1种水稻叶片后期功能型因子的初步定位

胡庆峰， 杜灿灿， 曾生元， 李 闯， 景德道， 林添资， 钱华飞， 余 波， 周义文， 孙立婷， 杨 军， 龚红兵

(江苏丘陵地区镇江农业科学研究所，江苏句容 212400)

叶片作为叶的主要组成部片，是植物生长发育过程中最重要的光合产物合成器官。水稻稻穗中 60%～70%碳源由功能叶光合作用合成转运而来，叶片光合功能期的长短会显著影响水稻最终的产量与品质。研究表明，叶片早衰1 d，水稻光合功能期缩减1 d，其产量会降低1%，同时会造成用于籽粒灌浆的营养物质减少，形成青粒、瘪粒，甚至可能引起籽粒发育障碍，从而导致水稻品质变劣。早期以水稻高产作为主要目标而选育大面积推广种植的杂交水稻普遍存在穗大粒多的特点，叶片生育后期的功能性已成为水稻产量和品质提高的重要因素。

水稻落粒性是指水稻谷粒成熟后自然从枝梗上掉落的性状，目前，已报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个被克隆的水稻落粒性基因，位于第1号染色体。的表达在开放阅读框12 kb处5′端调控区的1个SNP变异(G/T)阻碍了ABI3 (abscisic acid insensitive3)型转录因子的结合，从而促进了小穗基部脱离层结构的形成，导致水稻容易落粒。在现如今机械生产的时代，大面积栽培品种中易落粒将导致稻谷收获时产量损失，影响最终收获的产量，因此对落粒性的研究也成为水稻育种及功能基因研究中一个重要的方向。

本研究以籼型杂交水稻恢复系选育过程中的中间材料为研究对象，对一种延缓水稻叶片衰老的功能因子进行初步定位，同时对其表型及效应进行分析，对水稻理想株型的概念进行了补充，为选育具有后期功能型杂交稻新品种提供新的理论依据和科技支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验共用了2个群体。群体1以恢复系选育过程中的2个中间材料(镇恢084/351)F×(镇恢084/93-11)F为亲本杂交，连续自交11代获得的姊妹系C090-1和C090-2及以其为亲本杂交获得的F。C090-1、C090-2每个品系种植20苗，行距27 m，株距17 cm。F全部单株种植，行距 27 m，株距17 cm。群体2以C090-1和C090-2为制种父本，分别与内香2A、天丰A、镇籼1A等不育系进行组配，获得的杂交种每个种植400苗，行距27 m，株距17 cm。

1.2 叶片SPAD值的测定

利用叶绿素计SPAD-502分别在水稻抽穗初期(抽穗后1～7 d)及抽穗后(45±5) d内，每个材料选取生长均匀开花时期一致的水稻10株，每株剑叶挂牌标记，然后在不同时期定点测量10株，测量位置统一为剑叶中间，最后取平均值。

1.3 主要农艺性状统计

水稻成熟期，每个试验小区随机连续取5株，阴干后，对主要农艺性状(剑叶长、剑叶宽、株高、有效穗数、穗长、每穗总颖花数、每穗实粒数、结实率、一次枝梗数、二次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗粒数、一次枝梗籽粒千粒质量、二次枝梗籽粒千粒质量等)进行测定，并利用Excel进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 C090不同品系之间株叶形态及农艺性状差异

C090两姊妹系之间的株叶形态及穗部落粒性表现结果见图1。C090-1(后期功能型)表现出转色佳，叶片淡黄色，易落粒的特性；C090-2(非后期功能型)则表现出后期转色差，叶片有较大面积红褐色斑点，难脱粒的特性。而其主要农艺性状(表1)在穗长、每穗总颖花数、每穗实粒数、一次枝梗数、一次枝梗粒数和二次枝梗籽粒千粒质量表现出显著或极显著差异。在其他农艺性状方面差异不显著。

表1 C090不同品系之间主要农艺性状表现

2.2 叶片后期功能因子的初定位

表2 F2群体分离情况

从经典遗传学结果角度已经表明了控制这2个性状的基因是连锁的，而对不同品系的基因的序列比对(图2)表明：易落粒(转色好)的品系序列与籼稻一致，而难落粒品系与粳稻一致。同时也可以通过经典遗传学将控制延缓后期叶片衰老的调控因子初步定位在第1号染色体上，且在基因位置的附近。

2.3 C090两姊妹系之间透光系数SPAD值的测定

采用SPAD-502型叶绿素含量测定仪对植株剑叶叶绿素含量测定结果(图3)表明：随着植株成长衰老，叶片颜色逐渐变浅，SPAD值在逐步降低。其中具有后期功能型的C090-1品系与非后期功能型的C090-2品系相比，在整个过程中都具有较高的SPAD值，随着发育进程，这种差距越来越大，因而表现出C090-1品系SPAD值降低幅度较小。同时分期播种的结果也表明，在不同环境条件下，C090品系之间SPAD值尽管数值不同，但表现出相同的趋势。

2.4 对籼型恢复系C090新品系的利用

以C090-1和C090-2为制种父本，分别与内香2A、天丰A、镇籼1A等不育系组配，并种植制备的杂交稻，对其主要农艺性状进行统计，结果(表3)表明，与后期转色差、难落粒的C090-2品系组配获得组合相比， 具有后期功能型的C090-1品系水稻产量、千粒质量更高。

表3 C090-1、C090-2不同组配籼型杂交稻组合的农艺性状

3 小结与讨论

叶片衰老是植物生长发育过程必然会经历的一个极其复杂而又高度有序阶段，该过程伴随着叶绿体解体，叶片颜色由深转浅，由绿变黄(SPAD值降低)，从而导致植株光合作用下降，叶片和籽粒的氮素营养状况也随之改变，研究也表明了水稻SPAD值与叶片叶绿素含量和蛋白质含量呈正相关关系。王志东等通过研究籼稻选种或收获前叶片颜色变化，实现了对食味品质好坏和稻米蛋白质含量高低初步判断的目的，减少了实验室对这些繁重理化指标测定的工作，对今后的优质籼稻食味育种和生产具有非常重要的意义，可以极大简化选种步骤。本研究中的后期功能型水稻能很好地延缓衰老过程，尽管相应的落粒性变的易落粒，但还是增加了水稻产量，同时参考SPAD值的变化动态，对于水稻水肥的管理也能起到提示作用，能更好地为选育新品种服务。

落粒性对于不同水稻品种生产模式的要求是不同的；小型收割机对于难落粒或不落粒的水稻品种比较适用，而大型收割机或手工脱粒则适合用落粒程度中等的品种。徐富贤等在对杂交稻的研究时发现，落粒率主要受到不同不育系以及不育系与恢复系之间互作的影响，而对于相同不育系不同恢复系组合间的差异不显著，而本研究结果表明，恢复系对落粒性也有一定影响。

本研究结果和育种实践充分说明，通过培育具有后期功能型高效恢复系水稻品系能提高籼型杂交水稻产量，籽粒容易落粒虽然可能会直接影响到收获量，但是收获起来较方便，协调水稻落粒性与延缓水稻叶片衰老将有效地保证稻米的增产、稳产，同时降低生产成本，从而获得较高的经济效益。