李杰 馮躍華 牟桂婷 許桂玲 黃世鳳 石欣羅強(qiáng)鑫 羅康杰 管正策 葉勇 黃佑崗
(1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院,貴陽550025;2黔東南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 凱里556000;第一作者∶guizhoutianxin@163.com;*通訊作者∶fengyuehua2006@126.com)
劍葉是水稻冠層功能葉中最為重要的葉片,與倒2葉一起提供了籽粒產(chǎn)量80%以上的光合產(chǎn)物,而來自劍葉光合作用所提供的碳水化合物占到水稻籽粒產(chǎn)量的50%以上[1]。劍葉亦是水稻產(chǎn)量、品質(zhì)分析,水稻品種比較,水稻生理生態(tài)和栽培管理以及分子遺傳研究中的主要考察對(duì)象之一。因此,水稻研究中常見有關(guān)劍葉的研究報(bào)道。對(duì)劍葉表面結(jié)構(gòu)的觀察和研究,可以比較品種間的差異[2-3],分析栽培稻的進(jìn)化[4],還可用于分析水稻的抗病情況[5]。水稻理想株型育種中對(duì)葉片性狀具有一定的要求[6-7],作為理想株型中的重要構(gòu)成因子,劍葉長度、寬度、葉角也是品種考察的重要性狀[8-10]。劍葉性狀遺傳分析的研究亦有很多[11-12]。如周麗慧等[13]研究表明,劍葉形態(tài)性狀與部分產(chǎn)量性狀之間具有顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系,并檢測到1個(gè)新的劍葉長寬比QTL;鄒德堂等[14]報(bào)道了在以小白粳子和空育131為親本的F3群體為試驗(yàn)材料時(shí),劍葉形態(tài)和單株產(chǎn)量基因定位和分析的情況;桑賢春等[15]報(bào)道了1個(gè)新的水稻窄葉突變體Danl1的鑒定和基因定位的情況,其劍葉以及倒2葉、倒3葉的葉寬是野生型的一半左右,在一定的高密度種植下具有增產(chǎn)潛力。其他方面,張志耘等[16]以劍葉為材料,觀察和研究了稻屬葉片結(jié)構(gòu)特征并分析其系統(tǒng)學(xué)意義;陸巍等[17]研究了劍葉葉源量與產(chǎn)量性狀的關(guān)系,結(jié)果表明,水稻劍葉葉源量與單株產(chǎn)量、單穗質(zhì)量及每穗實(shí)粒數(shù)均呈極顯著正相關(guān),從而可以作為鑒定單株產(chǎn)量的一個(gè)量化指標(biāo);陳惠哲等[18]研究了不同穗肥施氮量對(duì)水稻劍葉生長以及披垂程度的影響,結(jié)果表明,隨著穗分化期施氮量的提高,劍葉的長、寬以及長寬比相應(yīng)增加,且施氮對(duì)劍葉葉長的影響高于葉寬。另外,王貴民等[19]通過觀察劍葉光合特性變化以及抗氧化系統(tǒng)來比較研究雜交水稻間的差異,為雜交水稻衰老機(jī)理提供資料;羅贛豐等[20]分析了劍葉角度與氮營養(yǎng)效率的關(guān)系,認(rèn)為通過兩者的關(guān)系可實(shí)時(shí)地決策氮肥運(yùn)籌實(shí)現(xiàn)氮營養(yǎng)的高效利用。
表1 水稻主莖劍葉兩側(cè)處理方式
除此之外,也有研究報(bào)道了水稻葉片主脈兩側(cè)存在不對(duì)稱性,一側(cè)較寬些,一側(cè)較窄些[21];兩側(cè)的厚度也存在差異[22]。Yuan等[23]研究發(fā)現(xiàn),稻葉寬側(cè)寬度比窄側(cè)多17.0%,厚度比窄側(cè)高24.5%,而窄側(cè)的單位質(zhì)量氮含量、單位面積氮含量和SPAD值均比寬側(cè)的高。李杰等[24]在獲取田間數(shù)據(jù)時(shí),亦觀察到雜交水稻葉片主脈兩側(cè)存在差異,一側(cè)較為光滑,一側(cè)較為粗糙,以劍葉為考察對(duì)象,其光滑面居左或居右的概率接近50%,且光滑面SPAD值高于粗糙面。為進(jìn)一步比較分析稻葉主脈兩側(cè)對(duì)籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)的差異,本研究采用剪葉和粘葉的方法對(duì)水稻劍葉進(jìn)行處理,比較其籽粒質(zhì)量,同時(shí)分析其SPAD值的變化情況,以期為水稻葉片不對(duì)稱性研究提供更多的數(shù)據(jù)資料。
試驗(yàn)于2016年在貴州省安順市舊州鎮(zhèn)文星村進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤肥力狀況∶pH值6.30,有機(jī)質(zhì)33.60 g/kg,全氮 2.59 g/kg,全磷 0.53 g/kg,全鉀 8.44 g/kg,堿解氮 139.51 mg/kg,速效磷 6.03 mg/kg,速效鉀 62.81 mg/kg。
試驗(yàn)采用三因素再裂區(qū)設(shè)計(jì),主因素為品種,分別為Q優(yōu)6號(hào)(重慶市種子公司選育)和準(zhǔn)兩優(yōu)527(湖南雜交水稻研究中心、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所選育);副因素為施氮水平,分別為 N0(0 kg/hm2)、N1(150 kg/hm2)、N2(300 kg/hm2);副副因素為主莖劍葉處理,分別記為 JS、JR、ZS、ZR、CK,具體處理方式見表 1。每種施氮水平劃為1小區(qū),小區(qū)面積19.5 m2,小區(qū)四周筑高30 cm、寬20 cm的田埂并包膜,包膜壓深至地下30 cm,防止小區(qū)間水肥滲透。氮肥采用分次施肥法,基肥(5月 21日)、分蘗肥(6月 2日)、促花肥(7月 12日)、?;ǚ剩?月27月)的施氮量分別占總施氮量的35%、20%、30%、15%。磷肥、鉀肥各小區(qū)一致。磷肥作基肥一次性施用,施用量為96 kg/hm2(P2O5用量),鉀肥作基肥和穗肥分2次施,每次用量相同,為67.5 kg/hm2(K2O用量)。氮、磷、鉀肥分別采用尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。每小區(qū)于抽穗期時(shí)選擇長勢一致的稻株進(jìn)行剪葉處理,每處理選擇5片主莖劍葉(掛有標(biāo)簽),共30個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次。2016年4月5日育秧,5 月 23 日移栽,行株距 30.0 cm×16.5 cm,每叢插 1 苗。
1.2.1 SPAD 值
水稻抽穗1周后對(duì)劍葉進(jìn)行剪葉和粘葉處理(8月7-9日),處理后采用葉綠素計(jì)SPAD-502(日本Minolta公司)于 8月 9-10日(T1)、8月 15日(T2)、8月20日(T3)、8月 26日(T4)、8月 30日(T5)、9月 4日(T6)分別測定劍葉完好側(cè)的SPAD值,對(duì)照光滑面與粗糙面兩側(cè)均測定,測定時(shí)以葉長1/2處及其上下3 cm每側(cè)中間的3個(gè)點(diǎn)為測定位點(diǎn)(9月4日測定時(shí)部分處理內(nèi)部分標(biāo)記劍葉無法測定,仍以剩下葉片SPAD值參與數(shù)據(jù)分析)。
1.2.2 劍葉葉長
籽粒成熟取樣后,用直尺測量劍葉葉枕至葉尖的長度。
1.2.3 籽粒性狀
籽粒成熟時(shí)取樣,每處理考察5株主莖的籽??傎|(zhì)量(折算為含水量13.5%)、千粒重、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率等性狀。
1.2.4 粒重葉長比
粒重葉長比=每處理籽??傎|(zhì)量/平均劍葉葉長。
1.2.5 SPAD 值的環(huán)比增長率
TGi=(SPADTi-SPADTi-1)/SPADTi-1(i為大于1的正整數(shù))。式中,TGi表示Ti時(shí)測定的SPAD值相對(duì)上一次(Ti-1)測定的SPAD值的環(huán)比增長率。
1.2.6 SPAD值累增值與SPAD值累消值
幾次測定下各次測定SPAD值相對(duì)參照SPAD值的差值中,正值的和為SPAD值的累增值,負(fù)值的和為SPAD值的累消值,SPAD值累增值和累消值的絕對(duì)值為SPAD值的累增量和累消量。
采用DPS和Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
由表2可知,剪葉處理除準(zhǔn)兩優(yōu)527在N1下剪斷光滑側(cè)留下粗糙側(cè)的籽??傎|(zhì)量高于剪斷粗糙側(cè)留下光滑側(cè)的籽粒總質(zhì)量外,其余剪葉處理中JS的籽??傎|(zhì)量均低于JR。粘葉處理中存在相似情況,即除Q優(yōu)6號(hào)N0的ZS處理籽粒總質(zhì)量高于ZR處理外,其余粘葉處理粘貼光滑面后的籽粒總質(zhì)量均低于粘貼粗糙面的處理。這說明劍葉光滑側(cè)對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)高于粗糙側(cè)。但是,除Q優(yōu)6號(hào)N2條件下JR處理顯著高于JS處理、ZR處理顯著高于ZS處理外,其余相同品種和施氮條件下差異均不顯著,且CK的籽??傎|(zhì)量除Q優(yōu)6號(hào)N0下最大,并顯著高于JS處理外,其他條件下均不是最大值。
表2 水稻劍葉兩側(cè)不同處理下的籽??傎|(zhì)量 (g)
圖 1 顯示,Q 優(yōu) 6 號(hào)粒重葉長比在 1.00~1.20 之間,劍葉一側(cè)進(jìn)行剪葉和粘葉處理后粒重葉長比有所下降;準(zhǔn)兩優(yōu) 527 粒重葉長比在 0.90~1.00 之間,劍葉一側(cè)經(jīng)剪葉和粘葉處理后粒重葉長比有所上升,且N0條件下增加明顯。處理粗糙側(cè)留下光滑側(cè)的粒重葉長比略高于處理光滑側(cè)留下粗糙側(cè)的處理,其中,以Q優(yōu)6號(hào)在N2下表現(xiàn)明顯,表明水稻劍葉光滑側(cè)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)高于粗糙側(cè)。
由表3可知,N1條件下除準(zhǔn)兩優(yōu)527 JS、ZR處理的千粒重顯著高于CK外,其他相同條件不同剪葉或粘葉處理間的千粒重均不存在顯著差異。相同品種同一施氮條件下各處理間每穗粒數(shù)均不存在顯著差異,且除Q優(yōu)6號(hào)N2下JR處理結(jié)實(shí)率顯著高于ZS處理外,其余各處理間結(jié)實(shí)率亦不存在顯著差異。
2.4.1 SPAD 值環(huán)比增長率
從表4可知,準(zhǔn)兩優(yōu)527各處理的劍葉SPAD值環(huán)比增長率絕對(duì)值比Q優(yōu)6號(hào)高,施氮條件下2個(gè)水稻品種劍葉的環(huán)比增長率絕對(duì)值低于不施氮條件下的,在 TG4、TG5、TG6 下大致呈現(xiàn) N0>N1>N2。整體來看,無論是剪葉、粘葉中測定的SPAD值,還是CK粗糙側(cè)的SPAD值,其SPAD值環(huán)比增長率絕對(duì)值一般表現(xiàn)為高于相應(yīng)的光滑側(cè)SPAD值的環(huán)比增長率絕對(duì)值。
2.4.2 水稻劍葉剪葉、粘葉處理相對(duì)CK SPAD值的變化
由表5可知,從相對(duì)CK的SPAD值累增量來看,2個(gè)品種劍葉剪葉、粘葉處理的累增量表現(xiàn)為N0>N1>N2,剪葉處理的明顯高于粘葉處理,相同品種和施氮條件下剪斷光滑側(cè)測定的粗糙側(cè)SPAD值累增量更多地高于剪斷粗糙側(cè)的處理。從相對(duì)CK的SPAD值累消量來看,2個(gè)水稻品種間的情況有差別,在準(zhǔn)兩優(yōu)527中,粘葉處理的累消量高于剪葉處理,粘光滑側(cè)處理的SPAD值累消量明顯高于剪粗糙側(cè)的處理;而Q優(yōu)6號(hào)在N2下各處理均有較高的累消量,且剪光滑側(cè)的處理最高,在N0、N1條件下粘粗糙側(cè)處理的SPAD值累 消量較高。在準(zhǔn)兩優(yōu)527中,明顯地表現(xiàn)為一方面剪光滑側(cè)留下粗糙側(cè)的處理會(huì)有更多的SPAD值累增量,但其SPAD值累消量卻比較小,另一方面粘光滑側(cè)后(粗糙側(cè))的累消量高于粘粗糙側(cè)(光滑側(cè)),但是其籽??傎|(zhì)量卻低于粘粗糙側(cè)的處理。
表3 不同剪葉和粘葉處理對(duì)2個(gè)水稻品種千粒重、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率的影響
表4 不同處理對(duì)水稻劍葉SPAD值環(huán)比增長率的影響
表5 水稻劍葉剪葉、粘葉處理相對(duì)CK的SPAD值變化
表6 水稻劍葉各處理相對(duì)上一次SPAD值測定的變化
2.4.3 水稻劍葉兩側(cè)相對(duì)上一次SPAD值測定的變化
由表6可知,相對(duì)上一次測定的SPAD值,從CK來看,Q優(yōu)6號(hào)和準(zhǔn)兩優(yōu)527在N2條件下的SPAD值累消量明顯低于N1、N0。2個(gè)水稻品種相對(duì)上一次測定的SPAD值累增量除JS處理稍高外,其他情況下均低或不存在。但剪葉或粘葉處理下的SPAD值累消量無明顯的變化趨勢。
Matsuo等[21]報(bào)道了水稻葉片兩側(cè)不對(duì)稱性的情況,表明葉片一側(cè)較另一側(cè)寬些。Chen等[22]指出,水稻葉片兩側(cè)厚度存在 27.6%~46.0%的差異。Yuan 等[23]研究表明,水稻寬側(cè)較窄側(cè)厚度高出24.5%,且寬側(cè)寬度較窄側(cè)高出17.0%,窄側(cè)的單位質(zhì)量氮含量、單位面積氮含量和SPAD值均比寬側(cè)的高,窄側(cè)比寬側(cè)保持有更高的氮素營養(yǎng),推測葉片兩側(cè)存在光合速率的差異。李杰等[24]發(fā)現(xiàn),水稻葉片兩側(cè)存在一側(cè)較為光滑,一側(cè)較為粗糙,劍葉光滑面的SPAD值高于粗糙面,且粗糙面具有較高的SPAD值環(huán)比增長率絕對(duì)值。此外,造成劍葉兩側(cè)光滑粗糙感的不同,主要是兩側(cè)側(cè)脈凹凸?fàn)顩r和上下表皮組織的差異,而直觀上,光滑側(cè)窄于粗糙側(cè)。本研究表明,劍葉光滑側(cè)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)高于粗糙側(cè),但限于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的局限,未能表明這種差異達(dá)到一致的顯著性,亦未能對(duì)其貢獻(xiàn)度實(shí)現(xiàn)量化。另外,光身稻葉片光滑[25],其劍葉主脈兩側(cè)是否存在相似情況,還有待比較。
水稻劍葉是最靠近稻穗的高效功能葉,亦是株型的重要構(gòu)成部分,決定了光合作用面積和光能利用率,對(duì)于提高成穗率和促進(jìn)籽粒灌漿,增加水稻籽粒產(chǎn)量起著極其重要的作用[26]。SPAD值表示葉綠素的相對(duì)含量,與稻株含氮量存在同步變化[27],可以用于診斷水稻氮素營養(yǎng)狀況[28]。柳開樓等[29]以SPAD值大小表示氮素含量高低,分析不同施肥量對(duì)水稻生長的影響,同時(shí)分析了劍葉SPAD值與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系,表明一定移栽期時(shí)的劍葉SPAD值可以用來評(píng)估水稻產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明,劍葉粗糙側(cè)較光滑側(cè)具有較高的SPAD值變化,大體上處理光滑側(cè)留下粗糙側(cè)相對(duì)對(duì)照的SPAD值累增量較處理粗糙側(cè)的高,其相對(duì)自身上一次測定的SPAD值的累增量也較處理粗糙側(cè)留下光滑側(cè)的高些,特別是剪斷光滑側(cè)的處理表現(xiàn)較為明顯。結(jié)合籽??傎|(zhì)量來看,直觀上,粗糙側(cè)需付出較大的努力才能維持籽粒產(chǎn)量水平。本研究欲以SPAD值的累增量和累消量間接分析氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)、分配情況,但考慮到氮素轉(zhuǎn)運(yùn)以及光合效率的不同等均可能造成光滑側(cè)與粗糙側(cè)對(duì)籽粒產(chǎn)量影響的不同,而放棄了這種嘗試。
本研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)了剪葉和粘葉兩種劍葉處理方法,前者對(duì)劍葉的損傷程度明顯強(qiáng)于后者,對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響亦應(yīng)高于后者,但兩者的籽粒總質(zhì)量未達(dá)到顯著差異。另外,處理間結(jié)實(shí)率亦未表現(xiàn)顯著差異。分析原因可能與試驗(yàn)設(shè)計(jì)和植物體自動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)。本試驗(yàn)對(duì)劍葉的處理時(shí)間較遲,且未對(duì)倒2葉、倒3葉進(jìn)行處理;對(duì)劍葉一側(cè)進(jìn)行處理極可能會(huì)促進(jìn)另一側(cè),以及倒2葉,甚至倒3葉相應(yīng)生理生化作用的加強(qiáng)。這可以進(jìn)一步解釋,對(duì)照籽??傎|(zhì)量大部分低于處理籽??傎|(zhì)量,準(zhǔn)兩優(yōu)527處理下的粒重葉長比高于對(duì)照以及剪斷光滑側(cè)后粗糙側(cè)SPAD值發(fā)生明顯變化等情況。
本研究表明,水稻劍葉主脈兩側(cè)對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響存在差異,光滑側(cè)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)高于粗糙側(cè)。在避免倒2葉、倒3葉以及倒4葉補(bǔ)償?shù)臈l件下,會(huì)更好地得出兩者對(duì)籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率大小情況。