水稻淡白叶突变体的叶绿素含量测定及农艺性状比较分析

姚晓云,蓝海军,邓 伟,陈红萍,罗晨曦,况 震,罗宗铭,王记林*,陈大洲

(1.江西赣粮实业有限公司 院士工作站,江西 南昌 330200;2.江西省农业科学院 水稻研究所,江西 南昌 330200)

彩色水稻的外形色彩多样,有绿、紫、黄、淡白色等；将各种颜色的水稻种植在一起好看美观,可以形成一条靓丽的风景线。现在不少地方利用彩色稻作为大田景观,勾画图形和文字；越来越多的水稻示范基地展示出形态各异的彩色图案[1-6]。我们从黄华占材料中发现了1株水稻淡白叶突变体,已对其选育多年多代，育成了稳定品系(图1),并对其在不同生育阶段的叶绿素含量进行了测定。同时,为了考察淡白叶突变体叶绿素含量在整个生育期的变化规律,对应测定了水稻的绿色(黄华占野生型)、紫色、黄色叶品种的叶绿素含量，旨在为淡白叶突变体水稻的利用提供参考。

图1 淡白叶突变体在田间的长势表现

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用突变体淡白叶株为试验材料,以黄华占(野生型)、紫叶水稻和黄叶水稻品种为对照,其中黄叶稻由沈阳农业大学水稻研究所徐正进教授提供,黄华占由广东省农科院水稻所周少川研究员提供。

1.2 田间试验

田间试验于2019年在赣粮公司院士工作站水稻试验基地进行,于5月20日播种；采用湿润育秧,于6月20日移栽,单本种植,种植规格为16.5 cm×23.1 cm,其它田间管理均与当地水稻生产相同。在田间不同生育时期(苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期)选取叶片，测定光合色素含量。

1.3 光合色素含量的测定方法

1.3.1 取样与测量方法 在田间选取代表性植株3～5株,取新鲜叶片,将叶片组织表面擦净,去除中脉,剪碎成细丝状,混匀。称取剪碎的样品5 mg左右,放入50 mL离心管,加入乙醇-丙酮混合液25 mL,扣紧管盖,摇匀,黑暗处理24 h,直至叶片细丝呈白色。为保证提取效果,中途可轻轻摇晃试管3～5次。当提取液中的叶片细丝变为白色时,便可将叶绿素提取液倒入比色皿中(可反复2～3次),以混合液为空白对照,分别在波长663、645、470 nm下读取吸光度并计算光合色素含量；设置3次重复，取均值进行统计分析[7-10]。

1.3.2 叶绿素含量的测定及计算方法 采用丙酮-乙醇混合液(1∶1)萃取叶绿素,并利用朗伯·比尔定律计算出叶绿素含量。测定663、645和470 nm处的吸光值。叶绿素含量(单位为mg/L)的计算公式如下：

Cha=12.7D663-2.69D645；

Chb=22.9D645-4.68D663；

Cht=Ca+Cb=20.2D645+8.02D663；

Car=4.7D470-0.27Cht。

上式中:Cha、Chb分别为叶绿素a、b的含量；Cht为叶绿素总含量；Car为类胡萝卜素含量。

2 结果与分析

2.1 彩色稻在不同生育期光合色素含量的比较

测定了黄华占、淡白叶突变体、黄叶稻和紫叶稻在整个生育期的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素总含量,并针对相同生育期的叶绿素指标进行了横向统计分析(见表1)。结果显示:黄华占的叶绿素a的含量峰值在分蘖期和拔节期,其次是在苗期和生殖生长中期(孕穗期和抽穗期),在生殖生长后期逐渐降低；其叶绿素b含量的变化趋势与叶绿素总量的相似；类胡萝卜素的含量在苗期、分蘖期和拔节期均维持在较高水平,其次是抽穗期和孕穗期,在生殖生长后期也逐渐下降。淡白叶突变体的叶绿素a的含量在生殖生长初期逐渐上升,至抽穗期达到峰值,并在灌浆期维持在较高水平,在生殖生长后期也逐渐下降；其叶绿素b和类胡萝卜素含量的变化趋势与叶绿素a相同；叶绿素总量的变化趋势也与叶绿素a相似,仅其峰值延后至灌浆期,然后逐渐下降。黄叶稻的叶绿素的各项指标在整个生育期均维持在较低水平,峰值出现在孕穗期或抽穗期。紫叶稻在整个生育期的叶绿素各项指标均维持在较高水平,尤其在生殖生长中期,即使在生殖阶段中后期,其叶绿素含量的下降仍不明显。

表1 彩色稻在不同生育期叶绿素含量的变化及比较分析

就同时期彩色稻间的差异而言,黄华占在营养生长期(苗期、分裂期)的叶绿素各项指标均显著高于淡白叶突变体、黄叶稻和紫叶稻;在生殖生长的初期(拔节期),黄华占和紫叶稻的叶绿素含量各项指标相当,其次是淡白叶突变体和黄叶稻;在生殖生长的中后期(孕穗期、抽穗期、灌浆期、乳熟期和黄熟期),紫叶稻的叶绿素含量各项指标均维持在较高水平,其次是黄华占和淡白叶突变体,两者差异并不显著，最后是黄叶稻,特别是在灌浆期,其各项指标均最低。

2.2 彩色稻各项农艺和经济性状的调查及分析

调查了4个彩色稻的农艺和经济性状,结果如表2 所示。以紫叶稻的抽穗期最早,其次是淡白叶突变体,而黄叶稻的抽穗最晚;4个彩色稻的株高差异明显,最高的是黄叶稻,最矮的是淡白叶突变体材料;黄华占及其淡白叶突变体材料的穗长无差异,但显著长于黄叶稻和紫叶稻的;4个彩色稻在有效穗数和每穗粒数上差异均不显著;就结实率而言,淡白叶突变体较黄华占和紫叶稻都偏高,但差异并不显著，而黄叶稻的结实率仅35.3%,结实不正常。最终,黄华占的单产最高,其次是淡白叶突变体、紫叶稻,最低的是黄叶稻。

表2 彩色稻各项农艺和经济性状的调查及分析结果

3 讨论

3.1 叶绿素含量的变化趋势及其与产量的相关性

4份彩色稻的叶绿素含量各项指标在水稻生殖生长的中期(抽穗期和灌浆期)均维持在较高的水平,而抽穗期和灌浆期是水稻产量形成的关键时期；在此期间水稻光合作用效率增强,有利于养分的积累,利于高产的形成。相比之下,黄叶稻在此时期叶绿素的各项指标均显著低于其他3个材料,这可能是其产量最低的原因之一。

黄华占是我国目前种植面积最广的高产常规稻品种,“青枝蜡秆”是其生长后期的主要特征。本研究结果显示,在黄华占生殖生长的中后期，其叶绿素含量各指标均逐渐下降,这一特点使其植株后期稿色好,有利于将光合产物快速地转运至籽实体。相比之下,紫色稻在生殖生长后期仍维持较高的叶绿素含量,这种“贪青”的特征反而不利于高产的形成[11-16]。

3.2 淡白叶突变体具有广阔的利用前景

淡白叶突变体是黄华占自然的变异株后代,其在抽穗期和灌浆期的叶绿素含量与黄华占相当,且成熟后期稿色好,有利于其产量的形成。经过多年的选育,其米质已达到部标“优3”等级,糙米率为79.8%,精米率为72.9%,整精米率为66.7%,粒长6.8 mm,长宽比3.6,垩白粒率为6%,垩白度为1.3%,直链淀粉含量为18.9%,胶稠度为50 mm,碱消值为6.8,透明度1级,且产量达8400 kg/hm2左右。尽管淡白叶突变体比黄华占略有减产,但是其株型挺拔,株高显著下降了22 cm左右,抽穗期提前了9 d左右(见图1)。这两大特点,能够有效地解决“稻虾共养”模式中高产品种后期易倒伏的问题,且缩短生育期有利于及早晒田、灌水,尽早促进母虾产子,培育壮苗。目前,黄华占是“稻虾共养”模式的主要栽培品种。因此,淡白叶突变体材料有望在我国长江流域“稻虾共养”种植区得到大面积推广应用。