全 文 ：热带亚热带植物学报 2003，1 1(2)：132—136
Jounug of Tropical and Subtropical Botany
高静水压诱导水稻变异的初步研究
白成科 李桂双 彭长连 段 俊 徐世平 2翁克难 2
(1．中国科学院华南植物研究所，广东 广州 510650；2．中国科学院广州地球化学研究所 ，广东 广州 510640；
3．西北农林科技大学农学院，陕西 杨凌 7121oo)
摘要：以高静水压处理水稻粤香占、粤丰 占、998、999和毕粳 38种子后的当代群体 (M-)，以及从中筛选到的突变株粤
变长 、巨无霸、粤丰压变 1号一5号、毕籼 为材料，研 究了静水高压对水稻生长发育及其农 艺性状 的影响 ，结果发现 ：
(1)与对照相 比，粤香占和 998处理当代群体的株高和有效穗数明显增加 ，但株叶形态没有明显变化 ；粤丰 占、999和
毕粳 38的处理群体没有明显变化；(2)粤变长和巨无霸从第二代 (M：)到第四代 (M·)性状稳定，未发现明显分离，
但在株高、有效穗数、穗粒数、粒长和千粒重等方面，与对照相比明显不同；(3)在 M3代，粤丰压变 1号一5号中除粤丰
压变 2号外的株高都发生了分离，而且粤丰压变 4号分离出了大粒型和长芒型的植株；(4)毕籼从 M 代到 M4代 ，性
状稳定，但其株高、穗长 、粒长和穗粒数均 比对照显著增加 ，结实率和千粒重则明显降低；(5)经静水高压处理后的粤
丰 占种子发芽试验中，出现 了双苗和 3苗现象。这些结果表 明静水高压能够影响水稻的生长发育，并能诱导水稻产生
变异。
关键词：水稻；突变体；静水压
中图分类号：S511．035．2 文献标识码 ：A 文章编号：1005—3395(2002)02-0 132-05
Prelim inary Study of Rice M utants Induced by
High Hydrostatic Pressure
BAI Cheng—ke LI Gui—shuang ，。 PENG Chang．1 Jan
DUAN Jun ’ XU Sh i—p i ng WENG Ke．nan
(1．South China Institute of Botany，the Chinese Academy of Sciences，Guangzhou510650，China；2．Guan~hou Institute of Geochemistry，
the Chinese Academy of Sciences，Guangzhou510640，China；3．Department ofA8ronomy,Northwest Science—Technology
Universay ofAgriculture and Forestry，Vangling712100，China)
Abstract：Indica rice(Oryza sativa L．)varieties Yuexiangzhan，Yuefengzhan and Japonica rice(Oryza sativa L．)
998，999，Bijing 38，which were treated by high hydrostatic pressure，as wel as their mutants(Yuebianchang，
Juwuba， Yuefengyabian 1 to 5， and Bixian )， were used to study the efect ofhigh hydrostatic pressure on the
growth an d agronomictraits office．The seeds ofall varieties were soaked for 10 h at room temperate
， then treated
under 75 M Pa for l2 h after the seeds germinated．Th e results showed that the plan t height,panicle number ofM 1
population ofYuexian gzhan an d 998 increased obviously compared with the control， but no marked diference
Was observed in traits ofYuefengzhan，999，and Bijing 38．Many traits including plant height,panicle number,
grain number per panicle， grain length an d 1000-grain weight ofYuebian chang an d Juwuba from M e to M4 were
diferent from the control，an d all ofthe traits among M e
,M3 and M4were stable．Plant height Was segregatedin M3
population ofYuefengyabian l to 5 except Yuefengyabian 2． Some mutants wi th larger grain an d／or longer awn
收稿 日期 ：20o2—06-27 接受日期 ：2002-09一ll
基金项目：国家自然科学基金 (30070426)；科学院重点项 目和
国家重 点基础研 究发展规划项 目 (G1998010100)
资助
通讯作者 Corresponding author
were foun d in M 4 population of Yuefengyabian 4．
Plant height,panicle length, grin length and grain
number per panicleincreased significan tlyin M etoM4
ofBixian compared with Bijing 38， but seed setting
#
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第 2期 白成科等：高静水压诱导水稻变异的初 步研究 133
percentage and 1000-grain weight obviously decreased．Twin or trine seedlings were observed from one seed when
thetreated seedofYuefengzhan germinatedinplate．This resultsindicatethathigh hydrostaticpressure notonly
influences rice growth an d development，but also induces mutation．
Key words：Rice；Mutants；Hydr ostatic pressure
高压可以影响蛋 白质 、核酸等生物大分子的分
子结构，也对酶的活性有影响【 -4]。一般认为高压对
生物的生长发育起抑制或破坏作用，长期以来主要
应用于食品的灭菌和保鲜等方面嘲。但也有研究发
现，深海区的微生物都是 “嗜压”的，需要高压环境
才能正常生长发育和繁殖【q。有些在常压下生长的
细菌 ，在一 定的压 力下培养 ，可促进 其生长 和繁
殖r7】。Welch等 曾报道细菌在高压下除 了固有蛋 白
质活性的提高或抑制外，还可以产生 “压力蛋 白”，
使生物表现出对高压的适应嗍。徐世平等利用静水
高压对水稻种子进行处理，初步观察到高压能影响
水稻的某些生长特性 q。本文对高压处理当代和
已筛选的突变体进行大田多代种植，统计分析其主
要农艺性状的变化，初步探讨 了高压对水稻农艺性
状影响的可能机制。
1材料和方法
材料 供高压处理 的粤香占和粤丰 占原种
由广东省农业科学院水稻研究所提供，古老的农家
粳稻品种 998、999由中国科学院农业项 目办公室
提供。粤变长和巨无霸是中国科学院广州地球化学
研究所在 1999年晚造 ，从高压处理的粤香 占当代
中筛选 出的突变株，M4种植于华南植物所实验大
田。毕籼是中国科学院地球化学研究所 2000年早
造用 300 MPa静水压力处理粳稻毕粳 38种子 10 h
后 ，从当代群体 中筛选 的突变株 (系)，2001年晚
造种植在华南植物研究所试验大田 (M·代 )。粤丰
压变 l号一5号是 2000年中国科学院地球化学研究
所在粤丰 占静水高压处理 当代中筛选的突变株，在
M2代株系内混合收种 ，M3代种植于华南植物研究
所试验大田。
高压处理方法 将水稻种子在室温下浸种
10h左右，待其萌动后，在高压容器中以 75 SPa的
静水压力处理 12h后卸压。
种植和考种方法 将静水高压处理后的种
子和突变株系的种子按常规方法催芽育秧，在 4-5
叶期移栽大田，按 6 cm×6 cm单株移植，常规大 田
管理。收获期从处理当代和突变株系群体 (5OO株)
中，取长势一致的 l0株进行考种，对其考种数据做
单因素无重复的方差分析。
2结果和分析
2．1静水高压处理对水稻当代主要农艺性状的影响
在高压处理后的当代群体 (800株 )中，取 l0
株进行单株考种和统计分析。结果发现粤香占株高
和有效穗数方面均比对照显著提高，穗粒数增加，
结实率和千粒重下降，但差异不显著 (表 1)；998
当代株高、有效穗数和结实率都超过了对照 ，差异
显著 (P<0．05)，穗粒数和千粒重有所下降，但未达
显著差异 ；粤丰 占当代除千粒重较对照 明显增加
外 ，其它性状变化不明显。这说明高压处理能够影
响水稻当代某些农艺性状。
裹 1高压处理对水稻当代性状的影响
Table 1 Efectofhighhydrostatic pI ；sll】reon agronomicmdtsoffirstgenerationoffice
表示在 p
热 带亚热带植物 学报 第 ll卷
2．2 高压诱变后稳定突变株系的农艺性状
粤变长、巨无霸、毕籼和粤丰压变 2号，经过 4
代种植，没有发现明显分离现象。与对照粤香占相
比，粤变长的粒长 、株高 、千粒重和穗粒数明显增
加 ，有效穗数和结实率却相对减少；巨无霸的株型
高大 、生长旺盛 ，穗粒数平均 增加 121粒 ，籽粒变
大，千粒重增加极显著 ，结实率却明显降低；毕籼与
对照毕粳 38相比，穗变长 (图版 I：C、E)，穗粒数明
显增加，粒型变 长，株高增加 ，千粒重和结实率却 明
显减少；粤丰压变 2号相对对照粤丰占来说，株高
和千粒重明显增加，其它性状变化不明显 (表 2)。
2．3高压诱变的不稳定突变株后代农艺性状的分离
2．3．1株高
从静水高压处理后的粤丰 占群体 中得到的 5
个突变株中，除粤丰压变 2号外，其它几个突变株
在M3代出现了株高的分离 (表 3)。粤丰压变 l号
和 3号株系 内分别 出现 了向较对照株增高或变矮
两个方向的分离，而4号和 5号都出现了向较对照
株高增加的方向分离。
2．3．2粒型
从图版 I：B和表 4可以看 出，粤丰压变 4号在
M3出现了特大粒型和长芒型的谷粒。在调查的 250
株中，有芒的共 l1株，占 4．4o／o，芒长从 O．5-4锄 不
等；大粒型共出现 4株，在粒长、粒宽和长宽比上与
对照相比，有极显著差异，千粒重高达 39．5 g，较粤
丰占增加50．1％，大粒型变异株可以作为提高千粒
重的种质资源。
2．3．3育性
粤丰压变 5号，在 M·代群体中(105株)，出现
裹 2 奠定变异株系的主要农艺性状
Table2 Mainagronomictraitsofstablemutationlines
C~-Control；’表示在 P<0．05水平有显著差异 Signifcant~ ceat5％level；” 表示在 P
裹 3 ●丰占变异株系株膏的分■
Table3 Segregation ofm岫mt Y1le1．即 inplantheightaftertreaanentbyhigh~ c pfI黜
：疑罄 姻 函
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第 2期 白成科等：高静水压诱导水稻变异的初步研究 135
裹 4 变异株系粒长、粒宽和千粒■
Table4 Compar~ nofgrainemits amongmutants
’
，” 同表 2 The sslne鹪inTable2
了 ll株不育株 (图版 I：D)，抽穗期经过碘 一碘化
钾镜检，花粉属于圆败不育，花粉不育率达 95％以
上，不育株出现几率高达 10．5％，同时出现了 4株结
实率在 50％-80％且包颈严重的变异株。
3讨论
静水高压处理水稻种子后，不但水稻前期生长
受到影响怫m，而且部分品种的处理当代在有效穗
数、株高和结实率等性状方面发生了显著变化 (如
粤香占和 998)，表明静水高压能够影响水稻一生
的发育 。 静水高压处理对水稻种子萌发来说是一
种逆境，虽然从萌发期就解 除了这种胁迫，但其影
响却一直维持到生育后期 ，从而使有效穗数和株高
等主要农艺性状发生明显变化。粤丰 占和古老的农
家粳稻品种 999的高压处理当代，群体的性状却没
有发生明显变异 ，这些结果表明，不同的处理材料，
遗传背景不同，高压处理的结果也有所不同。
高压诱变后筛选的突变株系，出现了两种类
型，一种是从 M：代开始就能够稳定遗传的类型，如
粤变长和巨无霸等，长粒、穗大、粒多和长势旺等突
变性状直到 M·代都没有发生明显分离；另一种类
型是突变株后代并不稳定 ，仍发生分离 ，如粤丰 占
高压处理后得到的突变株系粤丰压变 1号和 3号一
5号，在 M3出现 了株高、大粒、长芒和不育等多种类
型的植株 (图版I：B、D)。萌动的水稻种子内部生
理代谢活性开始旺盛进行，细胞处于快速分裂增殖
和分化时期，这时施加一个外来静水高压 ，其 DNA
的复制、转录和翻译过程都可能会受到影响，同时
也可能会诱导或抑制某些基因的表达或基因的突
变 ，从而诱导水稻产生新的变异，但其具体机理还
不清楚，有待于进一步深入研究。
无融合生殖材料多具有双胚珠、双胚囊、双胚 、
双苗或多苗等特性【I”，虽然有些双苗或多苗并不一
定来源于无融合生殖[12l，但 由于这一现象与无融合
生殖密切相关，易于鉴别，所以常利用这一线索来
筛选无融合生殖突变体it3]，用于固定杂种优势，简化
繁琐的育种和种子制种程序，提高经济效益。我们
利用静水高压处理水稻粤丰占，获得了双苗和 3苗
的突变体 (图版 I：F)，这有可能成为一种获得无融
合生殖材料的新途径。
高压诱导水稻当代或后代 出现 了丰富的农艺
性状变异 ，这有利于品种的选育和种质资源 的扩
大、更新。从作物育种的角度来看，高压处理水稻有
望成为一种新的育种方法。因此，了解高压影响植物
生长发育和遗传的作用机理，具有非常重要的理论
意义和应用前景。
致谢 ：在实验材料处理过程 中得到了中国科学院广
州地球化学研究所律广才老师的帮助，在文章修改
过程 中得到 了中国科学院华南植物研究所陈贻竹
研究员的多次修改并提 出了宝责意见 ，在此一并表
示感谢 !
参考文献
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图版说明
图版 I
A．高静水压诱变的稳定突变株 系的粒型变化，1．粤香 占：
2．粤香占处理：3．巨无霸；4．粤变长
B．粤丰压变 4号 M，出现的突变株粒型，1．粤丰占：2．粤丰压
变 4号；3．大粒型：4．长芒型
C．毕粳 38压变的籼型突变株的粒型变化，1．毕粳 38：2毕籼 ^
3．毕籼 M4
D．粤丰压变 5号 代出现的不育株，1．不育株：2粤丰压变 5号
E．毕粳 38压变的毕籼穗型变化， 1．毕籼：2．毕粳 38
F．粤丰占静水高压出现的双苗和三苗，1．单苗：2双苗： 三苗
Explanationofplate
PlateI
A． Change of grin form of stable mutant induced by high
hydrostatic pressure． 1． yuexiangz~ (Contro1)； 2． The treated
“Yuexiangzhan”(M1)；3．Juwuba；4．Yuebianchang．
B．Grain form of mutant found in M3 of Yuefen gyabian 4．
1．Yuefengzhan(Contro1)；2．Yuefengyabian 4；3．tzrge-grain form ；
4．Long-awnform ．
C．Gainformofindic丑．tend衄tiousmutantinBijin#8popul~on．
1．Bijing38；2．Ml ofBixian；3．Bixian．
D．Male sterile germplasm found in M3 of Yuefen gyabi~- 5．
1．Male st~ilegermplasm；2．Yuefen gyabian 5．
E．Change of spike type of Bixian in Bij~,38 population．
1．Bixian；2．Bijin#8
F．Twin seedlings andthree seedlingsobservedin “yuef~ zhsm
seedtreated byhi hydrost~ c pressure．1．Single seedling； 2．Twin
seedlings；3．Three s∞dl-m ．
0 蠢l
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白成科等：高静水压诱导水稻变异的初步研究
BAI Cheng。ke et a ．：Preliminary Study of Rice M utants Induced by High Hydrostatic laressure
See explanation at the text
图版 I
PlateI
一
。 蕊圈豳— 蕊 隧 ■● 豳 豳 __ _
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