三个水稻恢复系及其两系杂交组合衰老特性对产量的影响

涂 坦，付 洪

(四川省种子站，四川 成都 610041)

三个水稻恢复系及其两系杂交组合衰老特性对产量的影响

涂 坦，付 洪*

(四川省种子站，四川 成都 610041)

采用3×3 NCII遗传交配设计，以三个籼稻恢复系亲本(R527、R498和9311)与三个两系不育系(广占63S、Y58S和PA64S)组配的9个水稻杂交组合以及3个恢复系亲本为材料，测定其在孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期的剑叶叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性以及在作物成熟后测定构成水稻产量的主要因素，确定衰老与产量的关系；分析12个材料的衰老特性与产量的相关性，从而进一步探讨不同恢复系杂交组合的抗衰老特性，为育种工作者培育出具有抗衰老特性的优良杂交稻组合提供一定的理论依据与参考。

水稻品种；叶绿素；SOD；POD；水稻产量

水稻早衰是指抽穗后到成熟期出现茎叶枯萎、叶片未老先衰，导致籽粒灌浆不良、瘪谷增多而严重减产[1]。早衰是一个复杂的遗传与生理过程，除受遗传因素影响外，外部环境因素也可诱导早衰，如激素、水肥条件、温度、光照强度等其他胁迫条件[2-3]。已有研究表明，在水稻成熟期延长水稻功能叶的寿命一天，理论上可使水稻增产2%，实际增产1%左右[4]。迄今为止，有关水稻叶片衰老的研究已有较多报道[5]，对水稻衰老特性的研究主要集中在两方面，一方面是外部环境对其生理过程的影响，主要是根系活力、叶片衰老和作物产量关系的研究[6]；另一方面是通过对早衰突变体来研究其衰老的分子机制。一般杂交水稻均存在早衰的现象，从而影响杂交水稻增产优势的发挥。但是对杂交水稻在抗早衰的遗传特性方面的研究比较少。

本研究以具有高配合力、优质、高产和具有优良农艺性状[7-9]的籼稻重穗型恢复系，蜀恢527(R527)、蜀恢498(R498)和应用十分广泛的传统优良恢复系9311作为恢复系亲本，与三个两系不育系进行杂交组合。研究不同的两系不育系与R527、R498和9311的不同杂交组合叶片衰老特性以及对产量影响的相互关系具有重要意义，本文重点研究不同组合在水稻生育后期剑叶中叶绿素含量、SOD活性、POD活性以及最终的产量，以揭示不同水稻组合衰老特性对水稻产量的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

父本材料：蜀恢527(R527)、蜀恢498(R498)和9311；

母本材料：两系不育系，广占63S、Y58S和PA64S；

杂交组合：Y58S/R527，广占63S/R527，PA64S/R527；Y58S/R498，广占63S/R498，PA64S/R498；Y58S/9311，广占63S/9311，PA64S/9311；

上述所有的亲本材料和组合均由四川农业大学水稻研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 以广占63S、Y58S和PA64S 3个两系不育系材料为母本，R527、R498和9311 3个骨干恢复系材料为父本，采用3×3 NCII遗传交配设计，产生9个杂交组合，加上3个恢复系父本材料共12个材料，按相同的栽培方式，每个材料种植3次重复，共36个小区，每个小区面积24 m2，于4月20日播种，大田薄膜保温湿润育秧，6月10日进行移栽，栽后进行浅水湿润灌溉，直至立苗成活后再淹灌，其余田间管理按常规栽培进行。

1.2.2 叶绿素含量的测定 在孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别取其剑叶去掉叶脉，剪碎，称取0.2 g在液氮条件下保存，待所有材料取完后，采用丙酮-乙醇混合液进行测定[10]。用浸提液(丙酮∶乙醇为1∶1)置于黑暗环境中进行叶绿素浸提，待叶片全部变白后用751分光光度计分别在663 nm和645 nm处读取OD值。按下列公式计算总叶绿素含量(a+b)。

叶绿素含量(mg/g)=20.2×OD645+8.02×OD663

1.2.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定 在孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别取剑叶去掉叶脉，剪碎，称取0.5 g在液氮条件下保存，待所有材料取完后，参照邵从本等[11]的方法，采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定，整个实验平行重复3次。

1.2.4 过氧化物酶(POD)活性的测定 在孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别取剑叶去掉叶脉，剪碎，称取0.5 g在液氮条件下保存，待所有材料取完后，采用张志良[12]愈创木酚法(并略加修改进行测定)，整个实验平行重复3次。

1.2.5 产量相关指标的测定 成熟期每小区去边行实收小区，测定实际产量；每处理取10株成熟稻株，用于测定籽粒产量及其构成因素。

1.3 统计分析

本实验中每个材料的数据都是三个小区的平均值，用Excel 2013和DPS V3.01系统软件进行作图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同水稻材料中剑叶在衰老过程中叶绿素含量的变化

从图1A可以看出，从水稻孕穗期至成熟期，不同水稻材料剑叶叶绿素含量均表现出先升高后降低的趋势。不同组合材料在孕穗期叶片叶绿素含量最低，除R527和R498外，各组合及9311叶绿素含量均在灌浆期达最大值。R527组合的叶绿素均高于R527，其中广占/R527组合从孕穗期至灌浆期叶绿素含量均最高；Y58S/R527和PA64S/R527组合叶绿素含量相近，孕穗期至灌浆期明显高于R527，略低于广占63S/R527组合，成熟期叶绿素含量最高。R498及其组合叶绿素含量孕穗期至抽穗期变化幅度较大，而从抽穗期至成熟期除广占63S/R498组合外，变化均较小；各组合间表现差异较大，孕穗期Y58S/R498和PA64S/R498>R498>广占63S/R498，抽穗期R498高于其他三个组合，灌浆期Y58S/R498组合显著高于R498和其他两个组合；成熟期Y58S/R498组合叶绿素含量仍保持较高水平，与广占63S/R498相比，其叶绿素含量显著增加。9311各组合各时期叶绿素含量变化趋势一致，均表现为灌浆期>成熟期>抽穗期>孕穗期；PA64S/9311组合各时期叶绿素含量均最高，孕穗期差异显著，抽穗期和灌浆期，其他组合的差异较小，成熟期9311叶绿素含量显著低于其组合的叶绿素含量。说明R527在抽穗后开始衰老，其余材料灌浆后才开始衰老。

2.2 同水稻材料剑叶衰老过程中SOD活性变化

从图1B可以看出，从水稻孕穗期至成熟期，不同水稻材料剑叶SOD活性变化趋势不同， R527和R498及其组合材料中，除R527及Y58S/R527的SOD活性在抽穗期最高之后急剧下降，其余材料在整个阶段均呈现出逐渐降低的趋势；而9311及其组合材料则表现出先升高后逐渐降低的趋势。在R527及其组合中，广占63S/R527和PA64S/R527的SOD活性在孕穗期最高，广占63S/R527的组合剑叶SOD活性变化最明显；SOD活性变化幅度为广占63S/R527>PA64S/R527>R527>Y58S/R527。R498及其组合的SOD活性在孕穗期最高，在成熟期含量最低；其中PA64S/R498变化最大，广占63S/R498变化最小；SOD活性变化幅度为PA64S/R498>R498> Y58S/R498>广占63S/R498。然而，9311及其组合的SOD的活性从孕穗期至灌浆期逐渐升高，在灌浆期达到最高值后开始逐渐下降；与9311的各杂交组合SOD活性均高于9311，在各时期的SOD含量变化趋势一致，均表现为灌浆期>成熟期>抽穗期>孕穗期；但从灌浆期到成熟期SOD活性变化幅度均小于9311，其中PA64S/9311变化幅度最小，变化幅度为9311>广占63S/9311>Y58S/9311>PA64S/9311；PA64S/9311组合各时期SOD活性均最高，从孕穗期至成熟期与9311的差异均显著，其余两组合差异较小。说明灌浆后期9311及其组合抗衰老能力最强，R527及其组合次之，R498及其组合最弱。2.3 不同水稻材料剑叶衰老过程中POD活性变化

由图1C可看出，POD活性在不同材料组合中表现有所不同，除R527、广占63S/R498和Y58S/9311剑叶POD活性在抽穗期最高以外，其余材料剑叶POD活性均在灌浆期最高；在R527及杂交组合材料中，R527剑叶POD活性在孕穗期到抽穗期逐渐上升，达到最大值，从抽穗期到成熟期逐渐下降；杂交组合材料剑叶POD活性在孕穗期到灌浆期逐渐上升，随后急剧下降，广占63S/R527和PA64S/R527下降幅度最大。在R498及杂交组合材料中，广占63S/R498的POD活性在孕穗期到抽穗期逐渐上升，达到最大值，从抽穗期到成熟期逐渐下降；R498和Y58S/R498剑叶POD活性在孕穗期到灌浆期逐渐上升，随后急剧下降。PA64S/R498剑叶POD活性在孕穗期到灌浆期逐渐上升，随后缓慢下降；Y58S/R498剑叶POD活性下降幅度最大，PA64S/R498下降幅度最小。在9311及杂交组合材料中，9311与其组合剑叶的POD活性先上升逐渐降低，9311从抽穗期到灌浆期POD活性急剧上升到最大，到成熟期急剧下降，而PA64/9311，广占63S/9311，Y58S/9311从抽穗期到灌浆期POD活性缓慢上升，随后至成熟期缓慢下降。由此可见，在灌浆期9311剑叶POD活性最高，R527次之，R498最低；R527及其组合在灌浆前期POD活性更强，R498及其组合在孕穗期至成熟期POD活性相对稳定，9311在灌浆后期POD活性下降最快。2.4 不同材料及其组合对产量构成因素和产量的影响

千粒重是体现种子大小与饱满程度的一项重要指标，也是田间预测产量的重要依据。由表1可以看出，亲本间的千粒重R527>R498>9311，亲本R527的千粒重最大达到34.96 g，其中Y58S/9311的千粒重最小；亲本的千粒重均显著高于杂交组合品种的千粒重；从单株有效分蘖看，杂交组合的有效分蘖均高于其亲本，差异均到达显著水平，PA64S/9311组合的有效分蘖最大为11.37，最小的是亲本R498为5.47；从结实率来看，亲本及其杂交组合间的结实率差异并不大，9311及其组合的结实率均低于R527和R498及其组合，其中可以看出PA64S/R498结实率最高，达到90.93%，结实率最低的组合是PA64S/9311，为82.46%。从单穗平均着粒数来看，R498单穗着粒数最大，单穗达到248.57，PA64S/R527组合的单穗着粒数最低，只有177.3；亲本的单穗着粒数明显高于其杂交组合。从理论产量来看，广占63S/R498产量最高，达到577.17 kg/亩；产量最低的组合为Y58S/9311，只有454.73 kg/亩。广占63S/R498产量最高，Y58S/R498产量最低，最高产量与最低组合产量间相差大约123 kg/亩；除Y58S/R498产量低于亲本R498外，其余几个品种均高于亲本。2.5 不同杂交水稻组合抽穗期生理指标与产量的相关性分析

利用DPS软件对R527系列组合的生理指标与产量进行相关性分析，结果见表2，从表2可以看出杂交水稻抽穗期SOD与小区产量有一定的正相关性(r=0.49)， 在一定程度上，

随着SOD活性

图1 A：不同水稻材料不同生育阶段剑叶叶绿素含量的变化；B： 不同水稻材料不同生育阶段剑叶SOD活性变化；C： 不同水稻材料不同生育阶段剑叶POD活性变化； BS： 苗期， HS：抽穗期； FS：灌浆期； MS： 成熟期。

Fig.1 A： Changes of chlorophyll content in the flag leaf of different hybrid combinations under different growth stages；B： The changes of SOD activity in the flag leaf of different hybrid combinations under different growth stages； C： The changes of POD activity in the flag leaf of different hybrid combinations under different growth stages； BS： Booting stage， HS： Heading stage； FS： Filling stage； MS： maturity stage

的升高，产量增加，但没有达到显著水平；POD活性与小区产量基本没有太大的相关性，相关系数为0.03，但与结实率呈显著正相关，相关系数为0.91，说明POD活性影响水稻结实率，随POD活性的增加，水稻结实率上升；叶绿素含量与小区产量同样具有一定相关性，相关系数为0.35。主要是因为叶绿素含量能够直接影响水稻光合作用效率，光合作用是植物中最为重要的生命活动，它是植物积累养分的主要过程，是作物产量形成的关键，光合作用强，其产量高。综上，叶绿素含量、SOD活性和POD活性均能在一定程度上反应与水稻产量的关系，均可作为判断水稻衰老的有效指标。

3 结论与讨论

叶片是水稻光合作用的重要器官，叶绿素含量的降低发生在叶片衰老过程的早期并可作为衡量水稻叶片衰老的重要指标[13，14]。叶绿素含量降低越快，表明叶片衰老越快[15，16]。这就说明，叶绿素含量高的叶片，其功能期越长，为品种高产提供了生理依据[17]。本试验研究结果表明，各杂交组合水稻的叶绿素含量变化相对稳定，叶片未出现显著早衰的现象，光合速率相对较高；其中，R527及其组合中，Y58S/R527和PA64S/R527在灌浆后期叶绿素含量较高，变化相对稳定。R498及其组合中，Y58S/R498在灌浆后期叶绿素含量保持较高水平。9311及其组合中，PA64S/9311组合在各时期叶绿素含量均最高，同时灌浆期到成熟期下降缓慢，从叶绿素含量变化的指标来看，这几个组合的水稻叶片衰老得到延缓，光合作用有效时间得到延长，抗衰老能力强。而广占63S/R527，广占63S/R498和9311从灌浆期到成熟期叶绿素含量急剧下降，光合作用能力快速下降，抗衰老能力弱。

表1 三个亲本材料及其组合产量及其构成因素分析Tab.1 Analysis the yield and its components of three parent materials and their hybrid combination

注：不同小写字母代表在0.05水平上差异显著。

表2 不同杂交组合抽穗期生理指标与产量相关性分析Tab.2 Correlation Analysis of Physiological Indexes and Yield in Heading Stage of Different Hybrid Combinations

注：*和**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。

植物在生长发育的过程中，体内进行各类代谢时，会产生一定量的活性氧自由基，这些有害物质引起细胞膜的过氧化而导致生物的氧化损伤。而SOD和POD可以催化超氧自由基的歧化反应，是细胞内自由基清除系统的关键性酶，与叶片衰老有密切的关系。通过对它的清除而对生物机体起到保护作用[18]，从而影响水稻产量。本试验研究结果显示，从灌浆期到成熟期，总体上9311及其组合比R527和R498及其组合材料的SOD活性相对更高，变化较慢；其中Y58S/R527，广占63S/R498，PA64S/9311和Y58S/9311剑叶SOD活性，从灌浆期到成熟期保持较高水平，下降缓慢，从而维持细胞对活性氧的清除能力，使生物大分子及膜受到保护，叶片衰老得以延缓。抗氧化能力强，衰老缓慢。而广占63S/R527，Y58S/R498和9311剑叶SOD活性在灌浆后期急剧下降，抗氧化能力弱，衰老迅速。同时，从POD活性的变化可以看出，其中Y58S/R527，广占63S/R498，PA64S/R498和广占63S/9311剑叶POD活性，从灌浆期到成熟期下降缓慢，抗氧化能力强，衰老缓慢。而广占63S/R527，PA64S/R527，Y58S/R498，R498和9311剑叶POD活性，从灌浆期到成熟期急剧下降，抗氧化能力弱，衰老迅速。

通过各项指标与产量相关分析发现SOD和叶绿素含量与水稻小区产量在一定程度上呈正相关；POD活性与结实率是极显著相关的，这三个指标都反应了杂交水稻衰老的良好指标。

不同水稻组合的衰老时间以及衰老幅度与其自身特性、栽种环境均有一定的相关性。整体来说，广占63S/R498、Y58S/R527以及PA64S/9311几个杂交组合在各方面表现均比较优良，在抗衰老方面表现优良，可进行其他生理指标和抗病性研究，将优良组合进行区试试验，最终培育和推广抗衰老的高产品种。水稻结实率、千粒重和有效分蘖直接影响水稻的理论产量，但是，田间的产量是多因素累加的结果，水稻抗衰老特性的强弱是水稻生长发育过来中的部分生理指标，对产量的影响有一定的相关性。在12个材料中排第3位，其有效穗、千粒重、单穗粒数和结实率等综合指标较好。广占63S/R498的结实率、千粒重和有效分蘖等三项决定产量的指标均较高且剑叶叶绿素含量，SOD活性和POD活性相对较高；Y58S/R527灌浆期到成熟期叶绿素含量高，SOD和POD活性下降缓慢，抗氧化能力强，衰老缓慢，抗衰老特性最好，产量很高为523.37 kg/亩。这两个组合各项指标综合的结果就是出现高产的组合，该结果说明广占63S/R498和Y58S/R527组合为供试水稻材料中最优良的杂交组合。

致谢：对四川农业大学水稻研究所王玉平老师提供的恢复系和两系不育系亲本材料表示衷心的感谢!

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Effect of senescence character on rice yield of three rice restorer lines and their two-sterile lines hybrid combinations

TUTan，FUHong*

(SeedStationofSichuanprovince，Chengdu，Sichuan610041，China)

Using 3×3 NCII genetic mating design， a total of nine hybrid combinations were produced by crossing of three indica restorer lines (R527， R498 and 9311) with three photo-thermosensitive genic male sterile (PTGMS) lines (Guangzhan63S， Y58S and PA64S). These nine hybrid combinations together with three indica restorer lines were used as materials to measure the chlorophyll content， superoxide dismutase (SOD) activity and peroxidase (POD) activity in flag leaves at booting stage， heading stage， grain filling stage and ripening stage. The main factors of yield components were also measured after harvest. These measurements were used to determine the relationship between senescence and yield. The correlation between rice yield and senescence characteristics of the 12 materials was analysed to further explore the anti-senescence properties of different hybrid combinations under different restorer lines. The study could provide a theoretical and reference basis for breeders who aim to develop excellent anti-senescence hybrid rice combinations.

Rice varieties; chlorophyll; superoxide dismutase (SOD); peroxidase (POD); rice yield

2016-07-29；

2016-10-16

Q945.48；S511.01

A

1008-0457(2017)01-0018-06 国际

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.01.003

*通讯作者：付洪(1963-)，男，本科，高级农艺师，主要研究方向：农业推广；E-mail：zgscfh@126.com。