全 文 ：文章编号 :100028551 (2008) 052697204
高产杂交水稻剑叶全展后主要光合生理特征的研究
王贵民1 ,2 　陈国祥2 　张美萍2 　郝再彬1
(11 东北农业大学生命科学学院 ,黑龙江 哈尔滨　150030 ; 21 南京师范大学生命科学学院 ,江苏 南京　210097)
摘 　要 :测定了杂交水稻两优培九和汕优 63 剑叶全展后的叶绿素含量、光合速率、光合系统电子传递活
性、抗氧化系统等 ,结果显示 :两优培九的光合速率在剑叶全展期一直占具优势 ,叶绿素含量较高 ,这可
能是两优培九的光合速率高于汕优 63 的原因之一 ;两杂交水稻光系统的电子传递活性差异不明显 ,但
在全展后期光系统活性均表现出不协调 ,这可能是杂交水稻剑叶衰老的原因之一 ; SOD 的活性总体上
呈先上升后下降的趋势。与汕优 63 相比较 ,两优培九的 SOD 活性较强 ,持续时间长 ; POD 活性也呈先
上升后下降的趋势 ,两优培九的 POD 活性较汕优 63 强 ;叶片中 MDA 的变化趋势与 POD 相似。表明除
叶绿素含量较高外 ,两优培九光系统活性的优势并不明显 ;在抗逆性方面的优势可能是其光合速率较
高、产量高的原因。
关键词 :高产杂交稻 ;剑叶 ;衰老 ;保护酶
CHARACTERISTICS OF FLAG LEAVE OF HIGH YIELD RICE HYBRIDS AFTER THE LEAVE FULLY SPREAD
WANG Gui2min1 ,2 　CHEN Guo2xiang2 　ZHANG Mei2ping2 　HAO Zai2bing1
(11 College of Life science , Northeast Agriculture University , Harbin , Heilongjiang 　150030 ;
21 College of Life science , Nanjing Normal University , Nanjing , Jiangsu 　210097)
Abstract :Characters of flag leave of hybrid rice , Liangyoupeijiu and Shanjiu 63 , were studied after the flag leave fully spread.
The results showed that the content of chlorophyll and photosynthetic rates of Liangyoupeijiu were higher than that of Shanyou
63 , and electronic transport activities of thylakoid membranes (PS Ⅰand PS Ⅱ) increased first and then dropped. There was
no obvious difference in activity of PS Ⅰand PS Ⅱamoung two hybrids , but the activity of PS Ⅱdropping down earlier than PS
Ⅰ. The disharmony between PS Ⅱand PS Ⅰmay lead to free radical rising , which could be harmful to membranes. POD
activity also increased first and then dropped ; POD in Liangyoupeijiu was more active and lasted longer than that in Shanyou
631 The SOD activity in Liangyoupeijiu also lasted longer and stronger than that in Shanyou 631 There was no obvious
difference in electron transport activities of thylakoid membranes between Liangyoupeijiu and Shanyou 631 That photosynthetic
rates of Liangyoupeijiu were higher than that of Shanyou 63 , which may be the possibly reason for that the protective enzymes
in Liangyoupeijiu was more active than that in Shanyou 63.
Key words :high yield hybrid rice ; flag leave ; senescence ; protective enzyme
收稿日期 :2007207215 　接受日期 :2007212203
基金项目 :国家自然科学基金项目 (30771299)和高等学校博士学科点基金 (20060319005)
作者简介 :王贵民 (19732) ,男 ,讲师 ,研究方向为植物生理学。Tel :0451255190410 ; E2mail :wanggui01 @1631com
通讯作者 :陈国祥 (19632) ,男 ,江苏丹阳人 ,教授 ,研究方向为植物生理学。Tel : 13505165673 ; E2mail :gxchen @njnu. edu. cn　　自袁隆平院士培育出第一代杂交水稻以来 ,我国在杂交稻育种方面取得了丰硕的成果 ,其中江苏省农业科学院粮食与作物研究所培育的两系杂交稻新组合两优培九 ,以其高产、优质、抗逆性强、适应性强等特点 获得大面积推广 ,具有“超级稻”之美誉[1 ,2 ] 。杂交稻籽粒中大部分碳水化合物来源于开花后剑叶的光合作用 ,剑叶衰老的快慢与产量密切相关 ,延长水稻剑叶的寿命是提高水稻产量的重要途径 ,而籼粳亚种杂交稻在生长
796　核 农 学 报　2008 ,22 (5) :697～700Journal of Nuclear Agricultural Sciences
后期早衰现象尤为严重 ,严重影响水稻产量的进一步提
高[3 ] 。因此 ,研究杂交稻剑叶衰老规律 ,认识其衰老过
程有重要实践意义。由于汕优 63 是推广较广、使用年
限较长的一个籼型杂交稻组合[4 ] ,所以本研究选择汕优
63 为对照 ,以两优培九为研究对象 ,取其全展后的剑叶
为试验材料 ,通过观察其光合特性的变化 ,为进一步研
究杂交水稻衰老机理积累资料 ,同时也为杂交稻的培育
和栽培工作提供一定的理论依据与参考。
1 　材料与方法
111 　材料
供试材料两优培九和汕优 63 ,均采自江苏农业科
学院作物所的试验田中 ,采用常规大田水肥管理。待
剑叶全展 (平台期 :旗叶生长至与倒数第二叶持平) 开
始 ,每隔 7d 取 1 次样 ,取样时间为上午 9 :00 - 10 :00 左
右。取样时将植株从根部切断 ,放在桶中带回 ,在光照
培养箱中培养 1d 后进行各项指标测定 ,直至水稻的剑
叶枯死。
112 　方法
11211 　叶绿素素含量的测定 　根据 Arnon[5 ] (1949) 方
法 ,用 UV2754 分光光度计测定叶绿素含量。
11212 　光合速率测定 　参照高守疆的方法[6 ] ,取叶片
012g洗净吸干 ,针筒抽气去除叶片组织的气泡 ,并预
照光以清除光合作用滞后期 ,用薄膜氧电极测定叶片
的光合速率 ,以叶碎片放氧和吸氧的速率表示。
11213 　粗酶液的制备 　取不同衰老时期的功能叶 ,去
除中脉后蒸馏水洗净吸干 ,称重、剪碎 ,于预冷的研钵
中 ,以每克鲜重 3 ～ 4ml 的比例加入磷酸缓冲液
(pH718) 011molΠL ,冰浴下研磨匀浆 ,10000g 冷冻离心
30min ,上清液以磷酸缓冲液定容至 10ml 即得粗酶液 ,
置于 4 ℃冰箱保存备用。
11214 　POD 活性的测定 　参照张志良[7 ] 编《植物生理
学实验指导》,取粗酶液 1ml 加到 3ml 反应液中 ,反应
液组成 :包括 011 %愈创木酚 ,30 %过氧化氢及 011molΠ
L 磷酸缓冲液 (pH610) 。于 UV2754 型分光光度计上测
量 ,以每分钟 OD 470nm 变化表示酶活性大小 , 即
△OD470nmΠmin·mg 蛋白。
11215 　SOD 活性的测定 　参照张志良[7 ] 的化学比色
法 , 采用由南京建成生物工程研究所购买的试剂盒测
定。
11216 　丙二醛 (MDA) 含量测定 　参照赵世杰等[8 ] 的
硫代巴比妥酸 ( TBA) 比色法 ,采用南京建成生物工程
研究所提供的 MDA 试剂盒和操作步骤进行测定。
11217 　类囊体膜的制备 　参照 Dunahay[9 ] 等介绍的方
法加以改进。称取水稻叶片 1g ,洗净揩干 ,光照活化 ,
4 ℃下预冷 ,加入冷却的缓冲液 B1 ( 014molΠL 蔗糖 ,
2mmolΠL MgCl2 ,011 % BSA ,20mmolΠL Tricine ,pH810) 冰
浴研磨 ,四层纱布过滤 ,滤液经 300g 冷冻离心 2min ,上
清液经 4000g 冷冻离心 10min ,得破碎叶绿体沉淀。沉
淀用缓冲液 B2 (0115molΠL 蔗糖 ,5mmolΠL MgCl2 ,012 %
BSA ,20mmolΠL Tricine ,pH810)匀浆再离心获沉淀 ,再用
B3 ( 15mmolΠL NaCl , 5mmolΠL MgCl2 , 20mmolΠL MES ,
pH615)匀浆即得类囊体膜悬浮液 ,叶绿素浓度控制在
2mgΠml 左右。
11218 　类囊体膜 PSI、PSII 电子传递活性测定 　参照
Coombs 等[10 ]的方法 ,用薄膜氧电极分别测定类囊体膜
的光合电子传递链 PSI 还原能力和 PSII 放氧活性 ,单
位为μmolO2 ·mg - 1 chl·h - 1 。所有检测数据重复 3 次 ,
所得实验数据经 excel 分析。
2 　结果与分析
211 　杂交稻剑叶全展后剑叶叶绿素含量的变化
图 1 显示 ,在剑叶全展后 ,杂交稻剑叶的叶绿素含
量总体呈下降趋势 ,两优培九叶绿素含量要比汕优 63
含量高 20 %。曹树青[11 ]等认为 ,可以用叶片叶绿素含
量相对稳定期来表示作物的光合功能期长短。从图 1
可以看出 ,汕优 63 剑叶叶绿素含量相对稳定期约为
21d 左右 ,两优培九叶绿素含量相对稳定期约为 28d
左右。这与观察到的两优培九和汕优 63 生育期的情
况相似。
图 1 　剑叶叶绿素含量变化
Fig. 1 　Changes of chorophyll content
212 　杂交稻剑叶全展后剑叶光合速率的变化
如图 2 所示 ,在剑叶全展前期光合速率变化不大 ,
在整个剑叶衰老过程中 ,光合速率不断下降 ,两优培九
896 核　农　学　报 22 卷
在大约 28d 内光合速率下降到剑叶全展初期光合速率
的 50 % ,而汕优 63 所用的时间大约为 21d。
图 2 　光合速率含量变化
Fig. 2 　Changes of the photosynthesis rate
213 　剑叶全展后剑叶光系统电子传递活性的变化
本试验以 K3 Fe (CN) 6 为受体测定类囊体膜 PSII
电子传递活性 ,结果 (图 3)显示 ,叶片全展后几天 ,PSII
电子传递链活性相对维持在一定的水平 ,全展后期 (约
14d 后)出现快速下降 ;以 MV (甲基紫堇) 为电子供体
测定类囊体膜 PSII 电子传递活性表明 ,叶片全展后 0
～21d ,PS Ⅰ电子传递活性相对维持在一定的水平 ,全
展后期 (约 21d 后) 并未出现快速下降 (图 4) 。PSII 及
PS Ⅰ和光合速率的变化趋势并不一致。
图 3 　光系统 Ⅱ的光合电子传递活性变化
Fig. 3 　Changes of photosynthetic
electron transport activity of PS Ⅱ
214 　杂交稻剑叶全展后剑叶中保护酶系统的变化
保护酶系统在植物体内担负清除活性氧自由基的
功能 ,其活性的强弱与植物的衰老密切相关[12 ] 。图 5
显示 ,杂交稻剑叶全展后 ,POD 活性呈先上升后下降的
趋势 ,两优培九的 POD 活性较强 ,持续时间长 ,大约在
21d 后 ,出现下降的趋势 ,而汕优 63 的 POD 活性在早
期活性较弱 ,虽然上升的幅度较大 ,但在剑叶全展 21d
左右 ,又呈剧烈下降的趋势 ,总体水平较低。
图 4 　光系统 Ⅰ的光合电子传递活性变化
Fig. 4 　Changes of photosynthetic electron
transport activity of PSI
图 5 　水稻剑叶全展后 POD 活性变化
Fig. 5 　Changes of activity of POD after
full expansion of flag leaves
杂交稻剑叶 SOD 的活性总体上呈先上升后下降
的趋势 (图 6) ,经统计分析 ,两优培九和汕优 63 的剑
叶 SOD 活性在全展后期有统计学上的差异 ( p <
0105) ;且两优培九的 SOD 活性较强 ,持续时间长 ,大
约在剑叶全展 21d 活性最高 ,然后出现下降的趋势。
图 6 　水稻剑叶全展后 SOD 活性变化
Fig. 6 　Changes of activity of SOD after full
expansion of flag leaves
996　5 期 高产杂交水稻剑叶全展后主要光合生理特征的研究
活性氧自由基首先攻击细胞膜 ,与膜脂中的磷脂
及不饱和脂肪酸发生过氧化或脱脂化反应 ,产生大量
的丙二醛 (MDA) ,导致膜的孔隙变大 ,通透性增加 ,最
终导致细胞膜系统的破裂。如图 7 所示 ,MDA 含量随
叶片全展时间的推移而逐渐升高 ,汕优 63 MDA 含量
在全展 21d 后急剧升高 ,而两优培九 MDA 含量在全展
35d 后才急剧上升。
图 7 　剑叶全展后丙二醛含量变化
Fig. 7 　The changes of MDA content
3 　讨论
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素 ,其含量
高低直接影响植物的光合速率[13 ] 。两优培九的剑叶
在全展后 14d 叶绿素含量达到最高 ;汕优 63 的剑叶叶
绿素含量在全展后 7d 已达到最高。在叶片的生活期
中 ,两优培九叶绿素含量降低趋势与汕优 63 相似 ,但
其叶绿素含量一直高于汕优 63。作物的光合速率和
光合作用时间往往决定其光合产物的多少 ,两种杂交
稻的光合速率相差较大 ,两优培九的光合速率在剑叶
全展期间一直占具优势。剑叶的光合速率高 ,光合功
能期较长可能是两优培九高产的生理基础。
杂交水稻类囊体膜上光系统 Ⅱ(PS Ⅱ)电子传递活
性在前期相对稳定 ,剑叶全展 14d 后其活性明显降低 ;
光系统 Ⅰ( PS Ⅰ)电子传递活性则经历两个时期 ,全展
21d 前 ,则相对稳定。这表明杂交水稻的光系统在剑
叶全展后期活性不协调可能是植物体内活性氧产生的
重要原因。活性氧含量的升高 ,又是植物光系统受损
的重要原因。活性氧是自由基攻击细胞膜的产物 ,
MDA 含量随叶片全展的时间推移而逐渐升高 ,汕优 63
的低 MDA 含量持续时间较短 ,而两优培九的较长 ,标
志着两优培九的膜系统保持完整时间更长。经统计分
析 ,MDA 含量与光合速率呈显著负相关 ( r = -
019021) ,进一步证明膜系统的完整性对杂交水稻光合
效率的提高具有重要意义。
植物体内抗氧化酶系统使得活性氧的产生与清除
处于平衡状态 ,从而使植物免受活性氧的伤害。研究
表明 ,在杂交水稻剑叶全展后 , POD 和 SOD 的活性变
化较大 ,两优培九和汕优 63 的 POD 和 SOD 活性差异
明显 ;经分析 POD 活性与 MDA 含量相关性不大 ( r =
- 015357) ; SOD 活性与 MDA 含量成显著负相关 ( r =
- 019108) ,意味着 SOD 在杂交水稻剑叶全展后在其保
护膜系统的完整性方面起主要的作用[14 ] 。
总之 ,杂交水稻两优培九 ,除叶绿素含量较高外 ,
光系统活性的优势并不明显 ;它在抗逆性方面的优势
是保护膜系统的完整性 ,这也可能是其光合速率较高、
产量高的原因。
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