光敏不育水稻 隐性长穗颈光敏核不育水稻最上节间伸长动态规律的研究

　　刘俊飞　梁满中　邓力喜　陈良碧 　　摘要：隐性长穗颈性状具有解除雄性不育水稻包颈现象的作用，因此在杂交制种中具有较高的应用价值，以培矮64S为对照，研究了隐性长穗颈光敏核不育水稻长光S最上节间伸长的动态规律，结果表明最上节间伸长的时期为始花前6d至始花当天，始花前1～3d为节间快速伸长期，此时期主要由节间中下部细胞大幅度伸长所致，长光S细胞长度与培矮64S细胞长度差异主要体现在节间快速伸长期，花粉正常发育具有促进节间快速伸长期细胞伸长的作用，隐性长穗颈基因与花粉正常发育在促进节间快速伸长期细胞伸长的作用中有互作增效作用。
　　关键词：水稻；光敏核不育；长穗颈；细胞
　　中图分类号：S511
　　文献标识码：A
　　文章编号：1007-7847(2007)02-0161-06
　　
　　雄性不育水稻包颈现象是“三系”和“两系”不育系共同缺陷，解决包颈的办法是在不育系始穗期喷施“九二○”，但适合使用“九二○”的时期较短，易受阴雨天气的影响，因不育系抽穗不畅导致制种产量低的现象时有发生，另外，使用“九二○”增加了杂交制种成本，也不利于环境保护，同时对种子质量也有负面影响，Okuno K和Kawai T(1978)首先报道了从诱变的农林8号中获得下部节间伸长型的隐性高杆突变体，随后，Rutger和Camahan(1981)报道在粳稻杂交的F3群体中发现了一个最上节间伸长的长穗颈突变体，并将此基因命名为eui(elongated-upppermost-internode)，由于该基因可以解除不育系的包颈而认为是杂交水稻的第四要素，此后发现了许多长穗颈材料，1999年我们通过辐射育种的方法从温敏核不育水稻双低s选育出长穗颈温敏核不育突变体，利用其与光敏核不育系农垦58S杂交选育成长穗颈光敏核不育系长光s，对隐性长穗颈eui基因的研究结果表明该性状为一对隐性基因控制，基因的表达与育性敏感期的温度呈负相关；并对已定长的最上节间细胞数目和细胞长度进行了比较，本文以隐性长穗颈光敏核不育系长光S为材料，研究最上节间伸长的动态变化与细胞数目和细胞长度的关系，旨在进一步揭示长穗颈eui基因促进水稻最上节间伸长的机制。
　　
　　1材料与方法
　　
　　1.1材料
　　籼型光敏核不育系长光S为本单位用隐性长穗颈温敏核不育系长选3S与农垦58S杂交经8代选育而成，对照为培矮64S，由湖南杂交水稻研究中心供种。
　　
　　1.2方法
　　1.2.1 材料栽培
　　供试材料于2006年5月5日播种育苗，5叶期移栽到盆栽桶中，每盆栽8株，每个处理材料栽15盆，常规肥水管理，花粉可育的处理条件为在8叶期进行12h短日处理，当幼穗发育到颖花分化期，在冷水灌溉繁殖装置中同时进行20℃冷水恒温处理15d，使供试材料花粉可染率达80％以上，自然长日高温条件下栽培的材料为花粉完全不育材料。
　　1.2.2最上节间伸长动态的测量
　　对不同处理后的材料各选100个生长发育一致的主穗进行观察，在幼穗分化的花粉充实期开始每天选5个穗测量最上节间长度，取其平均值，并以最接近平均值的穗作为细胞观察的材料。
　　1.2.3 最上节间细胞切片制备与观察
　　将最上节间切成若干段，每小段约1.5 cm长，用F.A.A，固定液固定，经酒精脱水、二甲苯透明及石蜡包埋后进行连续纵向切片，切片经1.0％的番红和苯胺蓝染色，在显微镜下对各小段切片中靠茎壁一侧的第一列薄壁细胞(内层薄壁细胞)进行计数，并用显微测微计量取细胞的长度，并分别对不同区段的细胞数目和细胞长度进行统计分析。
　　
　　2结果与分析
　　
　　2.1 隐性长穗颈光敏核不育水稻最上节间伸长的动态规律
　　对经短日低温诱导后花粉可育的长光S和培矮64S的最上节间伸长的动态变化观察表明，始花前6d最上节间长度分别为2.0 mm和1.5mm，标志节间开始伸长，随后每天节间增加的长度逐渐增大，始花前1d节间伸长幅度达到最大，始花后节间停止伸长，其节间长度达到最长(图1a)，长光S与培矮64S最上节间的伸长在始花前第3d开始出现明显差异，长光S日伸长量明显大于培矮64S，始花前1d两者的差异达到最大值，长光S日伸长量是培矮64S的近两倍-±立矮64S在始花前1d到始花当天节间伸长达到最大值，但日伸长的幅度远小于长光S(图1b)，结果表明，隐性长穗颈eui基因的作用主要是促进最上节间在始花前3～1d的快速伸长。
　　对长日高温条件下花粉不育的长光S和培矮64S的最上节间伸长的动态变化观察表明，最上节间伸长的起止时期与可育条件下基本一致，伸长前期与可育条件时的日伸长量差异不显著，但快速伸长期，即始花前2d至始花时，日伸长量比可育条件下明显降低(图2a)，虽然长光S日伸长量降低的幅度比培矮64S还大，但长光S在不育条件下最上节间的总长度仍达30 cm以上，比培矮64S在可育条件下还长，因此即使在花粉不育条件下隐性长穗颈长光S仍可基本解除包颈现象，而培矮64S的日伸长量却急剧下降，尤其是始花前1d至始花时日伸长的增量显著却降低，从而导致最上节间伸长受阻，严重包颈(图2b)，上述结果表明，不育系包颈现象是由于最上节间快速伸长期的伸长受阻所致。
　　
　　2.2不同伸长时期最上节间内层薄壁细胞的数量和平均长度变化
　　对花粉可育条件下长光S和培矮64S最上节间伸长期间进行切片观察，结果发现从节间开始伸长到始花前2d长光S与培矮64S内层薄壁细胞的细胞数量成直线增加，到始花前2d细胞数量分别达到定长时细胞数量的84.1％和84.39％(图3a)，用各观察时期的细胞数除以该时期节间长度得到该时期细胞的平均长度，由图3b可见，从节间开始伸长到始花前3d细胞的平均长度增加较慢，表明此时期节间伸长主要由细胞数量增加所致，始花前2d后细胞数量增加较少，细胞平均长度增加加快，其中长光S比培矮64S更加明显，上述结果表明水稻最上节间快速伸长期主要是细胞伸长所致，隐性长穗颈eui基因对最上节间的细胞数量增加有一定促进作用，但对细胞伸长的促进作用更明显，尤其是对节间快速伸长期细胞伸长的作用最显著。
　　花粉不育条件下，长光S和培矮64S最上节间内层薄壁细胞的数量略少于可育条件下的细胞数量(图4a)，节问伸长前期细胞平均长度与可育时差异不显著(图4b)，节间伸长后期细胞平均长度的差值越来越大，尤其是始花前1～2d快速伸长期花粉不育条件下的细胞平均长度增加的幅度显著小于可育条件下，节间定长后，长光S细胞平均长度比可育条件下下降了17.86％，培矮64S则下降了14.40％。
　　
　　2.3最上节间不同伸长时期内层薄壁细胞长度 的动态变化。
　　对花粉可育条件下长S和培矮64S最上节间4个伸长时期全节间内层薄壁细胞长度的连续变化规律进行了比较，结果表明在始花前第5d，两材料的细胞长度差异不大(图5Ⅰ)，进入始花前第3d，最上节间长度和各区段的细胞长度出现差异(图5Ⅱ)，始花前第2d细胞长度的差异进一步加大，长光S节间中部区细胞长度达80μm左右，此时培矮64S为30μm左右(图5Ⅲ)；定长时长光S细胞长度最大可达141.9μm，而培矮64S只有98.6μm(图5Ⅳ)，长光S细胞长度在100μm以上的区段占总长的43.04％，而培矮，64S没有细胞长度100μm以上区段，上述结果表明隐性长穗颈eui基因促进最上节间伸长主要是促进中下部细胞的伸长。
　　
　　3讨论
　　
　　水稻稻穗突破叶鞘(俗称“破口”)是抽穗的标志，但都处于破口期的常规水稻、不育水稻和长穗颈水稻其发育时期是不相同的，可育条件下的长穗颈水稻在全穗抽出后的第2d颖花才开始开花受粉，常规水稻一般在2/3稻穗抽出后开始开花，不育水稻在破口的当天或第2d开始开花，因此，在描述最上节间伸长时期时用始花比始穗要准确。
　　与其它各节相比，水稻最上节间显著伸长，这是对抽穗开花的适应，培矮64S在花粉不育条件下抽穗受阻，在可育条件下抽穗趋于正常，表明水稻花粉正常发育是促进最上节间伸长的重要因素，本文研究表明，培矮64S在花粉不育条件下抽穗受阻的主要细胞学原因是始花前节间快速伸长期细胞伸长受阻，可育花粉的发育可促进此时期的细胞伸长，可育花粉促进节间细胞伸长的生理生化机制有待进一步研究，推测可能是花粉发育过程中合成了大量赤霉素类物质下运到节间，促进细胞快速伸长。
　　具有隐性长穗颈基因的长光S在花粉不育条件下能正常抽穗，以培矮64S为对照，通过对最上节间伸长过程中的细胞比较，隐性长穗颈基因的作用除了对细胞分裂有一定促进作用外，主要是促进始花前节间快速伸长期细胞的伸长，具有类似可育花粉促进细胞伸长的功能，与花粉不育条件下相比，在花粉可育条件下，长光S最上节间长度和细胞长度增加的幅度显著大于培矮64S增加的幅度，表明隐性长穗颈基因与可育花粉在促进最上节间细胞伸长中有互作增效作用，本文推测，长光S的隐性长穗颈基因可能属赤霉素敏感类型的基因，这样就易于解释隐性长穗颈基因与可育花粉在促进最上节间伸长中的互作增效作用，当然，该推测还有待进一步研究证实。