黃友明，曾曉春

（宜春學(xué)院 生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西 宜春 336000）

【研究意義】在水稻生產(chǎn)尤其是在雜交水稻制種中，穎花關(guān)閉同穎花開(kāi)放一樣是非常重要的過(guò)程，都直接影響著水稻種子的產(chǎn)量和質(zhì)量。水稻抽穗開(kāi)花期，不可避免地會(huì)遭遇各種逆境脅迫，如高溫、干旱、雨淋、機(jī)械損傷、病害、蟲(chóng)害、鹽害和干熱風(fēng)等，嚴(yán)重影響開(kāi)放穎花的開(kāi)閉；不育系穎花普遍存在閉穎慢、開(kāi)閉歷時(shí)過(guò)長(zhǎng)、關(guān)閉不嚴(yán)、甚至不閉穎等現(xiàn)象。導(dǎo)致結(jié)實(shí)率降低、裂穎率升高和子房發(fā)育異常出現(xiàn)子粒畸形，嚴(yán)重降低種子產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。通過(guò)選擇花時(shí)相近的不育系和恢復(fù)系配組、選育開(kāi)花習(xí)性良好的不育系、采取科學(xué)合理的栽培與化學(xué)調(diào)控技術(shù)措施，雜交水稻制種中父母本花時(shí)不遇的問(wèn)題已得到相當(dāng)程度的解決。然而，水稻雜交制種中不育系開(kāi)放穎花的關(guān)閉障礙又成為目前生產(chǎn)上新的瓶頸和“卡脖子”問(wèn)題，嚴(yán)重降低雜交種子的產(chǎn)量和雜種質(zhì)量。因此，研究水稻穎花關(guān)閉啟動(dòng)因子、影響因素、關(guān)閉機(jī)理以及物理化學(xué)調(diào)控方法勢(shì)在必行?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】要調(diào)控水稻穎花關(guān)閉，就必須對(duì)穎花開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)過(guò)程有清晰的認(rèn)識(shí)。水稻穎花開(kāi)閉和植物氣孔開(kāi)閉類似，都屬于膨脹性運(yùn)動(dòng)；它們都由細(xì)胞的膨壓變化引起；在一天的特定時(shí)間發(fā)生，存在一定的節(jié)律性；一定程度上都響應(yīng)諸如機(jī)械損傷、光強(qiáng)或溫度的變化等外來(lái)刺激[2]。黃友明等[3]研究發(fā)現(xiàn)，水稻穎花的開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷了內(nèi)外穎夾角逐漸增大期（開(kāi)穎）、內(nèi)外穎最大夾角保持期（穎花開(kāi)放）、內(nèi)外穎夾角逐漸縮小期（閉穎）和內(nèi)外穎夾角最小期（穎花關(guān)閉）4個(gè)截然不同的階段。這種明確的劃分可知“開(kāi)穎”和“閉穎”是既相對(duì)獨(dú)立又互相聯(lián)系的不同過(guò)程。受植物葉片內(nèi)CO2分壓與氣孔開(kāi)閉關(guān)系的啟發(fā)[4-5]，王忠等[6]研究發(fā)現(xiàn)，水稻成熟穎花開(kāi)放前，呼吸增強(qiáng)，穎腔內(nèi)CO2濃度達(dá)5%左右。若把稻穗置于5%以上的CO2氣體或浸沒(méi)于pH5.6的CO2水溶液，成熟穎花將迅速開(kāi)放。由于CO2對(duì)花絲伸長(zhǎng)、柱頭外露、花藥開(kāi)裂及花粉活力均無(wú)顯著影響，故CO2促進(jìn)水稻成熟穎花開(kāi)放技術(shù)已應(yīng)用于雜交水稻制種，能顯著提高異交結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量[2,7-8]。

【本研究切入點(diǎn)】成熟穎腔內(nèi)CO2濃度升高是啟動(dòng)穎花開(kāi)放的重要因子。然而內(nèi)外穎開(kāi)裂后穎腔內(nèi)CO2濃度迅速降低，穎腔內(nèi)低濃度CO2是穎花關(guān)閉的啟動(dòng)信號(hào)嗎？如果繼續(xù)維持穎腔內(nèi)較高濃度CO2，是否抑制穎花關(guān)閉呢？【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在對(duì)水稻穎花開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)以及CO2對(duì)成熟穎花開(kāi)放效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，本文擬開(kāi)展CO2濃度對(duì)水稻穎花關(guān)閉影響的研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試劑

以可育水稻贛早538、萍恢141、華占和不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A、岳4A 為材料（均為生產(chǎn)上廣泛使用，且不育系材料穎花閉合慢，大量穎花關(guān)閉不嚴(yán)，甚至不關(guān)閉，裂穎現(xiàn)象非常嚴(yán)重），常規(guī)栽培管理于宜春學(xué)院基地（地力1 級(jí)，土壤剖面結(jié)構(gòu)為A-P-W-C，水型為潴育型，粘壤土，電力排灌良好；有機(jī)質(zhì)3.5%，全氮0.22%，有效磷7.6 mg/kg，速效鉀96 mg/kg，陽(yáng)離子交換量19.5 cmol(+)/kg，pH6.8）。CO2空氣混合氣由盛富萊銳鋒氣體有限公司提供。

1.2 處理方法

1.2.1 處理裝置 試驗(yàn)裝置（圖1）由分離式的底座和玻璃罩組成，底座四周設(shè)凹槽，能與玻璃罩的4 個(gè)面緣蓋住時(shí)相吻合。玻璃罩由厚度為9 mm的普通玻璃制成，長(zhǎng)、寬、高分別為40，25，50 cm的長(zhǎng)方體，其底面不封玻璃，可蓋在底座上，進(jìn)氣口設(shè)置在玻璃罩窄面距下邊3 cm 處，出氣口則設(shè)在進(jìn)氣口的對(duì)側(cè)面距上邊3 cm處，進(jìn)氣口和出氣口都安裝閥門(mén)。試驗(yàn)時(shí)先把稻穗插入盛清水的三角瓶中，再把三角瓶置于底座上，蓋好玻璃罩，然后底座上的凹槽注清水密封。連接充氣口與15.5 Mpa，40 L 的儲(chǔ)氣鋼瓶，調(diào)節(jié)氣壓3.5 Mpa，氣流1 L/min，打開(kāi)充氣口和出氣口閥門(mén)。

圖1 CO2濃度對(duì)水稻穎花關(guān)閉的影響試驗(yàn)裝置Fig.1 Testing apparatus for the influences of CO2 concentration on spikelets closure in rice

1.2.2 處理方法 水稻穎花的開(kāi)閉受環(huán)境因子影響較大，顧蘊(yùn)潔等[9]研究發(fā)現(xiàn)，35～40 ℃的溫度，含量大于5% CO2的氣體和飽和CO2的水溶液能顯著促進(jìn)開(kāi)穎，低溫、呼吸抑制劑抑制穎花開(kāi)閉。黃友明等[3]也研究發(fā)現(xiàn)，水稻已開(kāi)穎花的關(guān)閉存在溫度“三基點(diǎn)”效應(yīng)，35～40 ℃最適于穎花關(guān)閉，高于45 ℃或低于20 ℃對(duì)穎花關(guān)閉均不利。因此在水稻抽穗開(kāi)花盛期選擇日平均氣溫30 ℃以上，且日平均相對(duì)濕度65% RH 以上的晴天進(jìn)行試驗(yàn)。于稻株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的田塊，試驗(yàn)前1～2 d 觀察穎花開(kāi)閉習(xí)性，確定穎花開(kāi)放時(shí)間。試驗(yàn)當(dāng)天，在穎花開(kāi)放前約10 min，隨機(jī)剪取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的成熟稻穗（穗頂部少許穎花已開(kāi)閉，中下部穎花在試驗(yàn)當(dāng)天會(huì)大量開(kāi)閉且完全抽出的稻穗），迅速插入盛清水的三角瓶中，每瓶3 穗，再將三角瓶置于上述裝置底座上，每裝置3 瓶即9 穗為1 個(gè)樣本，然后迅速蓋好玻璃罩，同時(shí)底座上的凹槽注滿清水密封。待內(nèi)外穎開(kāi)裂后（噴施1 mmol/L MeJA 使成熟穎花集中開(kāi)放，但MeJA 對(duì)穎花關(guān)閉無(wú)影響）立即連接充氣口與15.5 Mpa 40 L 的儲(chǔ)氣鋼瓶，調(diào)節(jié)氣壓3.5 Mpa，氣流1 L/min，打開(kāi)充氣口和出氣口閥門(mén)。試驗(yàn)分0%、0.03%、2%、5%、10%和15%CO2空氣混合壓縮氣6 個(gè)處理。0% CO2處理即試驗(yàn)裝置內(nèi)放置1 個(gè)盛50 mL、10% NaOH 溶液的100 mL 燒杯，再充壓縮空氣；0.03% CO2處理即試驗(yàn)裝置內(nèi)充壓縮空氣；2% CO2處理即試驗(yàn)裝置內(nèi)充2% CO2空氣混合壓縮氣，以下處理類推。分3 d 重復(fù)試驗(yàn)3 次。

1.3 穎花關(guān)閉率動(dòng)態(tài)及開(kāi)閉歷時(shí)的測(cè)定

閉穎率動(dòng)態(tài)：以每處理的9個(gè)稻穗作為觀察統(tǒng)計(jì)對(duì)象，從當(dāng)天開(kāi)放的穎花關(guān)閉第1朵時(shí)開(kāi)始（0 min），每30 min 累計(jì)統(tǒng)計(jì)當(dāng)天開(kāi)放穎花的關(guān)閉總數(shù)，直到當(dāng)天開(kāi)放穎花不再關(guān)閉為止。以各時(shí)間點(diǎn)累計(jì)關(guān)閉的穎花總數(shù)占試驗(yàn)當(dāng)天開(kāi)放穎花總數(shù)的百分?jǐn)?shù)（%）為穎花關(guān)閉率。

穎花開(kāi)閉歷時(shí)：從內(nèi)外穎始裂到內(nèi)外穎夾角不再縮小所經(jīng)歷的時(shí)間為穎花開(kāi)閉歷時(shí)。同樣以每處理的9 個(gè)稻穗作為觀察統(tǒng)計(jì)對(duì)象。隨機(jī)選擇試驗(yàn)當(dāng)天開(kāi)放的穎花50 朵，觀察記錄內(nèi)外穎始裂和內(nèi)外穎夾角不再縮小的時(shí)刻。計(jì)算出單朵穎花開(kāi)閉歷時(shí)以及50朵穎花開(kāi)閉歷時(shí)的平均值。

1.4 穎花開(kāi)閉過(guò)程中穎花胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化

采用便攜式AS.02-LCI-SD 光合儀[選擇窗口面積為5.8 cm2的窄葉室，設(shè)置CO2濃度為385 μL/L，光通量密度為800～1 000 μmol/（m2·s），溫度為34～38 ℃的閉路]，分別獨(dú)立測(cè)試開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h、內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)、內(nèi)外穎夾角最大時(shí)、內(nèi)外穎合攏時(shí)和閉穎后0.5 h 6個(gè)時(shí)間點(diǎn)的完整穎花。每個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別取10 朵穎花作為一個(gè)樣本，單層平整排滿葉室，測(cè)定穎花胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率(Tr)。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

穎花關(guān)閉率、開(kāi)閉歷時(shí)、Ci、Gs和Tr均以3 次重復(fù)試驗(yàn)的平均值采用Excel 軟件制作成柱形圖，并對(duì)重復(fù)試驗(yàn)作標(biāo)準(zhǔn)誤差分析。穎花開(kāi)閉歷時(shí)、Ci、Gs和Tr經(jīng)F檢驗(yàn)后用SSR法對(duì)各平均值進(jìn)行多重比較，作出統(tǒng)計(jì)推斷，比較結(jié)果用標(biāo)記字母法表示，標(biāo)注在柱形圖的上端，小寫(xiě)字母a、b、c 表示差異顯著（P＜0.05），大寫(xiě)字母A、B、C表示差異極顯著（P＜0.01）。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2對(duì)可育水稻穎花關(guān)閉的效應(yīng)

圖2L、圖3L 和圖4L 分別顯示可育水稻贛早538、萍恢141 和華占內(nèi)外穎剛開(kāi)裂的穎花經(jīng)不同濃度CO2處理后，穎花關(guān)閉率均隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大。在當(dāng)天開(kāi)放的穎花關(guān)閉第1朵后30 min和60 min，穎花關(guān)閉率差異非常明顯，均是5% CO2處理最高。到90 min 時(shí)，贛早538 穎花關(guān)閉率，雖仍為5% CO2處理最高，但各處理間差異不大；萍恢141和華占穎花關(guān)閉率，5%、10%、15% CO2處理均達(dá)到100%，其他處理也接近100%，差異不大。到了120 min時(shí)，各處理間無(wú)差異，穎花關(guān)閉率均為100%。

圖2R、圖3R 和圖4R 分別顯示可育水稻贛早538、萍恢141 和華占穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)。較0% CO2處理，2%、5%、10%、15% CO2處理贛早538，穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)依次縮短15.08，25.81，24.04，24.71 min，分別達(dá)19.82%、33.92%、31.60%和32.48%。處理萍恢141 依次縮短11.37，23.56，21.35，21.51 min，分別達(dá)14.63%、30.31%、27.47%和27.67%。處理華占依次縮短14.24，22.11，18.83，21.91 min，分別達(dá)17.76%、27.58%、23.48%、27.33%。穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)經(jīng)F檢驗(yàn)后，均為P＜0.01。各試驗(yàn)材料0%和0.03% CO2處理間均無(wú)差異顯著性，5%、10%、15% CO2處理間也均無(wú)差異顯著性，對(duì)于贛早538 和萍恢141 穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)，5%、10%、15% CO2處理均極顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理，而對(duì)于華占穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)，5%和15% CO2處理均極顯著短于2% CO2處理，10% CO2處理顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理。

圖2 CO2濃度對(duì)水稻贛早538穎花關(guān)閉的影響Fig.2 Influence of CO2 concentration on spikelet closure in fertile rice of Ganzao 538

圖3 CO2濃度對(duì)水稻萍恢141穎花關(guān)閉的影響Fig.3 Influence of CO2 concentration on spikelet closure in fertile rice of Pinghui 141

圖4 CO2濃度對(duì)水稻華占穎花關(guān)閉的影響Fig.4 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in fertile rice of Huazhan

表明2%～15% CO2處理可加快贛早538、萍恢141 和華占已開(kāi)穎花的關(guān)閉進(jìn)程，縮短穎花開(kāi)閉歷時(shí)，對(duì)穎花關(guān)閉起促進(jìn)效應(yīng)，此效應(yīng)的最佳濃度為5%。

2.2 CO2對(duì)不育系水稻穎花關(guān)閉的效應(yīng)

圖5L、圖6L和圖7L分別顯示不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A 和岳4A 內(nèi)外穎剛開(kāi)裂的穎花經(jīng)不同濃度CO2處理后，穎花關(guān)閉率均隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大和隨時(shí)間延長(zhǎng)各處理間的差異逐漸縮小，但即使到最后仍然均達(dá)不到100%。不同試驗(yàn)材料和不同處理之間，在各觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)的穎花關(guān)閉率高低排序略微有些差別：對(duì)于珍汕97A，5% CO2處理一直最高，然后依次是10%、15%和2% CO2處理，而0%和0.03% CO2處理之間差異不明顯，均較前述處理要低；對(duì)于博優(yōu)A，除60 min 觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)外，也是5% CO2處理最高；對(duì)于岳4A，除60 min和90 min觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)外，也是5% CO2處理最高。

圖5R、圖6R 和圖7R 分別顯示不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A 和岳4A 穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)。較0% CO2處理，2%、5%、10%和15% CO2處理珍汕97A，穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)依次縮短19.3，40.1，30.2，29.7 min，分別達(dá)12.00%、24.94%、18.78%和18.47%；處理博優(yōu)A 依次縮短38，72.8，54.5，56.4 min，分別達(dá)18.88%、36.16%、27.07%和28.02%；處理岳4A 依次縮短20.1，50.7，33.5，31.4 min，分別達(dá)11.11%、28.03%、18.52%和17.36%。穎花平均開(kāi)閉歷時(shí)經(jīng)F檢驗(yàn)，珍汕97A 和岳4A 各處理間0.01＜P＜0.05，博優(yōu)A 各處理間P＜0.01。統(tǒng)計(jì)分析得出：對(duì)于珍汕97A，0%和0.03% CO2處理間無(wú)差異顯著性，5%、10%和15% CO2處理間也無(wú)差異顯著性，但5%、10%和15% CO2處理的穎花開(kāi)閉歷時(shí)均極顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理。對(duì)于博優(yōu)A 和岳4A，0%和0.03% CO2處理間無(wú)差異顯著性，10%和15% CO2處理間也無(wú)差異顯著性，但5% CO2處理極顯著短于10%和15% CO2處理，10%和15% CO2處理極顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理。

圖5 CO2濃度對(duì)不育系水稻珍汕97A穎花關(guān)閉的影響Fig.5 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in sterile rice of Zhenshan 97A

圖6 CO2濃度對(duì)不育系水稻博優(yōu)A穎花關(guān)閉的影響Fig.6 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in sterile rice of Boyou A

圖7 CO2濃度對(duì)不育系水稻岳4A穎花關(guān)閉的影響Fig.7 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in sterile rice of Yue 4A

表明CO2處理可加快不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A 和岳4A 已開(kāi)穎花的關(guān)閉進(jìn)程，提高穎花關(guān)閉率，縮短穎花開(kāi)閉歷時(shí)，對(duì)穎花關(guān)閉起促進(jìn)效應(yīng)，此效應(yīng)的最佳濃度為5% CO2。

2.3 穎花開(kāi)閉過(guò)程中穎花胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化

穎花開(kāi)閉過(guò)程中穎花胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的測(cè)定，穎花取樣參照預(yù)備試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行：萍恢141開(kāi)穎前1.0 h和開(kāi)穎前0.5 h的絲穎比[花絲（含花藥）長(zhǎng)度與穎腔長(zhǎng)度之比]分別約為0.70和0.73，從內(nèi)外穎開(kāi)裂到其夾角最大（約23.7°）經(jīng)歷約4.3 min，并持續(xù)最大夾角約11.5 min。珍汕97A開(kāi)穎前1.0 h和開(kāi)穎前0.5 h 的絲穎比分別約為0.76 和0.83，從內(nèi)外穎開(kāi)裂到其夾角最大（約28.6°）經(jīng)歷約7.8 min，并持續(xù)最大夾角約23.2 min。

圖8L 和圖8R 分別顯示萍恢141 和珍汕97A 穎花自然開(kāi)閉過(guò)程中穎花胞間CO2濃度（Ci）的變化，對(duì)各時(shí)間點(diǎn)Ci值進(jìn)行F檢驗(yàn)，均符合0.01＜P＜0.05。

圖8 穎花開(kāi)閉過(guò)程中穎花胞間CO2濃度的變化Fig.8 The variation of spikelet Ci in the process of spikelets opening and closing

萍恢141穎花Ci值從開(kāi)穎前0.5 h至內(nèi)外穎夾角最大時(shí)逐漸增大，然后逐漸降低；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Ci值最大，較內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)高21.27%，較內(nèi)外穎合攏時(shí)高12.59%；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Ci極顯著高于開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h、內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)和閉穎后0.5 h，顯著高于內(nèi)外穎合攏時(shí)。珍汕97A 穎花Ci值從開(kāi)穎前1.0 h 至內(nèi)外穎合攏時(shí)逐漸增大，然后降低；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Ci值較內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)高5.72%，較內(nèi)外穎合攏時(shí)低10.78%；內(nèi)外穎合攏時(shí)Ci極顯著高于開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h、內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)和閉穎后0.5 h，顯著高于內(nèi)外穎夾角最大時(shí)。

圖9L 和圖9R 分別顯示萍恢141 和珍汕97A 穎花自然開(kāi)閉過(guò)程中穎花氣孔導(dǎo)度（Gs）的變化，對(duì)各時(shí)間點(diǎn)Gs值進(jìn)行F檢驗(yàn)，均符合P＜0.01。萍恢141Gs值從開(kāi)穎前1.0 h至內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)逐漸降低，但在內(nèi)外穎夾角最大時(shí)急劇升高并達(dá)最高，然后又逐漸降低，在內(nèi)外穎合攏時(shí)達(dá)最低，閉穎后0.5 h又略有上升并達(dá)到穩(wěn)定；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Gs值較內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)升高52.63%，較內(nèi)外穎合攏時(shí)高81.25%；開(kāi)穎前1.0 h和內(nèi)外穎夾角最大時(shí)的Gs值，彼此之間無(wú)差異顯著性，但顯著和極顯著高于其他時(shí)間點(diǎn)。珍汕97AGs值從開(kāi)穎前1.0 h至內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)逐漸降低，而在內(nèi)外穎夾角最大時(shí)又突然升得很高，之后又降低；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Gs值較內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)升高40.24%，較內(nèi)外穎合攏時(shí)高47.44%；開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h 和內(nèi)外穎夾角最大時(shí)之間以及內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)、內(nèi)外穎合攏時(shí)和閉穎后0.5 h之間均無(wú)差異顯著性，但前者極顯著高于后者。

圖9 穎花開(kāi)閉過(guò)程中穎花氣孔導(dǎo)度的變化Fig.9 The variation of spikelet Gs in the process of spikelets opening and closing

圖10L 和圖10R 分別顯示萍恢141 和珍汕97A 穎花自然開(kāi)閉過(guò)程中穎花蒸騰速率（Tr）的變化，對(duì)各時(shí)間點(diǎn)Tr值進(jìn)行F檢驗(yàn)，均符合0.01＜P＜0.05。萍恢141Tr值在內(nèi)外穎開(kāi)裂之前變化不大，但在內(nèi)外穎夾角最大時(shí)急劇升高，然后又逐漸降低并在內(nèi)外穎合攏時(shí)達(dá)相對(duì)穩(wěn)定；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Tr值較內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)高39.62%，較內(nèi)外穎合攏時(shí)高14.91%；開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h 和內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)彼此之間無(wú)差異顯著性，內(nèi)外穎夾角最大時(shí)、內(nèi)外穎合攏時(shí)和閉穎后0.5 h 彼此之間無(wú)差異極顯著性，但后者極顯著高于前者。珍汕97ATr值在內(nèi)外穎夾角最大時(shí)達(dá)最高，其他時(shí)間點(diǎn)Tr值變化不大；內(nèi)外穎夾角最大時(shí)Tr值較內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)高32.18%，較內(nèi)外穎合攏時(shí)高13.14%；開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h、內(nèi)外穎夾角最大時(shí)、內(nèi)外穎合攏時(shí)和閉穎后0.5 h 彼此之間無(wú)差異極顯著性，開(kāi)穎前1.0 h、開(kāi)穎前0.5 h、內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)和內(nèi)外穎合攏時(shí)彼此之間也無(wú)差異極顯著性，但內(nèi)外穎夾角最大時(shí)和閉穎后0.5 h 時(shí)均顯著和極顯著高于內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)。

圖10 穎花開(kāi)閉過(guò)程中穎花蒸騰速率的變化Fig.10 The variation of spikelet Tr in the process of spikelets opening and closing

3 小結(jié)與討論

本研究采用3 個(gè)可育和3 個(gè)不育水稻為材料，發(fā)現(xiàn)內(nèi)外穎開(kāi)裂后，如果仍然維持穎腔內(nèi)較高濃度的CO2，不但不抑制穎花關(guān)閉，反而促進(jìn)穎花關(guān)閉?？捎靖鞑牧现g、不育系水稻各材料之間在穎花關(guān)閉率和穎花開(kāi)閉歷時(shí)上均無(wú)明顯區(qū)別，但可育與不育系水稻之間在穎花關(guān)閉率、開(kāi)閉歷時(shí)、Ci、Gs和Tr上卻存在非常明顯的差異?？捎驹趦?nèi)外穎夾角最大時(shí)Ci值也最大，且極顯著高于內(nèi)外穎開(kāi)裂時(shí)，提示高濃度的CO2可能是穎花關(guān)閉的重要因素。不育系水稻Ci最大值出現(xiàn)在內(nèi)外穎合攏時(shí)，較可育水稻滯后，這可能就是導(dǎo)致不育系水稻穎花關(guān)閉慢，開(kāi)閉歷時(shí)長(zhǎng)的重要原因?？捎竞筒挥邓颈容^，穎花最大Gs和Tr值均出現(xiàn)在內(nèi)外穎夾角最大時(shí)，但前者各時(shí)間點(diǎn)的Gs和Tr值均非常明顯的要高于后者。

水稻已開(kāi)穎花的關(guān)閉是一個(gè)與呼吸作用有關(guān)需要消耗能量的主動(dòng)過(guò)程[8]。開(kāi)穎時(shí)，小穗呼吸增強(qiáng)，ATP 含量增高[10]。由于不育系稻穗的呼吸強(qiáng)度、H2O2酶活性和穎花ATP 含量均比保持系稻穗要低，故表現(xiàn)出不育系水稻開(kāi)穎慢，閉穎也慢。不育系水稻花藥敗育，呼吸速率低，穎腔內(nèi)CO2濃度難以提高可能是其開(kāi)穎不整齊的主要原因，外源CO2能顯著加速不育系大量穎花整齊開(kāi)放[11]。何永明等[12]認(rèn)為不育系水稻開(kāi)穎不集中、花時(shí)分散和延遲的另一個(gè)重要原因可能是缺乏花藥發(fā)育信號(hào)的調(diào)控。不育系水稻穎花開(kāi)放對(duì)CO2和JA 的強(qiáng)烈響應(yīng)就證明了這一點(diǎn)［8,13］。CO2和JA 是誘導(dǎo)穎花開(kāi)放的重要信號(hào)物質(zhì)，而雄蕊又是水稻穎花器官中合成這2種信號(hào)分子的主要部位［10,14-15］，不育系因雄蕊敗育，從而穎花開(kāi)放對(duì)外源CO2和JA 的響應(yīng)比可育系更強(qiáng)烈。本研究結(jié)果尤其是外源CO2提高不育系水稻穎花關(guān)閉率揭示CO2可能也是誘導(dǎo)穎花關(guān)閉的重要信號(hào)物質(zhì)。

Ci大小取決于葉周空氣CO2濃度、葉片氣孔導(dǎo)度、葉肉導(dǎo)度和葉肉細(xì)胞光合特性等。Ci與光合速率可能存在正相關(guān)、負(fù)相關(guān)和不相關(guān)的關(guān)系，但與呼吸速率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[16]?？諝庵械腃O2可以通過(guò)氣孔進(jìn)入葉肉細(xì)胞間隙，并溶解于液相中，在光能作用下發(fā)生光合作用，植物體內(nèi)的水蒸氣也可以通過(guò)氣孔蒸騰到大氣中。Gs的大小導(dǎo)致Ci增減，引起Tr升降。水稻穎花與葉片有很大的差別，穎花上沒(méi)有氣孔，缺乏氣體進(jìn)出的主要門(mén)戶，但在內(nèi)外穎基部的漿片上有皮孔和角質(zhì)層，它們是穎花內(nèi)腔和穎花細(xì)胞氣體進(jìn)出的途徑。受皮孔和角質(zhì)層結(jié)構(gòu)和數(shù)量的限制，經(jīng)此途徑進(jìn)出的氣體速度較慢，數(shù)量有限，所以穎花Tr較葉片低得多，故穎花Ci的大小主要受穎花呼吸速率的影響。本研究測(cè)到穎花Ci值在內(nèi)外穎夾角最大時(shí)出現(xiàn)較明顯的高峰，顯示此時(shí)呼吸速率可能較高，這對(duì)需要消耗能量的穎花關(guān)閉過(guò)程來(lái)說(shuō)非常有利，提示內(nèi)外穎夾角最大時(shí)高的Ci可能是穎花關(guān)閉的啟動(dòng)因子。不育水稻穎花關(guān)閉進(jìn)程慢，開(kāi)閉歷時(shí)長(zhǎng)可能與其穎花Ci極值后置且偏低有關(guān)[11,13]。

導(dǎo)致不育系水稻穎花關(guān)閉進(jìn)程慢、開(kāi)閉歷時(shí)長(zhǎng)、關(guān)閉不嚴(yán)、裂穎現(xiàn)象嚴(yán)重的原因可能還與其小穗軸和漿片的微管結(jié)構(gòu)有關(guān)。王忠等[17-18]研究發(fā)現(xiàn)，每一漿片中有15～20 條小維管束，每一小維管束中具有1～5列導(dǎo)管、2～4列篩管和10個(gè)左右的小型薄壁細(xì)胞；小型薄壁細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)濃，細(xì)胞器多，富含線粒體；大型和小型薄壁細(xì)胞間的胞間連絲豐富。這為漿片快速吸水和失水以及物質(zhì)迅速轉(zhuǎn)運(yùn)所需的通道和能量提供了便利。野敗型不育系稻穗開(kāi)穎遲、閉穎慢的原因與其漿片中維管束數(shù)目少、導(dǎo)管和維管束薄壁細(xì)胞不發(fā)達(dá)有關(guān)[19]。

有趣的是，水稻穎花開(kāi)閉和植物氣孔開(kāi)閉都對(duì)CO2和ABA 刺激敏感[20]。葉內(nèi)CO2濃度低，引起保衛(wèi)細(xì)胞滲透勢(shì)下降，氣孔張開(kāi)；反之，氣孔關(guān)閉[6]。研究表明，ABA 通過(guò)增加胞質(zhì)Ca2+的濃度，間接地激活K+、Cl-流出和抑制K+的流入，降低保衛(wèi)細(xì)胞的膨壓，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉[21-22]。研究還認(rèn)為CO2誘導(dǎo)開(kāi)穎是由于CO2能引起漿片細(xì)胞壁酸化和糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（OsSUTs）活化[23]。如果CO2只是引起漿片細(xì)胞壁酸化導(dǎo)致酸生長(zhǎng)的話，那IAA 對(duì)穎花開(kāi)放怎么會(huì)無(wú)促進(jìn)效應(yīng)呢？要深入探討CO2對(duì)水稻穎花開(kāi)閉的機(jī)制，還需從漿片內(nèi)源CO2（或CO2水溶液）對(duì)穎花開(kāi)閉的效應(yīng)，CO2對(duì)漿片細(xì)胞水勢(shì)和相關(guān)離子通道的影響，以及影響漿片CO2（或CO2水溶液）濃度升降的相關(guān)酶活性和相關(guān)蛋白基因的表達(dá)等方面去研究。

CO2氣體在大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用有諸多不便，如壓縮氣體的安全性導(dǎo)致包裝、運(yùn)輸和使用方式都受到到極大限制，以及氣體在大田使用時(shí)會(huì)迅速稀釋導(dǎo)致效果不明顯等。把氣態(tài)CO2固化成干冰，雖可大大改善其包裝、運(yùn)輸和使用的方式，但也只能局限在一定的密閉環(huán)境（如大棚或溫室）內(nèi)使用；把氣態(tài)CO2溶解于水中制成CO2水溶液，以噴霧的方式在大田噴灑于穎花上，使用時(shí)準(zhǔn)確把握使用濃度和酸堿度，選擇良好天氣和適當(dāng)添加表面吸附劑等，則可能是最佳的使用方式，這有待于進(jìn)一步研究。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)離體稻穗的剪取、搬運(yùn)和置進(jìn)試驗(yàn)裝置等不可避免會(huì)受到如氣候和觸碰等因素的影響；試驗(yàn)裝置對(duì)稻株高度和剪穗長(zhǎng)度的限制也可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不利影響；所以加強(qiáng)母體稻穗大田試驗(yàn)、選擇合適高度的水稻材料、改進(jìn)試驗(yàn)裝置等研究也很有必要。

致謝：胡天星、龍啟石和鐘冬等同學(xué)對(duì)研究給予了幫助，謹(jǐn)致謝意！