒的水稻品種比較適用，而大型收割機或手工脫粒則適合用落粒程度中等的品種。徐富賢等在對雜交稻的研究時發(fā)現，落粒率主要受到不同不育系以及不育系與恢復系之間互作的影響，而對于相同不育系不同恢復系組合間的差異不顯著，而本研究結果表明，恢復系對落粒性也有一定影響。

本研究結果和育種實踐充分說明，通過培育具有后期功能型高效恢復系水稻品系能提高秈型雜交水稻產量，籽粒容易落粒雖然可能會直接影響到收獲量，但是收獲起來較方便，協(xié)調水稻落粒性與延緩水稻葉片衰老將有效地保證稻米的增產、穩(wěn)產，同時降低生產成本，從而獲得較高的經濟效益。