赤霉素與多效唑協(xié)同影響超級(jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量形成的作用途徑分析

楊雪芹　陳婷婷　趙霞　張彩霞　楊永杰　符冠富　陶龍興

(中國水稻研究所 水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 310006； #共同第一作者； *通訊聯(lián)系人， E-mail：lxtao@mail.hz.zj.cn)

?

赤霉素與多效唑協(xié)同影響超級(jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量形成的作用途徑分析

楊雪芹#陳婷婷#趙霞張彩霞楊永杰符冠富陶龍興*

(中國水稻研究所 水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 310006；#共同第一作者；*通訊聯(lián)系人， E-mail：lxtao@mail.hz.zj.cn)

楊雪芹， 陳婷婷， 趙霞， 等. 赤霉素與多效唑協(xié)同影響超級(jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量形成的作用途徑分析. 中國水稻科學(xué)， 2016， 30(1)： 53-61.

摘要:以超級(jí)稻甬優(yōu)12為材料，于水稻抽穗后3 d噴施3.2%赤霉素·多效唑(俗名粒粒飽，LLB)，分析3.2%赤霉素·多效唑?qū)Τ?jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量形成的影響，并探討其作用途徑。研究表明，3.2%赤霉素·多效唑可在一定程度上提高水稻產(chǎn)量，2012-2013年的實(shí)際產(chǎn)量比對(duì)照(CK)分別高4.41%和4.31%，理論產(chǎn)量比對(duì)照分別高9.21%和6.26%。結(jié)實(shí)率和千粒重的增加是3.2%赤霉素·多效唑提高超級(jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量的主要因素。3.2%赤霉素·多效唑處理的結(jié)實(shí)率分別比對(duì)照高9.94%(2012年)和4.46%(2013年)，而柱頭花粉粒萌發(fā)率的提高是結(jié)實(shí)率增加的主要原因，因?yàn)楹蛯?duì)照相比，3.2%赤霉素·多效唑處理對(duì)水稻花粉粒育性及柱頭花粉粒數(shù)的影響不大，處理間差異不顯著，但其柱頭花粉萌發(fā)率顯著高于對(duì)照。與對(duì)照相比，3.2%赤霉素·多效唑處理的千粒重分別增加0.39 g(2012年)和0.46 g(2013年)，尤其弱勢(shì)粒，其粒重增幅明顯大于強(qiáng)勢(shì)粒。此外，研究還表明,3.2%赤霉素·多效唑處理的劍葉葉綠素含量、光合速率及葉片比葉重在籽粒灌漿后期高于對(duì)照，而其籽粒和葉片可溶性糖含量比值低于對(duì)照，表明3.2%赤霉素·多效唑不僅可延緩葉片衰老，還可以促進(jìn)光合同化物(可溶性糖)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。

關(guān)鍵詞:3.2%赤霉素·多效唑； 超級(jí)稻； 產(chǎn)量； 結(jié)實(shí)率； 千粒重

水稻是我國主要的糧食作物之一，種植面積約占我國糧食作物總面積的30%，總產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)的40%[1]。中國是水稻生產(chǎn)和消費(fèi)大國，50%以上人口以稻米為主食。據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年我國人口將達(dá)16億，屆時(shí)即使耕地面積不減少，糧食作物綜合生產(chǎn)能力仍需提高55%才能基本滿足吃飯之需。

在新增糧食產(chǎn)量中，水稻將占40%以上[2]。在人增地減的國情下，培育超高產(chǎn)水稻品種，提高水稻單產(chǎn)，是確保我國糧食安全最主要的措施之一。因而，培育超級(jí)雜交水稻品種不失為一個(gè)很好的選擇。

然而，超級(jí)稻品種存在的一些問題，嚴(yán)重阻礙了其產(chǎn)量潛力的發(fā) 揮。最為突出的是結(jié)實(shí)率較低且不穩(wěn)定，同一品種在不同年度和地區(qū)間結(jié)實(shí)率大起大落[3-4]。其次為強(qiáng)勢(shì)粒及弱勢(shì)粒充實(shí)整齊性差[5-6]。關(guān)于超級(jí)稻弱勢(shì)粒充實(shí)差、粒重低的原因，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面的原因：1)源-庫不協(xié)調(diào)，庫過大，源供應(yīng)物不足，抽穗時(shí)莖鞘貯藏物較少及最終運(yùn)轉(zhuǎn)率偏低[7]；2)弱勢(shì)粒開花后灌漿啟動(dòng)“滯后”，啟動(dòng)后活力低，即灌漿初期弱勢(shì)粒庫強(qiáng)小或蔗糖轉(zhuǎn)化為淀粉的生化效率低[8-9]；3)籽粒中較高的抑制型植物激素ABA和乙烯與促進(jìn)型植物激素(生長素、細(xì)胞分裂素及赤霉素)的比例抑制弱勢(shì)粒充實(shí)[10]；4)“粒間頂端優(yōu)勢(shì)”是導(dǎo)致弱勢(shì)粒結(jié)實(shí)較差的原因[11]；5)灌漿初期弱勢(shì)粒細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶、液泡轉(zhuǎn)化酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGP)和淀粉合成酶(StS)的基因表達(dá)量低[12]。Yang等[9]認(rèn)為施適量ABA可有效改善弱勢(shì)粒充實(shí)度，從而達(dá)到增產(chǎn)的效果。但也有研究認(rèn)為ABA顯著增加強(qiáng)勢(shì)粒粒重，對(duì)弱勢(shì)粒的影響不大，而GA可顯著增加強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒粒重[13]。另外，陶龍興等[14]認(rèn)為適量GA3和PP333復(fù)配(3.2%赤霉素·多效唑，俗稱粒粒飽)可有效解決水稻特別是亞種間雜交水稻籽粒充實(shí)度差的結(jié)實(shí)生理障礙，主要表現(xiàn)為千粒重和結(jié)實(shí)率的增加。

3.2%赤霉素·多效唑是一種二元植物生長調(diào)節(jié)劑，主要活性成分是1.6%赤霉素與1.6%多效唑，在水稻齊穗前施用可延緩葉片衰老，調(diào)節(jié)激素平衡，增進(jìn)灌漿[15-16]。童繼平等[17]認(rèn)為3.2%赤霉素·多效唑可增加水稻生長后期的生理活性，提高水稻主莖干質(zhì)量和主莖穗重。雖然有關(guān)3.2%赤霉素·多效唑的研究甚多，但其在現(xiàn)代大穗型超級(jí)稻(例如甬優(yōu)12)中的增產(chǎn)效果依然值得關(guān)注，尤其對(duì)小穗育性的作用機(jī)理還有待研究。此外，以往外源調(diào)控水稻亞種間結(jié)實(shí)障礙多側(cè)重于籽粒灌漿，而對(duì)小穗育性的研究偏少，對(duì)水稻花器官(花粉粒育性、柱頭花粉粒數(shù)及柱頭花粉粒萌發(fā)率)的影響大為缺乏。因而，本研究以超級(jí)稻甬優(yōu)12為材料，從水稻花粉粒育性、柱頭花粉粒數(shù)及萌發(fā)、籽粒灌漿、干物質(zhì)量積累及籽粒和葉片可溶性糖含量比值方面分析3.2%赤霉素·多效唑影響超級(jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量形成的作用途徑，可為減輕大穗型超級(jí)稻結(jié)實(shí)障礙提供理論參考。

1材料與方法

1.1供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在中國水稻研究所富陽試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試材料為超級(jí)稻甬優(yōu)12(甬粳2A×F5032)，系浙江省寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院與寧波市種子有限公司共同選育的三系秈粳雜交稻組合。于2012年5月28日(2013年5月28日)播種，2012年6月22日(2013年6月24日)移栽，單本插，株距為25 cm×20 cm。試驗(yàn)田塊土壤為青紫泥, 有機(jī)質(zhì)含量 36.9 g/kg, 全氮 2.7 g/kg, 全磷 0.6 g/kg, 全鉀 20.1 g/kg, 堿解氮 232 mg/kg , 銨態(tài)氮 9.7 mg/kg, 速效磷 25.2 mg/kg , 速效鉀 65.0 mg/kg, pH 值為 6.5。以尿素、氯化鉀、鈣鎂磷肥作為肥源，用量(折合成純N、P2O5和K2O)分別為7.0 g/667 m2、7.5 kg/667 m2和7.5 kg/667 m2。。其中氮肥的50%作基肥，30%作分蘗肥，20%作穗肥；磷肥全部作基肥施用；鉀肥基、穗肥各占50%。水稻抽穗時(shí)間為2012年9月13日和2013年9月14日，水稻抽穗后3 d噴施3.2%赤霉素·多效唑，使用量為37.5 g/667 m2，兌水30 L (產(chǎn)品建議使用量為25 g/667 m2，因粳稻對(duì)3.2%赤霉素·多效唑敏感性較低，使用濃度有所增加)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為200 m2。

1.2方法

1.2.1產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

水稻成熟期取樣測(cè)產(chǎn)，實(shí)際測(cè)產(chǎn)小區(qū)面積為25 m2，9次重復(fù)。此外，每小區(qū)隨機(jī)取36叢水稻進(jìn)行考種，考查項(xiàng)目為有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.2.2花粉粒育性

于齊穗期(噴施3.2%赤霉素·多效唑后4 d)，取同一部位(穗上部第4個(gè)枝梗)未開放的穎花100個(gè)，每個(gè)穎花取2個(gè)花藥，20個(gè)為1重復(fù)，用鑷子輕輕擠壓花藥讓花粉粒散出，經(jīng)1% I2-IK 溶液染色后于顯微鏡(DM4000B, Leica, Wetzlar, Germany)下觀察。

1.2.3柱頭花粉粒數(shù)

于齊穗期(噴施3.2%赤霉素·多效唑后4 d)上午10：00-11：00取同一部位(穗上部第4個(gè)枝梗)正在開放的穎花100個(gè)，用鑷子取出柱頭置于1%苯胺藍(lán)溶液染色10～12 h，之后在熒光顯微鏡(DM4000B, Leica, Wetzlar, Germany)下觀察。

1.2.4柱頭花粉萌發(fā)率

于齊穗期(噴施3.2%赤霉素·多效唑后4 d)，上午10：00-11：00取同一部位(穗上部第4個(gè)枝梗)正在開放的穎花100個(gè)，用鑷子取出柱頭并置于體積比為3∶1乙醇乙酸固定液中固定24 h。用蒸餾水洗凈后，于56℃恒溫箱中用10 mol/L NaOH溶液透明10 min。再次清洗干凈后置于0.5%苯胺藍(lán)溶液中染色12 h，隨后用熒光顯微鏡100倍視野(DM4000B, Leica, Wetzlar, Germany)觀察。

1.2.5籽粒灌漿特征

選擇生長整齊一致、同日開花的稻穗200個(gè)，掛上紙牌并標(biāo)記開花日期。自開花至成熟每隔6 d取標(biāo)記穗15個(gè)用于考查強(qiáng)弱勢(shì)粒的粒重，并用Richards 生長方程W=A/(1+Be-kt)1/N對(duì)籽粒灌漿過程進(jìn)行擬合，計(jì)算灌漿速率[18-19]。

1.2.6光合作用

葉片噴施3.2%赤霉素·多效唑后7、21、35及49 d，于上午9:00-11:00用便攜式光合儀(LI-6400，Li-Cor Inc., Lincoln, NE, USA)測(cè)定水稻劍葉光合速率，并取樣用95%乙醇提取法測(cè)定劍葉葉綠素含量。

1.2.7可溶性糖含量

葉片噴施3.2%赤霉素·多效唑后10、20、30及40 d，用蒽酮比色法分別測(cè)劍葉和籽粒中可溶性糖含量。

1.2.8干物質(zhì)量

噴施3.2%赤霉素·多效唑前10 d(抽穗前7 d)，噴施后3、13、23、33、43及53 d每小區(qū)取樣12叢，樣品分為葉片、莖鞘及穗3部分，置于105℃烘箱中殺青60 min，隨后置于80℃恒溫箱烘48 h至恒重。此外，考查水稻葉片葉面積指數(shù)及葉片比重。

1.2.9數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel和SPASS ver 11.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

如表1所示，抽穗初期噴施3.2%赤霉素·多效唑(粒粒飽或LLB，以下簡(jiǎn)稱LLB)可顯著提高超級(jí)稻甬優(yōu)12的產(chǎn)量，實(shí)際產(chǎn)量比對(duì)照分別增加4.41%(2012年)和4.31%(2013年)，理論產(chǎn)量則分別增加9.21%和6.26%。LLB對(duì)有效穗數(shù)影響不大，處理間差異不顯著，但LLB處理的結(jié)實(shí)率和千粒重均顯著高于對(duì)照。2012年和2013年LLB處理的結(jié)實(shí)率分別比對(duì)照高9.94%和4.46%，千粒重上則分別增加0.39 g和0.49 g。LLB對(duì)每穗粒數(shù)的影響存在年份間的差異，2012年LLB處理每穗粒數(shù)顯著低于對(duì)照，但2013年則顯著高于對(duì)照。

2.2花粉粒育性、柱頭花粉粒數(shù)及柱頭花粉萌發(fā)率

由圖1可知：1)LLB對(duì)水稻花粉粒育性的影響不大，處理間差異不顯著，且兩個(gè)處理的花粉粒育性都在90%以上(圖1-A、D、H)；2)雖然LLB處理的柱頭花粉粒數(shù)與對(duì)照沒有顯著差異，且都在60粒以上，但LLB處理略高于對(duì)照(圖1-B、E、I)；3)LLB可顯著提高水稻柱頭花粉萌發(fā)率，增幅達(dá)80%以上(圖1-C、F、J)。

2.3籽粒灌漿特征

表2顯示的是由Richards方程擬合的籽粒灌漿特征參數(shù)，籽粒灌漿擬合度均在0.95以上，灌漿過程符合Richards模型。從表中可看出，LLB處理強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒的最終粒重(A值)均高于對(duì)照，增重分別為0.40 g和0.91 g。由籽粒灌漿動(dòng)態(tài)可知(圖2-A)，籽粒灌漿前期(0～24 d)處理間粒重的差異不明顯，開花24 d后LLB處理的強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒粒重均高于對(duì)照。此外，強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒的籽粒灌漿速率均在花后12 d達(dá)到峰值，但隨后強(qiáng)勢(shì)粒出現(xiàn)大幅度下降，而弱勢(shì)粒則在開花后18 d才出現(xiàn)大幅度下降(圖2-B)。

表13.2%赤霉素·多效唑?qū)Τ?jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

Table 1. Effect of 3.2%GA3·PP333on the grain yield and its components in super rice Yongyou 12.

年份Years處理Treatments單位面積穗數(shù)Paniclenumber(×106·hm-2)每穗粒數(shù)Grainnumberperpanicle結(jié)實(shí)率Seed-settingrate/%千粒重1000-grainweight/g理論產(chǎn)量Theoreticalgrainyield/(t·hm-2)實(shí)際產(chǎn)量Actualgrainyield/(t·hm-2)2012對(duì)照CK1.56±0.134a456.36±29.88a71.75±1.68b21.06±0.35a10.75±0.56b11.19±0.04bLLB1.51±0.081a444.00±17.28b81.69±2.20a21.45±0.21a11.74±0.38a11.68±0.09a2013對(duì)照CK1.71±0.053a440.02±0.90b78.59±1.87b21.13±0.15b12.47±0.43b11.60±0.18bLLB1.55±0.092a476.89±23.77a83.23±1.15a21.62±0.08a13.25±0.03a12.10±0.11a

同一年份同一列中，數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后跟相同小寫字母者表示在P=0.05水平上差異不顯著(最小顯著差法，n=6)。下同。

In a column，data (Mean±SE) followed by the same lowercase letters are not significantly different at 0.05 level by LSD(n=6) in 2012 or 2013. The same as below.

柱上相同小寫字母者表示在P=0.05水平上差異不顯著(最小值顯著差法，n=30)。

The same lowercase letters above the bars indicate significant difference at 0.05 level(by LSD,n=30).

圖13.2%赤霉素·多效唑?qū)λ净ǚ哿Ｓ?A、D、H)、柱頭花粉粒數(shù)(B、E、I)及柱頭花粉萌發(fā)率(C、F、J)的影響

Fig. 1. Effect of 3.2% GA3·PP333(LLB) on the pollen viability (A，D，H), pollen numbers on the stigma (B，E，I) and pollen germination rate on the stigma (C，F(xiàn)，J) of rice.

2.4劍葉葉綠素、光合速率及比葉重

圖3顯示的是LLB處理后超級(jí)稻甬優(yōu)12劍葉葉綠素含量、光合速率和葉片比葉重的變化趨勢(shì)。從中可看出，籽粒灌漿初期劍葉葉綠素含量(圖3-A)、光合速率(圖3-B)及葉片比葉重(圖3-C)處理間差異不明顯，然而隨著灌漿進(jìn)程，處理間差異逐漸增大，花后49 d處理間差異達(dá)到最大值。

表23.2%赤霉素·多效唑?qū)Τ?jí)稻甬優(yōu)12籽粒灌漿參數(shù)的影響

Table 2. Effect of 3.2%GA3·PP333(LLB) on the grain filling parameters of rice.

粒位Grainposition處理TreatmentsAbkmR2強(qiáng)勢(shì)粒Superiorgrain對(duì)照CK21.922.290.291.240.9900LLB22.320.940.240.840.9818弱勢(shì)粒Inferiorgrain對(duì)照CK18.981.060.180.530.9584LLB19.892.490.201.060.9669

圖23.2%赤霉素·多效唑?qū)︷畠?yōu)12籽粒灌漿動(dòng)態(tài)(A)及灌漿速率(B)的影響

Fig. 2. Effect of 3.2%GA3·PP333(LLB) on the grain-filling dynamics (A) and grain-filling rate (B) in rice.

圖33.2%赤霉素·多效唑?qū)λ緞θ~葉綠素含量(A)、光合速率(B)及葉片比葉重(C)的影響

Fig. 3. Effect of 3.2%GA3·PP333(LLB) on the chlorophyll content(A), net photosynthetic rate(B) and specific leaf weight(C) flag leaf in rice.

S/F表示強(qiáng)勢(shì)粒與劍葉可溶性糖含量的比值； I/F表示弱勢(shì)粒與劍葉可溶性糖含量的比值。

S/F, The ratio of soluble sugar concents in flag leaf to those in superier grains; I/F, The ratio of soluble sugar contents in flag leaf to those in inferier grains.

圖43.2%赤霉素·多效唑?qū)λ緞θ~和籽粒可溶性糖含量及其比值的影響

Fig. 4. Effect of 3.2%GA3·PP333(LLB) on soluble sugar contents in flag leaf and grains of rice.

圖53.2%赤霉素·多效唑?qū)λ靖晌镔|(zhì)積累及收獲指數(shù)的影響

Fig. 5. Effect of 3.2%GA3·PP333(LLB) on the dry matter accumulation and harvest index of rice.

2.5籽粒和劍葉可溶性糖含量及其比值

如圖4 所示，LLB處理的強(qiáng)勢(shì)粒(圖4-A)或弱勢(shì)粒(圖4-B)可溶性糖含量均低于對(duì)照，而其相對(duì)應(yīng)的劍葉可溶性糖含量則高于對(duì)照。相應(yīng)地，LLB處理的籽粒和劍葉可溶性糖含量比值均顯著低于對(duì)照，尤其在花后20 d。

2.6干物質(zhì)量及收獲指數(shù)

如圖5所示，LLB處理的水稻穗干質(zhì)量在整個(gè)灌漿期均高于對(duì)照(噴施前10d除外)。此外，LLB處理的莖鞘及葉片干質(zhì)量在籽粒灌漿前期和中期(LLB噴施后3～33 d)均高于對(duì)照，但灌漿后期(LLB噴施后33～53 d)則低于對(duì)照。與對(duì)照相比，LLB處理的收獲指數(shù)均有所提高，尤其在噴LLB后43～53 d。

3討論

水稻結(jié)實(shí)障礙是影響大穗型超級(jí)雜交稻產(chǎn)量潛力發(fā)揮的重要因素。前人在這方面進(jìn)行了大量的研究，也取得很好的成果，3.2%赤霉素·多效唑是其中之一。3.2%赤霉素·多效唑是通過一定比例的GA3和PP333復(fù)配而成，可在一定程度減輕亞種間雜交稻結(jié)實(shí)障礙對(duì)產(chǎn)量的影響，主要有以下作用：1)促進(jìn)抽穗，齊穗期提早2～3 d，并減輕“包頸”現(xiàn)象；2)促進(jìn)開花，使花期集中，花期縮短約2 d；3)延緩劍葉和其他功能葉片的衰老，可謂“青稈黃熟”；4)調(diào)節(jié)“粒間頂端優(yōu)勢(shì)”，強(qiáng)勢(shì)粒灌漿勢(shì)進(jìn)一步增強(qiáng)，弱勢(shì)粒灌漿勢(shì)提高，水稻產(chǎn)量增加[20]。粒粒飽(3.2%赤霉素·多效唑)已經(jīng)在雜交水稻生產(chǎn)中大面積應(yīng)用，表現(xiàn)出穩(wěn)定的增產(chǎn)效果。

本研究結(jié)果表明，3.2%赤霉素·多效唑可顯著提高超級(jí)稻甬優(yōu)12產(chǎn)量，而結(jié)實(shí)率和千粒重增加是增產(chǎn)的主要原因(表1)，這與前人的研究結(jié)果一致[14]。陶龍興等[14]認(rèn)為3.2%赤霉素·多效唑可促進(jìn)水稻抽穗，縮短單株水稻開花時(shí)間，提高水稻結(jié)實(shí)，但未能進(jìn)一步揭示其作用機(jī)制?；ǚ哿Ｓ?、柱頭花粉粒數(shù)、柱頭花粉萌發(fā)率及柱頭花粉管伸長是直接影響水稻結(jié)實(shí)的因子，這些因子異常可導(dǎo)致小穗敗育。本研究條件下3.2%赤霉素·多效唑提高水稻小穗育性的原因可能與水稻柱頭花粉粒的萌發(fā)有關(guān)，因?yàn)長LB處理花粉粒育性及柱頭花粉粒數(shù)與對(duì)照之間的差異不明顯，且柱頭花粉粒數(shù)均在60以上，高于水稻授粉成功所需要的最低花粉粒數(shù)(20粒)[21]，但LLB處理的柱頭花粉萌發(fā)率顯著高于對(duì)照(圖1-C、F、J)。水稻授粉后雌蕊組織中的激素含量尤其是IAA的變化，可能是3.2%赤霉素·多效唑提高水稻柱頭花粉粒萌發(fā)的原因。因?yàn)樗鹃_花授粉過程中，生長素含量大幅提高，如果此時(shí)生長素代謝絮亂將會(huì)影響花粉粒的萌發(fā)及花粉管的伸長，從而導(dǎo)致小穗敗育。雖然已有研究表明3.2%赤霉素·多效唑的使用可影響水稻植株中生長素含量的變化，但是否會(huì)影響水稻雌蕊組織生長素代謝還未見報(bào)道。此外，由于本研究未進(jìn)行植物激素方面的測(cè)定，因而無法證明3.2%赤霉素·多效唑提高柱頭花粉粒萌發(fā)與植物激素有關(guān)，但這也是筆者下一步將要研究的內(nèi)容。

3.2%赤霉素·多效唑提高水稻小穗育性還可能與水稻開花期光合同化物的供應(yīng)有關(guān)。Kobata等[22]觀察到水稻種植密度調(diào)整可嚴(yán)重影響水稻結(jié)實(shí)，與對(duì)照相比，降低水稻種植密度可顯著提高弱勢(shì)粒的小穗育性。此外，剪去強(qiáng)勢(shì)粒同樣可以顯著增加弱勢(shì)粒柱頭花粉粒數(shù)，增幅達(dá)1.3倍，表明水稻開花期同化物供應(yīng)不足會(huì)影響水稻授粉過程而導(dǎo)致小穗敗育。這與本研究結(jié)果比較相似。筆者的研究結(jié)果表明3.2%赤霉素·多效唑處理后的葉片、莖鞘及穗干物質(zhì)質(zhì)量均高于對(duì)照(圖5)。3.2%赤霉素·多效唑的這種作用不僅在于有效促進(jìn)水稻葉片光合的，即LLB處理的劍葉光合速率及葉片比葉重均高于對(duì)照(圖3)，還可能與其提高水稻光合同化物的運(yùn)轉(zhuǎn)有關(guān)，因?yàn)長LB處理籽粒及劍葉可溶性糖含量的比值(此值可反映“流”的質(zhì)量)小于對(duì)照(圖4)。這說明3.2%赤霉素·多效唑不僅能有效促進(jìn)水稻光合同化產(chǎn)物的形成，還可提高“流”的質(zhì)量，使得水稻光合同化產(chǎn)物向小穗運(yùn)轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)水稻柱頭花粉粒的萌發(fā)。

大量的研究表明，雜交水稻單穗籽粒的強(qiáng)弱勢(shì)粒存在“階梯式灌漿”[23]，且亞種間雜交稻比品種間雜交稻的“兩段灌漿”現(xiàn)象更明顯[24-26]。3.2%赤霉素·多效唑確實(shí)可在一定程度上改善亞種間雜交水稻籽粒的灌漿，不僅提高強(qiáng)勢(shì)粒的粒重，弱勢(shì)粒的粒重也顯著增加，且增幅要明顯大于強(qiáng)勢(shì)粒(表2)。雖然GA3和PP333的作用行為完全不同，且PP333是GA3生物合成的抑制劑，但研究表明GA3和PP333均可調(diào)節(jié)大穗型雜交水稻的“粒間頂端優(yōu)勢(shì)”[27]，且外源PP333對(duì)外源GA3并無拮抗作用。陶龍興[15]等認(rèn)為3.2%赤霉素·多效唑調(diào)節(jié)“粒間頂端優(yōu)勢(shì)”的作用途徑包括兩個(gè)方面：1)使強(qiáng)勢(shì)粒的灌漿優(yōu)勢(shì)得到一定程度的抑制——灌漿峰值降低；2)弱勢(shì)粒的灌漿得到改善——灌漿勢(shì)啟動(dòng)值提高，峰期提前，灌漿勢(shì)下降時(shí)間推遲。雖然筆者的研究結(jié)果也表明3.2%赤霉素·多效唑可促進(jìn)水稻籽粒灌漿，其平均灌漿速率高于對(duì)照，但同時(shí)也觀察到3.2%赤霉素·多效唑出現(xiàn)抑制強(qiáng)勢(shì)粒及弱勢(shì)粒最高灌漿速率的現(xiàn)象，類似于PPP333單獨(dú)使用的作用效果。王熹等[27]的研究結(jié)果表明PPP333對(duì)單穗強(qiáng)弱勢(shì)粒的灌漿勢(shì)的“頂端優(yōu)勢(shì)”起抑制作用，雖然強(qiáng)勢(shì)粒的最大灌漿速率仍然高于弱勢(shì)粒，但它們之間的差距變小。這從另一方面也說明3.2%赤霉素·多效唑提高水稻籽粒灌漿速率主要在于延緩籽粒灌漿中后期籽粒灌漿速率的下降。對(duì)此，王熹等認(rèn)為可能與3.2%赤霉素·多效唑可延緩水稻葉片和籽粒的衰老有關(guān)，其研究結(jié)果表明3.2%赤霉素·多效唑處理的劍葉葉綠素含量及凈光合速率均顯著高于對(duì)照，即所謂的“青稈黃熟”。這一點(diǎn)與本研究結(jié)果一致，筆者在研究中觀察到3.2%赤霉素·多效唑處理的葉綠素含量、光合速率及葉片比葉重在整個(gè)灌漿期均高于對(duì)照(圖3)。而在籽粒關(guān)鍵酶活性方面，楊建昌等[28]認(rèn)為水稻弱勢(shì)粒籽粒充實(shí)不足主要在于籽粒灌漿關(guān)鍵酶活性的限制，而不在于光合產(chǎn)物的不足，因而3.2%赤霉素·多效唑極有可能是通過促進(jìn)籽粒灌漿關(guān)鍵酶活性延緩籽粒衰老的。雖然籽粒灌漿關(guān)鍵酶活性在本研究中沒有測(cè)定，但從籽粒和葉片可溶性糖含量比值推斷(圖4)，LLB處理的籽粒灌漿關(guān)鍵酶活性可能高于對(duì)照。

此外，筆者還觀察到超級(jí)稻甬優(yōu)12強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒灌漿速率達(dá)峰值的時(shí)間比較一致，均在花后12 d左右，與前人的研究稍有不同[23-26]。但同時(shí)，筆者也注意到強(qiáng)勢(shì)粒灌漿速率在花后12 d開始大幅度下降，而弱勢(shì)粒則在花后18 d。這可能與水稻品種的灌漿特性有關(guān)：1)超級(jí)稻甬優(yōu)12弱勢(shì)粒灌漿速率在花后12 d和18 d差異并不大，分別為0.9999mg·grain-1day-1和0.7990 mg·grain-1d-1，而在強(qiáng)勢(shì)粒上則分別為1.3424 mg·grain-1d-1和0.5964 mg·grain-1d-1；2)超級(jí)稻甬優(yōu)12每穗粒數(shù)較多，平均達(dá)450粒(表1)。據(jù)筆者的觀察，該組合灌漿中后期強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒成熟度較高，反而很多中間類型籽粒還存在灌漿不充分的現(xiàn)象，由于類似現(xiàn)象還未見報(bào)道，因而是否與強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒灌漿同步的現(xiàn)象有關(guān)還有待研究。

總之，抽穗期使用3.2%赤霉素·多效唑可顯著提高超級(jí)稻甬優(yōu)12的產(chǎn)量，增產(chǎn)的原因在于結(jié)實(shí)率和千粒重的增加。3.2%赤霉素·多效唑能夠顯著提高水稻結(jié)實(shí)率，主要在于此期噴施3.2%赤霉素·多效唑不僅提高水稻光合同化物的形成，還能促進(jìn)水稻光合同化物向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)，充足的同化物供應(yīng)有利于水稻柱頭花粉粒的萌發(fā)。3.2%赤霉素·多效唑延緩水稻葉片衰老是千粒重增加的主要原因。

參考文獻(xiàn):

[1]謝華安. 華南型超級(jí)稻育種及其技術(shù)研究進(jìn)展. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 38(5): 714-718.

Xie H A. Advances on the breeding program and technology research in South China type super-rice.JShengyangAgricUniv, 2007, 38(5): 714-718. (in Chinese with English abstract)

[2]蘇澤勝, 李澤福. 安徽省超級(jí)稻研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及展望. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 38(5): 739-743.

Su Z S,Li Z F.Present status and prospect of super-rice research and utilization in Anhui Province.JShengyangAgricUniv, 2007, 38(5): 739-743. (in Chinese with English abstract)

[3]杜士云, 王守海, 李成荃, 等. 超級(jí)稻育種進(jìn)展及存在的問題. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2006, 22(8): 195-198.

Du S Y,Wang S H,Li C Q,et al. Introduction to the progress and problems on super rice breeding.ChinAgricSciBull, 2006,22(8):195-198. (in Chinese with English abstract)

[4]敖和軍, 王淑紅, 鄒應(yīng)斌, 等. 超級(jí)雜交稻干物質(zhì)生產(chǎn)特點(diǎn)與產(chǎn)量穩(wěn)定性研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(7): 1927-1936.

Ao H J,Wang S H,Zhou Y B,et al.Study on yield stability and dry matter characteristics of super hybrid rice.SciAgricSin, 2008,41(7):1927-1936. (in Chinese with English abstract)

[5]Mohapatra P K, Patel R， Sahu S K. Time of flowering affects grain quality and spikelet partitioning within the rice panicle.AustrJPlantPhysiol, 1993, 20(2): 231-241.

[6]Yang J C, Peng S B, Visperas R M, et al. Grain filling pattern and cytokine in content in the grains and roots of rice plants.PlantGrowthReg, 2000, 30( 3): 261-270.

[7]呂川根, 谷福林, 陸曼麗, 等. 五個(gè)水稻秈粳雜種一代與其雙親生物學(xué)特性的比較研究. 中國水稻科學(xué), 1993, 7(4):205-210.

Lv C G,Gu F L,Lu M L,etal.The comparative studies on biological characteristics between five Indica-Japonica hybrids and their parents.ChinJRiceSci, 1993,7(4):205-210. (in Chinese with English abstract)

[8]徐秋生, 李卓吾. 亞種間雜交稻谷粒灌漿特性與籽粒充實(shí)度的研究. 雜交水稻, 1994, 2: 26-29.

Xu Q S,Li Z W.Studies on the filling characteristics and the plumpness of grains in Inter-subspecific hybrid rice.HybridRice, 1994,(2):26-29. (in Chinese with English abstract)

[9]Yang J C, Zhang J H, Wang Z Q, et al. Hormones in the grains in relation to sink strength and post anthesis development of spikelets in rice.PlantGrowthReg, 2003, 41: 185-195.

[10]陶龍興, 王熹, 黃效林, 等. 內(nèi)源IAA對(duì)雜交稻強(qiáng)、弱勢(shì)粒灌漿增重的影響. 中國水稻科學(xué), 2003, 17(2): 149-155.

Tao L X,Wang X,Huang X L,etal.Effects of endogenous IAA on grain filling of hybrid rice.ChinJRiceSci, 2003,17(2):149-155. (in Chinese with English abstract)

[11]王熹, 田淑蘭. IAA與亞種間雜交稻籽粒發(fā)育的關(guān)系及烯效唑的調(diào)節(jié). 中國水稻科學(xué), 1998, 12(2): 99-104.

Wang X,Tao L X,Xu R S,etal.Apical-grain superiority in hybrid rice.ActaAgronSin, 2001,27(6):980-985. (in Chinese with English abstract)

[12]Ishimaru T, Hirose T, Matsuda T, et al. Expression patterns of genes encoding carbohydrate metabolizing enzymes and their relationship to grain filling in rice (OryzasativaL): Comparison of caryopses located at different positions in a panicle.PlantCellPhysiol, 2005, 46: 620-628.

[13]楊衛(wèi)兵, 王振林, 尹燕枰, 等. 外源ABA和GA對(duì)小麥籽粒內(nèi)源激素含量及其灌漿進(jìn)程的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(13): 2673-2682.

Yang W B,Wang Z L,Yin Y P,etal.Effects of spraying exogenous ABA or GA on the endogenous hormones concentration and filling of wheat grains.SciAgricSin, 2011,44(13):2673-2682. (in Chinese with English abstract)

[14]陶龍興, 黃效林, 王熹. 粒粒飽對(duì)水稻的生物效應(yīng). 中國水稻科學(xué), 2000, 14(2): 93-97.

Tao L X,Huang X L,Wang X.Biological effects of lilibao on rice plant.ChinJRiceSci, 2000,14(2):93-97. (in Chinese with English abstract)

[15]陶龍興, 黃效林, 俞美玉, 等. “粒粒飽”的生理作用及水稻化控增產(chǎn)技術(shù). 植物保護(hù)與植物營養(yǎng)研究進(jìn)展, 1999: 375-378.

Tao L X,Huang X L,Yu M Y,etal.Biological Effects of Lilibao and technique of increased yield by chemical control.DOI: 10.16819/j.1001-7216.2016.5000AdvaPlantProPlantNutri. 1999:375-378.(in Chinese)

[16]張鎮(zhèn)銘, 俞祥群, 邵達(dá)孚,等. 水稻不同生育階段誘施用粒粒飽的生物學(xué)效應(yīng)及增產(chǎn)效果： 中國植物生理學(xué)會(huì)植物生長發(fā)育與信息轉(zhuǎn)導(dǎo)學(xué)術(shù)會(huì)議. 廈門：中國植物生理學(xué)會(huì)，1999:68.

Zhang Z M,Yu X Q,Shao D F,et al. Biological effects and yield-increasing effect of Lilibao on rice at different growth stage： Academic Conference on Plant Growth and Development and Information Transfer in the National Congress of Plant Physiology. Xiamen: CSPB, 1999: 68. (in Chinese)

[17]童繼平, 吳躍進(jìn), 劉學(xué)軍. 粒粒飽對(duì)水稻品種后期活性及抗折力的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2003, 3(6): 1077-1088.

Tong J P,Wu Y J,Liu X J. Effect of plant growth regulator on rice growth in later period.JAnhuiAgricSci, 2003, 3(6):1077-1088. (in Chinese with English abstract)

[18]朱慶森, 曹顯祖, 駱亦奇. 水稻籽粒灌漿的生長分析. 作物學(xué)報(bào), 1988, 14(3): 182-193.

Zhu Q S,Cao X Z,Luo Y Q.Analysis of rice grain filling.ActaAgronSin, 1988,14(3):182-193. (in Chinese with English abstract)

[19] Richards F J. A flexible growth function for empirical use.JExperBot, 1959, 10: 290-300.

[20]王熹, 陶龍興, 俞美玉. GA3對(duì)雜交稻“粒間頂端優(yōu)勢(shì)”及灌漿期間籽粒內(nèi)源IAA的影響. 植物生理學(xué)報(bào), 2000, 26(3): 247-251.

Wang X,Tao L X,Yu M Y.Effect of exogenous GA3 on "Inter-grain apical dominance" and endogenous IAA in grain filling stage of hybrid rice.ActaPhytophysiolSin, 2000,26(3):247-251. (in Chinese with English abstract)

[21]Satake T, Yoshida S. High temperature-induced sterility in indica rice at flowering．JpnJCropSci, 1978, 47: 6-17.

[22]Kobata T, Yoshida H, Masiko U. Spikelet sterility is associated with a lack of assimilate in high-spikelet-number rice.CropEcolPhysiol, 2013, 105(6): 1821-1831.

[23]顧自奮, 朱慶森, 曹顯祖. 水稻結(jié)實(shí)率的研究——稻穗上強(qiáng)弱勢(shì)粒的干重積累過程與空秕粒的分布. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 1981, 23(6): 38-42.

Gu Z F,Zhu Q S,Cao X Z.Studies on the grain ripenning rate of rice: The relationship between the accumulation of dry weight in vigorous and weak spikelets and the distribution of sterile,abortive kernsel.SciAgricSin, 1981,23(6):38-42. (in Chinese with English abstract)

[24]鄧仲篪, 周鵬, 陳翠蓮. 秈粳亞種雜交組合的結(jié)實(shí)率與光合產(chǎn)物供給水平及轉(zhuǎn)運(yùn)效率間的關(guān)系. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1993, 12(4): 333-338.

Deng Z C,Zhou P,Chen C L.Relationship between seed setting ratio and photosynthetic capacity and transport of substances in the Indica-Japonica intersubspecific hybrid rice.JHuazhongAgricUniv, 1993,12(4):333-338. (in Chinese with English abstract)

[25]朱慶森, 王志琴, 張祖建, 等. 水稻籽粒充實(shí)程度的指標(biāo)研究. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 1979, 30(3): 52-59.

Zhu Q S,Wang Z Q,Zhang Z J,etal.Study on indicators of grain-filling of rice.JJiangsuAgricColl, 1979,30(3):52-59. (in Chinese with English abstract)

[26]周建林, 陳良碧, 周廣洽. 亞種間雜交稻籽粒充實(shí)動(dòng)態(tài)及生理研究. 雜交水稻, 1992, (5): 36-40.

Zhou J L,Chen L B,Zhou G Q.A Study on the dynamic state and physiology of grain filling of subspecific hybrid rice.HybridRice,1992,(5):36-40. (in Chinese with English abstract)

[27]王熹, 陶龍興, 黃效林. 赤霉酸和多效唑?qū)λ玖ｉg頂端優(yōu)勢(shì)的調(diào)節(jié)及對(duì)產(chǎn)量的影響. 中國水稻科學(xué), 1999, 13(4): 217-222.

Wang X,Tao L X,Huang X L.Regulating the inter-grain apical dominance of rice by GA3 and PP333.ChinJRiceSci, 1999,13(4): 217-222. (in Chinese with English abstract)

[28]楊建昌. 水稻弱勢(shì)粒灌漿機(jī)理與調(diào)控途徑. 作物學(xué)報(bào), 2010, 36(12): 2011-2019.

Yang J C.Mechanism and regulation in the filling of inferior spikelets of rice.ActaAgronSin, 2010, 36(12):2011-2019. (in Chinese with English abstract)

Mechanism Behind the Effects of GA3and PP333on Grain Yield Formation of Super Rice Yongyou 12

YANG Xue-qin#, CHEN Ting-ting#, ZHAO Xia, ZHANG Cai-xia, YANG Yong-jie, FU Guan-fu,TAO Long-xing*

(StateKeyLaboratoryofRiceBiology,ChinaNationalRiceResearchInstitute,Hangzhou310006,China;#These authors contributed equally to this work;*Corresponding auther, E-mail: lxtao@mail.hz.zj.cn)

YANG Xueqin, CHEN Tingting, ZHAO Xia, et al. Mechanism behind the effects of GA3and PP333on grain yield formation of super rice Yongyou 12. Chin J Rice Sci, 2016, 30(1): 53-61.

Abstract:In order to improve spikelet fertility and grain weight of inferior spikelets in super rice, 3.2%GA3·PP(333) (Lilibao,LLB) were sprayed on super rice Yongyou 12 three days after heading. We investigated the effect of LLB on grain yield and the underlying mechanisms. The results indicated that LLB increased the grain yield by 4.41% and 4.31% in 2012 and 2013, respectively compared to corresponding controls, while the theoretical yield showed 9.21% and 6.26% increment. This may be ascribed to increased seed-setting rate and grain weight under LLB treatment compared with the control. It had been observed that there was no significant difference in pollen viability and pollen numbers on stigma between the LLB treatment and control, while the LLB treatment significantly increased the pollen germination on stigma, which was responsible for the improvement in seed-setting rate. Additionally, the chlorophyll content, net photosynthetic rate and specific leaf weight of flag leaf in the LLB treatment were higher, while the ratios of soluble sugar content in leaf to grain were lower than those of the control in the late grain filling period, indicating that LLB could not only delay the leaf senescence but also promote transportation of assimilates to grains.

Key words:3.2%GA3·PP(333); super rice; grain yield; spikelet fertility; 1000-grain weight

文章編號(hào):1001-7216(2016)01-0053-09

中圖分類號(hào):S482.8; S511.01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31501264；31101116)；浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LQ15C130003);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203029)；國家水稻產(chǎn)業(yè)體系項(xiàng)目(CARS-01-27);比爾和梅琳達(dá)蓋茨基金資助項(xiàng)目；中央級(jí)公益性科研院所專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014RG004-4)。

收稿日期:2014-11-26； 修改稿收到日期: 2015-05-18。