隱性長穗頸光敏核不育水稻最上節間伸長動態規律的研究

劉俊飛 梁滿中 鄧力喜 陳良碧

摘要：隱性長穗頸性狀具有解除雄性不育水稻包頸現象的作用，因此在雜交制種中具有較高的應用價值，以培矮64S為對照，研究了隱性長穗頸光敏核不育水稻長光S最上節間伸長的動態規律，結果表明最上節間伸長的時期為始花前6d至始花當天，始花前1～3d為節間快速伸長期，此時期主要由節間中下部細胞大幅度伸長所致，長光S細胞長度與培矮64S細胞長度差異主要體現在節間快速伸長期，花粉正常發育具有促進節間快速伸長期細胞伸長的作用，隱性長穗頸基因與花粉正常發育在促進節間快速伸長期細胞伸長的作用中有互作增效作用。

關鍵詞：水稻；光敏核不育；長穗頸；細胞

中圖分類號：S511

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7847(2007)02-0161-06

雄性不育水稻包頸現象是“三系”和“兩系”不育系共同缺陷，解決包頸的辦法是在不育系始穗期噴施“九二○”，但適合使用“九二○”的時期較短，易受陰雨天氣的影響，因不育系抽穗不暢導致制種產量低的現象時有發生，另外，使用“九二○”增加了雜交制種成本，也不利于環境保護，同時對種子質量也有負面影響，Okuno K和Kawai T(1978)首先報道了從誘變的農林8號中獲得下部節間伸長型的隱性高桿突變體，隨后，Rutger和Camahan(1981)報道在粳稻雜交的F₃群體中發現了一個最上節間伸長的長穗頸突變體，并將此基因命名為eui(elongated-upppermost-internode)，由于該基因可以解除不育系的包頸而認為是雜交水稻的第四要素，此后發現了許多長穗頸材料，1999年我們通過輻射育種的方法從溫敏核不育水稻雙低s選育出長穗頸溫敏核不育突變體，利用其與光敏核不育系農墾58S雜交選育成長穗頸光敏核不育系長光s，對隱性長穗頸eui基因的研究結果表明該性狀為一對隱性基因控制，基因的表達與育性敏感期的溫度呈負相關；并對已定長的最上節間細胞數目和細胞長度進行了比較，本文以隱性長穗頸光敏核不育系長光S為材料，研究最上節間伸長的動態變化與細胞數目和細胞長度的關系，旨在進一步揭示長穗頸eui基因促進水稻最上節間伸長的機制。

1材料與方法

1.1材料

秈型光敏核不育系長光S為本單位用隱性長穗頸溫敏核不育系長選3S與農墾58S雜交經8代選育而成，對照為培矮64S，由湖南雜交水稻研究中心供種。

1.2方法

1.2.1 材料栽培

供試材料于2006年5月5日播種育苗，5葉期移栽到盆栽桶中，每盆栽8株，每個處理材料栽15盆，常規肥水管理，花粉可育的處理條件為在8葉期進行12h短日處理，當幼穗發育到穎花分化期，在冷水灌溉繁殖裝置中同時進行20℃冷水恒溫處理15d，使供試材料花粉可染率達80％以上，自然長日高溫條件下栽培的材料為花粉完全不育材料。

1.2.2最上節間伸長動態的測量

對不同處理后的材料各選100個生長發育一致的主穗進行觀察，在幼穗分化的花粉充實期開始每天選5個穗測量最上節間長度，取其平均值，并以最接近平均值的穗作為細胞觀察的材料。

1.2.3 最上節間細胞切片制備與觀察

將最上節間切成若干段，每小段約1.5 cm長，用F.A.A，固定液固定，經酒精脫水、二甲苯透明及石蠟包埋后進行連續縱向切片，切片經1.0％的番紅和苯胺藍染色，在顯微鏡下對各小段切片中靠莖壁一側的第一列薄壁細胞(內層薄壁細胞)進行計數，并用顯微測微計量取細胞的長度，并分別對不同區段的細胞數目和細胞長度進行統計分析。

2結果與分析

2.1 隱性長穗頸光敏核不育水稻最上節間伸長的動態規律

對經短日低溫誘導后花粉可育的長光S和培矮64S的最上節間伸長的動態變化觀察表明，始花前6d最上節間長度分別為2.0 mm和1.5mm，標志節間開始伸長，隨后每天節間增加的長度逐漸增大，始花前1d節間伸長幅度達到最大，始花后節間停止伸長，其節間長度達到最長(圖1a)，長光S與培矮64S最上節間的伸長在始花前第3d開始出現明顯差異，長光S日伸長量明顯大于培矮64S，始花前1d兩者的差異達到最大值，長光S日伸長量是培矮64S的近兩倍-±立矮64S在始花前1d到始花當天節間伸長達到最大值，但日伸長的幅度遠小于長光S(圖1b)，結果表明，隱性長穗頸eui基因的作用主要是促進最上節間在始花前3～1d的快速伸長。

對長日高溫條件下花粉不育的長光S和培矮64S的最上節間伸長的動態變化觀察表明，最上節間伸長的起止時期與可育條件下基本一致，伸長前期與可育條件時的日伸長量差異不顯著，但快速伸長期，即始花前2d至始花時，日伸長量比可育條件下明顯降低(圖2a)，雖然長光S日伸長量降低的幅度比培矮64S還大，但長光S在不育條件下最上節間的總長度仍達30 cm以上，比培矮64S在可育條件下還長，因此即使在花粉不育條件下隱性長穗頸長光S仍可基本解除包頸現象，而培矮64S的日伸長量卻急劇下降，尤其是始花前1d至始花時日伸長的增量顯著卻降低，從而導致最上節間伸長受阻，嚴重包頸(圖2b)，上述結果表明，不育系包頸現象是由于最上節間快速伸長期的伸長受阻所致。

2.2不同伸長時期最上節間內層薄壁細胞的數量和平均長度變化

對花粉可育條件下長光S和培矮64S最上節間伸長期間進行切片觀察，結果發現從節間開始伸長到始花前2d長光S與培矮64S內層薄壁細胞的細胞數量成直線增加，到始花前2d細胞數量分別達到定長時細胞數量的84.1％和84.39％(圖3a)，用各觀察時期的細胞數除以該時期節間長度得到該時期細胞的平均長度，由圖3b可見，從節間開始伸長到始花前3d細胞的平均長度增加較慢，表明此時期節間伸長主要由細胞數量增加所致，始花前2d后細胞數量增加較少，細胞平均長度增加加快，其中長光S比培矮64S更加明顯，上述結果表明水稻最上節間快速伸長期主要是細胞伸長所致，隱性長穗頸eui基因對最上節間的細胞數量增加有一定促進作用，但對細胞伸長的促進作用更明顯，尤其是對節間快速伸長期細胞伸長的作用最顯著。

花粉不育條件下，長光S和培矮64S最上節間內層薄壁細胞的數量略少于可育條件下的細胞數量(圖4a)，節問伸長前期細胞平均長度與可育時差異不顯著(圖4b)，節間伸長后期細胞平均長度的差值越來越大，尤其是始花前1～2d快速伸長期花粉不育條件下的細胞平均長度增加的幅度顯著小于可育條件下，節間定長后，長光S細胞平均長度比可育條件下下降了17.86％，培矮64S則下降了14.40％。

2.3最上節間不同伸長時期內層薄壁細胞長度的動態變化。

對花粉可育條件下長S和培矮64S最上節間4個伸長時期全節間內層薄壁細胞長度的連續變化規律進行了比較，結果表明在始花前第5d，兩材料的細胞長度差異不大(圖5Ⅰ)，進入始花前第3d，最上節間長度和各區段的細胞長度出現差異(圖5Ⅱ)，始花前第2d細胞長度的差異進一步加大，長光S節間中部區細胞長度達80μm左右，此時培矮64S為30μm左右(圖5Ⅲ)；定長時長光S細胞長度最大可達141.9μm，而培矮64S只有98.6μm(圖5Ⅳ)，長光S細胞長度在100μm以上的區段占總長的43.04％，而培矮，64S沒有細胞長度100μm以上區段，上述結果表明隱性長穗頸eui基因促進最上節間伸長主要是促進中下部細胞的伸長。

3討論

水稻稻穗突破葉鞘(俗稱“破口”)是抽穗的標志，但都處于破口期的常規水稻、不育水稻和長穗頸水稻其發育時期是不相同的，可育條件下的長穗頸水稻在全穗抽出后的第2d穎花才開始開花受粉，常規水稻一般在2/3稻穗抽出后開始開花，不育水稻在破口的當天或第2d開始開花，因此，在描述最上節間伸長時期時用始花比始穗要準確。

與其它各節相比，水稻最上節間顯著伸長，這是對抽穗開花的適應，培矮64S在花粉不育條件下抽穗受阻，在可育條件下抽穗趨于正常，表明水稻花粉正常發育是促進最上節間伸長的重要因素，本文研究表明，培矮64S在花粉不育條件下抽穗受阻的主要細胞學原因是始花前節間快速伸長期細胞伸長受阻，可育花粉的發育可促進此時期的細胞伸長，可育花粉促進節間細胞伸長的生理生化機制有待進一步研究，推測可能是花粉發育過程中合成了大量赤霉素類物質下運到節間，促進細胞快速伸長。

具有隱性長穗頸基因的長光S在花粉不育條件下能正常抽穗，以培矮64S為對照，通過對最上節間伸長過程中的細胞比較，隱性長穗頸基因的作用除了對細胞分裂有一定促進作用外，主要是促進始花前節間快速伸長期細胞的伸長，具有類似可育花粉促進細胞伸長的功能，與花粉不育條件下相比，在花粉可育條件下，長光S最上節間長度和細胞長度增加的幅度顯著大于培矮64S增加的幅度，表明隱性長穗頸基因與可育花粉在促進最上節間細胞伸長中有互作增效作用，本文推測，長光S的隱性長穗頸基因可能屬赤霉素敏感類型的基因，這樣就易于解釋隱性長穗頸基因與可育花粉在促進最上節間伸長中的互作增效作用，當然，該推測還有待進一步研究證實。