剪叶、粘叶处理对水稻剑叶主脉两侧SPAD值及籽粒产量的影响

李杰 冯跃华 牟桂婷 许桂玲 黄世凤 石欣罗强鑫 罗康杰 管正策 叶勇 黄佑岗

（1贵州大学农学院，贵阳550025；2黔东南民族职业技术学院，贵州 凯里556000；第一作者∶guizhoutianxin＠163．com；*通讯作者∶fengyuehua2006＠126．com）

剑叶是水稻冠层功能叶中最为重要的叶片，与倒2叶一起提供了籽粒产量80%以上的光合产物，而来自剑叶光合作用所提供的碳水化合物占到水稻籽粒产量的50%以上[1]。剑叶亦是水稻产量、品质分析，水稻品种比较，水稻生理生态和栽培管理以及分子遗传研究中的主要考察对象之一。因此，水稻研究中常见有关剑叶的研究报道。对剑叶表面结构的观察和研究，可以比较品种间的差异[2-3]，分析栽培稻的进化[4]，还可用于分析水稻的抗病情况[5]。水稻理想株型育种中对叶片性状具有一定的要求[6-7]，作为理想株型中的重要构成因子，剑叶长度、宽度、叶角也是品种考察的重要性状[8-10]。剑叶性状遗传分析的研究亦有很多[11-12]。如周丽慧等[13]研究表明，剑叶形态性状与部分产量性状之间具有显著或极显著的相关关系，并检测到1个新的剑叶长宽比QTL；邹德堂等[14]报道了在以小白粳子和空育131为亲本的F3群体为试验材料时，剑叶形态和单株产量基因定位和分析的情况；桑贤春等[15]报道了1个新的水稻窄叶突变体Danl1的鉴定和基因定位的情况，其剑叶以及倒2叶、倒3叶的叶宽是野生型的一半左右，在一定的高密度种植下具有增产潜力。其他方面，张志耘等[16]以剑叶为材料，观察和研究了稻属叶片结构特征并分析其系统学意义；陆巍等[17]研究了剑叶叶源量与产量性状的关系，结果表明，水稻剑叶叶源量与单株产量、单穗质量及每穗实粒数均呈极显著正相关，从而可以作为鉴定单株产量的一个量化指标；陈惠哲等[18]研究了不同穗肥施氮量对水稻剑叶生长以及披垂程度的影响，结果表明，随着穗分化期施氮量的提高，剑叶的长、宽以及长宽比相应增加，且施氮对剑叶叶长的影响高于叶宽。另外，王贵民等[19]通过观察剑叶光合特性变化以及抗氧化系统来比较研究杂交水稻间的差异，为杂交水稻衰老机理提供资料；罗赣丰等[20]分析了剑叶角度与氮营养效率的关系，认为通过两者的关系可实时地决策氮肥运筹实现氮营养的高效利用。

表1 水稻主茎剑叶两侧处理方式

除此之外，也有研究报道了水稻叶片主脉两侧存在不对称性，一侧较宽些，一侧较窄些[21]；两侧的厚度也存在差异[22]。Yuan等[23]研究发现，稻叶宽侧宽度比窄侧多17.0%，厚度比窄侧高24.5%，而窄侧的单位质量氮含量、单位面积氮含量和SPAD值均比宽侧的高。李杰等[24]在获取田间数据时，亦观察到杂交水稻叶片主脉两侧存在差异，一侧较为光滑，一侧较为粗糙，以剑叶为考察对象，其光滑面居左或居右的概率接近50%，且光滑面SPAD值高于粗糙面。为进一步比较分析稻叶主脉两侧对籽粒产量贡献的差异，本研究采用剪叶和粘叶的方法对水稻剑叶进行处理，比较其籽粒质量，同时分析其SPAD值的变化情况，以期为水稻叶片不对称性研究提供更多的数据资料。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年在贵州省安顺市旧州镇文星村进行。试验田土壤肥力状况∶pH值6.30，有机质33.60 g/kg，全氮 2.59 g/kg，全磷 0.53 g/kg，全钾 8.44 g/kg，碱解氮 139.51 mg/kg，速效磷 6.03 mg/kg，速效钾 62.81 mg/kg。

试验采用三因素再裂区设计，主因素为品种，分别为Q优6号（重庆市种子公司选育）和准两优527（湖南杂交水稻研究中心、四川农业大学水稻研究所选育）；副因素为施氮水平，分别为 N0（0 kg/hm2）、N1（150 kg/hm2）、N2（300 kg/hm2）；副副因素为主茎剑叶处理，分别记为 JS、JR、ZS、ZR、CK，具体处理方式见表 1。每种施氮水平划为1小区，小区面积19.5 m2，小区四周筑高30 cm、宽20 cm的田埂并包膜，包膜压深至地下30 cm，防止小区间水肥渗透。氮肥采用分次施肥法，基肥（5月 21日）、分蘖肥（6月 2日）、促花肥（7月 12日）、保花肥（7月27月）的施氮量分别占总施氮量的35%、20%、30%、15%。磷肥、钾肥各小区一致。磷肥作基肥一次性施用，施用量为96 kg/hm2（P2O5用量），钾肥作基肥和穗肥分2次施，每次用量相同，为67.5 kg/hm2（K2O用量）。氮、磷、钾肥分别采用尿素、过磷酸钙和氯化钾。每小区于抽穗期时选择长势一致的稻株进行剪叶处理，每处理选择5片主茎剑叶（挂有标签），共30个处理，每个处理重复3次。2016年4月5日育秧，5 月 23 日移栽，行株距 30.0 cm×16.5 cm，每丛插 1 苗。

1.2 测定内容与方法

1.2.1 SPAD 值

水稻抽穗1周后对剑叶进行剪叶和粘叶处理（8月7-9日），处理后采用叶绿素计SPAD-502（日本Minolta公司）于 8月 9-10日（T1）、8月 15日（T2）、8月20日（T3）、8月 26日（T4）、8月 30日（T5）、9月 4日（T6）分别测定剑叶完好侧的SPAD值，对照光滑面与粗糙面两侧均测定，测定时以叶长1/2处及其上下3 cm每侧中间的3个点为测定位点（9月4日测定时部分处理内部分标记剑叶无法测定，仍以剩下叶片SPAD值参与数据分析）。

1.2.2 剑叶叶长

籽粒成熟取样后，用直尺测量剑叶叶枕至叶尖的长度。

1.2.3 籽粒性状

籽粒成熟时取样，每处理考察5株主茎的籽粒总质量（折算为含水量13.5%）、千粒重、每穗粒数、结实率等性状。

1.2.4 粒重叶长比

粒重叶长比=每处理籽粒总质量/平均剑叶叶长。

1.2.5 SPAD 值的环比增长率

TGi=（SPADTi-SPADTi-1）/SPADTi-1（i为大于1的正整数）。式中，TGi表示Ti时测定的SPAD值相对上一次（Ti-1）测定的SPAD值的环比增长率。

1.2.6 SPAD值累增值与SPAD值累消值

几次测定下各次测定SPAD值相对参照SPAD值的差值中，正值的和为SPAD值的累增值，负值的和为SPAD值的累消值，SPAD值累增值和累消值的绝对值为SPAD值的累增量和累消量。

1.3 数据分析

采用DPS和Excel软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水稻剑叶两侧不同处理对籽粒总质量的影响

由表2可知，剪叶处理除准两优527在N1下剪断光滑侧留下粗糙侧的籽粒总质量高于剪断粗糙侧留下光滑侧的籽粒总质量外，其余剪叶处理中JS的籽粒总质量均低于JR。粘叶处理中存在相似情况，即除Q优6号N0的ZS处理籽粒总质量高于ZR处理外，其余粘叶处理粘贴光滑面后的籽粒总质量均低于粘贴粗糙面的处理。这说明剑叶光滑侧对水稻籽粒产量的贡献高于粗糙侧。但是，除Q优6号N2条件下JR处理显著高于JS处理、ZR处理显著高于ZS处理外，其余相同品种和施氮条件下差异均不显著，且CK的籽粒总质量除Q优6号N0下最大，并显著高于JS处理外，其他条件下均不是最大值。

表2 水稻剑叶两侧不同处理下的籽粒总质量 （g）

2.2 水稻剑叶不同处理粒重叶长比

图 1 显示，Q 优 6 号粒重叶长比在 1.00～1.20 之间，剑叶一侧进行剪叶和粘叶处理后粒重叶长比有所下降；准两优 527 粒重叶长比在 0.90～1.00 之间，剑叶一侧经剪叶和粘叶处理后粒重叶长比有所上升，且N0条件下增加明显。处理粗糙侧留下光滑侧的粒重叶长比略高于处理光滑侧留下粗糙侧的处理，其中，以Q优6号在N2下表现明显，表明水稻剑叶光滑侧对籽粒产量的贡献高于粗糙侧。

2.3 水稻剑叶不同处理对千粒重、每穗粒数、结实率的影响

由表3可知，N1条件下除准两优527 JS、ZR处理的千粒重显著高于CK外，其他相同条件不同剪叶或粘叶处理间的千粒重均不存在显著差异。相同品种同一施氮条件下各处理间每穗粒数均不存在显著差异，且除Q优6号N2下JR处理结实率显著高于ZS处理外，其余各处理间结实率亦不存在显著差异。

2.4 不同处理水稻剑叶SPAD值的变化情况

2.4.1 SPAD 值环比增长率

从表4可知，准两优527各处理的剑叶SPAD值环比增长率绝对值比Q优6号高，施氮条件下2个水稻品种剑叶的环比增长率绝对值低于不施氮条件下的，在 TG4、TG5、TG6 下大致呈现 N0＞N1＞N2。整体来看，无论是剪叶、粘叶中测定的SPAD值，还是CK粗糙侧的SPAD值，其SPAD值环比增长率绝对值一般表现为高于相应的光滑侧SPAD值的环比增长率绝对值。

2.4.2 水稻剑叶剪叶、粘叶处理相对CK SPAD值的变化

由表5可知，从相对CK的SPAD值累增量来看，2个品种剑叶剪叶、粘叶处理的累增量表现为N0＞N1＞N2，剪叶处理的明显高于粘叶处理，相同品种和施氮条件下剪断光滑侧测定的粗糙侧SPAD值累增量更多地高于剪断粗糙侧的处理。从相对CK的SPAD值累消量来看，2个水稻品种间的情况有差别，在准两优527中，粘叶处理的累消量高于剪叶处理，粘光滑侧处理的SPAD值累消量明显高于剪粗糙侧的处理；而Q优6号在N2下各处理均有较高的累消量，且剪光滑侧的处理最高，在N0、N1条件下粘粗糙侧处理的SPAD值累 消量较高。在准两优527中，明显地表现为一方面剪光滑侧留下粗糙侧的处理会有更多的SPAD值累增量，但其SPAD值累消量却比较小，另一方面粘光滑侧后（粗糙侧）的累消量高于粘粗糙侧（光滑侧），但是其籽粒总质量却低于粘粗糙侧的处理。

表3 不同剪叶和粘叶处理对2个水稻品种千粒重、每穗粒数、结实率的影响

表4 不同处理对水稻剑叶SPAD值环比增长率的影响

表5 水稻剑叶剪叶、粘叶处理相对CK的SPAD值变化

表6 水稻剑叶各处理相对上一次SPAD值测定的变化

2.4.3 水稻剑叶两侧相对上一次SPAD值测定的变化

由表6可知，相对上一次测定的SPAD值，从CK来看，Q优6号和准两优527在N2条件下的SPAD值累消量明显低于N1、N0。2个水稻品种相对上一次测定的SPAD值累增量除JS处理稍高外，其他情况下均低或不存在。但剪叶或粘叶处理下的SPAD值累消量无明显的变化趋势。

3 讨论

Matsuo等[21]报道了水稻叶片两侧不对称性的情况，表明叶片一侧较另一侧宽些。Chen等[22]指出，水稻叶片两侧厚度存在 27.6%～46.0%的差异。Yuan 等[23]研究表明，水稻宽侧较窄侧厚度高出24.5%，且宽侧宽度较窄侧高出17.0%，窄侧的单位质量氮含量、单位面积氮含量和SPAD值均比宽侧的高，窄侧比宽侧保持有更高的氮素营养，推测叶片两侧存在光合速率的差异。李杰等[24]发现，水稻叶片两侧存在一侧较为光滑，一侧较为粗糙，剑叶光滑面的SPAD值高于粗糙面，且粗糙面具有较高的SPAD值环比增长率绝对值。此外，造成剑叶两侧光滑粗糙感的不同，主要是两侧侧脉凹凸状况和上下表皮组织的差异，而直观上，光滑侧窄于粗糙侧。本研究表明，剑叶光滑侧对籽粒产量的贡献高于粗糙侧，但限于试验设计的局限，未能表明这种差异达到一致的显著性，亦未能对其贡献度实现量化。另外，光身稻叶片光滑[25]，其剑叶主脉两侧是否存在相似情况，还有待比较。

水稻剑叶是最靠近稻穗的高效功能叶，亦是株型的重要构成部分，决定了光合作用面积和光能利用率，对于提高成穗率和促进籽粒灌浆，增加水稻籽粒产量起着极其重要的作用[26]。SPAD值表示叶绿素的相对含量，与稻株含氮量存在同步变化[27]，可以用于诊断水稻氮素营养状况[28]。柳开楼等[29]以SPAD值大小表示氮素含量高低，分析不同施肥量对水稻生长的影响，同时分析了剑叶SPAD值与籽粒产量的关系，表明一定移栽期时的剑叶SPAD值可以用来评估水稻产量。本研究结果表明，剑叶粗糙侧较光滑侧具有较高的SPAD值变化，大体上处理光滑侧留下粗糙侧相对对照的SPAD值累增量较处理粗糙侧的高，其相对自身上一次测定的SPAD值的累增量也较处理粗糙侧留下光滑侧的高些，特别是剪断光滑侧的处理表现较为明显。结合籽粒总质量来看，直观上，粗糙侧需付出较大的努力才能维持籽粒产量水平。本研究欲以SPAD值的累增量和累消量间接分析氮素的转运、分配情况，但考虑到氮素转运以及光合效率的不同等均可能造成光滑侧与粗糙侧对籽粒产量影响的不同，而放弃了这种尝试。

本研究试验设计了剪叶和粘叶两种剑叶处理方法，前者对剑叶的损伤程度明显强于后者，对籽粒产量的影响亦应高于后者，但两者的籽粒总质量未达到显著差异。另外，处理间结实率亦未表现显著差异。分析原因可能与试验设计和植物体自动调节有关。本试验对剑叶的处理时间较迟，且未对倒2叶、倒3叶进行处理；对剑叶一侧进行处理极可能会促进另一侧，以及倒2叶，甚至倒3叶相应生理生化作用的加强。这可以进一步解释，对照籽粒总质量大部分低于处理籽粒总质量，准两优527处理下的粒重叶长比高于对照以及剪断光滑侧后粗糙侧SPAD值发生明显变化等情况。

4 结论

本研究表明，水稻剑叶主脉两侧对籽粒产量的影响存在差异，光滑侧对籽粒产量的贡献高于粗糙侧。在避免倒2叶、倒3叶以及倒4叶补偿的条件下，会更好地得出两者对籽粒产量贡献率大小情况。