大穗型水稻品種剪葉處理后灌漿結(jié)實(shí)期源庫(kù)關(guān)系分析?

陳建珍，閆浩亮，楊前玉，田小海**

（1．長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，荊州 434025；2．長(zhǎng)江大學(xué)主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，荊州 434025；3．長(zhǎng)江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，荊州 434025；4．湖北荃銀高科種業(yè)有限公司，荊州 434025）

水稻是主要糧食作物，其需求量巨大，培育大穗型水稻品種是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)的有效途徑之一。現(xiàn)有的大穗型水稻穗粒數(shù)多，其葉面積指數(shù)高，干物質(zhì)積累迅速，但是，灌漿結(jié)實(shí)不穩(wěn)[1-4]。灌漿期是水稻籽粒灌漿結(jié)實(shí)的關(guān)鍵時(shí)期[5]，源的供應(yīng)能力[6-8]、庫(kù)對(duì)源的抽提利用能力[9]，流的通暢與否[10]和籽粒的灌漿特征[11-13]等均是影響籽粒灌漿結(jié)實(shí)和產(chǎn)量形成的主要因素，但是，以往的研究多著重于某一個(gè)或兩個(gè)方面，未系統(tǒng)地從源庫(kù)互作的角度進(jìn)行研究，源庫(kù)關(guān)系是否協(xié)調(diào)直接影響源的有效利用、庫(kù)的有效灌漿充實(shí)以及水稻高產(chǎn)潛力的實(shí)現(xiàn)[5，14-15]。Sonnewald 等[16]認(rèn)為“調(diào)節(jié)源庫(kù)關(guān)系改良作物”是未來(lái)的一種育種策略。到目前為止，有關(guān)大穗型水稻品種源庫(kù)關(guān)系的協(xié)調(diào)性及其影響籽粒灌漿結(jié)實(shí)、制約高產(chǎn)潛力實(shí)現(xiàn)的機(jī)制等的研究報(bào)道較少[5，17-18]。剪葉處理可改變庫(kù)源比例（粒葉比，即每穗穎花數(shù)與單莖葉面積的比值），是以往研究作物源庫(kù)關(guān)系的一種常規(guī)方法[19-21]。許蓓蓓等[18]通過(guò)剪葉研究了源庫(kù)調(diào)節(jié)對(duì)常規(guī)粳稻花后營(yíng)養(yǎng)器官碳水化合物及氮磷鉀轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，結(jié)果顯示，提高粒葉比可促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，其中，粒葉比為1.5時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)率達(dá)近似極限值。Shi等[5，17]運(yùn)用灌漿期間源、庫(kù)變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)建立模型，研究了不同水稻品種的源庫(kù)關(guān)系及其與產(chǎn)量的關(guān)系，認(rèn)為水稻育種和生產(chǎn)中應(yīng)重點(diǎn)調(diào)控與籽粒庫(kù)相關(guān)的性狀。

大穗型水稻品種BL006和R-農(nóng)白是從32 份水稻材料中選取的兩份有代表性的高結(jié)實(shí)率型大穗型水稻材料[22]，BL006和R-農(nóng)白穗粒數(shù)高，穗頸和枝梗維管束發(fā)育好，群體干物質(zhì)積累量大，灌漿速率高、用時(shí)短，粒重高，但是，BL006 葉片早衰嚴(yán)重，R-農(nóng)白莖鞘干物質(zhì)利用不充分，成熟期大量的干物質(zhì)滯留在莖鞘[13]。

本研究通過(guò)剪葉處理比較灌漿期間兩個(gè)大穗型水稻品種籽粒（庫(kù)）的灌漿動(dòng)態(tài)特征、葉片和莖鞘（源）的碳水化合物代謝及其轉(zhuǎn)運(yùn)特征，分析兩個(gè)水稻品種的源庫(kù)關(guān)系及其對(duì)灌漿結(jié)實(shí)的影響，以期為超級(jí)雜交稻新品種的選育和高產(chǎn)栽培配套技術(shù)的建立提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為大穗型水稻品種BL006和R-農(nóng)白，穗粒數(shù)分別為245.8粒和281.4粒，單穗重分別為5.4g和6.1g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年在湖北省荊州市長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地（112°31′E、30°21′N）的大田開(kāi)展試驗(yàn)，采用積溫法調(diào)整播種日期使供試材料在相近的日期抽穗開(kāi)花，以便在大致相同的溫光條件下測(cè)試籽粒的灌漿動(dòng)態(tài)及相關(guān)生理指標(biāo)。土壤肥料狀況為全氮1.00g?kg-1，速效氮82.03mg?kg-1，速效鉀57.11mg?kg-1，速效磷33.25mg?kg-1，有機(jī)質(zhì)11.00g?kg-1。試驗(yàn)材料采用大田濕潤(rùn)育秧，秧齡25d時(shí)移栽，四本栽，不同品種隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，株行距為30cm×20cm，施氮量（以純N 計(jì)）為120kg?hm-2（N: P2O5:K2O=25:10:15），按照常規(guī)高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行灌溉和病蟲(chóng)草防治等。

BL006和R-農(nóng)白的播種日期分別為5月14日和5月21日，抽穗開(kāi)花期分別為8月24日和8月21日。灌漿結(jié)實(shí)期間的氣候條件見(jiàn)表1。于穗頸節(jié)剛出葉鞘1.5cm時(shí)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的主穗600個(gè)，取一半稻株實(shí)行剪葉處理，既用剪刀剪去上三葉，另一半作對(duì)照，并掛牌標(biāo)記。

表1 2015年大穗型水稻品種灌漿結(jié)實(shí)期間的氣象條件Table1 Meteorological parameters during grain filling period for heavy panicle rice cultivars in 2015

1.3 調(diào)查項(xiàng)目與方法

1.3.1 千粒重

成熟期，每小區(qū)去除3 行邊行稻株，隨機(jī)選取20 穗人工脫粒，自然風(fēng)干至核定含水量13.5%，用食指和拇指擠壓籽粒判斷受精與否，凡有結(jié)實(shí)觸感的籽粒計(jì)為受精粒[23]，從中隨機(jī)選取500 粒受精籽粒，用精度為1%的電子天平稱重，3 次重復(fù)，換算成籽粒千粒重。

1.3.2 籽粒灌漿動(dòng)態(tài)

齊穗期開(kāi)始取樣（9：00 前后），取樣時(shí)間為齊穗期后0d、5d、10d、15d、20d、26d、32d和37d，R-農(nóng)白成熟較晚，齊穗期后40d 再取一次樣。每次取掛牌單莖20個(gè)，分解成穗、莖鞘和葉三部分。

以穗長(zhǎng)為基準(zhǔn)，將稻穗從穗軸中部等分成兩部分，然后按一、二次枝梗分開(kāi)，形成上部一次枝梗、上部二次枝梗、下部一次枝梗和下部二次枝梗4 部分，對(duì)不同部位籽粒分開(kāi)取樣和分裝[24]，置于80℃烘箱中連續(xù)烘干至衡重，測(cè)定籽粒干重。應(yīng)用Richards 方程按朱慶森等[25]的方法對(duì)籽粒灌漿過(guò)程進(jìn)行擬合，導(dǎo)出相關(guān)參數(shù)，分析籽粒灌漿特性。

1.3.3 非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（NSC）含量的測(cè)定

每次取樣后將葉和莖鞘分別按小區(qū)分裝在牛皮紙袋，105℃下殺青30min，80℃下烘干48h，恒溫時(shí)稱重、粉碎（過(guò)100 目篩），用自封袋分裝，待測(cè)非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（可溶性總糖+淀粉）含量。非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的提取、測(cè)定和計(jì)算參照Yoshinaga 等[12]的方法進(jìn)行?？扇苄蕴呛亢偷矸酆烤捎幂焱@色法測(cè)定。

非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率的計(jì)算為

式中，TNSC、NSCmax、NSCmin、TRNSC、CNSC分別表示NSC的凈轉(zhuǎn)運(yùn)量(g·m-2)、轉(zhuǎn)運(yùn)量最大值(g·m-2)、轉(zhuǎn)運(yùn)量最小值(g·m-2)、轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（%）。

2 結(jié)果與分析

2.1 剪葉處理對(duì)物質(zhì)積累（庫(kù)）的影響

2.1.1 千粒重

從圖1可以看出，與對(duì)照相比，剪葉處理中，BL006和R-農(nóng)白的千粒重分別降低24.34%和7.86%，其中，BL006 不同部位的千粒重均顯著降低，降幅分別為11.92%、50.27%、32.35%、39.09%，R-農(nóng)白僅上部二次枝梗的千粒重顯著降低22.14%，其它部位均無(wú)顯著差異。說(shuō)明剪葉處理中，籽粒千粒重降低，BL006 受影響程度和范圍大于R-農(nóng)白。

2.1.2 籽粒灌漿動(dòng)態(tài)

由圖2可以看出，在剪葉和未剪葉（對(duì)照）處理中，大穗型水稻品種整穗籽粒的粒重增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)基本一致，均成S 型曲線，即齊穗期后0～5d 增重較慢，齊穗期后5～20d 進(jìn)入快速增重期，之后逐漸趨于平緩。

圖1 大穗型水稻品種剪葉與不剪葉（對(duì)照）處理植株籽粒千粒重的比較Fig.1 Comparison of 1000-grain weight for heavy panicle rice cultivars between leaf-cutting and no leaf-cutting (CK)

圖2 大穗型水稻品種剪葉與不剪葉（對(duì)照）處理植株籽粒灌漿動(dòng)態(tài)的比較Fig.2 Comparison of grain growth dynamic for heavy panicle rice cultivars between leaf-cutting and CK

就整穗而言，與對(duì)照相比，剪葉處理中，BL006的千粒重從齊穗期后10d 開(kāi)始明顯降低，R-農(nóng)白在齊穗期后0～20d 千粒重明顯提高，之后逐漸降低； 兩品種的灌漿速率明顯降低（R-農(nóng)白起始灌漿速率明顯提高），到達(dá)灌漿峰值的時(shí)間提前，高速灌漿持續(xù)期縮短，籽粒增重趨于平緩的時(shí)間提前，最終粒重分別降低23.36%和8.68%。

就粒位而言，與對(duì)照相比，剪葉處理中，上部一次枝梗籽粒的灌漿過(guò)程受影響較小，其它粒位受影響程度存在品種間差異，具體表現(xiàn)為BL006 上部二次枝梗和下部一、二次枝梗灌漿速率明顯降低，高速灌漿持續(xù)期分別縮短8d、3d和2d，最終粒重分別降低50.12%、31.34%和37.18%；R-農(nóng)白上部二次枝梗籽粒的灌漿速率在齊穗期后0～11d 提高，之后顯著降低，高速灌漿持續(xù)期縮短3d，最終粒重降低22.68%，下部二次枝梗籽粒的灌漿速率在齊穗期后0～14d 明顯提高，之后顯著降低，最終粒重降低12.53%。

可見(jiàn)，剪葉處理中，籽粒的平均灌漿速率降低，到達(dá)灌漿峰值的時(shí)間提前，高速灌漿和總灌漿持續(xù)期縮短，最終粒重降低；一次枝梗受影響較小，二次枝梗受影響較大；Bl006 受影響程度和幅度大于R-農(nóng)白。

2.2 剪葉處理對(duì)光合合成物（源）及其轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.2.1 葉片可溶性糖含量

由圖3可以看出，在剪葉和未剪葉（對(duì)照）兩處理中，BL006的葉片可溶性糖含量在齊穗期后10～15d 顯著升高，其余時(shí)段均不斷降低，R-農(nóng)白的整體趨勢(shì)表現(xiàn)為先升高后降低。

與對(duì)照相比，剪葉處理中，BL006 齊穗期和齊穗期后15d-成熟期的葉片可溶性糖含量顯著降低22.21%和17.63%～55.14%；R-農(nóng)白齊穗期后0～5d和成熟期的葉片可溶性糖含量顯著升高15.13%～66.05%和11.67%，其余時(shí)段的可溶性糖含量降低11.92%?？梢?jiàn)，剪葉處理提高了R-農(nóng)白剩余葉片灌漿起始時(shí)段的活性，總體上減弱了兩品種葉片的活性及源對(duì)庫(kù)的供應(yīng)能力，BL006的降幅大于R-農(nóng)白。

2.2.2 莖鞘非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量

由圖4可以看出，齊穗期后，兩個(gè)水稻品種未剪葉處理（對(duì)照）中，莖鞘非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（NSC）含量隨生育進(jìn)程的變化趨勢(shì)一致，即齊穗期后0～5d，NSC 迅速累積，含量顯著升高，之后隨著向外轉(zhuǎn)運(yùn)而急劇降低；與對(duì)照相比，剪葉處理中，兩個(gè)水稻品種的莖鞘NSC 含量不但無(wú)初期的明顯積累過(guò)程，而且，R-農(nóng)白的莖鞘NSC 從齊穗期開(kāi)始輸出，但是該品種剪葉和未剪葉兩處理，在成熟期均出現(xiàn)NSC 再次積累的現(xiàn)象，致使其在灌漿期間NSC的降幅均小于BL006。

從表2可以看出，試驗(yàn)期間剪葉后BL006和R-農(nóng)白莖鞘NSC 轉(zhuǎn)運(yùn)量較對(duì)照顯著降低23.32%和27.41%，轉(zhuǎn)運(yùn)率分別提高6.93%和18.88%，籽粒干重顯著降低26.12%和15.11%，R-農(nóng)白莖鞘NSC 對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率顯著降低2.14%。可見(jiàn)，剪葉處理中，大穗型水稻品種莖鞘NSC的轉(zhuǎn)運(yùn)率提高，對(duì)源庫(kù)矛盾起到一定的緩解作用，但是，無(wú)法彌補(bǔ)葉源減少而引起的灌漿物質(zhì)供應(yīng)不足，導(dǎo)致籽粒干重顯著降低。

圖3 大穗型水稻品種剪葉與不剪葉（對(duì)照）處理植株葉片可溶性糖含量的比較Fig.3 Comparison of leaf soluble sugar content for heavy panicle rice cultivars between leaf-cutting and CK

圖4 大穗型水稻品種剪葉與不剪葉（對(duì)照）植株莖鞘非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的比較Fig.4 Comparison of non-structural carbohydrate(NSC) content of stem and sheath for heavy panicle rice cultivars between leaf-cutting and CK

表2 大穗型水稻品種剪葉與不剪葉（對(duì)照）植株莖鞘非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（NSC）轉(zhuǎn)運(yùn)的比較Table2 Comparison of translocation of non-structural carbohydrate(NSC) of stem and sheath for heavy panicle rice cultivars between leaf-cutting and CK

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

灌漿的物質(zhì)來(lái)源和灌漿過(guò)程直接決定水稻籽粒灌漿的好壞。前人研究發(fā)現(xiàn)，不同水稻品種的灌漿差異明顯，秈粳雜交稻粒重較大主要與灌漿時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)[17，26-27]。Shi 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，高溫處理下，水稻品種Gharib和PHBRc4的粒重較低分別與灌漿持續(xù)期縮短和灌漿速率降低有關(guān)。本研究結(jié)果顯示，剪葉處理中，籽粒的平均灌漿速率降低，到達(dá)灌漿峰值的時(shí)間提前，高速灌漿和總灌漿持續(xù)期縮短，籽粒千粒重降低；其中，BL006 不同部位的千粒重均顯著降低，R-農(nóng)白僅上部二次枝梗的千粒重顯著降低，BL006的降幅較R-農(nóng)白高16.68%?？赡茉蚴牵海?）剪葉處理中，BL006 不同部位籽粒的灌漿速率從齊穗期開(kāi)始明顯降低；R-農(nóng)白不同部位籽粒齊穗期后0～15d的灌漿速率明顯提高，之后逐漸降低，說(shuō)明提高齊穗期后0～15d的灌漿速率有利于大穗型水稻粒重增加。劉紅杰等[28]研究發(fā)現(xiàn)，灌漿中、后期的速率對(duì)冬小麥千粒重起決定性作用，該觀點(diǎn)是否適用于大穗型水稻還需進(jìn)一步研究。（2）本試驗(yàn)剪葉處理中，庫(kù)源比增大，BL006的粒葉比由0.59增至1.08，R-農(nóng)白由0.75 增至1.34，灌漿初始階段R-農(nóng)白剩余葉片的可溶性糖含量、莖鞘NSC的輸出、穗部“流”的活性、籽粒的灌漿速率均提高，促進(jìn)了光合產(chǎn)物及時(shí)向籽粒庫(kù)輸送[29]，緩解了剪葉（減源）引起的同化物供應(yīng)不足。

BL006 穗頸和枝梗維管束發(fā)育較好，從結(jié)構(gòu)上保持了“流”的通暢，有利于同化物向籽粒的運(yùn)輸[13]。本試驗(yàn)未剪葉處理中，BL006 籽粒的灌漿速率在齊穗期后5～15d 迅速提高，對(duì)源的需求量增大，但是，光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)不暢，甚至出現(xiàn)明顯的積累；剪葉處理中，粒葉比增加，籽粒的灌漿速率在齊穗期后0～13d 迅速提高，庫(kù)對(duì)源的抽提能力增加，源輸送的通暢性提高，但是，源的輸出仍滯后于庫(kù)的需求且光合產(chǎn)物仍有明顯的積累。據(jù)此推測(cè)，BL006 葉片早衰的原因可能是：該品種一次枝梗比例較大[22]，不同部位籽粒屬于快速同步灌漿型，灌漿前期籽粒（庫(kù)）對(duì)源的競(jìng)爭(zhēng)較大，而源的輸出滯后于庫(kù)的需求，之后，因需求減少、輸出受阻而大量積累，反饋抑制了流（維管束）的活性和葉源的光合能力。

綜合R-農(nóng)白維管束的解剖結(jié)構(gòu)[13]、剪葉和未剪葉處理中源（葉片和莖鞘）、庫(kù)（籽粒）的變化動(dòng)態(tài)可知，R-農(nóng)白源的光合能力較強(qiáng)，在灌漿后期仍維持較高水平，成熟期莖鞘NSC 儲(chǔ)存量較大；剪葉處理中，籽粒起始灌漿速率提高，莖鞘NSC的輸出提前、轉(zhuǎn)運(yùn)率提高，剩余葉片的光合補(bǔ)償能力增強(qiáng)，籽粒干重的降幅較小。說(shuō)明R-農(nóng)白籽粒庫(kù)較小是成熟期大量NSC 滯留在莖鞘的原因之一；R-農(nóng)白庫(kù)對(duì)源的反饋調(diào)節(jié)能力以及自我調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，源庫(kù)供需同步，產(chǎn)量提升空間較大。

3.2 結(jié)論

剪葉處理中，大穗型水稻品種的千粒重顯著降低，BL006 不同部位的千粒重均顯著降低，R-農(nóng)白僅上部二次枝梗的千粒重顯著降低，BL006的降幅明顯高于R-農(nóng)白；籽粒千粒重的降低主要與灌漿速率降低、灌漿時(shí)間縮短有關(guān)；粒葉比增加，庫(kù)對(duì)源的抽提力增加，促進(jìn)了葉片和莖鞘碳水化合物的輸出，減少了成熟期莖鞘NSC的滯留量。籽粒的起始灌漿速率提高，剩余葉片光合補(bǔ)償能力增強(qiáng)，莖鞘NSC的輸出提前、輸出率增加，源庫(kù)供需同步，這可能是R-農(nóng)白剪葉處理中籽粒千粒重降幅較小的原因之一。水稻培育中應(yīng)選擇源-流-庫(kù)協(xié)調(diào)、自我調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)、源庫(kù)供需同步的水稻品種，栽培上應(yīng)注重粒肥或葉面肥的施用，延長(zhǎng)葉片光合時(shí)間，以發(fā)揮大穗型水稻品種的高產(chǎn)潛力。