全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月34
不同世代水稻的光合速率、ATPase 活性及 ABA 含量变化的比较
李雪梅1,2,* 徐正进3 张利红2 樊金娟2
1沈阳师范大学化学与生命科学学院, 沈阳110034；2中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳110016；3沈阳农业大学农
学院, 沈阳110161
提要 随着世代的增加，水稻上三叶中叶绿素含量有降低趋势，倒三叶变化较明显。‘辽粳326’剑叶中ATPase活性、ABA
含量和净光合速率则随世代的增加而逐渐降低，但差异未达显著水平，群体光合速率降低较明显，n代与n+4代差异达显
著水平。‘奥羽 316’的剑叶中 ATPase 活性、ABA 含量和光合速率随世代增加变化不明显。
关键词 水稻；世代；ATPase 活性；ABA；光合速率；叶绿素
Comparison of Changes in Photosynthetic Rate, ATPase Activity and ABA
Content in Different Generations of Rice
LI Xue-Mei1,2,*, XU Zheng-Jin3, ZHANG Li-Hong2, FAN Jin-Juan2
1College of Chemistry and Life Science, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2Shenyang Institute of Applied
Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 3College of Agronomy, Shenyang Agricultural University,
Shenyang 110161, China
Abstract With increasing of generations, chlorophyll content in the top three leaves decreased gradually, and
the change in the 3rd leaf was more obvious; ATPase activity, ABA content and net photosynthetic rate de-
creased gradually in flag leaf of Oryza sativa cv. ‘Liaojing 326’ but didn’t change in cv. ‘Aoyu 316’. While
photosynthetic rate of plant population decreased significantly and difference was evidence between n and n+4.
Key words rice; generation; ATPase activity; ABA; photosynthetic rate; chlorophyll
收稿 2005-05-26 修定 　 2005-11-21
资助 国家“948”计划(30040025)和沈阳师范大学博士启
动基金(054-554318)。
*E-mail: lxmls132@163.com, Tel: 024-86574211
从北方水稻比较发达的辽宁省1974~1997 年
审定的品种来看，常规稻占 95.4%，而杂交稻仅
占审定品种的4.6% (裴新华等1999)。生产中的
优良水稻品种经多年栽培后产量会逐年降低，这
类种性优良的水稻可以保持多少代？其产量降低的
生理原因有哪些？迄今，有关种性衰退问题的报
道还很少(温钟瑞 1989；姜娟等 2001；王玉夫
2001；王忠华 2001)。据此，本文旨在通过对不
同世代水稻生理特性的分析，明确水稻世代间的
生理变化，找出导致产量降低的原因，从而为水
稻品种选育和优良种性的保持提供参考。
材料与方法
试验选用水稻(Oryza sativa L.)品种‘辽粳
326’和‘奥羽 316’为材料。1998 年收获的
种子中一部分保存于冰箱中记为 n 代，另一部分
海南加代的成熟种子记为 n+1 代；n+1 代一部分
置于冰箱中保存，另一部分继续加代后的种子记
为 n+2 代；继续种植、加代，由此获得 n、n+1、
n+2、n+3、n+4 共 5 个世代。2001 年 5 代全部
种植。试验采用保温旱育苗，行株距为 2 6 . 6
cm×16.6 cm，每穴插 1 个苗，5 行区，3 m 行
长。重复 3 次。整个生育期栽培管理同一般生产
田。
于8月14日抽穗期每小区选取80个于同一天
抽出的穗子挂牌标记，以后每隔7~11 d采用日本
产 SPAD-502 型活体叶绿素仪测定剑叶、倒二叶
和倒三叶的活体叶中叶绿素含量，用 SPAD 值表
示。田间植株顶部上 3 片叶的 SPAD 值为每小区
中间一行 10 片叶中部的平均值。另外，分别在
抽穗后 0、14、28 d 取每小区中间一行 10 片剑
叶中部叶片准确称重，样品置液氮中冷冻30 s后
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月 35
置于 -40℃冰箱中保存，待所有时期样品取完后
同时测定下列各项指标。
ATPase活性测定参照陈季楚和傅婉华(1983)
的方法，稍加改动。取叶片 1 g，用 5 mL 冷却
的提取介质冰浴研磨成匀浆，于4℃下以1 000×g
离心10 min，上清液再以15 000×g离心 30 min，
沉淀用1 mL悬浮介质悬浮后作为酶液。取0.3 mL
悬浮液加0.5 mL 反应液和0.4 mL ATP 溶液混合
后，于36℃下保温30 min，立即加入0.5 mL 20%
三氯乙酸终止反应。上清液用钼蓝比色法定磷，
酶活性以每30 min分解ATP释放的无机磷的OD660
值表示。
内源激素ABA含量采用酶联免疫法(ELISA)测
定(何钟佩1993)。酶联免疫试剂盒购自南京农业
大 学 。
单叶光合速率采用美国 CID 公司生产的 CI-
301PS 型便携式光合测定仪，开放式气路系统测
定。于晴天上午10:00~12:00 进行，每小区测定
标记剑叶10片。群体光合速率采用封闭式测定方
法，测定同化箱内 CO2 浓度的变化值。同化箱体
积为0.6 m×0.4 m×1.3 m。
数据分析采用单因子方差分析 L S D 多重比
较。
实验结果
1 不同世代水稻叶中叶绿素含量的变化
一般来说，叶绿素衰减程度与其可目测到的
叶色表现一致，因此叶绿素含量变化用作衡量叶
片衰老的指标之一(Howard 1980)。由表1可以看
出，随着种植世代的增加(n代到n+4)，两品种水
表1 不同世代水稻叶中叶绿素含量的变化
Table1 Changes in chlorophyll content in leaves of different generations
抽穗后
世代
‘辽粳326’ ‘奥羽316’
时间/d
剑叶 倒二叶 倒三叶 剑叶 倒二叶 倒三叶
0 n 40.2 40.1 40.2 37.6 37.5 37.6
n+1 40.4 (0.50) 40.2 (0.25) 40.3 (0.25) 37.1 (-1.33) 36.7 (-2.13) 36.5 (-2.93)
n+2 40.8 (1.49) 40.7 (1.50) 39.2 (-2.49) 37.7 (0.27) 36.6 (-2.40) 36.5 (-2.93)
n+3 39.4 (-1.99) 39.5 (-1.50) 38.4 (-4.48) 37.0 (-1.60) 36.1 (-3.73) 36.1 (-3.99)
n+4 39.3 (-2.24) 39.2 (-2.24) 38.4 (-4.48) 36.7 (-2.39) 35.7 (-4.80) 35.1 (-6.65)
7 n 42.1 40.1 38.4 38.2 37.0 34.1
n+1 41.4 (-1.66) 40.2 (0.25) 39.6 (3.13) 37.8 (-1.08) 35.7 (-3.51) 32.2 (-5.57)
n+2 42.4 (0.71) 40.1 (0) 37.4 (-2.60) 36.9 (-3.49) 35.7 (-3.51) 32.3 (-5.28)
n+3 42.0 (-0.24) 39.5 (-1.50) 36.6 (-4.69) 37.5 (-1.88) 35.1 (-5.14) 31.6 (-7.33)
n+4 41.9 (-0.48) 39.7 (-1.00) 38.1 (-0.78) 36.8 (-3.76) 35.3 (-4.59) 32.1 (-5.87)
12 n 41.1 40.3 37.4 34.6 33.7 29.9
n+1 40.2 (-2.19) 38.5 (-4.47) 35.1 (-6.15) 34.2 (-1.16) 33.0 (-2.08) 26.1 (-12.71)
n+2 39.9 (-2.92) 38.1 (-5.46) 36.3 (-2.94) 34.3 (-0.87) 33.4 (-0.89) 28.6 (-4.35)
n+3 39.7 (-3.41) 37.6 (-6.70) 35.0 (-6.42) 33.7 (-2.60) 32.4 (-3.86) 26.7 (-10.70)
n+4 39.7 (-3.41) 37.8 (-6.20) 35.5 (-5.08) 34.0 (-1.73) 32.7 (-2.97) 29.6 (-1.00)
21 n 38.0 36.1 33.7 31.3 27.5 21.6
n+1 37.7 (-0.79) 35.6 (-1.39) 30.6 (-9.20) 31.6 (0.96) 27.8 (1.09) 21.3 (-1.39)
n+2 36.0 (-5.26) 34.2 (-5.26) 31.9 (-5.34) 29.7 (-5.11) 27.7 (0.73) 21.3 (-1.39)
n+3 36.7 (-3.42) 34.8 (-3.60) 29.4 (-12.76) 31.8 (1.60) 26.9 (-2.18) 21.7 (0.46)
n+4 35.7 (-6.05) 34.2 (-5.26) 31.8 (-5.64) 30.5 (-2.56) 27.8 (1.09) 21.4 (-0.93)
32 n 33.5 31.3 26.9 25.3 21.9 —
n+1 32.7 (-2.39) 29.2 (-6.71) 26.6 (-1.12) 24.9 (-1.58) 21.5 (-1.83) —
n+2 32.5 (-2.99) 29.5 (-5.75) 27.8 (3.35) 24.4 (-3.56) 18.9 (-13.70) —
n+3 31.9 (-4.78) 29.5 (-5.75) 25.9 (-3.72) 25.6 (1.19) 19.1 (-12.79) —
n+4 32.9 (-1.79) 28.8 (-7.99) 24.9 (-7.43) 24.4 (-3.56) 18.0 (-17.81) —
　　单位为 SP A D 值。括号内数据为与 n 代比较变化的百分数。
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月36
稻上三叶中叶绿素含量都有逐渐降低的趋势，而
且随着世代的增加，倒三叶叶绿素含量降低幅度
比剑叶大，但经方差分析，差异未达显著水平。
抽穗期‘辽粳 326’的 n+4 代剑叶中叶绿素含量
与n代相比下降2.24%，而倒三叶则下降4.48%；
抽穗后 32 d，n+4 代剑叶中叶绿素含量与 n代相
比下降 1.79%，倒三叶则下降 7.43%。比较‘奥
羽 316’各世代叶片叶绿素含量变化可以看出，
其与‘辽粳 326’叶绿素的变化趋势相同，随着
世代增加倒三叶中叶绿素含量比剑叶降低明显。
说明随着种植世代的增加，叶片特别是下部叶片
衰老加速，叶片功能期缩短，从而导致后期光合
速率下降，同化产物减少，籽粒灌浆不充分，最
终产量降低。
2 不同世代水稻叶中ATPase活性的变化
在抽穗期，‘辽粳 3 2 6 ’不同世代剑叶中
ATPase活性不同，随着世代的增加其活性逐渐降
低，n 和 n+1 代的活性明显高于后 3 代，n+4 代
比 n 代下降 15.86%。抽穗后 14 d，剑叶中 AT-
Pase活性随着世代增加仍表现为下降，但与抽穗
期相比，下降幅度减小。抽穗后 28 d，各世代
之间的这种差异逐渐缩小(图1)。抽穗期维持较高
的ATPase活性对各种生理反应的顺利进行无疑是
有利的，在此期间，通常是叶片和茎鞘中贮存的
光合产物大量运向籽粒，而叶中高的ATPase活性
则是物质大量合成和迅速转运的保证(黄琪玉和吴
志强 1989)。
‘奥羽 316’剑叶的 ATPase 活性在世代间的
变化与‘辽粳 326’的不同，并无明显差异(图
1)。方差分析表明，叶片中 ATPase 活性在不同
时间和不同世代间差异均不显著。
3 不同世代水稻单叶和群体光合速率的变化
图 2 显示，‘辽粳 32 6’5 个世代的剑叶平
均净光合速率为6.999 mmol·m-2·s-1，随着种植世代
的增加，其剑叶净光合速率有明显的降低趋势，
n代为7.771 mmol·m-2·s-1，以后各代逐渐降低，表
现出明显的世代间差异。对剑叶净光合速率进行
方差分析，n 代与 n+4 代间差异达显著水平。与
‘辽粳 3 2 6’相比，‘奥羽 3 1 6’剑叶净光合速
率世代间差异不明显，最大差异不到 6 %。由单
叶净光合速率的变化来看，‘辽粳 326’世代间
差异比‘奥羽 316’的明显，并且在相差 5 代时
差异就显著。
群体条件下的作物光合速率高低能更好地反
映作物干物质积累的快慢(刘宛等2000)。图 3显
示，孕穗期‘辽粳 326’群体光合速率有世代间
的差异，随着种植世代的增加，群体光合速率逐
渐降低，n+4 代的与 n代相比降低25.61%；灌浆
期，除 n 代比 n+1 代略低外，其它 4 个世代仍表
现为逐渐降低的趋势。方差分析表明，灌浆期
‘辽粳326’的 n+1 代与 n+4 间差异显著之外，其
余时间和各代间差异均未达到显著水平。‘奥羽
图1 不同世代水稻剑叶中ATPase活性的变化
Fig.1 Changes in ATPase activity in flag leaf
of different generations of rice
图2 不同世代水稻剑叶净光合速率的变化
Fig.2 Changes in net photosynthetic rate in flag leaf
of different generations of rice
具有相同小写字母者为差异性不显著，不同者为差异显著。
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月 37
世代间差异均不显著。
讨　　论
任何水稻品种均有一组特定的指标，在品种
刚刚育成时，群体中每个个体的性状几乎相同，
整个群体处在对环境利用的最佳状态，自身具有
很强的生活力和对不利因素的高度适应性，并能
充分有效地利用各种自然条件及栽培措施形成最高
产量。这是品种高产的生理基础。但随着品种栽
培世代的增加，这些性状的特征指标常会发生不
同程度的改变，品种内部基因调控难以适应环境
及栽培技术的变化而表现为各种抗性降低、生命
力衰退、光合器官衰老，导致产量变异大而逐年
下降(卫云宗2002)。从我们的试验结果来看，随
着栽培世代的增加，‘辽粳 326’叶片 ATPase 活
性逐渐降低(图1)，叶片大量合成和转运物质的能
力降低，叶片功能减弱；后期叶中叶绿素含量降
低(表 1)，绿叶面积减少，同时，促进衰老的激
素ABA略有升高(图4)，单叶和群体的光合速率均
呈下降趋势，最终导致产量的降低(另文发表)。
与‘辽粳 3 2 6 ’相比，‘奥羽 3 1 6 ’随着世代
增加的上述生理性状变化不显著。水稻优良品种
是一种纯系，但完全的纯是没有的，随着栽培世
图3 不同世代水稻群体光合速率的变化
Fig.3 Changes in canopy photosynthetic rate
in different generations of rice
具有相同小写字母者为差异性不显著，不同者为差异显著。
31 6’的群体光合速率与‘辽粳 326’的相同，
随着世代的增加，群体光合速率逐渐降低。但灌
浆期世代间的这种差异较小，方差分析表明世代
间差异均不显著。在灌浆期，各世代‘奥羽
316’的剑叶净光合速率基本上相同，而在孕穗
期和灌浆期群体光合速率却表现出较明显的差异。
其原因可能是弯穗型品种剑叶在冠层上部受光态势
较好，所以没有表现出世代间差异；而在群体条
件下，整个冠层下层叶片相互遮蔽，随世代增加
叶片衰老加快，抗性降低(另文发表)，所以表现
出群体光合速率随着世代增加而逐渐降低的趋势。
4 不同世代水稻叶片中ABA含量的变化
内源ABA 常被认为是促进衰老的激素，一般
来说，叶中 ABA 含量升高会加速超氧化物歧化酶
(SOD)活性下降，促进丙二醛(MDA)积累，以致
膜脂过氧化(樊金娟等2004；吴金贤1992)。图 4
显示，抽穗期，不同世代‘辽粳 3 2 6’的 A B A
含量几乎相同，但到抽穗后14 d各世代间则表现
出一定的差异，随着世代的增加 ABA 含量略有增
加，而到抽穗后28 d这种变化趋势更加明显，即
剑叶中ABA 含量随着世代增加而增高(图 4)。‘奥
羽316’剑叶中 ABA 含量变化与‘辽粳 326’相
似，其世代间差异从抽穗期就已表现出来，即随
着世代的增加，剑叶中 ABA 含量也逐渐增加。方
差分析表明，叶片中 ABA 含量在不同时间和不同
图4 不同世代水稻叶片中ABA含量的变化
Fig.4 Changes in ABA content in flag leaf
of different generations of rice
植物生理学通讯 第42卷 第1期，2006年2月38
代的增加，个体间会不断发生分离，引起种性衰
退，产量降低。‘辽粳 326’是籼粳稻杂交育成
的品种，而‘奥羽 316’是由典型粳稻育成的，
遗传基础较单纯，这可能是‘奥羽 316’世代衰
退较慢的原因之一。试验中，n 代材料是采用低
温冷藏的方式保存的，其种性保持良好。据此我
们认为，对优良品种来说，采用低温冷藏，分
年繁殖等技术措施，维持品种原有的遗传平衡，
可以在一定程度上延缓因种性衰退引起的产量降
低，从而延长优良品种的种植年限。
参考文献
陈季楚, 傅婉华(1983). 叶片细胞的膜束缚ATP酶活性的测定.
细胞生物学杂志, 5 (3): 21~23
樊金娟, 李雪梅, 阮燕晔, 张立军, 徐正进 (2004). 杂交水稻及其亲
本灌浆过程中内源激素含量的变化. 植物生理学通讯, 40 (2):
146~148
何钟佩主编(1993). 农作物化学控制实验指导. 北京: 北京大学出
版社, 60
黄琪玉, 吴志强(1989). 稻穗ATP酶活性与籽粒灌浆的关系. 福
建农学院学报, 18 (4): 487~493
姜娟, 宋书宏, 葛大光, 李子升, 李军(2001). 大豆种子使用年限
对生育性状及产量的影响. 杂粮作物, 21 (2): 27
刘宛, 陈温福, 徐正进, 宋桂云, 张龙步(2000). 水稻不同穗型品
种穗部的某些生理特性观察. 植物生理学通讯, 36 (6):
527~530
裴新华, 卢庆善, 王伯伦(1999). 辽宁省农作物品种志(1974~
1988). 沈阳: 辽宁科技出版社, 54~88
温钟瑞(1989). 基因群体结构的初步推论. 自然杂志, 9 (12):
691~694
王玉夫(2001). 水稻种性漂移及对策. 中国稻米, (3): 39~40
王忠华(2001). 从转基因到“时空”基因打靶. 科学时报, 07-
27 (3)
吴金贤(1992). 6-BA对水稻叶片衰老过程中活性氧代谢的调控.
南京农业大学学报, 15 (3): 20~23
卫云宗(2002). 旱地小麦品种衰退原因分析. 麦类作物学报, 22
(1): 67~70
Howard T (1980). Leaf senescence. Ann Rev Plant Physiol, 31: 83~111