一個新的水稻內(nèi)卷葉突變體的光合生理效應(yīng)

龔曉平 況曉明 羅挺 李加勝等

摘要[目的] 明確水稻葉片前平后卷的主要生物學效應(yīng)，為RL（t）在水稻育種中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。[方法] 在水稻雜交后代材料中發(fā)現(xiàn)一個新的內(nèi)卷葉突變材料，暫時命名為RL（t），研究了RL（t）與平展葉姊妹系0731311B在葉片受光姿態(tài)、光合效率及細胞組織結(jié)構(gòu)的差異。[結(jié)果] RL（t）較平展葉姊妹保持系三片功能葉明顯表現(xiàn)出卷曲度大、挺直度高、葉基角小、披垂角小，相應(yīng)地，提高了卷葉保持系群體各層尤其上部和中部的透光率；三片功能葉的氣孔導度、胞間CO2濃度和劍葉、倒二葉的蒸騰速率顯著高于平展葉姊妹保持系，從而提高了RL（t）劍葉、倒二葉的光合速率；由于卷葉保持系部分泡狀細胞適度萎縮變小，導致葉片內(nèi)向卷曲。[結(jié)論] 該研究為內(nèi)卷葉性狀應(yīng)用于水稻高產(chǎn)育種提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞水稻；葉片卷曲度；挺直度；光合速率；透光率

中圖分類號S511文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-07743-03

基金項目重慶市“十二五”重大科技專項（CSTC，2012GGB8005）；重慶市科委科技攻關(guān)項目（CSTC，2011AB1080）。

作者簡介龔曉平（1980- ），男，重慶人，助理研究員，博士，從事水稻遺傳育種、分子生物學等方面的研究。*通訊作者，研究員，從事水稻遺傳育種方面的研究。

收稿日期20140709水稻葉片是進行光合作用、形成光合產(chǎn)物的重要場所，也是株型構(gòu)成的重要因素，一直是水稻遺傳育種家關(guān)注的焦點[1-5]。自Donald[6]提出理想株型的概念以來，先后有多位水稻育種家提出理想株型的葉片形態(tài)，如“短枝立葉，大穗直穗”株型模式[7]、上部3片功能葉“長、直、窄、凹、厚”模式[3]和“重穗型”、“葉片內(nèi)卷直立”模式等[8]。這些模式均與葉片直立和卷曲有關(guān)。葉片適度卷曲有利于保持葉片直立，增加植株中部、下部的透光率，提高光能利用率，從而提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，卷葉是水稻寶貴的遺傳資源，將卷葉性狀引入品種改良，可以實現(xiàn)產(chǎn)量潛力的突破[3，8-10]。

水稻中存在豐富的可穩(wěn)定遺傳的卷葉種質(zhì)資源[11]。從卷曲方向看，有正卷曲（葉片兩側(cè)沿中脈向內(nèi)卷曲）、反卷曲（葉片兩側(cè)沿中脈向外卷曲）；從單個葉片卷曲程度看，有高度卷曲（筒卷）、中度卷曲和輕微卷曲；從卷曲時期看，有全生育期均表現(xiàn)卷曲、苗期卷曲生育后期逐漸展開、苗期葉片平展后期逐漸表現(xiàn)卷曲[11]。重慶市渝東南農(nóng)業(yè)科學院水稻育種人員在2003年冬季于海南陵水育種基地，在雜后材料中發(fā)現(xiàn)了前期葉片平展、頂部3片葉適度內(nèi)卷（簡稱前平后卷）的變異株。課題組利用該變異株與選保中間材料01191211B雜交育成葉片前平后卷的三系雜交水稻保持系，暫時命名為RL（t）。筆者通過對該RL（t）與其平展葉姊妹保持系0731311B主要生物學特點的對比研究，以期明確水稻葉片前平后卷的主要生物學效應(yīng)，為RL（t）在水稻育種中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料和田間種植試驗于2012年在重慶市渝東南農(nóng)業(yè)科學院水稻試驗田進行。試驗材料選用葉片前平后卷保持系RL（t）和其平展葉姊妹保持系0731311B。 4月10日播種，5月12日移栽，單本插栽，株距×行距為13.3 cm×25.0 cm，小區(qū)面積10 m2，常規(guī)肥水管理。葉片細胞超微結(jié)構(gòu)觀察在西南大學水稻研究所/重慶市轉(zhuǎn)基因植物與安全控制重點實驗室完成。

1.2測量項目及方法

1.2.1RL（t）與平展葉0731311B的表型觀察。從苗期至成熟期，觀察葉片形態(tài)。

1.2.2RL（t）與平展葉0731311B葉片的細胞超微結(jié)構(gòu)觀察。在齊穗期選取RL（t）和平展葉0731311B倒1、2、3葉的新鮮葉片，分別用FAA固定液（濃度70%酒精90 ml，濃度40%甲醛5 ml，冰醋酸5 ml）固定，4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?；采用常?guī)石蠟切片，番紅-固綠對染法：固定-脫水-透明-浸蠟-包埋-切片-黏片-脫蠟-復水-番紅、固綠染色-封藏。切片厚度為10 μm，加拿大樹膠封片，BH型OLYMPUS顯微鏡觀察并照相[12]。

1.2.3卷曲度、挺直度、葉基角、披垂角的測定。每個處理定點10株，在齊穗期測量每株主莖功能葉（倒1～3葉）葉片長度、葉片最寬處自然卷曲后葉緣間距（Ln）、展開后葉片寬度（Lw），計算葉片卷曲度（LRI）。

LRI（%）=（Lw-Ln）×100/Lw

測量葉片與莖稈的夾角、葉片自然彎曲后葉枕到葉尖的直線距離（LNL）及葉片挺直時的長度（LEL），計算葉片挺直度（LEI）。

LEI（%）=LNL×100/LEL

測量葉片與莖的夾角即葉基角，葉片自然彎垂后葉枕到葉尖的連線與莖的夾角即披垂角。

1.2.4光合速率的測定。每個處理定點10株。在水稻灌漿期，用LCA4攜帶式光合儀在田間測量每株主莖功能葉光合強度，測量時間為上午10：00～12：00。測量時，葉面直接照光，光照強度在1 600～1 800 μmol/（m2·s）之間。

1.2.5透光率的測定。在齊穗期，采用分層切割法用ST80照度計（帶線型探頭）測量群體各層透光率。

2結(jié)果與分析

2.1內(nèi)卷葉RL（t）保持系、平展葉保持系0731311B的葉態(tài)變化由可知，RL（t）保持系在倒三葉之前表現(xiàn)為平展葉，頂部3片葉表現(xiàn)為中度卷曲，而平展葉保持系0731311B全生育期均表現(xiàn)為平展葉。

2.2內(nèi)卷葉RL（t）保持系與平展葉保持系0731311B葉片的細胞超微結(jié)構(gòu)石蠟切片結(jié)果（）表明，內(nèi)卷葉保持系RL（t）與平展葉保持系0731311B相比 ，大小維管束特征、厚壁細胞等近遠軸面特征細胞層沒有發(fā)生變化，而內(nèi)卷葉RL（t）保持系葉片卷曲部分的泡狀細胞明顯變小。同時，葉片氣孔復合體面積顯著小于平展葉保持系。

平展葉保持系0731311B、RL（t）在苗期、12～13葉期、抽穗前后期的葉片卷曲情況

2.5群體透光率由可知，RL（t）在穗頂往下15 cm處、30 cm處、60 cm處、90 cm處和靠近地表處的透光率分別高于0731311B 5.48%、16.31%、35.42%、39.19%、30.43%，即從穗頂向下，二者透光率差異逐漸增大，但至其基部則差異減小。

3結(jié)論與討論

研究表明，RL（t）較平展葉姊妹保持系3片功能葉明顯表現(xiàn)出卷曲度大、挺直度高、葉基角小、披垂角小，同時從劍葉至倒三葉，這種葉態(tài)差異逐漸增大。相應(yīng)地，提高了卷葉保持系群體各層尤其上部和中部的透光率，3片功能葉的氣孔導度、胞間CO2濃度和劍葉、倒二葉的蒸騰速率在0.05水平顯著高于平展葉姊妹保持系，從而提高了RL（t）劍葉、倒二葉的光合速率，尤其倒二葉的光合速率在0.05水平顯著高于平展葉姊妹保持系。由于2個試驗材料前期生長葉態(tài)、株型相似，均為平展葉，在接近地表處兩者的透光率差異明顯減小。因此，RL（t）主要影響群體的上部及中部葉態(tài)與透光率，對群體低層影響較小，而對單葉光合作用的影響主要是提高頂部兩葉尤其倒二葉的光合速率。細胞生物學研究結(jié)果表明，由于卷葉保持系部分泡狀細胞適度萎縮變小，導致葉片內(nèi)向卷曲。同時，葉片氣孔復合體面積顯著小于平展葉保持系，引起氣孔保衛(wèi)細胞運動的改變，從而有利于提高蒸騰作用。

目前已報道的水稻卷葉基因主要是整個生育期都表現(xiàn)為卷葉。這導致水稻前期光能利用有限，生長勢較弱，單葉水平上的光合速率下降，在生產(chǎn)上的利用價值有限[13-16]。陸江鋒[15]從干物質(zhì)積累角度進行研究，發(fā)現(xiàn)卷曲度適中的群體在生育前期干物質(zhì)生產(chǎn)受到一定影響，但后期增長趨勢明顯，最終的生物學產(chǎn)量與展葉群體相當。陳宗祥等[16]發(fā)現(xiàn)，卷葉組合不同的發(fā)育時期表現(xiàn)不同，生育前期表現(xiàn)一定的生長劣勢，如苗期的葉齡、莖蘗數(shù)、假莖粗、苗高等指標均低于對應(yīng)組合，本田前期莖蘗數(shù)上升較緩，高峰苗較少。同時，葉片過度卷曲則會使受光葉面積的明顯減小，前期干物質(zhì)生產(chǎn)嚴重受影響，雖后期明顯增長，但最終難以達到正常展葉群體的總干物質(zhì)積累量。筆者獲得的水稻材料RL（t）為生育前期葉片平展，生育后期葉片適度內(nèi)卷。該卷葉基因既能在一定程度上克服生育前期的生長劣勢，又能在生育后期充分發(fā)揮利用光能的優(yōu)勢。因此，分離能控制葉片前平后卷的基因?qū)λ境弋a(chǎn)育種具有重要的利用價值。然而，前平后卷RL（t）所配組合能否高密度種植、雜種優(yōu)勢以及該卷葉基因的分離、功能驗證以及在育種上的應(yīng)用，都有待進一步研究。

42卷23期龔曉平等一個新的水稻內(nèi)卷葉突變體的光合生理效應(yīng)參考文獻

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