楊宇塵 杜志敏 張小鵬 李坤譯 沈家琪 徐 海

（1沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北水稻生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實驗室/北方超級粳稻育種教育部重點(diǎn)實驗室/遼寧省北方粳稻遺傳育種重點(diǎn)實驗室，110866，遼寧沈陽；2黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院水稻研究所，150038，黑龍江哈爾濱）

茉莉酸甲酯（MeJA）是茉莉酸類化合物（JAs）的一種重要衍生物，參與植物的生長發(fā)育過程和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，具有脅迫防御和增強(qiáng)植物抗蟲性等作用[1-2]。MeJA可有效促進(jìn)水稻開花，在調(diào)控父母本花時相遇和提高制種產(chǎn)量上有重要作用。曾曉春等[3]以2份秈稻和2份粳稻為試驗材料，將稻穗浸入4mmol/L MeJA溶液中，首次發(fā)現(xiàn)MeJA可使水稻穎花提前開放。王義[4]以水稻不育系II32A和珍汕97A為試驗材料，對其在MeJA溶液處理下各日的開花分布進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)2個品種在MeJA處理后花時顯著提前。閆志強(qiáng)等[5]利用6個典型秈稻和6個粳稻品種研究了不同品種花時性狀響應(yīng)不同濃度MeJA處理的敏感性差異，發(fā)現(xiàn)粳稻花時對MeJA的響應(yīng)不如秈稻敏感。秈稻花時早，粳稻花時遲，MeJA最宜施用在粳型親本上。當(dāng)前針對MeJA對水稻開花的影響研究較多，但關(guān)于MeJA對粳稻產(chǎn)量和米質(zhì)的影響鮮有報道。本試驗以遼寧稻區(qū)不同年代的主栽品種北粳1號、沈稻6號、遼粳9號和豐錦為試驗材料，于抽穗開花期噴施不同濃度的MeJA，研究MeJA對粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為水稻生產(chǎn)上正確施用MeJA提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為4個在遼寧稻區(qū)具有代表性的粳稻品種，分別是北粳1號、沈稻6號、遼粳9號和豐錦。茉莉酸甲酯（MeJA）訂購于Sigma-Aldrich公司，純度≥95%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗材料于2018年種植于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗田，于4月21日播種，5月20日移栽。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，設(shè)4個MeJA濃度處理：0（對照，CK）、4、8、16mmol/L。每個處理種植3行，每行10株，單本插秧，行距30cm，株距13.3cm。其他栽培管理同生產(chǎn)田一致。每個品種抽穗達(dá)50%時噴施MeJA，具體時間為各品種抽穗期當(dāng)日17∶00。為防止不同處理間溶液混雜，噴施的時候不同處理行間用塑料布隔開。

1.3 測定項目與方法

成熟期每個小區(qū)取長勢中等的5株植株，帶回室內(nèi)考種。余下材料按不同處理分別收割，全部脫粒測產(chǎn)，所有種子裝入紗網(wǎng)袋，在室內(nèi)常溫下存放3個月后測定稻米品質(zhì)。

1.3.1 穗部性狀調(diào)查 調(diào)查記錄每個小區(qū)所取5株所有穗的一次枝梗數(shù)，按眾數(shù)取其中10穗分別考察穗長、一次和二次枝梗數(shù)、一次和二次枝梗實粒數(shù)和秕粒數(shù)，分別計算一次和二次枝梗結(jié)實率、總結(jié)實率、千粒重、著粒密度和穗型指數(shù)（二次枝梗粒數(shù)最多的一次枝梗所在穗軸節(jié)位與一次枝粳數(shù)之比）等[6]。

1.3.2 稻米品質(zhì)的測定 依照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17891-1999優(yōu)質(zhì)稻谷》，利用日本YAMAMOTO公司生產(chǎn)的FC2K型糙米機(jī)和VP-32型精米機(jī)碾磨測定加工品質(zhì)，利用日本SHIZUOKA公司生產(chǎn)的ES-1000大米外觀品質(zhì)判別儀測定外觀品質(zhì)，利用日本靜岡制機(jī)株式會社生產(chǎn)的QS-4000型高精度近紅外線食味分析儀測定營養(yǎng)品質(zhì)與食味品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 12.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用Excel 2013軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度MeJA處理對粳稻產(chǎn)量性狀的影響

由圖1可知，MeJA處理可使粳稻的產(chǎn)量明顯降低。隨著MeJA濃度的升高，4個粳稻品種產(chǎn)量均有不同程度的降低，且濃度越高，產(chǎn)量降低的幅度越大。北粳1號低濃度處理與CK產(chǎn)量差異不顯著，中、高濃度處理與CK差異極顯著；沈稻6號、遼粳9號和豐錦各濃度處理與CK產(chǎn)量差異極顯著，遼粳9號各濃度處理間差異顯著，沈稻6號低、中濃度處理間差異不顯著，豐錦中、高濃度處理間差異不顯著。

圖1 不同濃度MeJA對4個粳稻品種產(chǎn)量的影響Fig.1 Influence of different concentrations of MeJA on yields of four japonica rice cultivars

由圖2可知，噴施MeJA可顯著降低粳稻結(jié)實率，且隨著MeJA濃度的升高，4個粳稻品種結(jié)實率均有不同程度的下降。北粳1號低濃度處理結(jié)實率與CK差異不顯著，中、高濃度處理與CK差異極顯著；沈稻6號、遼粳9號和豐錦各濃度處理與CK結(jié)實率差異均達(dá)極顯著水平，沈稻6號低、中濃度處理間差異不顯著，遼粳9號和豐錦中、高濃度處理間差異不顯著。

圖2 不同濃度MeJA處理對4個粳稻品種結(jié)實率的影響Fig.2 Influence of different concentrations of MeJA on seed-setting rates of four japonica rice cultivars

由圖3可知，MeJA對粳稻有效穗數(shù)無明顯影響。各濃度MeJA處理下，4個粳稻品種的有效穗數(shù)與對照差異均未達(dá)到顯著水平。

圖3 不同濃度MeJA處理對4個粳稻品種有效穗數(shù)的影響Fig.3 Influence of different concentrations of MeJA on panicle numbers of four japonica rice cultivars

由圖4可知，MeJA對粳稻千粒重?zé)o明顯影響。各濃度MeJA處理下，4個粳稻品種的千粒重與CK間差異均未達(dá)到顯著水平。

圖4 不同濃度MeJA處理對4個粳稻品種千粒重的影響Fig.4 Influence of different concentrations of MeJA on 1000-grain weight of four japonica rice cultivars

由圖5可知，噴施MeJA對粳稻穗粒數(shù)無明顯影響，在MeJA各濃度處理下4個粳稻品種的穗粒數(shù)與CK間差異均未達(dá)到顯著水平。

圖5 不同濃度MeJA處理對4個粳稻品種穗粒數(shù)的影響Fig.5 Influence of different concentrations of MeJA on grains per panicle of four japonica rice cultivars

2.2 不同濃度MeJA處理對粳稻穗部性狀的影響

由表1可知，噴施MeJA對4個粳稻品種一次枝梗結(jié)實率有顯著影響。北粳1號對MeJA相對不敏感，僅高濃度處理下一次枝梗結(jié)實率顯著小于對照，其余處理與CK差異均不顯著；沈稻6號各濃度處理下一次枝梗結(jié)實率與CK均差異顯著，低、中濃度處理間差異不顯著；各濃度處理下遼粳9號的一次枝梗結(jié)實率與CK均差異顯著，處理間差異亦達(dá)到顯著水平；各濃度處理下豐錦的一次枝梗結(jié)實率均與CK差異極顯著，處理間差異達(dá)到顯著水平。MeJA對4個粳稻二次枝梗結(jié)實率有顯著的負(fù)向調(diào)控效應(yīng)。各濃度處理下各粳稻品種二次枝梗結(jié)實率與對照均呈極顯著差異，且隨著MeJA濃度的升高，各粳稻品種二次枝梗結(jié)實率下降幅度增大。北粳1號和沈稻6號各濃度處理間差異不顯著；遼粳9號和豐錦各濃度處理間大部分差異顯著，低濃度處理與中濃度處理間差異極顯著，中濃度處理與高濃度處理間差異不顯著。不同濃度MeJA處理下，4個粳稻品種的一次枝梗數(shù)和二次枝梗數(shù)變化大多不顯著。各濃度處理的穗長、著粒密度和穗型指數(shù)與CK間差異均不顯著。

表1 不同濃度MeJA處理對4個粳稻品種穗部性狀的調(diào)控效果Table 1 Differences of regulation effects of different concentrations of MeJA on panicle traits of four japonica rice cultivars

2.3 不同濃度MeJA處理對粳稻稻米品質(zhì)的影響

由表2可知，MeJA對粳稻加工品質(zhì)存在負(fù)向效應(yīng)。隨著MeJA處理濃度的升高，各項加工品質(zhì)均降低。除低濃度處理與CK之間的糙米率、精米率差異未達(dá)到顯著水平外，中、高濃度處理糙米率、精米率與CK間均差異顯著。與CK相比，北粳1號和遼粳9號的糙米率在高濃度處理下顯著下降，豐錦的糙米率和精米率在中濃度處理下極顯著下降，高濃度處理下各粳稻整精米率與CK間差異極顯著。MeJA對粳稻外觀品質(zhì)無顯著影響。各濃度處理下粳稻堊白度和堊白粒率與CK間無顯著差異，且各處理間差異均不顯著。MeJA對粳稻食味品質(zhì)有顯著影響。MeJA對粳稻蛋白質(zhì)含量具有正向調(diào)控效應(yīng)，對直鏈淀粉含量和食味值存在負(fù)向調(diào)控效應(yīng)。粳稻蛋白質(zhì)含量隨MeJA處理濃度的升高而增加，各濃度處理蛋白質(zhì)含量均顯著高于CK，處理間差異顯著；直鏈淀粉含量和食味值均隨MeJA處理濃度的升高而下降，各濃度處理與CK均有顯著差異，處理間差異大部分達(dá)到顯著水平。

表2 不同濃度MeJA處理對4個粳稻稻米品質(zhì)的影響Table 2 Influence of different concentrations of MeJA on grain quality traits of four japonica rice cultivars

3 討論

MeJA作為一種新型植物激素，近年來成為植物外源激素研究的熱點(diǎn)。MeJA具有使秈、粳稻提前開花的效應(yīng)，在雜交稻制種生產(chǎn)中大量應(yīng)用。秈稻花時一般早于粳稻[2-3]，為使秈和粳親本間花時相遇，MeJA只施用于粳型親本。Kobayasi等[7]研究發(fā)現(xiàn)，于水稻抽穗期施用MeJA會引起稻穗不育，分析原因是MeJA誘導(dǎo)了原本于第2天開放的穎花提前開放。提前開放的穎花有可能因為花器發(fā)育尚未完全而導(dǎo)致受精不良，引起結(jié)實率顯著下降。Chung等[8]利用分子生物技術(shù)手段，將擬南芥中AtJMT基因轉(zhuǎn)入水稻中，使其過表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與野生型對照相比，幼穗中MeJA和脫落酸（ABA）含量顯著增加，最終導(dǎo)致水稻產(chǎn)量大幅下降，而非轉(zhuǎn)基因組在干旱脅迫處理下，MeJA和ABA含量亦顯著提高，其原因是小穗數(shù)量和籽粒充實度顯著下降。本試驗結(jié)果中，沈稻6號、遼粳9號和豐錦在不同濃度MeJA處理下結(jié)實率與CK間均差異顯著，北粳1號在中和高濃度MeJA處理下結(jié)實率與對照間差異顯著，基本與上述研究結(jié)果相互印證。

水稻籽粒灌漿受多種內(nèi)源激素調(diào)控，Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，水稻籽粒中細(xì)胞分裂素含量可正向調(diào)控弱勢粒的灌漿速率及粒重；王志琴等[10]研究發(fā)現(xiàn)，ABA可以緩解逆境脅迫對水稻生長的抑制，具體為通過調(diào)節(jié)水稻籽粒灌漿過程中蔗糖轉(zhuǎn)化為淀粉的相關(guān)酶活性和調(diào)控基因表達(dá)來緩解干旱脅迫對籽粒灌漿的影響；杜彥修等[11]于水稻開花前5d噴施3種外源激素ABA、赤霉素（GA3）和PR1（復(fù)配的化學(xué)調(diào)控劑），結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種處理下水稻的強(qiáng)和弱勢粒千粒重和充實度都顯著提高。下一步試驗，考慮將MeJA與CTK、BR等激素混施，在充分發(fā)揮MeJA調(diào)控花時的前提下，減輕其不利影響。

在雜交水稻育種生產(chǎn)實踐中，“粳不秈恢”已成為雜交水稻生產(chǎn)上比較固定的雜交組合模式，然而其制種時父母本嚴(yán)重的花時不遇，使制種產(chǎn)量始終無法得到有效的提升[12-13]。本研究表明，高濃度MeJA處理對粳稻的產(chǎn)量和品質(zhì)均有不利影響，建議育種者轉(zhuǎn)換思路，培育“粳恢秈不”組合，將MeJA用于粳型恢復(fù)系，既能促進(jìn)秈粳親本花時相遇，增加制種產(chǎn)量，又有效規(guī)避了雜交種產(chǎn)量和品質(zhì)上的損失。

本試驗利用4個粳稻品種在沈陽地區(qū)種植，試驗結(jié)論有一定的局限性。下一步可細(xì)化MeJA的濃度梯度，并適當(dāng)增加試驗品種，如其他省份的主栽品種、不育系和恢復(fù)系等，以探究哪些品種的產(chǎn)量和品質(zhì)對MeJA的響應(yīng)相對鈍感，負(fù)面效應(yīng)相對更低，并結(jié)合現(xiàn)代分子生物技術(shù)手段，對MeJA誘導(dǎo)粳稻稻米品質(zhì)降低的分子機(jī)制進(jìn)行深入探討。

4 結(jié)論

噴施MeJA可顯著降低粳稻產(chǎn)量。4個粳稻品種產(chǎn)量均隨MeJA濃度的升高顯著下降，MeJA對產(chǎn)量結(jié)構(gòu)因素中的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重影響不顯著，但對結(jié)實率影響顯著。進(jìn)一步考察穗部性狀發(fā)現(xiàn)，4個粳稻品種一次枝梗結(jié)實率和二次枝梗結(jié)實率均隨MeJA濃度的升高呈極顯著下降趨勢，其余穗部性狀差異均不顯著。MeJA對粳稻稻米品質(zhì)性狀存在負(fù)向效應(yīng)，與對照相比，粳稻精米率和整精米率均顯著下降，但堊白度和堊白粒率差異不顯著，粳稻直鏈淀粉含量和食味值均顯著下降，蛋白質(zhì)含量顯著提高。