張桂蓮，張分云，楊燁，雷東陽，陳立云

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水稻科學(xué)研究所，湖南 長沙410128)

目前生產(chǎn)上利用的秈型雜交水稻不育系都存在著不同程度包頸(穗不能完全從劍葉葉鞘中抽出)的遺傳障礙，極大地制約了不育系異交結(jié)實率的提高，降低了制種產(chǎn)量[1-3].雖然生產(chǎn)上在不育系始穗期應(yīng)用赤霉素可部分解除不育系的包頸問題，但適合使用赤霉素的時期較短，易受陰雨天氣的影響，而且赤霉素的大量使用不僅會增加制種的成本，加重田間穗上發(fā)芽及稻粒黑粉病的發(fā)生，影響種子的質(zhì)量，還會污染環(huán)境[4-6]，因此，必須從根本上解除不育系包頸的遺傳障礙.1981年，Rutger等[7]發(fā)現(xiàn)了第一個隱性長穗頸基因. 隨后中國的水稻研究者也相繼報道由一對隱性高稈基因控制的突變體[8-10].筆者以包頸程度較輕的水稻品系H7408和包頸程度較重的水稻不育系培矮64S為材料，研究不育系包頸特性及穗頸節(jié)的形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)，旨在探明水稻不育系的包頸機理，為生產(chǎn)上選育不包頸的水稻不育系提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材 料

水稻品系 H7408，為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻科學(xué)研究所選育；培矮64S，由國家雜交水稻工程中心提供.

1.2 方 法

試驗于 2008年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻試驗田進行.5月25日播種，6月18日移栽，常規(guī)肥水管理. 成熟期測量植株的稈高、倒一節(jié)間長、劍葉鞘長和穗頸節(jié)伸出度，取 30株的平均值作為各性狀指標.

開花盛期每個材料隨機取樣5株，每株取主穗當天開放的3朵穎花混合搗碎，碘─碘化鉀溶液染色后置100倍光學(xué)顯微鏡下鏡檢3個視野，計算不育度，取其平均值作為該株不育度觀察值.

將定長的H7408和培矮64S的穗頸節(jié)間切成若干段，節(jié)間兩端每段長0.7 cm，節(jié)間中部每段長1.5 cm，用 FAA液固定，經(jīng)酒精脫水，二甲苯透明及石蠟包埋后進行連續(xù)縱向切片，切片經(jīng)1.0%的番紅和苯胺藍染色. 在顯微鏡下對各小段切片中靠髓腔一側(cè)的第一列薄壁細胞(內(nèi)層薄壁細胞)和緊靠厚壁纖維細胞層的最外一列薄壁細胞(外層薄壁細胞)進行計數(shù)，并用顯微測微尺計量細胞的長度，然后用OLYMPUSBH-2型顯微攝像機，選擇有代表性的部位進行拍照. 根據(jù)整個穗頸節(jié)間細胞的長度，將細胞長于50 μm的區(qū)段稱為中部區(qū)段，由中部區(qū)段至倒一節(jié)的區(qū)段稱為基部區(qū)段，由中部區(qū)段至穗頸節(jié)的區(qū)段稱為頂部區(qū)段，并分別對不同區(qū)段的細胞數(shù)目和細胞長度進行統(tǒng)計分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 培矮64S和H7408包頸特性的比較

培矮64S的包頸率為100%，包頸長度為11.12 cm ，花粉可染率(育性)為1.68%，而H7408包頸率為 14.86%，包頸長度為 0.86 cm ，花粉可染率為98.5%，兩者差異顯著.相關(guān)分析結(jié)果表明，包頸率、包頸長度與花粉可染率分別呈負相關(guān)關(guān)系(R=－0.468 1；R=－0.564 4).

2.2 培矮64S和H7408莖稈各節(jié)間長度的比較

從表1可看出，培矮64S的莖稈高度比H7408短23.42 cm，倒一節(jié)間(即穗頸節(jié)間)長比H7408短11.88 cm，倒二節(jié)間、倒三節(jié)間、倒四節(jié)間也比H7408短.穗頸伸出度由倒一節(jié)間長度和劍葉葉鞘長度決定，培矮 64S劍葉葉鞘與 H7408相比增長1.69 cm，而培矮64S劍葉葉鞘比穗頸節(jié)長11.58 cm，H7408穗頸伸出度為1.99 cm，因此培矮64S有相當一部分的穎花被包在葉鞘中.

表1 培矮64S和H7408莖稈各節(jié)間長度及穗頸伸出性狀Table 1 Comparison of length ang character of panicle exserted between Peiai64S and H7408 cm

2.3 穗頸節(jié)間細胞數(shù)目和細胞平均長度的比較

從表2可知，培矮64S穗頸節(jié)間外層薄壁細胞和內(nèi)層薄壁細胞比H7408分別少1 016個和470個，說明穗頸節(jié)間薄壁細胞數(shù)量的多少與穗頸節(jié)間長度有密切關(guān)系. 培矮64S穗頸節(jié)間薄壁細胞的平均長度也比H7408短，其中以內(nèi)層薄壁細胞平均長度差值較大，為17.8 μm，說明穗頸節(jié)間細胞長度增加是促進節(jié)間伸長的另一重要原因.

表2 穗頸節(jié)間細胞數(shù)目和平均長度Table 2 Comparison of the number and length of uppermost internode cell

按增加的細胞數(shù)與平均細胞長度的乘積來表示細胞數(shù)量增加對穗頸節(jié)間伸長的貢獻率，H7408外層薄壁細胞數(shù)量增加使穗頸節(jié)伸長的長度為5.923 cm(表 3)，占穗頸節(jié)總增加長度的51.19%；由外層薄壁細胞伸長使穗頸節(jié)伸長的長度為 5.957 cm，貢獻率為 50.14%，說明外層薄壁細胞數(shù)量的增加與細胞長度增加對穗頸節(jié)伸長的貢獻率基本相當. H7408內(nèi)層薄壁細胞數(shù)量增加較少，對穗頸節(jié)伸長的貢獻為 3.267 cm，僅占總增加長度的27.50%，內(nèi)層薄壁細胞伸長的貢獻則占72.50%，說明內(nèi)層薄壁細胞主要靠細胞伸長促進穗頸節(jié)伸長.

表3 細胞數(shù)和長度增加對節(jié)間長度伸長的貢獻率Table 3 Comparison of uppermost internode elongation between cell number increasing and cell elongating

2.4 穗頸節(jié)間細胞長度的變化

從表4可知，2個材料的穗頸節(jié)間細胞(內(nèi)、外層薄壁細胞)長度的變化規(guī)律是節(jié)間兩端的細胞長度較小，中部區(qū)段細胞最長.培矮64S穗頸節(jié)間基部區(qū)段、頂部區(qū)段的細胞長度與H7408的相差不大(圖 1-1，2和圖 1-5，6)，但中部區(qū)段相差較大(圖1-3，4)，內(nèi)層薄壁細胞與外層薄壁細胞長度在中部區(qū)段培矮64S比H7408分別短25.2、37.8 μm.說明除節(jié)間兩端外，培矮64S中下部區(qū)段薄壁細胞長度都比H7408短，始穗前后培矮64S穗頸節(jié)間伸長的長度過小，致使部分穗被包在葉鞘中.

表4 穗頸節(jié)間不同區(qū)段的細胞數(shù)和長度Table 4 Comparison of parenchyma cell number and length in different sections

圖1 培矮64S和H7408穗頸節(jié)間不同區(qū)段細胞的比較(×100)Fig.1 Comparison of different sections of uppermost internode between Peiai64S and H7408(×100)

3 小結(jié)與討論

有研究[11]表明，雜交水稻包頸現(xiàn)象不僅與不育細胞質(zhì)有關(guān)，而且與細胞核也有密切關(guān)系.如果保持系最上節(jié)間足夠長，就有可能減輕或消除不育系的包頸.本研究結(jié)果表明，包頸率、包頸長度與花粉可染率呈顯著負相關(guān)關(guān)系.

植物細胞的生長或擴張的驅(qū)動力為膨壓，它向四周的強度是均等的，而細胞不對稱伸長原因在于細胞壁的作用，細胞壁中纖維素的排列方式直接影響著細胞的伸長.當纖維素微纖絲與細胞壁某一平面平行排列時，它就與伸展素、膨脹素等多種蛋白質(zhì)交織，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而限制了細胞這一方向的伸長[12-16].鐘衛(wèi)華等[17]對隱性長穗頸溫敏核不育水稻長選 3S穗頸節(jié)間細胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，其eui基因?qū)Σ煌恢眉毎淖饔貌煌?，促進穗頸節(jié)間內(nèi)層薄壁細胞伸長的作用明顯大于促進其分裂的作用，緊接髓腔的薄壁細胞起運輸營養(yǎng)物質(zhì)作用. 本研究結(jié)果表明，穗頸節(jié)間伸長是由細胞數(shù)目增多和細胞長度增加雙重作用所致，其中后者作用更為顯著.對穗頸節(jié)各區(qū)段的細胞長度變化的比較研究表明，穗頸節(jié)間基部區(qū)段、頂部區(qū)段的細胞長度，培矮64S與 H7408的相差不大. 但在中部區(qū)段細胞長度差異顯著，這說明穗頸節(jié)間中部區(qū)段細胞伸長是促進穗頸節(jié)間伸長的主要部位.季蘭等[18]研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素(GA)、生長素(IAA)、脫落酸(ABA)和乙烯影響水稻莖(或節(jié)間)的伸長，其中赤霉素與水稻莖伸長生長的關(guān)系最密切，因此關(guān)于穗頸節(jié)間伸長的機制還有待于從激素水平、分子機理方面進一步研究.

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