金正勛，王 劍，王思宇，王 珊，張忠臣，李鋼夑，樸鐘澤

（1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2. 韓國(guó)農(nóng)村振興廳農(nóng)業(yè)科學(xué)院，全羅北道 全州 54874；3. 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所，上海 201403）

穗型與水稻產(chǎn)量和群體結(jié)構(gòu)等關(guān)系密切，是水稻理想株型育種和栽培研究關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。水稻穗型主要包括穗長(zhǎng)、枝梗數(shù)、每穗粒數(shù)、著粒密度和粒型等[1-2]，增加枝梗數(shù)和穗粒數(shù)或增大籽粒是選育超級(jí)稻新品種、獲取水稻超高產(chǎn)重要途徑之一。細(xì)胞分裂素是影響水稻穗發(fā)育和生長(zhǎng)重要激素。研究表明，幼穗發(fā)育受激素調(diào)控，特別是與細(xì)胞分裂素代謝密切相關(guān)[3]。高溫下幼穗中激素代謝紊亂，特別是細(xì)胞分裂素含量顯著降低，抑制穎花形成[4-5]。OsLOGL2和OsLOGL3是細(xì)胞分裂素合成酶相關(guān)基因，OsCKX5和OsCKX9是細(xì)胞分裂素氧化酶相關(guān)基因，OsRR2、OsRR5是細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因，這些基因均與水稻幼穗分化和形成關(guān)系密切。OsCKX2 基因表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致花序分生組織細(xì)胞分裂素積累，改變花序分生組織和花軸分支組織，增加生殖器官數(shù)量，提高籽粒產(chǎn)量[6]；OsCKX3和OsCKX5缺失突變體增加花器官體積以及胚珠數(shù)量，最終增加產(chǎn)量[7]；OsRR2 結(jié)合在細(xì)胞分裂素氧化酶基因OsCKX4啟動(dòng)子上直接調(diào)控該基因表達(dá)[8]。LOG 基因突變體分生組織細(xì)胞分裂能力明顯降低，莖端分生組織體積明顯減小，枝梗分化受到強(qiáng)烈抑制，且僅在每個(gè)枝梗頂部形成一朵穎花[9]。

鑒于CKX、RR、LOG 等家族基因直接或間接調(diào)控穗部性狀發(fā)育和形成，且DNA 轉(zhuǎn)錄是結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)控重要節(jié)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)錄速度和數(shù)量均影響關(guān)聯(lián)酶活性強(qiáng)弱，進(jìn)而調(diào)控性狀表現(xiàn)強(qiáng)弱。因此，本試驗(yàn)選擇與水稻幼穗分化相關(guān)基因和不同穗型粳稻品種，通過(guò)盆栽試驗(yàn)比較分析不同穗型水稻品種間穗部性狀以及幼穗分化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量遺傳差異及相互間關(guān)系，旨在為解析水稻穗部性狀形成轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)理和開(kāi)發(fā)超高產(chǎn)栽培技術(shù)等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為多粒型晚熟品種GWS 15 和松粳9號(hào)，較多粒型晚熟品種東農(nóng)7366和龍稻27號(hào)，少粒型晚熟品種GWS 14 和中熟品種龍稻5 號(hào)，其中，龍稻27 號(hào)和龍稻5 號(hào)由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作與栽培研究所提供，其他品種由研究室選育新品種。

1.2 方法

本試驗(yàn)于2018 年和2019 年在黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校園盆栽場(chǎng)開(kāi)展。試驗(yàn)采用盆栽種植方法，盆規(guī)格為長(zhǎng)60 cm、寬40 cm、高40 cm，盆栽用土過(guò)篩混勻后等量裝盆。4月5日播種，大缽體盤(pán)育苗，每個(gè)孔播兩粒催芽籽，大棚旱育秧管理。5月15日選取長(zhǎng)勢(shì)一致秧苗插秧，每盆插2 行8 穴，每穴插2 棵苗，緩苗后定植1 棵苗，每個(gè)品種3盆，其中兩盆用于調(diào)查及測(cè)定穗發(fā)育情況，另一盆用于室內(nèi)考種，正常水管理。全年施氮量為純氮105 kg·hm-2，按盆表面積折算成每盆施氮量，N∶P2O5∶K2O 比為1∶0.5∶0.8。氮肥為尿素，磷肥為磷酸二銨，鉀肥為硫酸鉀。施肥方法是磷肥全部作基肥；鉀肥50%作基肥，50%作穗肥，氮肥50%作基肥，20%作分蘗肥，30%作穗肥。插秧前3 d 施入基肥與上層20 cm 土壤混拌均勻，灌水浸泡，秧苗開(kāi)始分蘗時(shí)施入分蘗肥，穗肥在幼穗分化始期一次性施入。

1.3 取樣方法

插秧后每個(gè)品種秧苗按照分蘗發(fā)生順序依次標(biāo)記分蘗等級(jí)，僅標(biāo)記主莖及第1 次和第2 次分蘗。待幼穗分化開(kāi)始時(shí)剝離標(biāo)記的莖鞘觀察幼穗分化情況，分別于幼穗長(zhǎng)度為5、10、20、30 mm時(shí)取標(biāo)記莖幼穗，迅速液氮處理后放入-80 ℃冰柜內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量測(cè)定

從水稻基因庫(kù)獲取基因定位區(qū)域，使用Primer 5.0及NCBI內(nèi)Primer BLAST功能，在基因保守區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)高特異性Actin1內(nèi)參基因和幼穗分化相關(guān)基因引物，其引物序列見(jiàn)表1。

選 用NOVA?Taq SYBR?Green qPCR Premix（NOVA，愚公生命科技有限公司，江蘇連云港）定量試劑盒及Roche Light Cycler TM 熒光定量PCR儀，以Actin1 基因?yàn)閮?nèi)參基因，采用Delte-DelteCt法分析基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量。參照基因ΔCT法，依公式ΔCT=2Ct(reference)-Ct(target)計(jì)算基因相對(duì)表達(dá)量， 其中Ct(reference)-Ct(target)分別為內(nèi)參基因表達(dá)量和目標(biāo)基因達(dá)到設(shè)定熒光值時(shí)擴(kuò)增循環(huán)次數(shù)。

表1 RT-qPCR反應(yīng)引物設(shè)計(jì)Table 1 Design of RT-qPCR reaction primer

1.5 數(shù)據(jù)分析

2018 年與2019 年試驗(yàn)結(jié)果一致，本研究?jī)H選用2019 年試驗(yàn)數(shù)據(jù)作分析，數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 23.0軟件，LSD法顯著性測(cè)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種間穗部性狀比較及穗型分類(lèi)

供試不同品種間穗部性狀方差分析及多重比較結(jié)果見(jiàn)表2，同時(shí)根據(jù)供試6 個(gè)不同品種計(jì)算穗部性狀間簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。由表2可知，供試不同品種除每穗一次枝梗數(shù)外，每穗總粒數(shù)、穗長(zhǎng)、每穗二次枝梗數(shù)、每穗一次枝梗粒數(shù)、每穗二次枝梗粒數(shù)F值均達(dá)極顯著，說(shuō)明不同品種間除每穗一次枝梗數(shù)外，其他穗部性狀均呈極顯著遺傳差異。多重比較結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)最多品種是GWS15 和松粳9 號(hào)，其次是東農(nóng)7366 和龍稻27號(hào)，而GWS 14 和龍稻5 號(hào)最少，且最多的兩個(gè)品種和其他品種間及次多的兩個(gè)品種和最少的兩個(gè)品種間差異均顯著，說(shuō)明不同穗型品種間每穗總粒數(shù)遺傳差異顯著。據(jù)此本試驗(yàn)將供試6個(gè)不同品種劃分為3 種穗型，即GWS 15 和松粳9 號(hào)為多粒型品種，東農(nóng)7366 和龍稻27 號(hào)為較多粒型品種，GWS 14和龍稻5號(hào)為少粒型品種。

不同穗型品種每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)均是多粒型品種＞較多粒型品種＞少粒型品種，不同穗型品種間差異均顯著。相關(guān)分析表明，每穗總粒數(shù)與每穗二次枝梗數(shù)、每穗二次枝梗粒數(shù)間相關(guān)系數(shù)分別為0.9124 和0.9552，均相關(guān)顯著。說(shuō)明每穗總粒數(shù)與每穗二次枝梗數(shù)、每穗二次枝梗粒數(shù)間關(guān)系密切，增加每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)有利于增加每穗總粒數(shù)，進(jìn)而增加庫(kù)容。由表2可見(jiàn)，不同穗型品種每穗一次枝梗粒數(shù)依次為龍稻5號(hào)＞龍稻27號(hào)＞GWS14＞松粳9號(hào)＞GWS 15＞東農(nóng)7366，少粒型品種每穗一次支梗粒數(shù)多于其他穗型品種，尤其是總粒數(shù)最少的龍稻5號(hào)均顯著多于其他穗型品種，說(shuō)明每穗一次支梗粒數(shù)多的穗型品種與每穗總粒數(shù)并不一致。

2.2 不同穗型品種間幼穗形成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量比較

2.2.1 不同穗型品種間幼穗OsLOGL2 基因表達(dá)量變化動(dòng)態(tài)比較

在幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種幼穗OsLOGL2 基因mRNA 表達(dá)量比較列于表3。由表3可見(jiàn)，隨幼穗生長(zhǎng)，供試不同穗型品種幼穗OsLOGL2 基因mRNA 表達(dá)量均持續(xù)升高，與幼穗長(zhǎng)度5 mm 相比，30 mm 幼穗該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量平均上升幅度多粒型品種為88.2%、較多粒型品種為91.4%、少粒型品種為70.6%，上升幅度均較大，且少粒型品種小于多粒型和較多粒型品種。幼穗長(zhǎng)度5、10、20、30 mm 時(shí)OsLOGL2 基因mRNA 表達(dá)量多粒型品種和少粒型品種間平均極差分別為0.482、0.921、1.177、1.293，在幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中OsLOGL2基因mRNA表達(dá)量多粒型品種高于較多粒型和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，與少粒型品種相比，多粒型和較多粒型品種平均表達(dá)量分別高1.33 倍和1.22 倍。相關(guān)分析結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與平均幼穗OsLOGL2 基因mRNA 表達(dá)量間相關(guān)系數(shù)分別為0.9920、0.9433和0.9745，均達(dá)極顯著。說(shuō)明不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗OsLOGL2 基因mRNA 表達(dá)量遺傳差異較大，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsLOGL2 基因mRNA 表達(dá)量關(guān)系密切，幼穗OsLOGL2 基因通過(guò)mRNA 表達(dá)量正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)。

表2 不同穗型品種間穗部性狀比較Table 2 Comparison of ear traits among different types of cultivars

表3 不同穗型品種間幼穗OsLOGL2基因mRNA表達(dá)量比較Table 3 Comparison of mRNA expression of OsLOGL2 gene among different panicle type varieties

2.2.2 不同穗型品種間幼穗OsLOGL3 基因表達(dá)量變化動(dòng)態(tài)比較

在幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種幼穗OsLOGL3 基因mRNA 表達(dá)量比較見(jiàn)表4。由表4 可見(jiàn)，隨幼穗生長(zhǎng)供試不同穗型品種幼穗OsLOGL3基因mRNA 表達(dá)量均持續(xù)上升，與幼穗長(zhǎng)度5 mm相比，30 mm幼穗該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量平均上升幅度多粒型品種為32.8%、較多粒型品種為29.2%、少粒型品種為30.1%，上升幅度均較大，其上升幅度多粒型品種大于較多粒型和少粒型品種。幼穗長(zhǎng)5、10、20、30 mm時(shí)OsLOGL3基因mRNA表達(dá)量多粒型和少粒型品種間平均極差分別是0.333、0.420、0.530、0.479，幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中OsLOGL3 基因mRNA 表達(dá)量多粒型品種高于較多粒型品種和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，與少粒型品種相比，多粒型品種和較多粒型品種平均表達(dá)量分別高1.31倍和1.15倍。相關(guān)分析結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與平均幼穗OsLOGL3 基因mRNA 表達(dá)量間相關(guān)系數(shù)分別為0.9540、0.8668和0.9240，均達(dá)顯著或極顯著。說(shuō)明不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗OsLOGL3基因mRNA表達(dá)量遺傳差異較大，每穗總粒數(shù)及每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsLOGL3基因mRNA 表達(dá)量關(guān)系密切，幼穗OsLOGL3 基因是通過(guò)mRNA 表達(dá)量正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)。

表4 不同穗型品種間幼穗OsLOGL3基因mRNA表達(dá)量比較Table 4 Comparison of mRNA expression of OsLOGL3 gene among different panicle type varieties

2.2.3 不同穗型品種間幼穗OsCKX5 基因表達(dá)量變化動(dòng)態(tài)比較

幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種間幼穗OsCKX5基因mRNA表達(dá)量比較結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，隨幼穗生長(zhǎng)，供試不同穗型品種幼穗OsCKX5基因mRNA 表達(dá)量均持續(xù)上升，與幼穗長(zhǎng)度5 mm相比，30 mm幼穗該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量平均上升幅度多粒型品種為32.8%、較多粒型品種為35.4%、少粒型品種為28.3%，上升幅度均較大，其上升幅度少粒型品種小于多粒型和較多粒型品種。幼穗長(zhǎng)度5、10、20、30 mm時(shí)OsCKX5基因mRNA表達(dá)量多粒型和少粒型品種間平均極差分別為0.193、0.271、0.291、0.301，幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中OsCKX5基因mRNA表達(dá)量多粒型品種高于較多粒型和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，與少粒型品種相比，多粒型和較多粒型品種平均表達(dá)量分別高1.22 倍和1.13 倍。相關(guān)分析結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與平均幼穗OsCKX5 基因mRNA 表達(dá)量間相關(guān)系數(shù)分別為0.9680、0.9273 和0.9615，均達(dá)極顯著。說(shuō)明不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗OsCKX5 基因mRNA表達(dá)量遺傳差異較大，每穗總粒數(shù)及每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsCKX5基因mRNA 表達(dá)量關(guān)系密切，幼穗OsCKX5 基因通過(guò)mRNA表達(dá)量正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)。

表5 不同穗型品種間幼穗OsCKX5基因mRNA表達(dá)量比較Table 5 Comparison of mRNA expression of OsCKX5 gene among different panicle type varieties

2.2.4 不同穗型品種間幼穗OsCKX9 基因表達(dá)量變化動(dòng)態(tài)比較

幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種間幼穗OsCKX9基因mRNA表達(dá)量比較結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn)，隨幼穗生長(zhǎng)，供試不同穗型品種幼穗OsCKX9基因mRNA 表達(dá)量均持續(xù)升高，與幼穗長(zhǎng)度5 mm相比，30 mm幼穗該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量平均上升幅度多粒型品種為52.6%、較多粒型品種為65.5%、少粒型品種為59.3%，上升幅度較大，其上升幅度多粒型品種小于較多粒型和少粒型品種。幼穗長(zhǎng)度5、10、20、30 mm時(shí)OsCKX9基因mRNA表達(dá)量多粒型品種和少粒型品種間平均極差分別為0.251、0.310、0.358、0.274，幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中OsCKX9 基因mRNA 表達(dá)量多粒型品種始終高于較多粒型和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，與少粒型品種相比，多粒型和較多粒型品種平均表達(dá)量分別高1.63倍和1.35倍。相關(guān)分析結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與平均幼穗OsCKX9 基因mRNA 表達(dá)量間相關(guān)系數(shù)分別為0.9730、0.9320 和0.9733，均達(dá)極顯著。說(shuō)明不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗OsCKX9基因mRNA表達(dá)量遺傳差異較大，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsCKX5基因mRNA 表達(dá)量高低關(guān)系密切，幼穗OsCKX9 基因通過(guò)mRNA 表達(dá)量正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)。

表6 不同穗型品種間幼穗OsCKX9基因mRNA表達(dá)量比較Table 6 Comparison of mRNA expression of OsCKX9 gene among different panicle type varieties

2.2.5 不同穗型品種間幼穗OsRR5基因表達(dá)量變化動(dòng)態(tài)比較

幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種幼穗OsRR5基因mRNA 表達(dá)量比較列于表7。由表7 可見(jiàn)，隨幼穗生長(zhǎng)，供試不同穗型品種幼穗OsRR5 基因mRNA 表達(dá)量均持續(xù)升高，與幼穗長(zhǎng)度5 mm 相比，30 mm幼穗該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量平均上升幅度多粒型品種為90.9%、較多粒型品種為81.0%、少粒型品種為78.6%，上升幅度均較大，其上升幅度多粒型品種＞較多粒型品種＞少粒型品種。幼穗長(zhǎng)度5、10、20、30 mm 時(shí)OsRR5 基因mRNA 表達(dá)量多粒型和少粒型品種間平均極差分別為0.397、0.497、0.777、0.897，幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中OsRR5基因mRNA表達(dá)量多粒型品種始終高于較多粒型和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，與少粒型品種相比，多粒型和較多粒型品種平均表達(dá)量分別高1.44 倍和1.23 倍。相關(guān)分析結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與平均幼穗OsRR5基因mRNA表達(dá)量間相關(guān)系數(shù)分別為0.9720、0.8955 和0.9455，均達(dá)顯著或極顯著。說(shuō)明不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗OsRR5基因mRNA表達(dá)量遺傳差異較大，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsRR5基因mRNA表達(dá)量關(guān)系密切，幼穗OsRR5基因通過(guò)mRNA 表達(dá)量正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)。

表7 不同穗型品種間幼穗OsRR5基因mRNA表達(dá)量比較Table 7 Comparison of mRNA expression of OsRR5 gene among different panicle type varieties

2.2.6 不同穗型品種間幼穗OsRR2 基因表達(dá)量變化動(dòng)態(tài)比較

幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種幼穗OsRR2基因mRNA 表達(dá)量比較見(jiàn)表8。由表8 可見(jiàn)，隨幼穗生長(zhǎng)，供試不同穗型品種幼穗OsRR2基因mRNA表達(dá)量均持續(xù)升高，與幼穗長(zhǎng)度5 mm相比，30 mm幼穗該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量平均上升幅度多粒型品種為45.7%、較多粒型品種為47.8%、少粒型品種為61.9%，上升幅度均較大，但少粒型品種＞較多粒型品種＞多粒型品種。幼穗長(zhǎng)度5、10、20、30 mm時(shí)OsRR2 基因mRNA 表達(dá)量多粒型和少粒型品種間平均極差分別為0.360、0.379、0.494、0.444，幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中OsRR2 基因mRNA 表達(dá)量多粒型品種高于較多粒型品少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，與少粒型品種相比，多粒型品種和較多粒型品種平均表達(dá)量分別高1.63 倍和1.33倍。相關(guān)分析結(jié)果表明，每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與平均幼穗OsRR2基因mRNA 表達(dá)量間相關(guān)系數(shù)分別為0.9710、0.9160和0.9602，均達(dá)顯著或極顯著。說(shuō)明不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗OsRR2基因mRNA表達(dá)量遺傳差異較大，每穗總粒數(shù)及每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsRR2基因mRNA表達(dá)量關(guān)系密切，幼穗OsRR2 基因通過(guò)mRNA 表達(dá)量正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)。

表8 不同穗型品種間幼穗OsRR2基因mRNA表達(dá)量比較Table 8 Comparison of mRNA expression of OsRR2 gene among different panicle type varieties

2.2.7 不同穗型品種間幼穗細(xì)胞分裂素合成酶和氧化酶基因表達(dá)量總和變化動(dòng)態(tài)比較

幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中供試不同穗型品種幼穗細(xì)胞分裂素合成相關(guān)酶基因OsLOGL2、OsLOGL3和氧化酶相關(guān)基因OsCKX5、OsCKX9轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和比較結(jié)果分別列于表9和10。

由表9 可知，隨幼穗生長(zhǎng),供試不同穗型品種幼穗細(xì)胞分裂素合成相關(guān)酶基因OsLOGL2、OsLOGL3和氧化酶相關(guān)基因OsCKX5、OsCKX9轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和均同步持續(xù)上升，上升幅度均較大，但在幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中幼穗細(xì)胞分裂素合成相關(guān)酶基因OsLOGL2、OsLOGL3轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和高于氧化酶相關(guān)基因OsCKX5、OsCKX9轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和，兩者比值為2.32～2.91，即細(xì)胞分裂素合成相關(guān)酶基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和比氧化酶相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和高2倍以上（見(jiàn)表10），且多粒型品種高于較多粒型和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種。說(shuō)明幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中雖幼穗細(xì)胞分裂素合成相關(guān)酶和氧化酶相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量同步持續(xù)上升，但合成相關(guān)酶基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和遠(yuǎn)高于氧化酶相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和，幼穗細(xì)胞分裂素合成代謝優(yōu)于降解代謝。

表9 不同穗型品種間幼穗OsLOGL2、OsLOGL3和OsCKX5、OsCKX9基因mRNA表達(dá)量總和比較Table 9 Comparison of mRNA expression total amount of OsLOGL2, OsLOGL3 and OsCKX5, OsCKX9 genes among different panicle type varieties

表10 不同穗型品種間幼穗OsLOGL2、OsLOGL3和OsCKX5、OsCKX9基因mRNA表達(dá)量總和比值比較Table 10 Comparison of mRNA expression total amount ratio of OsLOGL2, OsLOGL3 and OsCKX5, OsCKX9 genes among different panicle type varieties

3 討論與結(jié)論

水稻穗型與多個(gè)穗部性狀相關(guān)，在穗型分類(lèi)中，由于研究目的及方向等不同，不同研究者所選取性狀也有所差異，分類(lèi)結(jié)果各異，如直立穗、彎曲穗、半彎曲穗、密穗、稀穗、長(zhǎng)穗、短穗、輕穗、重穗等多種穗型。通過(guò)改良穗型和增加每穗粒數(shù)提高水稻單產(chǎn)已成為水稻超高產(chǎn)品種選育和栽培技術(shù)研究重要共識(shí)，因此深入研究穗粒數(shù)形成內(nèi)外調(diào)控機(jī)制對(duì)水稻穗型塑造及提高水稻產(chǎn)量具有重要意義。鑒于此，本研究根據(jù)供試品種間每穗總粒數(shù)遺傳差異特點(diǎn)，將供試品種劃分為多粒型、較多粒型、少粒型3種穗型，以便闡明不同穗型形成分子調(diào)控機(jī)制。

基因轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)調(diào)控重要環(huán)節(jié)之一，其表達(dá)量不僅受自身遺傳因素控制，且受氮素營(yíng)養(yǎng)、溫度、水分等外源環(huán)境因素影響[10-11]。水稻中細(xì)胞分裂素氧化酶基因OsCKX2表達(dá)缺失引起細(xì)胞分裂素在花絮分生組織中積累，導(dǎo)致穎花分化數(shù)目增加，有利于水稻大穗形成[12]。水稻穗型相關(guān)基因DEP1、LP 及DST 直接或間接調(diào)控OSCKX2 表達(dá)水平，調(diào)控水稻每穗穗粒數(shù)改變水稻產(chǎn)量[13]。Gao等研究結(jié)果表明，OsRR2結(jié)合在細(xì)胞分裂素氧化酶基因OsCKX4 啟動(dòng)子上直接調(diào)控該基因表達(dá)[8]。長(zhǎng)日照條件下，Ghd7 基因表達(dá)增強(qiáng)，引起水稻穗型變大和穗粒數(shù)增多[14]。陳燕華等研究結(jié)果表明，高溫下細(xì)胞分裂素合成有關(guān)基因OsLOGL2 和OsLOGL3表達(dá)降低，噴施0.15 mg·L-1油菜素內(nèi)酯（EBR）同時(shí)促進(jìn)高溫和適溫條件下OsLOGL2 和OsLOGL3表達(dá)[15]。與適溫相比，高溫抑制OsRR2、OsRR5、ORR2 和ORR4 表達(dá)，噴施0.15 mg·L-1EBR 顯著提高4 個(gè)基因高溫下表達(dá)量，且高于適溫下表達(dá)量。由上可知，穗型相關(guān)基因表達(dá)水平不僅與基因自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，且還受其他調(diào)控基因及基因產(chǎn)物影響，基因表達(dá)水平變化引起與穗部性狀發(fā)育和生長(zhǎng)有關(guān)激素、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等含量變化，最終引起穗部性狀表型變異。由本研究結(jié)果也可知，隨幼穗生長(zhǎng)供試不同穗型品種幼穗OsLOGL2、OsLOGL3、OsCKX5、OsCKX9、OsRR2、OsRR5 基因mRNA 表達(dá)量均持續(xù)上升，其上升幅度均較大，且不同穗型品種間幼穗生長(zhǎng)不同時(shí)期幼穗上述6 個(gè)基因mRNA表達(dá)量遺傳差異較大，在幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中上述6個(gè)基因mRNA表達(dá)量多粒型品種高于較多粒型和少粒型品種，較多粒型品種又高于少粒型品種，且每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗上述6個(gè)基因mRNA表達(dá)量均呈顯著或極顯著正相關(guān)。說(shuō)明每穗總粒數(shù)、每穗二次枝梗數(shù)和每穗二次枝梗粒數(shù)與幼穗OsCKX5、OsCKX9、OsRR2、 OsRR5、 OsLOGL2、 OsLOGL3 基 因mRNA表達(dá)量關(guān)系密切，上述基因通過(guò)mRNA 表達(dá)量變化正向調(diào)控每穗穎花分化和形成，基因表達(dá)量上調(diào)有利于增加每穗穎花數(shù)，穗型相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量變化是穗部性狀發(fā)生數(shù)量變異的重要內(nèi)在調(diào)控機(jī)制。且幼穗分化相關(guān)的同工型基因間轉(zhuǎn)錄表達(dá)量差異較大。 本試驗(yàn)中OsLOGL2、 OsCKX5、OsRR5 基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均高于同工的OsLOGL3、OsCKX9、OsRR2 基因。因此，通過(guò)不同作用性質(zhì)穗型相關(guān)基因聚合，調(diào)控穗型相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平，增強(qiáng)幼穗分化和形成所必需細(xì)胞分裂素水平，以增加每穗總粒數(shù)形成強(qiáng)大庫(kù)容，是選育水稻超高產(chǎn)品種重要途徑。

比較本試驗(yàn)不同功能基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和可知，幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中雖幼穗細(xì)胞分裂素合成相關(guān)酶基因和氧化酶相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量均同步持續(xù)上升，但合成相關(guān)酶基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和遠(yuǎn)高于氧化酶相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量總和，說(shuō)明在幼穗生長(zhǎng)過(guò)程中細(xì)胞分裂素合成代謝和降解代謝同步發(fā)生，但合成代謝強(qiáng)于降解代謝，以維持幼穗生長(zhǎng)所必需細(xì)胞分裂素濃度。所以，通過(guò)外源激素調(diào)控幼穗內(nèi)源激素水平，增加每穗粒數(shù)進(jìn)而形成強(qiáng)大庫(kù)容是提高水稻單產(chǎn)或減輕高溫災(zāi)害等重要外源調(diào)控技術(shù)途徑。