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(nóng)業(yè)科學(xué)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(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的光合產(chǎn)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(zhuǎn)運(yùn)而來(lái)，葉片光合功能期的長(zhǎng)短會(huì)顯著影響水稻最終的產(chǎn)量與品質(zhì)。研究表明，葉片早衰1 d，水稻光合功能期縮減1 d，其產(chǎn)量會(huì)降低1%，同時(shí)會(huì)造成用于籽粒灌漿的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少，形成青粒、癟粒，甚至可能引起籽粒發(fā)育障礙，從而導(dǎo)致水稻品質(zhì)變劣。早期以水稻高產(chǎn)作為主要目標(biāo)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(diǎn)，葉片生育后期的功能性已成為水稻產(chǎn)量和品質(zhì)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(bào)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(gè)被克隆的水稻落粒性基因，位于第1號(hào)染色體。的表達(dá)在開放閱讀框12 kb處5′端調(diào)控區(qū)的1個(gè)SNP變異(G/T)阻礙了ABI3 (abscisic acid insensitive3)型轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，從而促進(jìn)了小穗基部脫離層結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致水稻容易落粒。在現(xiàn)如今機(jī)械生產(chǎn)的時(shí)代，大面積栽培品種中易落粒將導(dǎo)致稻谷收獲時(shí)產(chǎn)量損失，影響最終收獲的產(chǎn)量，因此對(duì)落粒性的研究也成為水稻育種及功能基因研究中一個(gè)重要的方向。

本研究以秈型雜交水稻恢復(fù)系選育過(guò)程中的中間材料為研究對(duì)象，對(duì)一種延緩水稻葉片衰老的功能因子進(jìn)行初步定位，同時(shí)對(duì)其表型及效應(yīng)進(jìn)行分析，對(duì)水稻理想株型的概念進(jìn)行了補(bǔ)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(jù)和科技支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)共用了2個(gè)群體。群體1以恢復(fù)系選育過(guò)程中的2個(gè)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(gè)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(nèi)香2A、天豐A、鎮(zhèn)秈1A等不育系進(jìn)行組配，獲得的雜交種每個(gè)種植400苗，行距27 m，株距17 cm。

1.2 葉片SPAD值的測(cè)定

利用葉綠素計(jì)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(nèi)，每個(gè)材料選取生長(zhǎng)均勻開花時(shí)期一致的水稻10株，每株劍葉掛牌標(biāo)記，然后在不同時(shí)期定點(diǎn)測(cè)量10株，測(cè)量位置統(tǒng)一為劍葉中間，最后取平均值。

1.3 主要農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)

水稻成熟期，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)連續(xù)取5株，陰干后，對(duì)主要農(nóng)藝性狀(劍葉長(zhǎng)、劍葉寬、株高、有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、每穗總穎花數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、一次枝梗粒數(shù)、二次枝梗粒數(shù)、一次枝梗籽粒千粒質(zhì)量、二次枝梗籽粒千粒質(zhì)量等)進(jìn)行測(cè)定，并利用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 C090不同品系之間株葉形態(tài)及農(nóng)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(xiàn)結(jié)果見圖1。C090-1(后期功能型)表現(xiàn)出轉(zhuǎn)色佳，葉片淡黃色，易落粒的特性；C090-2(非后期功能型)則表現(xiàn)出后期轉(zhuǎn)色差，葉片有較大面積紅褐色斑點(diǎn)，難脫粒的特性。而其主要農(nóng)藝性狀(表1)在穗長(zhǎng)、每穗總穎花數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、一次枝梗數(shù)、一次枝梗粒數(shù)和二次枝梗籽粒千粒質(zhì)量表現(xiàn)出顯著或極顯著差異。在其他農(nóng)藝性狀方面差異不顯著。

表1 C090不同品系之間主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

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(jīng)典遺傳學(xué)結(jié)果角度已經(jīng)表明了控制這2個(gè)性狀的基因是連鎖的，而對(duì)不同品系的基因的序列比對(duì)(圖2)表明：易落粒(轉(zhuǎn)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(shí)也可以通過(guò)經(jīng)典遺傳學(xué)將控制延緩后期葉片衰老的調(diào)控因子初步定位在第1號(hào)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(shù)SPAD值的測(cè)定

采用SPAD-502型葉綠素含量測(cè)定儀對(duì)植株劍葉葉綠素含量測(cè)定結(jié)果(圖3)表明：隨著植株成長(zhǎng)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(gè)過(guò)程中都具有較高的SPAD值，隨著發(fā)育進(jìn)程，這種差距越來(lái)越大，因而表現(xiàn)出C090-1品系SPAD值降低幅度較小。同時(shí)分期播種的結(jié)果也表明，在不同環(huán)境條件下，C090品系之間SPAD值盡管數(shù)值不同，但表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。

2.4 對(duì)秈型恢復(fù)系C090新品系的利用

以C090-1和C090-2為制種父本，分別與內(nèi)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(duì)其主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果(表3)表明，與后期轉(zhuǎn)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(chǎn)量、千粒質(zhì)量更高。

表3 C090-1、C090-2不同組配秈型雜交稻組合的農(nóng)藝性狀

3 小結(jié)與討論

葉片衰老是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程必然會(huì)經(jīng)歷的一個(gè)極其復(fù)雜而又高度有序階段，該過(guò)程伴隨著葉綠體解體，葉片顏色由深轉(zhuǎn)淺，由綠變黃(SPAD值降低)，從而導(dǎo)致植株光合作用下降，葉片和籽粒的氮素營(yíng)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(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系。王志東等通過(guò)研究秈稻選種或收獲前葉片顏色變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)食味品質(zhì)好壞和稻米蛋白質(zhì)含量高低初步判斷的目的，減少了實(shí)驗(yàn)室對(duì)這些繁重理化指標(biāo)測(cè)定的工作，對(duì)今后的優(yōu)質(zhì)秈稻食味育種和生產(chǎn)具有非常重要的意義，可以極大簡(jiǎn)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(guò)程，盡管相應(yīng)的落粒性變的易落粒，但還是增加了水稻產(chǎn)量，同時(shí)參考SPAD值的變化動(dòng)態(tài)，對(duì)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(wù)。

落粒性對(duì)于不同水稻品種生產(chǎn)模式的要求是不同的；小型收割機(jī)對(duì)于難落?；虿宦淞５乃酒贩N比較適用，而大型收割機(jī)或手工脫粒則適合用落粒程度中等的品種。徐富賢等在對(duì)雜交稻的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，落粒率主要受到不同不育系以及不育系與恢復(fù)系之間互作的影響，而對(duì)于相同不育系不同恢復(fù)系組合間的差異不顯著，而本研究結(jié)果表明，恢復(fù)系對(duì)落粒性也有一定影響。

本研究結(jié)果和育種實(shí)踐充分說(shuō)明，通過(guò)培育具有后期功能型高效恢復(fù)系水稻品系能提高秈型雜交水稻產(chǎn)量，籽粒容易落粒雖然可能會(huì)直接影響到收獲量，但是收獲起來(lái)較方便，協(xié)調(diào)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(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。