全 文 ：络 卷
二年
第 期
月
成 汉 植 举 一 究
!
一 。 二
一
谷氨酞胺合成醉活性与水稻杂种优势预测
孙 国 荣 朱 鹏 刘文芳
哈尔滨师范大学生物系 哈尔滨 。。。 武汉大学生物系 武汉
肖翎华
提 婆 从杂 种优势预测生理指标需具备的 个基本 条件入 手 , 对杂交水稻及其亲本生长
发育过 程中的谷氨 酞胺合成酶 , 、 、 、 活性进行研究 , 结果表 明 水
稻 活 性在 整 个生育期 中的变化呈 现一 定的规 律性 , 并 且杂 种酶活性是 由其双亲遗 传性
所决定的 同时 , 活性与多个生理性状 及产 性状具有一 定的相关性 在孕德期和 抽
穗期 与产量性状的 关系尤 为密切 , 因此 , 在生殖生长期 活 性在一 定程度上可 以反映 产
性状的优势水平 , 可望作为水稻杂种优势预 测的一个辅助指 标 。
关性词 杂交水稻 , 谷 氨酸胺合成酶 活性 , 产盆性状 , 杂 种优势顶 测
杂种优势是生物界的普遍现象 , 利用杂种优势提高作物产量 , 是现代遗传育种 的重
要成就之一 。 因此 , 研究作物杂种优势的机理和预测方法 , 一直为国 内外学者所重视 。
由于作物产量是由基因和环境众多因子相互作用 、 调节的最终结果 , 要期望任何单个因
子与作物产量相关 , 建立一种与作物产量的关系是非常困难的〔” , 因此 , 迄今为止 , 尽
管国 内外学者从生理 、 生化和遗传方面探讨杂种优势形成机制及早期预测方法 , 进行 了
大量工作 , 但进展仍很缓慢。
谷氨酞胺合成酶 , 、 、 、 在值物沐内氮素代封中起着非常重要
的作用 , 而 水稻又是典型的喜氮植物〔” , 所以它在水稻氮素营养过程中乃至产量的形成
过程中起着关键性的作用 , 而水稻杂种优势在产量性状上多集中表现在每穗实粒数 、 每
穗实粒重和每穗总粒数上 。 因此 , 本文拟从杂种优势预测生理参数所需的 个基本条件
具有遗传性 , 一定的代谢规律性 , 与生 长发育和产量性状有一定相关性 〔”入手, 对
杂交水稻及其亲本生长发育过程中的 活性进行研究 , 以探讨 活性在水稻杂种优势
形成中 的作用 , 及其作为水稻杂种优势预测生理参数的可能性 。
。 材料与方法
供试材料 秀优 、 威优 、 优 、 汕优 和汕优 等 个杂交水拍及其母本秀
岭 、 威 、 一 、 珍汕 和父本 、 测 、 明恢 种子由湖南农业 科学院杂
交水稻研究中心和辽宁省农业科学院稻作研究所提供 。
材料培养 浸种 天的水稻种子 , 了一 ℃催芽 两天后 , 播种于瓷钵 中 , 自然光温
育秧 , 天后插秧于瓷钵中 , 每钵 株 , 一般管理 , 分别取处于苗期 、 分萦前期 、 分孽
盛期 、 孕穗期和抽穗期的水稻功能叶片进行测定 。
谷氨酞胺合成酶活性测定 参考 。、等〔”的方法 。 每样品重复 次 测定 。
本文于。, 年明 艺日收到 , 。。年 月 日收到修改稿
武 汉 植 物 举 研 究 第蜷
之 摘果与分析
。 杂交水稻 及其 亲本不 同生 育期 活性
冷 、 一
个⋯ 川日·之斑盆撅咪喇斑甘冲·争一。目二卜 。,划地、、、从、认
生育期 五
甲 皿 一
一
任托幼、、、、牲
斗
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飞 、、 长二
‘ 、
飞畏、、
’仪
‘、‘、、、、‘狱火、
、、、火、飞一 ’
、
、火,
一 , 一一一一一一 一加 , 舀, , 甲 一 、 占万 皿 口 且 百
珍汕 汕优 。明恢 。 珍汕。 。 汕优 ‘ 。 测‘ 。秀
岭 秀优 一 亚优 ‘ 。 测一 , 威 。 威优
。 侧
。 一五二 一 。 。 ,
一 。 · 。 。 。 。 一 。 五
。 。 , 。 。
牵交水粗及燕泰本 不目生 , 翔 活性变化
‘。 , 孟 一 一
‘ 份 卜 一 甲
杂交水稻及其亲本 活性随着生长发育进程逐渐下降 图 。 不同基因型杂种与
其亲本 活性在 不同生育期的相关分析结果 表 表明 , 杂种与母本在分莫盛期和
孕穗期 呈显著负相关 、 与父本在分集前期呈显著负相关 , 在孕穗期呈不显著负相关 , 杂
种与其父母本在其它生育期皆呈不显著正相相关 。
第 期 孙国荣等 谷狱酸胺合成曲活性与水稻杂种优势预测
衰
不同‘因通水粗 种与其亲本功能叶 活性在不 同生 , 翔的相关分析
一 主 !∀ # ∃ % ∃ ∃ ! & !∋ ( ! ∋ ! !
了P e o f h y b r id r i e e a n d t h a t o f t h e i r P a r e n t a t d i f fe r e n t
g r o w t卜 一n d d e v e l o P m e n t扭 l 一t 一g e
性状
C五a r a e te r s
苗期Seed lin g
.t.g e
母本G S活性G S 一 e t i v i t y o f f e m a l e P a r e n t 0
。
5 5 0 2
分戴前期Tiller
i斌i t i a l
s t . g e
0 . 6 9 6 2 .
分菜盛期T irler
v igo rou .
, t . g
e
一 0 。 8 了5 3 .才
孕德期P 一 n i e l e
i n i t i 一l
, t . g
e
一 0 。 7 7 5 8 .
抽德期
H eoding
, t . g
e
0
。
6 6 6 0 .
父G S aetivity G S和0f 活 0
,
4 4 7 心 一0 。 9 3 7 1 二 0。 4 4 4 0 一 0 。 5 7 8 0 . 0 。 1 1 0 4
口 , . 詹Parent
*P》0 。0 5 犷 * * P 》 J 。 0 1
不同基因型杂种与其亲本 G S 活比随生育期变化的相关与回归分析结果 ( 表 2 ) 表
明 , 杂种与其父母本皆呈极显著正相关 , 且回归关系亦极显著 。
裹 2 杂交水箱与其亲本生长发 , 过程中G S活性变化的相关分析
T able 2 Co rrelation an d regression an alysis betw een G S aetivities of
hyb rids and tbot of th eir paren t du ring g ro钾 t h a n d d e v e l o P m e n t
相关系救Correlatio. eoeffieient 回归方程R egres.ion e吸u a ti o n
H y b r :d :弋酷裔煞 。 m . , e , . r e 。 t杂种与其父本
0。 8 9 5 8 二 y二 2 。1 0 2 9 + 0 一 6 0 0 7 x l 二
0一8 0 1 1 . y = 2 。 2 4 3 4 + 0 。 7 5 7 5 x , 二H y b rid s 一 n d t h e i r . a l e p 一 r e n t
注 . y: 杂种值 , 1 : 母本值 , l. : 父本值. * : p ) 。。 05 , * *
N
o t e
: 了: v a l u e o f h v 卜rid s 一 笼 一: v a l u o o f f o m 扭 1 0 v a r e n t ,
P ) 0
。 0 1
x : : v a l o e o f m a l e P a r e n t
衰 3 不口‘因理水拍不 同生 , 翔G S活性与生班性状的相关分析
T able 3 C orrelatien an alysis betw een G S activities an d Physiolog ieal
ch aract一 r o o f d i f f e r e n t g e n e t i e r i e e a t d i f f e r e 皿 t g r o w t h a n d d e v e l o P m e n ta l s ta g e
苗期 分菜前期 分菜盛期 孕德期 抽德期
性状 seed lin‘ T : 1, e r T i l l e r p a “ i c l e I l e : d i n g
e h a r a e l e r s . t 一 g e i n i t i a l v i ‘o r o u s i n itx一l 吕 t 一‘e
5 t ag c s ta g e s t. g e
叶绿素总含里 0 .0065 0 .223 1 0· 3 3 3 5 0 。 I U 6 7 0 . 3 7 7 8
C 卜l( ‘ + b ) c o n t e n t
谷氮酸脱氢酶活性 一 0 . 2 5 7 3 0 · 4 0 2 9 0 · 5 5 6 2 . 0 . 2 6 8 2 一 0 · 6 2 8 2 .
G D H 一e t i v i t y
叶片干重 。。 4 3 7 6 0 。 0 5 吕0 一。。 3 7 1 7 一 0 。 3 1 2 1 一二。 5 2 9 2 .
L e . f b l a d e d r y w e i g b t
6
一礴酸荀萄精脱氢酶活性 一 。。 1 4 4 2 一 。。 3 2 4 0 一 o 。 0 1 1 4 0 。 1 2 毛2 一o 。 5 1 2 2 .
G 6 P D H 一 e t i v i t y
苹果酸脱氢酶活性 o。 ,·5 7 ? o 。 1 0 0 9 0 。 3 8 8 1 0 一 1 5 3 9 一 0 . 36 9 5M D H 一 e t l 甲 i t y
硝酸还原醉活性 0 .7942. 0。 5 3 9 2 . 0 。 1 4 3 6 0 。 1 7 6 8 0 一 3 7 5 4
N R
a e t i v i t y
株高 一 Q .o l l l 0 .4 0 6 2 砚, 。 1 1 4 1 0 . 2 8 7 4 0 · 0 9 0 5
P ] a . t 五e 玉g h t
* : P 》。。 05 , G D H 活性和M D R 活性实脸结果见文献〔3〕
E x P ori二。n t 1 r e s u lt 一 o f G D H a u d M D H ‘c t : v i t i e a 。。e r o f.e r o n e e 〔3〕
目旧汉 植 物 学 研 究 第12卷
以上结果说明 , 杂交水稻 G s 活性在生长发育过程中的变化有一定的规律性 , 是由
其双亲遗传性决定 的 , 并且在不同生育期受其双亲的遗传影响可能不同。
2
.
2 不 同基 因型水稻 不 同生育期 G s 活性与生理性状的相关分析
不 同基因型水稻不同生育期G s 活性和生理性状的相关分析结果 ( 表 3 ) 表明 , G S
活性与 6 一 磷酸葡萄搪脱氢酶 ( G 6PD H ) 、 谷氨酸脱氢酶 ( G DH ) 活性在抽穗期呈显著
负相关 , 与硝酸还原酶 (N R ) 活性在苗期和分菜前期 、 与 G D H 活性在分桑盛期呈显著
或极显著正相关 , 与功能叶干重在抽穗期呈显著负相关 。
2
。
3 不 同墓因型水福不 同生育期G s 活性与产童性状的相 关分析
不 同基因型水稻不 同生育期 G s 活性与产量性状的相关分析结果 ( 表 4 ) 表明 , G S
活性与每穗 总粒数 、 每穗实粒数 、 每穗实粒重在分菜盛期 , 与千粒重在孕穗期呈显著负
相关; 与每穗总粒数在抽穗期 、 与每穗实粒数和每穗实粒重在孕穗期呈显著正相关 。
衰 . 不日‘目退水. 不一生, 翔G , 活性与产 , 性状的相关分析
T ab le 4 C orrelatien .nalysi. b etw een G S .et最v ities a n d yie ld o h ar ae te rs
of d iffe re n t g e o e tic rice a t d iffe re n t g ro甘 th a n d d e v e l o P 也e n t a l s t a g 。
性状
C 】一 a r a e t e r ,
苗期S eed li”g
. t . g
分菜前期T 111e r
i.iti. 1
.t.g e
每德总粒数 0.0435 0.0936
分菜盛期 孕德期 抽穗期T 11Jer p 一 n i c l e H e a d i . g
, ‘g o r o u . in iti . l .t 一‘e
, t a g
e . t . g
e
一0 。 6 8 8 5 二 0 。3 9 8 8 0 。 5 0 2 1 .
s p i k o l e t
.
/ p
. n i e l e
实拉数ed gr.i.s/p二icle
0。 2 1 8 1 0 。 2 2 4 4 一0 。 5 5 8 7 . 护。 7 5 1 1 二 0。 2 8 8 8
实ed位数名ra i n
0 。 2 吕7 8 0 。 4 6 2 1 一 0 .5 2 46 . 0 。 5 9 8 7 . 心。 4 6 5 1
w e ‘名b ,
/
P
a n i e l
。
毯”n每Fil
千位重100一‘r一 i n w e i g h . 一0
一
1 9 3 1 0
。
2 吕5 0 0 。 3 7 6 3 一0 。 6 8 3 0 二 0。 1 2 8 0
* : P 夕 。.05 , * * : P ) 。。 01 , 产t 性状见文献〔5〕
Y ie ld e ha racter: , e e r e f e r e n e e 〔5〕
3 讨论
稻苗是典型的喜氨植物LZ’, 我们的实验结果表明 , 在杂交水稻及其亲本营养生长期
间 , c s 活性与水稻产量呈显著负相关 , 而 N R 活性与产量性状关系不密切 〔‘] , 从而说明
水稻在其营养生长期主要靠氨代谢进行氮素营养 , 而在生殖生长期间则不 然 , N R 活性〔”
和 G S 活性均与产量性状显著相关 。 由此我们可以推测 , 生殖生长期的稻株呈现喜硝的倾
向‘” 是由于稻株改 以硝酸盐为主要氮源 , 通过N R 还原N 火 为N H 丈, 进而为G S 同化利用 。
所 以N R 活性和G s活性在生殖生长期均与产量性状关系密切 。 由此可见 , G S 可能通过调
控营养生长期稻株氨代谢而影响生殖生长 , 最终影响产量 。 所 以G s活性可以作为水稻前
期氮素营养状况的一个生理指标 , 而生殖生长期氮素营养状况可 由 N R 活性来预测 〔’】。
许多研究均表明 , N R 活性水平 可以作为优势杂种的预测指标〔‘一 ” 。 而 G S 活性在整
个生育期的变化表现出一定的规律性 , 并且水稻杂种的酶活性水平 在某种程度 上是 由其
双亲遗传性决定 的 , 同时G s活性在营养生长和生殖生长期均 与水稻的生理 、 生长和产量
性状有一定的相关性 , 基本具备作为杂种优势预测生理指标所需的 3 个基本 条 件 。 然而
第2 期 孙国荣等: 谷红睡胺合成曲活性与水稻杂种优势预幽 1 5 3
由于水稻营养生长和生殖生长所需的氮源 各有侧重 , 因此 , 我们认为N R 活性与 c s 活性
结合起来可 能会对水稻杂种优势进行有效的预测 。
23
4
5
6
7
今 考 文 献
seri, a o t a v a H K . I l e 忆e r o . ‘。 一 n d i n t e r ‘e n o m 玉e e o m r l. m e n 一 tion : m ito。‘o n d ri a 一 。 h l o r o P l a o t
a n d n u e l e u s
.
I n M o n o g r a p 卜. o n T h e o re ti e ‘ 1 . n d A 护p lie d G 七 n e t i c . , V o l 6 . H e t e r o 3 i s . e d b 萝
R . F r a n k e l. s p ri . g e r 一 v e r b 盯9 . B e rlin Il e班e lb e rg 一 1 . 吕3 : 2 e 0一27。
吴光南等. 水稻栽培理论与技术. 北京: 农业出版社 , 1 9 8 1 : 2 5 9 一265
朱鹏 , 孙国荣 , 肖斓华等、 M O H 和。D H 活性与水稻杂种优势预测. 武汉大学学报 ( 自然科学版 ) , 1 9 o t
( 4 )
:
8 9 一94
^ m os J ^ , s e h o l l B L . E f f e e t o f ‘ro w .h t e m p e r 一t u r e o n l e a r n i t r 一t e r e d u e t 一e , ‘lu ta . in -
。 y n t h e t a s e , n d N A D H 一‘lu t a . a t e d e h y d r o g e n a s e o f J 怪 r e n i l e m a : , e ‘e u o t 下P e s . e r o p s e i ,
1 9 7 7 ; 1 7
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4 4 5 一448
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1 9 9 2 ; 1 0
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1 8 7 一192
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G L U T A M !N E S Y N T H E T A S E A C T !V !T Y A N D R IC E
H E T E R O S IS P R E D IC T !O N
S u n G u orong
(D epar￡,, ‘e , 一￡ o f B io lo ‘y , H a r 卜i摊 N o r 沉。 I U 一 诬” e r s 云心y H o r卜云” i s o o a . )
Z h u p e n g L i u W e n f 盆n g x i a o Y i h u a
( D e户a r￡仍。摊 亡 o f B io lo g y , W u h a , : U 摊 i ” 。r s i t y w “人a n 魂3 0 0 72 )
A b s t r a e t C h 止n g e s o f G S a c t i v i t y o f h y b r i d r i c e t n d t h e i r P a r e n t d n r i n g
g r o w t h ‘n d d e v e l o p m e n t w e r e s a m e in o r d e r , a n d t h e e n “y m e ‘e t i v i t y I e v e l
o f h y b r id r i e e 1 5 t h e r e , u l t o f i n h e r i t a n c e o f t h e i r P 盛r e n t . T h e r e w e r e 5 1 9 -
n i r ie a n t r e j a t i o n s h i P b o t w e e n G S a c t iv i t i e s a n d s o v e r a l p h y s i o l o g ie a l a n d
y i o ld e lla r a e t e r s , e s p c c i a l l y a t p a n i c l ” i l i t i a l 吕t . g c a n d h e a d i 一 9 s t a g e . T li u s ,
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。 、 t e d t h a t G S a e t i v i t y 1 5 p r o b a b l y a s a p h y s i o l o g i o a l P a r a m e t o r o f
w h i e l一〕r e d i e t h e t e r o s i s l e v c l o f y i e l d c 五a r a c te r to so m e e x te n t a t re p r o d u e -
tiv c g r o w th s ta g e .
K e y w o r d s Ily b rid ric e , G l u t a IU i , , c s y u t l l c t a s 。 ( G S ) , Y i o l d e l 一a r a e t e r ,
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