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(xué)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(gè)新的內(nèi)卷葉突變材料，暫時(shí)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(xì)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(dǎo)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(xì)胞適度萎縮變小，導(dǎo)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(hào)S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）23-07743-03

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

作者簡(jiǎn)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(xué)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(jìn)行光合作用、形成光合產(chǎn)物的重要場(chǎng)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(diǎn)[1-5]。自Donald[6]提出理想株型的概念以來(lái)，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(zhǎng)、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(shí)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(gè)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(shí)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(kāi)、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(xué)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(jiǎn)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(shí)命名為RL（t）。筆者通過(guò)對(duì)該RL（t）與其平展葉姊妹保持系0731311B主要生物學(xué)特點(diǎn)的對(duì)比研究，以期明確水稻葉片前平后卷的主要生物學(xué)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(yàn)材料和田間種植試驗(yàn)于2012年在重慶市渝東南農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)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(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察在西南大學(xué)水稻研究所/重慶市轉(zhuǎn)基因植物與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

1.2測(cè)量項(xiàng)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(xì)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(duì)染法：固定-脫水-透明-浸蠟-包埋-切片-黏片-脫蠟-復(fù)水-番紅、固綠染色-封藏。切片厚度為10 μm，加拿大樹(shù)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(cè)定。每個(gè)處理定點(diǎn)10株，在齊穗期測(cè)量每株主莖功能葉（倒1～3葉）葉片長(zhǎng)度、葉片最寬處自然卷曲后葉緣間距（Ln）、展開(kāi)后葉片寬度（Lw），計(jì)算葉片卷曲度（LRI）。

LRI（%）=（Lw-Ln）×100/Lw

測(cè)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(shí)的長(zhǎng)度（LEL），計(jì)算葉片挺直度（LEI）。

LEI（%）=LNL×100/LEL

測(cè)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(cè)定。每個(gè)處理定點(diǎn)10株。在水稻灌漿期，用LCA4攜帶式光合儀在田間測(cè)量每株主莖功能葉光合強(qiáng)度，測(cè)量時(shí)間為上午10：00～12：00。測(cè)量時(shí)，葉面直接照光，光照強(qiáng)度在1 600～1 800 μmol/（m2·s）之間。

1.2.5透光率的測(cè)定。在齊穗期，采用分層切割法用ST80照度計(jì)（帶線型探頭）測(cè)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(xì)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(xì)胞等近遠(yuǎn)軸面特征細(xì)胞層沒(méi)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(xì)胞明顯變小。同時(shí)，葉片氣孔復(fù)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(shí)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(dǎo)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(gè)試驗(yàn)材料前期生長(zhǎng)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(duì)群體低層影響較小，而對(duì)單葉光合作用的影響主要是提高頂部?jī)扇~尤其倒二葉的光合速率。細(xì)胞生物學(xué)研究結(jié)果表明，由于卷葉保持系部分泡狀細(xì)胞適度萎縮變小，導(dǎo)致葉片內(nèi)向卷曲。同時(shí)，葉片氣孔復(fù)合體面積顯著小于平展葉保持系，引起氣孔保衛(wèi)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的改變，從而有利于提高蒸騰作用。

目前已報(bào)道的水稻卷葉基因主要是整個(gè)生育期都表現(xiàn)為卷葉。這導(dǎo)致水稻前期光能利用有限，生長(zhǎng)勢(shì)較弱，單葉水平上的光合速率下降，在生產(chǎn)上的利用價(jià)值有限[13-16]。陸江鋒[15]從干物質(zhì)積累角度進(jìn)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(zhǎng)趨勢(shì)明顯，最終的生物學(xué)產(chǎn)量與展葉群體相當(dāng)。陳宗祥等[16]發(fā)現(xiàn)，卷葉組合不同的發(fā)育時(shí)期表現(xiàn)不同，生育前期表現(xiàn)一定的生長(zhǎng)劣勢(shì)，如苗期的葉齡、莖蘗數(shù)、假莖粗、苗高等指標(biāo)均低于對(duì)應(yīng)組合，本田前期莖蘗數(shù)上升較緩，高峰苗較少。同時(shí)，葉片過(guò)度卷曲則會(huì)使受光葉面積的明顯減小，前期干物質(zhì)生產(chǎn)嚴(yán)重受影響，雖后期明顯增長(zhǎng)，但最終難以達(dá)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(zhǎng)劣勢(shì)，又能在生育后期充分發(fā)揮利用光能的優(yōu)勢(shì)。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(jià)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(shì)以及該卷葉基因的分離、功能驗(yàn)證以及在育種上的應(yīng)用，都有待進(jìn)一步研究。

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

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