全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 052864204
水稻制种中杂交种子穗发芽生理特性研究
廖泳祥1 ,2 　黄　静1 ,2 　高　梅1 ,2 　李　东1 ,2 　薛晶晶1 ,21
张红宇1 ,2 　徐培洲1 ,2 　吴先军1 ,2
(11 四川农业大学水稻研究所 ,成都 温江　611130 ; 21 四川农业大学 ,西南作物基因资源与遗传改良教育部重点实验室 ,四川 雅安　625014)
摘 　要 :利用易于穗发芽和不易穗发芽的水稻不育系 D69A 和 D23A 分别与蜀恢 527 配合制种 ,比较研究
水稻制种中杂交种子 (F0 )穗发芽过程中的生理差异。结果表明 :制种组合 D69AΠ蜀恢 527 的 F0 种子穗
发芽率为 44184 % ,比 D23AΠ蜀恢 527 (穗发芽率为 5159 %) 易于穗发芽 ;在授粉后 15 d 至完熟的籽粒灌
浆期 ,经 10d 穗发芽诱导处理过程中 ,D69AΠ蜀恢 527 的 F0 种子α2淀粉酶活性和β2淀粉酶活性均明显高
于 D23AΠ蜀恢 527 ;同时 D69AΠ蜀恢 527 F0 种子 ABAΠGA 含量比呈抛物线趋势变化 ,而 D23AΠ蜀恢 527F0
种子 ABAΠGA 含量比基本呈反抛物线趋势变化。这表明在杂交水稻制种中 ,内源激素组成中的 GA 含
量优势和高水平的淀粉酶活性是穗发芽主要的生理特征。
关键词 :水稻不育系 ;穗发芽 ;生理特性 ;淀粉酶活性 ;赤霉素 ;脱落酸
PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF PRE2HARVEST SPROUTING OF HYBRID
RICE IN SEED PRODUCTION
LIAO Yong2xiang1 ,2 　HUANGJing1 ,2 　GAO Mei1 ,2 　Li Dong1 ,2 　XUE Jing2jing1 ,2
ZHANG Hong2yu1 ,2 　XU Pei2zhou1 ,2 　WU Xian2jun1 ,2
(11 Rice Research Institute of Sichuan Agricultural University , Chengdu , Sichuan 　611130 ; 21 Key Laboratory of Southwest Crop Resources
and Improvement , Ministry of Education , Sichuan Agricultural University , Ya’an , Sichuan 　625014)
Abstract :The high2sprouting CMS D69A and low2sprouting CMS D23A were used to cross with the restorer Shuhui 527 for
comparing their physiological difference of seed pre2harvest sprouting ( PHS) . The results indicated that the seeds ( F0 ) pre2
harvest ratio of D69AΠShuhui 527 was 44184 % , higher than that of D23AΠShuhui 527 (5159 %) . From the 15th day after
pollination to grain filling watery stage , the two styles ofα2andβ2amylase activity in seed of D69AΠShuhui 527 were all higher
than that of D23AΠShuhui 527 for 10 d in the process inducing seed pre2harvest sprouting. Meanwhile , the ABAΠGA content
ratio of D69AΠShuhui 527 was shown a parabolic trend , but the ABA( GA content ratio of D23AΠShuhui 527 showed an anti2
parabolic trend. By this token , GA content advantage of endogenous ABAΠGA and a higher level of amylase activity in grains
may be the major physiological characters of PHS in the production of hybrid rice.
Key words :rice sterile line ; pre2harvest sprouting ; physiological analysis ; amylase activity ; gibberellin ; abscisic acid
收稿日期 :2009202208 　接受日期 :2009204213
基金项目 :教育部长江学者和创新团队发展计划 ( IRTO453)资助
作者简介 :廖泳祥 (19822) ,男 ,四川宜宾人 ,在读硕士研究生 ,研究方向为作物遗传育种。E2mail :liaoyongxiang123 @163. com
通讯作者 :吴先军 (19642) ,男 ,四川名山人 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向为作物遗传育种与分子生物学。Tel :028282729305 ; E2mail : wuxjsau @
1261com　　穗发芽是指作物在收获前遇到连连阴雨或在潮湿环境下 ,种子在穗上发芽的现象[1 ] 。杂交水稻制种时 , 由于“九二 O”的使用 ,加上不育系种子裂颖、休眠性浅等生物学特点 ,在灌浆成熟期 ,如遇连续阴雨天气 ,穗
468　 核 农 学 报　2009 ,23 (5) :864～867Journal of Nuclear Agricultural Sciences
上发芽率一般在 60 %左右 ,最高可达 95 %[2 ] 。目前大
面积推广的水稻不育系大多容易穗发芽 ,比如 G46A
和 V20A[3 ]等 ,严重影响其种用价值 ,制约了杂交水稻
的推广。由于小麦穗发芽最为严重 ,对小麦穗发芽影
响因素[4 ,5 ] 、鉴定方法[6 ] 、生理机制[7 ,8 ] 、遗传育种和分
子生物学[9 ,10 ]等方面的研究广泛而深入 ,而对水稻穗
发芽研究较少 ,且主要集中在利用外源激素控制穗发
芽方面[11 ,12 ] 。杨俊等[13 ] 研究了水稻穗发芽与籽粒内
可溶性糖和α2淀粉酶活性间的关系 ,发现两者之间密
切相关 ,认为可溶性糖含量可以作为穗发芽抗性选择
的指标。胡伟民[14 ] 对杂交水稻制种不育系穗发芽特
性进行研究 ,认为新收杂交种子发芽率、发芽指数和α2
淀粉酶活性与穗发芽之间不存在相关性。植物内源激
素对植物生长发育起重要的调控作用 ,通过研究内源
激素动态变化可以反映植株发育状况[15～17 ] 。目前 ,关
于杂交水稻制种中杂交种子穗发芽与淀粉酶、赤霉素
和脱落酸之间的关系研究尚少 ,本试验在水稻穗发芽
抗性鉴定的基础上选择典型的穗发芽敏感性材料 ,在
易穗发芽的条件下比较研究杂交水稻制种中杂交种子
穗发芽生理特征 ,以期为抗穗发芽育种和穗发芽化控
提供科学信息。
1 　材料与方法
111 　材料
于 2007 年对 50 个不育系 (用同型保持系代替) 进
行穗发芽抗性鉴定 ,在此基础上选择易穗发芽和不易
穗发芽的不育系 D69A 和 D23A 为母本 ,分别与恢复系
蜀恢 527 配合制种 ,测定其制种中杂交种子 ( F0 ) 的生
理指标。
112 　方法
11211 　田间试验 　2008 年夏季在成都温江四川农业
大学水稻研究所试验田进行试验。父本分 2 期播种 ,
相隔 8d ,第 1 期播种时间为 4 月 12 日。根据母父本播
差期 ,D69A 播期为 5 月 14 日 ,D23A 播期为 5 月 19 日。
恢复系和不育系分别交叉配合制种 ,每个组合不育系
种植 100 株 ,3 次重复 ,抽穗初期分 2 次喷施赤霉素共
16 gΠ667m2 ,每个制种组合严格隔离 ,人工辅助授粉 ,按
照大田制种栽培技术进行管理。
11212 　人工雨室诱导穗发芽 　人工雨室的构建参照
文献[11 ]的方法 ,稍加改进 :不育系开花当天挂牌 ,授
粉后 15 d 选 10 株移栽到“浴罩”内 ,每天 7 :00 至 20 :
00 ,每 2h 喷水 1 次 ,每次以叶片滴水为标准 ,湿度平均
保持在 80 %～90 % ,温度平均保持在 30 ℃左右。在处
理 2、4、6、8 和 10 d 后 ,选取成熟度一致的单株 ,取种
子 ,液氮固定 , - 20 ℃保存备用。
113 　测定
11311 　发芽率　处理 10 d 后 ,取 5 穗统计穗发芽率 ,
以种子露白作为穗发芽标准 ,重复 5 次。穗发芽率
( %)为测试种子中发芽种子数的百分比。
11312 　淀粉酶活性 　参照李合生[18 ] 方法 ,取 1g 种子
在低温下提取淀粉酶原液 ,稀释 5 倍后定量 ,经加热钝
化β2淀粉酶测α2淀粉酶活力 ,再与非钝化条件下测定
的淀粉酶总酶活力比较 ,求出β2淀粉酶活力。淀粉酶
活性以 mg(麦芽糖)Πg·min 表示。测定重复 3 次。
11313 　赤霉素和脱落酸含量　取 1g 种子加 2 ml 预冷
80 %甲醇 ,弱光下冰浴研磨匀浆 ,再用 5 ml 预冷 80 %
甲醇冲洗 ,合并后 4 ℃提取 4 h ,再离心 ,过 C218 固相萃
取柱纯化并用氮气吹干备用。测定时用含 Tween220
的磷酸盐样品稀释液定容 (一般 1 g 鲜种子用 2 ml 左
右样品稀释液定容) 。
采用酶联免疫法测定赤霉素 ( GA) 和脱落酸
(ABA)含量 ,试剂盒购自中国农业大学作物化学控制
实验室。在已包被抗原的酶标孔中加入标样物、待测
样和抗体 ,37 ℃竞争反应 015 h。洗板后加酶标羊抗兔
抗体 ,37 ℃反应 015 h。洗板 4 次后加底物显色 ,显色
适当后加 2 molΠL 硫酸终止反应。在 MK3 型酶标仪上
检测 OD 值。各处理重复 3 次。结果计算公式如下 :
Logit ( BΠB0 ) = In[ BΠ( B0 - B ) ]
式中 , B0 是 0 ngΠml 孔的显色值 , B 是其他浓度的
显色值 ,待测样品显色值的 logit 值从标准曲线中查出
所含激素浓度的自然对数 ,再经过反对数计算出激素
的浓度 (ngΠml) , 最后计算出样品中的激素含量 (ngΠg·
FW) 。
2 　结果与分析
211 　种子成熟过程中淀粉酶活性的变化
图 1 显示杂交水稻制种不育系授粉后 15d 至完熟
的籽粒灌浆期 ,在人工模拟降雨诱导穗发芽过程中 ,2
个杂交水稻制种组合 F0 种子淀粉酶活性的动态变化。
由图 1 可看出 : (1) D69AΠ蜀恢 527 和 D23AΠ蜀恢 527α2
淀粉酶活性变化趋势基本一致 ,即雨室处理 2 d 后种
子内就可以检测出α2淀粉酶活性 ,处理 4d 后酶活性有
所下降 ,到 6 d 降至低谷后开始回升 ,至 8 d 出现峰值
后再回落。(2) D69AΠ蜀恢 527β2淀粉酶活性呈先降低
后升高再降低的趋势 ,峰值出现在处理的第 8 天 ;而
D23AΠ蜀恢 527 呈先升高再降低趋势 ,其峰值也出现在
568　5 期 水稻制种中杂交种子穗发芽生理特性研究
处理第 8 天。(3) 2 个组合间α2淀粉酶活性和β2淀粉
酶活性水平均具有明显差异 ,易穗发芽组合 D69AΠ蜀
恢 527 穗发芽率为 44184 % , 不易穗发芽组合 D23AΠ蜀
恢 527 穗发芽率为 5159 % ,其平均α2淀粉酶活力分别
为 4191 mgΠg·min、2191 mgΠg·min ,其平均β2淀粉酶活力
分别为 11181 mgΠg·min 和 5187 mgΠg·min。D69AΠ蜀恢
527α2淀粉酶活性和β2淀粉酶活性分别是 D23AΠ蜀恢
527α2淀粉酶活性和β2淀粉酶活性的 1169 倍和 2101
倍。由此推测 ,水稻制种中杂交种子灌浆成熟期高水
平的淀粉酶活性与穗发芽之间存在较为密切的关系。
图 1 　杂交水稻制种种子穗发芽过程淀粉酶的变化
Fig. 1 　Change of amylase activity during pre2harvest
sprouting of hybrid rice in seed production
212 　不同组合间种子内源赤霉素含量和脱落酸含量
的变化
2 个制种不育系授粉后 15d 至完熟的籽粒灌浆期
在人工模拟降雨诱导穗发芽过程中 , F0 种子内源 GA
含量和 ABA 含量及 ABAΠGA 含量比的动态变化 ,如图
2 所示。由图 2 可以看出 : (1) 易穗发芽组合 D69AΠ蜀
恢 527 的 GA 含量呈先下降再升高趋势 ,雨室处理的
第 10 天猛增至 566ngΠg·FW ,而不易穗发芽组合 D23AΠ
蜀恢 527 GA 含量呈先升高后下降再升高趋势。(2)
D69AΠ蜀恢 527 的 ABA 含量呈单峰趋势变化 ,峰值出
现在雨室处理 6d , 处理 10d 后 ABA 含量下降到
21618ngΠg·FW ,D23AΠ蜀恢 527 的ABA 含量呈先降后升
再降再升的趋势 ,雨室处理 10d 后其 ABA 含量上升至
38612ngΠg·FW。(3) 比较 2 个制种组合穗发芽过程中
ABAΠGA 含量比发现 ,易穗发芽组合 D69AΠ蜀恢 527 在
处理 2d 后 ,ABAΠGA 含量比为 1143 ,低于同期不易穗
发芽组合 D23AΠ蜀恢 527 ABAΠGA 含量比 (2175) 。处
理 4 和 6d 后 ,D69AΠ蜀恢 527 的 ABAΠGA 含量比迅速
上升 ,到 2184 后开始下降 ;相反 ,同期 D23AΠ蜀恢 527
的 ABAΠGA 含量比迅速下降 ,到 0196 后开始回升。处
理 10 d ,D69AΠ蜀恢 527ABAΠGA 含量比从 2184 迅速下
降至 0138 ,此时 GA 含量占优势 ;相反 ,D23AΠ蜀恢 527
ABAΠGA 含量比上升到 2133 ,ABA 含量占优势。总体
而言 ,2 个制种组合杂交种子穗发芽过程中 ABAΠGA
含量比表现出截然不同的变化趋势 ,D69AΠ蜀恢 527 的
ABAΠGA 含量比呈抛物线趋势变化 ,而 D23AΠ蜀恢 527
的 ABAΠGA 含量比基本呈反抛物线趋势变化。由此推
测 ,这种差异可能是杂交水稻制种中杂交种子穗发芽
主要的生理特征之一。
图 2 　杂交水稻制种种子穗发芽过程中
赤霉素和脱落酸含量变化
Fig. 2 　Change of GAΠABA contents during pre2harvest
sprouting of hybrid rice in seed production
668 核　农　学　报 23 卷
3 　结语
水稻穗发芽具有作物种子萌发的特征 ,但又区别
于种子萌发 ,其过程更为复杂 ,它与种子的后期成熟同
步 ,光合产物的积累与分解交错。本试验观察到 ,制种
不育系授粉后 15 d 至完熟的籽粒灌浆期 ,在人工模拟
降雨处理 10 d 后 ,易穗发芽制种组合 F0 种子 ABAΠGA
含量比 (0138)仅为不易穗发芽制种组合 F0 种子 ABAΠ
GA 含量比 (2133)的 1Π6。在诱导处理 4 d 到 6 d 期间 ,
是 2 个制种组合 F0 种子 ABAΠGA 含量比发生急剧变
化的拐点 ,这是否与内源激素合成途径相关基因存在
必然联系有待深入研究。同时易穗发芽制种组合 F0
种子α2淀粉酶活性和β2淀粉酶活性 ,均明显高于不易
穗发芽组合。由此推测 ,在杂交水稻制种中 ,杂交种子
内源激素组成中 GA 含量优势和高水平的淀粉酶活性
是穗发芽主要的生理特征。两者的生理效应不是独立
的 ,而是在易穗发芽环境下通过 GA 和 ABA 对淀粉酶
的作用实现。当内源 GA 含量占优势时 ,促进淀粉酶
的合成 ,促使种子萌发 ,再加上制繁种中外源 GA 的施
用加重了穗发芽的发生 ;而当 ABA 含量占优势时 ,抑
制 GA 和淀粉酶的合成 ,从而抑制种子萌发。内源
ABA 可直接干预 GA 的合成而抑制萌发 ,并且可以影
响禾谷类种子糊粉层中酶的合成 ,在阻碍α2淀粉酶积
累的同时抑制 GA 控制的相关转录 ,从而导致种子休
眠[19 ] 。本试验中 2 个制种组合 F0 种子β2淀粉酶活性
在 5 个测试时间点均明显高于α2淀粉酶活性 ,且证实
β2淀粉酶也具有降解淀粉的功能[20 ] ,但在水稻穗发芽
过程中的生理作用有待深入研究。另外 ,前人研究认
为 ,不是小麦籽粒内源 ABA 含量 ,而是胚对 ABA 的敏
感性决定种子休眠性或穗发芽敏感性差异[21～23 ] , 在
水稻上穗发芽抗性与胚对 ABA 敏感性的关系还有待
证实。
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