杜彥修　孫紅正　張靜　李俊周　彭廷　趙全志（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心，鄭州450002；通訊作者：qqzhaoh@126.com）

不同生育時(shí)期淹水對(duì)水稻Sub1A耐淹基因?qū)胂诞a(chǎn)量的影響

杜彥修孫紅正張靜李俊周彭廷趙全志*
（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心，鄭州450002；*通訊作者：qqzhaoh@126.com）

在苗期、分蘗期和抽穗期等3個(gè)生育時(shí)期對(duì)常規(guī)秈型水稻IR64和IR64 Sub1A耐淹基因?qū)胂担↖RRI149）進(jìn)行淹水處理，測(cè)定各個(gè)生育時(shí)期淹水后的有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和單株產(chǎn)量，以確定不同生育時(shí)期淹水對(duì)Sub1A耐淹基因?qū)胂诞a(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在苗期淹水，IRRI149和IR64的單株產(chǎn)量分別為39.11 g、24.92 g；分蘗期淹水，分別為10.31 g、0.48 g；抽穗期淹水，分別為24.35 g、23.36 g。IRRI149在苗期和分蘗期淹水條件下，有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、單株產(chǎn)量均顯著高于IR64；3個(gè)處理時(shí)期中以分蘗期淹水對(duì)產(chǎn)量的影響最為明顯。

水稻；Sub1A基因?qū)胂?；淹水；產(chǎn)量

淹澇是水稻生產(chǎn)中主要農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一，對(duì)水稻產(chǎn)量的影響可達(dá)10%以上［1］。水稻耐淹能力主要受遺傳控制，Xu等［2］通過(guò)圖位克隆定位了來(lái)自耐淹水稻種質(zhì)FR13A的耐淹基因Sub1A，不耐淹的水稻品種通常在受到淹水7 d后即死亡，而含有Sub1A的水稻品種則可以忍受10～14 d的沒(méi)頂淹水［3］。在淹水條件下，含有Sub1A基因的耐淹水稻品種植株地上部在水下的伸長(zhǎng)受到抑制，減少碳水化合物的消耗而提高耐淹能力，而不含Sub1A基因的水稻品種在淹水條件下迅速伸長(zhǎng)而消耗碳水化合物，最終表現(xiàn)出淹水敏感的表型［4］。

目前，已有多個(gè)水稻品種通過(guò)分子標(biāo)記輔助育種等遺傳改良手段得到Sub1A基因?qū)胂蹈牧寄脱退废担?］。水稻不同生育時(shí)期淹水后所產(chǎn)生的形態(tài)、生理變化以及對(duì)產(chǎn)量的影響已有報(bào)道［6］，而Sub1A基因?qū)胂翟谒静煌龝r(shí)期淹水后對(duì)產(chǎn)量的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以國(guó)際水稻研究所品種IR64以及IR64 Sub1A基因?qū)胂禐檠芯坎牧?，采用盆栽方法，分別在苗期、分蘗期、抽穗期進(jìn)行淹水，研究不同生育時(shí)期淹水對(duì)IR64及IR64 Sub1A基因?qū)胂档男螒B(tài)、生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響。

1　材料和方法

1.1供試材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為常規(guī)秈型水稻品種IR64以及IR64 Sub1A基因?qū)胂礗RRI149。采用盆栽試驗(yàn)方法，在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。4月22日育秧，5月21日移栽至裝土盆中。盆直徑22 cm、高25 cm，每盆定植長(zhǎng)勢(shì)均勻的水稻幼苗1株。IR64、IRRI149移栽后于苗期、分蘗期、抽穗期放入水池中進(jìn)行沒(méi)頂淹水處理，淹水時(shí)間為7 d，以不淹水為對(duì)照。每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。

1.2測(cè)定項(xiàng)目及方法

淹水材料分別在淹水后0 d、3 d、6 d和淹水結(jié)束后3 d、6 d取葉片材料用于丙二醛（MDA）含量測(cè)定。稱取剪碎的葉片材料1 g，加入2 mL 10%三氯乙酸（TCA）和少量石英砂，研磨至勻漿，再加8 mL TCA進(jìn)一步研磨，勻漿在4 000 r/min離心10 min，上清液為樣品提取液。吸取離心的上清液2 mL（對(duì)照加2 mL蒸餾水），加入2 mL 0.6%硫代巴比妥酸溶液，混勻物于沸水浴上反應(yīng)15 min，迅速冷卻后再離心。取上清液測(cè)定532 nm、600 nm、450 nm波長(zhǎng)下的吸光度，然后根據(jù)吸光度值計(jì)算出MDA含量。

3個(gè)時(shí)期淹水材料分別在淹水前1 d、淹水7d后和淹水結(jié)束恢復(fù)7 d后測(cè)量株高，并進(jìn)行拍照；水稻成熟以后整株收獲，測(cè)定有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、單株產(chǎn)量。

2　結(jié)果與分析

圖1　淹水1周后不同生育時(shí)期水稻株高變化

圖2　分蘗期淹水前后IR64與IRRI149植株生長(zhǎng)狀況

2.1淹水對(duì)不同生育時(shí)期水稻株高的影響

由圖1看出，與對(duì)照相比，IR64和IRRI149在沒(méi)頂淹水1周后株高均有增長(zhǎng)，但I(xiàn)R64株高增加更加明顯。IRRI149在苗期、分蘗期和抽穗期淹水1周后株高分別比對(duì)照平均增加18.1 cm、16.4 cm、6.8 cm，而IR64分別增加34.0 cm、28.0 cm和12.2 cm。IRRI149淹水處理相對(duì)于IR64淹水處理植株在苗期和分蘗期株高變化差異較大，而在抽穗期2個(gè)處理間差異較小。

分蘗期IR64淹水1周后株高增加量較大，葉片伸長(zhǎng)不能直立，有的植株甚至整體倒伏，淹水結(jié)束恢復(fù)1周后植株葉片部分折斷，并出現(xiàn)發(fā)白死亡現(xiàn)象（圖2）。而IRRI149植株雖有增高，但增加量與IR64相比較少，植株仍保持直立狀態(tài)，恢復(fù)1周后植株葉片死亡現(xiàn)象較輕，植株整體保持綠色。分蘗期淹水結(jié)束1周后，IR64植株和IRRI149植株均出現(xiàn)葉片發(fā)白甚至發(fā)黃的現(xiàn)象，IR64植株表現(xiàn)更為嚴(yán)重，葉片大量折斷且恢復(fù)較差，大部分植株葉片到后期出現(xiàn)全枯，僅有少量葉片呈綠色，在后期緩慢重新抽出分蘗，而IRRI149葉片則大部分保持綠色僅少部分葉片折斷變枯，新抽出的分蘗生長(zhǎng)較快。抽穗期淹水前后IR64和IRRI149植株表型差別不明顯，IR64植株葉片發(fā)黃程度比IRRI149嚴(yán)重，葉片無(wú)折斷現(xiàn)象。從苗期、分蘗期、抽穗期3個(gè)時(shí)期淹水后水稻植株表型的變化來(lái)看，分蘗期淹水對(duì)水稻植株的影響最大，IR64地上分蘗幾乎整株死亡，而IRRI149雖受一定影響，但植株恢復(fù)比IR64好；苗期受影響次之，葉片折斷受損，影響后期生長(zhǎng)；在抽穗期淹水對(duì)植株形態(tài)無(wú)太大影響。

2.2淹水處理對(duì)不同生育時(shí)期水稻葉片MDA含量的影響

從苗期和抽穗期2個(gè)時(shí)期淹水處理IRRI149與IR64葉片中MDA的含量來(lái)看，IRRI149葉片中的MDA含量并不比IR64低，兩者M(jìn)DA含量差異不顯著，抽穗期葉片中的MDA含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。分蘗期MDA含量變化IR64與對(duì)照差別不大，而IRRI149則在淹水6 d后葉片MDA含量略有升高，IR64與IRRI149葉片MDA含量均在淹水結(jié)束后3 d達(dá)到最大值，而后下降，至淹水結(jié)束恢復(fù)6 d后，葉片MDA含量水平恢復(fù)到與對(duì)照一致的水平（圖3）。

2.3IRRI149與IR64產(chǎn)量構(gòu)成因素差異比較

由表1可知，苗期淹水，IR64淹水處理組與未淹水對(duì)照相比，單株產(chǎn)量顯著降低（P＜0.05），降低的主要原因是有效分蘗數(shù)和每穗粒數(shù)顯著減少（P＜0.05）。IRRI149苗期單株產(chǎn)量較對(duì)照稍有降低，但有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重與對(duì)照差異均不顯著（P> 0.05）。淹水條件下，IRRI149單株平均產(chǎn)量比IR64高56.9%。

分蘗期淹水，IR64和IRRI149均減產(chǎn)嚴(yán)重，單株產(chǎn)量分別比未淹水對(duì)照降低98.9%和76.3%。IRRI149和IR64的有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均顯著低于對(duì)照。

抽穗期淹水，IR64和IRRI149單株產(chǎn)量分別比未淹水處理對(duì)照降低45.6%和44.0%，但I(xiàn)R64和IRRI149之間差異不顯著（P>0.05）。

3　小結(jié)與討論

淹澇是水稻生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的一種自然災(zāi)害，在任何一個(gè)生育時(shí)期遭遇淹水，都會(huì)對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育以及最終產(chǎn)量產(chǎn)生影響。水稻分蘗期淹水，水稻莖蘗數(shù)、綠葉數(shù)和地上部干物質(zhì)量及產(chǎn)量均減少［7］；分蘗末期淹水，水稻生育期延長(zhǎng)，株高降低，根系生長(zhǎng)受到抑制，產(chǎn)量下降［8］；孕穗期淹水，水稻生育期延長(zhǎng)，每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量均下降［9］。在本研究中，不耐淹水稻品種在遭遇淹水后，對(duì)有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重4個(gè)產(chǎn)量關(guān)鍵因素都有較大影響，特別是在分蘗期淹水表現(xiàn)尤為明顯。與IR64相比，Sub1A耐淹基因?qū)胂翟诿缙诤头痔Y期淹水條件下單株產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照IR64，以分蘗期淹水對(duì)產(chǎn)量的影響最為明顯，有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重均顯著高于IR64。而在抽穗期，由于水稻植株已經(jīng)完成從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變，此時(shí)期淹水對(duì)有效穗數(shù)的影響較小，但是對(duì)每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重的影響仍較大，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

表1　不同處理IR64與IRRI149產(chǎn)量相關(guān)因素考種結(jié)果

MDA是胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度指標(biāo)，淹水往往導(dǎo)致植株MDA含量上升［7］。本研究中，淹水后葉片中的MDA含量在IR64與IRRI149中均呈上升趨勢(shì)，但淹水的IR64與IRRI149兩者并無(wú)顯著差異，因此推測(cè)，Sub1A基因?qū)胂祵?duì)淹水脅迫抗性的主要原因可能不是減少細(xì)胞的過(guò)氧化傷害，抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)和碳水化合物的過(guò)度分解在耐淹水脅迫中所起的作用更大［10］。在淹水脅迫下，Sub1A基因通過(guò)調(diào)節(jié)乙烯和赤霉素（GA）介導(dǎo)的反應(yīng)，抑制參與細(xì)胞伸長(zhǎng)和碳水化合物降解基因的表達(dá)，保持植株株型的穩(wěn)定性［11-12］，從而為緩解淹水脅迫和植株的恢復(fù)能力起一定調(diào)控作用。

［1］陳永華，嚴(yán)欽泉，肖國(guó)櫻.水稻耐淹澇的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（12）：151-153.

［2］Xu K,Xu X,T Fukao,et al.Sub1A is an ethylene-response-factorlike gene that confers submergence tolerance to rice［J］.Nature,2006, 442（7103）:705-708.

［3］Fukao T,Xu K,Ronald P C,et al.A variable cluster of ethylene response factor-like genes regulates metabolic and developmental acclimation responses to submergence in rice［J］.Plant Cell,2006,18 （8）:2 021-2 034.

［4］熊懷陽(yáng)，李陽(yáng)生.水稻的耐淹性狀及其Sub1基因 ［J］.遺傳，2010，32（9）：886-893.

［5］Septiningsih EM,Pamplona A M,D L Sanchez,et al.Development of submergence-tolerant rice cultivars:the Sub1 locus and beyond［J］. Ann Bot,2009,103（2）:151-160.

［6］李紹清，李陽(yáng)生.乳熟期淹水對(duì)兩系雜交水稻源庫(kù)特性的影響［J］.雜交水稻，2000，15（2）：38-40.

［7］劉明，李巖，郭貴華，等.長(zhǎng)江下游不同類型水稻分蘗期耐淹能力比較［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（5）：1 373-1 381.

［8］王斌，周永進(jìn)，許有尊，等.不同淹水時(shí)間對(duì)分蘗期中稻生育動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量的影響［J］.中國(guó)稻米，2014，20（1）：68-72.

［9］周永進(jìn)，王斌，許有尊，等.孕穗期淹水脅迫對(duì)早稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響［J］.中國(guó)稻米，2013，19（4）：86-90.

［10］潘瀾，薛曄，薛立.植物淹水脅迫形態(tài)學(xué)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（7）：11-15.

［11］Das K K,Panda D,Sarkar R K et al.Submergence tolerance in relation to variable floodwater conditions in rice［J］.Environ Exp Bot，2009，66（3）：425-434.

［12］潘瀾，薛立.植物淹水脅迫的生理學(xué)機(jī)制研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2012，31（10）：2 662-2 672.

Effects of Waterflooding on Yield of Rice Submergence Tolerance Gene Sub1A Introgression Line at Different Growth Stage

DU Yanxiu,SUN Hongzheng,ZHANG Jing,LI Junzhou,PENG Ting,ZHAO Quanzhi
（College of Agronomy,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops,Zhengzhou 450002,China；*Corresponding author:qzzhaoh@126.com）

IR64 and Sub1A gene introgression line were watetflooding at seedling stage,tillering stage and heading stage,the effective tiller number,grain number per panicle,seed setting rate,thousand seed weight and single plant yield were measured to evaluate the reduction of rice yield loss by Sub1A gene.The results showed that the average single plant yield of Sub1A gene introgression line and IR64 submerged reached 39.11 g and 24.92 g at seedling stage,10.31 g and 0.48 g at tilling stage,24.35 g and 23.36 g at heading stage,respectively.The effective tiller number,grain number per panicle,seed setting rate,thousand seed weight and yield of Sub1A gene introgression line were all significantly higher than IR64 when waterflooding at seeding stage and tillering stage.

rice；Sub1A introgression line；submergence；yield

S511.07

A

1006-8082（2016）04-0028-04

2016-01-28

農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目“黃淮海地區(qū)主要秋糧作物Sub1A基因耐淹澇新種質(zhì)創(chuàng)制”（2012-Z28）；河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)（S2012-04-02）