北方粳稻粒重不同品種的穎果結(jié)構(gòu)比較

耿立清

摘要：以千重浪2號和潤宇1號為試材，在大田條件下研究不同粒重北方粳稻品種的穎果結(jié)構(gòu)差異。試驗結(jié)果表明，與潤宇1號相比，千重浪2號的胚乳細胞增殖快，糊粉層形成和胚乳細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)出現(xiàn)時間早，果皮收縮和貯存物質(zhì)消失時間也早；潤宇1號籽粒背部微管束失去功能的時間遲于千重浪2號；小粒型品種雖然前期穎果發(fā)育比大粒型品種快，但其穎果的生理活性持續(xù)時間較短。

關(guān)鍵詞：粳稻；穎果；維管束；果皮；胚乳細胞

中圖分類號：S511.2+2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）01-0001-03

粒重是決定水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因子，其穎果發(fā)育的好壞直接決定稻米的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此研究粒重形成機理受到廣泛關(guān)注。許多研究者從谷粒充實的角度研究不同品種在灌漿特性及穎果生長、胚乳細胞增殖、糊粉層出現(xiàn)早晚、果皮和胚乳結(jié)構(gòu)等方面的差異，探討不同品種的粒重形成機理，而從穎果發(fā)育角度研究北方粳稻粒重形成機理的報道較少。為此，以粒重差異顯著的兩個北方粳稻品種為試材，探討不同粒重品種穎果發(fā)育與粒重的關(guān)系，為北方粳稻超高產(chǎn)育種和栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

供試品種為千重浪2號和潤宇1號，千粒重分別為23 g和30 g。試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學水稻研究所試驗田進行。4月16日播種，5月28日插秧，10月3日收獲。采用隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)行長11 m，10行區(qū)，面積33 m2，栽插密度30 cm×13.3 cm，每穴1苗。整個生育期共施入純氮163.5 kg/hm2，分3次施入。其他栽培管理同一般生產(chǎn)田。

1.2 水稻穎果的采集

取穗上部3個一次枝梗的強勢穎花（第4，5，6位），用記號筆對同日開花的穎花進行標記，共標記150粒以上。標記后第4 d開始取樣，以后每隔3 d取樣1次，共取5次，保存在FAA固定液中。

1.3 切片的制作與觀察

用鑷子將固定的穎殼和谷粒從FAA中取出。谷粒剝?nèi)シf殼后，將固定的穎果用乙醇系列脫水、二甲苯透明、石蠟浸透與包埋，并切成10 um的半薄切片，用番紅固綠雙重染色后，用加拿大樹膠封片。每個時期共制10個切片，用蔡司公司生產(chǎn)的Imager.A1顯微鏡于10×5倍、10×10倍、10×20倍、10×40倍下照像后，用AxioVision Rel. 4.6軟件測量各層細胞及維管束的大小。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽實皮結(jié)構(gòu)的比較

在圖1中，A和B為千重浪2號花后4 d和16 d的強勢粒果皮（縱切）；C和D為潤宇1號開花后4 d和16 d的強勢粒果皮（縱切）；PE代表果皮；EN代表內(nèi)果皮；ME代表中果皮；EX代表外果皮；T代表種皮。

從圖1可以看出：1） 供試品種的果皮細胞在花后第4 d就已經(jīng)積累較多的貯存物質(zhì)，并隨著生育進程呈減少趨勢；在花后第13 d，千重浪2號的果皮細胞中僅存在少量的貯存物質(zhì)，在花后第16 d貯藏物質(zhì)已經(jīng)完全消失；潤宇1號在花后第16 d仍有少量的貯存物質(zhì)，在花后第19 d完全消失。2） 供試品種的果皮厚度呈先升后降的變化規(guī)律。千重浪2號和潤宇1號的果皮分別在開花后第7 d和第10 d達到最大值，此時果皮厚度為110.88 um和100.50 um。果皮開始收縮的時間分別在開花后第10 d和13 d，至開花后第19 d。小粒品種除外果皮外，果皮內(nèi)的各層細胞大多因被壓扁而難以辨別；而大粒型品種只有中果皮細胞被不斷膨大的籽粒壓扁，其他各層細胞仍很清晰。大粒型品種的果皮厚度大于小粒型品種。

由以上分析可知，與潤宇1號相比，千重浪2號的果皮細胞收縮時間要早，細胞中貯存物質(zhì)的消失時間也早。

2.2 維管束大小的比較

由圖2可知：開花以后，大粒型品種潤宇1號的維管束生長速度明顯比千重浪2號慢，花后第4 d和第7 d的面積明顯比千重浪2號小，到開花后第10 d其面積的大小才與千重浪2號的面積接近，并在13 d趕超千重浪2號，但品種間維管束最大面積差異不明顯；開花后第19 d，由于籽粒膨大，千重浪2號的維管束收縮，面積迅速下降，而潤宇1號的維管束仍能保持完整。

2.3 胚乳細胞的比較

與大粒型品種潤宇1號相比，小粒型品種千重浪2號在花后第4 d胚乳細胞層已有多層，穎果的中心仍留有微小的橢圓形空腔，面積為7 082.42 um2。胚乳細胞中已經(jīng)積累一些貯藏物質(zhì)，最外層的糊粉層細胞與胚乳細胞形態(tài)上已存在較大的分別。在開花后第4 d，潤宇1號的胚乳細胞層僅為4～5層，穎果的中心留有較大的橢圓形空腔，面積為31 079.44 um2，是千重浪2號的4.39倍。胚乳細胞中還沒開始積累貯藏物質(zhì)，且最外層的糊粉層細胞與胚乳細胞在形態(tài)上沒有差別。到開花后第7 d，供試品種的穎果中心已沒有空腔，貯藏物質(zhì)已充滿整個胚乳細胞?？梢?，大粒型品種前期胚乳細胞增殖慢，貯藏物質(zhì)填充晚，糊粉層形成較遲。

供試品種穎果縱切面胚乳細胞面積變化如圖2所示。從圖2中可以看出：供試品種在花后第10 d以前的胚乳細胞面積生長較快，第10 d以后生長緩慢，至第16 d胚乳細胞大小基本固定；花后第7 d以前，千重浪2號的胚乳細胞面積高于潤宇1號，至花后第10 d，潤宇1號的胚乳細胞面積超過千重浪2號，花后第16 d胚乳細胞面積高83.54 um2。由此可見，受精后千重浪2號胚乳細胞的增殖速度快于潤宇1號，而最終胚乳細胞面積小于潤宇1號。方差分析結(jié)果表明，品種間在第16 d的胚乳細胞面積差異達顯著水平。

3 結(jié)論與討論

星川清親認為水稻胚乳細胞的分裂大約持續(xù)到開花后的第9 d左右，細胞分裂結(jié)束后，主要通過各細胞膨大生長使胚乳進一步增大，而細胞的膨大生長與貯藏物質(zhì)的累積狀況密切相關(guān)。徐是雄認為，水稻花后約3 d胚乳細胞壁才出現(xiàn)，到15 d胚乳組織已基本定型。王忠等研究表明，鹽粳235的胚乳細胞分裂持續(xù)達12 d。袁莉民等研究認為，至花后4 d時，雜交稻與常規(guī)稻二者胚乳囊的空腔均幾乎被胚乳細胞所占滿，雜交稻胚乳組織在10 d時即已基本定型。試驗結(jié)果表明，無論是大粒型品種還是小粒型品種，花后第4 d胚乳囊的空腔均未填滿；花后第10 d胚乳細胞大小基本定型。造成胚乳形態(tài)建成所需時間存在差異的原因，可能與研究所用的試驗材料不同有關(guān)。

與大粒型品種相比，小粒型品種的胚乳細胞增殖快，糊粉層形成早，胚乳細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)出現(xiàn)時間早，果皮收縮時間和貯藏物質(zhì)消失也早。可見，小粒型品種雖然前期穎果發(fā)育比大粒型品種快，但其穎果的生理活性持續(xù)時間較短。與小粒型品種相比，大粒型品種前期胚乳細胞增殖慢，子房背部維管束失去功能的時間也較遲，主要靠中后期的物質(zhì)積累來提高粒重。造成這種差異的原因可能與穎殼大小有關(guān)。由于小粒型品種穎殼小，果皮和胚乳細胞的生長發(fā)育較早地被穎殼所限制，而大粒型品種產(chǎn)生限制的時期較晚。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，為提高水稻產(chǎn)量，要高度重視大粒型品種后期的肥水管理。