二氧化碳濃度對不育系和可育系水稻穎花關(guān)閉的影響

黃友明，曾曉春

（宜春學(xué)院 生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西 宜春 336000）

【研究意義】在水稻生產(chǎn)尤其是在雜交水稻制種中，穎花關(guān)閉同穎花開放一樣是非常重要的過程，都直接影響著水稻種子的產(chǎn)量和質(zhì)量。水稻抽穗開花期，不可避免地會遭遇各種逆境脅迫，如高溫、干旱、雨淋、機械損傷、病害、蟲害、鹽害和干熱風(fēng)等，嚴(yán)重影響開放穎花的開閉；不育系穎花普遍存在閉穎慢、開閉歷時過長、關(guān)閉不嚴(yán)、甚至不閉穎等現(xiàn)象。導(dǎo)致結(jié)實率降低、裂穎率升高和子房發(fā)育異常出現(xiàn)子?；?，嚴(yán)重降低種子產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。通過選擇花時相近的不育系和恢復(fù)系配組、選育開花習(xí)性良好的不育系、采取科學(xué)合理的栽培與化學(xué)調(diào)控技術(shù)措施，雜交水稻制種中父母本花時不遇的問題已得到相當(dāng)程度的解決。然而，水稻雜交制種中不育系開放穎花的關(guān)閉障礙又成為目前生產(chǎn)上新的瓶頸和“卡脖子”問題，嚴(yán)重降低雜交種子的產(chǎn)量和雜種質(zhì)量。因此，研究水稻穎花關(guān)閉啟動因子、影響因素、關(guān)閉機理以及物理化學(xué)調(diào)控方法勢在必行?！厩叭搜芯窟M展】要調(diào)控水稻穎花關(guān)閉，就必須對穎花開閉運動過程有清晰的認識。水稻穎花開閉和植物氣孔開閉類似，都屬于膨脹性運動；它們都由細胞的膨壓變化引起；在一天的特定時間發(fā)生，存在一定的節(jié)律性；一定程度上都響應(yīng)諸如機械損傷、光強或溫度的變化等外來刺激[2]。黃友明等[3]研究發(fā)現(xiàn)，水稻穎花的開閉運動經(jīng)歷了內(nèi)外穎夾角逐漸增大期（開穎）、內(nèi)外穎最大夾角保持期（穎花開放）、內(nèi)外穎夾角逐漸縮小期（閉穎）和內(nèi)外穎夾角最小期（穎花關(guān)閉）4個截然不同的階段。這種明確的劃分可知“開穎”和“閉穎”是既相對獨立又互相聯(lián)系的不同過程。受植物葉片內(nèi)CO2分壓與氣孔開閉關(guān)系的啟發(fā)[4-5]，王忠等[6]研究發(fā)現(xiàn)，水稻成熟穎花開放前，呼吸增強，穎腔內(nèi)CO2濃度達5%左右。若把稻穗置于5%以上的CO2氣體或浸沒于pH5.6的CO2水溶液，成熟穎花將迅速開放。由于CO2對花絲伸長、柱頭外露、花藥開裂及花粉活力均無顯著影響，故CO2促進水稻成熟穎花開放技術(shù)已應(yīng)用于雜交水稻制種，能顯著提高異交結(jié)實率和產(chǎn)量[2,7-8]。

【本研究切入點】成熟穎腔內(nèi)CO2濃度升高是啟動穎花開放的重要因子。然而內(nèi)外穎開裂后穎腔內(nèi)CO2濃度迅速降低，穎腔內(nèi)低濃度CO2是穎花關(guān)閉的啟動信號嗎？如果繼續(xù)維持穎腔內(nèi)較高濃度CO2，是否抑制穎花關(guān)閉呢？【擬解決的關(guān)鍵問題】在對水稻穎花開閉運動認識以及CO2對成熟穎花開放效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，本文擬開展CO2濃度對水稻穎花關(guān)閉影響的研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試劑

以可育水稻贛早538、萍恢141、華占和不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A、岳4A 為材料（均為生產(chǎn)上廣泛使用，且不育系材料穎花閉合慢，大量穎花關(guān)閉不嚴(yán)，甚至不關(guān)閉，裂穎現(xiàn)象非常嚴(yán)重），常規(guī)栽培管理于宜春學(xué)院基地（地力1 級，土壤剖面結(jié)構(gòu)為A-P-W-C，水型為潴育型，粘壤土，電力排灌良好；有機質(zhì)3.5%，全氮0.22%，有效磷7.6 mg/kg，速效鉀96 mg/kg，陽離子交換量19.5 cmol(+)/kg，pH6.8）。CO2空氣混合氣由盛富萊銳鋒氣體有限公司提供。

1.2 處理方法

1.2.1 處理裝置 試驗裝置（圖1）由分離式的底座和玻璃罩組成，底座四周設(shè)凹槽，能與玻璃罩的4 個面緣蓋住時相吻合。玻璃罩由厚度為9 mm的普通玻璃制成，長、寬、高分別為40，25，50 cm的長方體，其底面不封玻璃，可蓋在底座上，進氣口設(shè)置在玻璃罩窄面距下邊3 cm 處，出氣口則設(shè)在進氣口的對側(cè)面距上邊3 cm處，進氣口和出氣口都安裝閥門。試驗時先把稻穗插入盛清水的三角瓶中，再把三角瓶置于底座上，蓋好玻璃罩，然后底座上的凹槽注清水密封。連接充氣口與15.5 Mpa，40 L 的儲氣鋼瓶，調(diào)節(jié)氣壓3.5 Mpa，氣流1 L/min，打開充氣口和出氣口閥門。

圖1 CO2濃度對水稻穎花關(guān)閉的影響試驗裝置Fig.1 Testing apparatus for the influences of CO2 concentration on spikelets closure in rice

1.2.2 處理方法 水稻穎花的開閉受環(huán)境因子影響較大，顧蘊潔等[9]研究發(fā)現(xiàn)，35～40 ℃的溫度，含量大于5% CO2的氣體和飽和CO2的水溶液能顯著促進開穎，低溫、呼吸抑制劑抑制穎花開閉。黃友明等[3]也研究發(fā)現(xiàn)，水稻已開穎花的關(guān)閉存在溫度“三基點”效應(yīng)，35～40 ℃最適于穎花關(guān)閉，高于45 ℃或低于20 ℃對穎花關(guān)閉均不利。因此在水稻抽穗開花盛期選擇日平均氣溫30 ℃以上，且日平均相對濕度65% RH 以上的晴天進行試驗。于稻株長勢基本一致的田塊，試驗前1～2 d 觀察穎花開閉習(xí)性，確定穎花開放時間。試驗當(dāng)天，在穎花開放前約10 min，隨機剪取長勢基本一致的成熟稻穗（穗頂部少許穎花已開閉，中下部穎花在試驗當(dāng)天會大量開閉且完全抽出的稻穗），迅速插入盛清水的三角瓶中，每瓶3 穗，再將三角瓶置于上述裝置底座上，每裝置3 瓶即9 穗為1 個樣本，然后迅速蓋好玻璃罩，同時底座上的凹槽注滿清水密封。待內(nèi)外穎開裂后（噴施1 mmol/L MeJA 使成熟穎花集中開放，但MeJA 對穎花關(guān)閉無影響）立即連接充氣口與15.5 Mpa 40 L 的儲氣鋼瓶，調(diào)節(jié)氣壓3.5 Mpa，氣流1 L/min，打開充氣口和出氣口閥門。試驗分0%、0.03%、2%、5%、10%和15%CO2空氣混合壓縮氣6 個處理。0% CO2處理即試驗裝置內(nèi)放置1 個盛50 mL、10% NaOH 溶液的100 mL 燒杯，再充壓縮空氣；0.03% CO2處理即試驗裝置內(nèi)充壓縮空氣；2% CO2處理即試驗裝置內(nèi)充2% CO2空氣混合壓縮氣，以下處理類推。分3 d 重復(fù)試驗3 次。

1.3 穎花關(guān)閉率動態(tài)及開閉歷時的測定

閉穎率動態(tài)：以每處理的9個稻穗作為觀察統(tǒng)計對象，從當(dāng)天開放的穎花關(guān)閉第1朵時開始（0 min），每30 min 累計統(tǒng)計當(dāng)天開放穎花的關(guān)閉總數(shù)，直到當(dāng)天開放穎花不再關(guān)閉為止。以各時間點累計關(guān)閉的穎花總數(shù)占試驗當(dāng)天開放穎花總數(shù)的百分數(shù)（%）為穎花關(guān)閉率。

穎花開閉歷時：從內(nèi)外穎始裂到內(nèi)外穎夾角不再縮小所經(jīng)歷的時間為穎花開閉歷時。同樣以每處理的9 個稻穗作為觀察統(tǒng)計對象。隨機選擇試驗當(dāng)天開放的穎花50 朵，觀察記錄內(nèi)外穎始裂和內(nèi)外穎夾角不再縮小的時刻。計算出單朵穎花開閉歷時以及50朵穎花開閉歷時的平均值。

1.4 穎花開閉過程中穎花胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化

采用便攜式AS.02-LCI-SD 光合儀[選擇窗口面積為5.8 cm2的窄葉室，設(shè)置CO2濃度為385 μL/L，光通量密度為800～1 000 μmol/（m2·s），溫度為34～38 ℃的閉路]，分別獨立測試開穎前1.0 h、開穎前0.5 h、內(nèi)外穎開裂時、內(nèi)外穎夾角最大時、內(nèi)外穎合攏時和閉穎后0.5 h 6個時間點的完整穎花。每個時間點分別取10 朵穎花作為一個樣本，單層平整排滿葉室，測定穎花胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率(Tr)。試驗重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

穎花關(guān)閉率、開閉歷時、Ci、Gs和Tr均以3 次重復(fù)試驗的平均值采用Excel 軟件制作成柱形圖，并對重復(fù)試驗作標(biāo)準(zhǔn)誤差分析。穎花開閉歷時、Ci、Gs和Tr經(jīng)F檢驗后用SSR法對各平均值進行多重比較，作出統(tǒng)計推斷，比較結(jié)果用標(biāo)記字母法表示，標(biāo)注在柱形圖的上端，小寫字母a、b、c 表示差異顯著（P＜0.05），大寫字母A、B、C表示差異極顯著（P＜0.01）。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2對可育水稻穎花關(guān)閉的效應(yīng)

圖2L、圖3L 和圖4L 分別顯示可育水稻贛早538、萍恢141 和華占內(nèi)外穎剛開裂的穎花經(jīng)不同濃度CO2處理后，穎花關(guān)閉率均隨時間延長而增大。在當(dāng)天開放的穎花關(guān)閉第1朵后30 min和60 min，穎花關(guān)閉率差異非常明顯，均是5% CO2處理最高。到90 min 時，贛早538 穎花關(guān)閉率，雖仍為5% CO2處理最高，但各處理間差異不大；萍恢141和華占穎花關(guān)閉率，5%、10%、15% CO2處理均達到100%，其他處理也接近100%，差異不大。到了120 min時，各處理間無差異，穎花關(guān)閉率均為100%。

圖2R、圖3R 和圖4R 分別顯示可育水稻贛早538、萍恢141 和華占穎花平均開閉歷時。較0% CO2處理，2%、5%、10%、15% CO2處理贛早538，穎花平均開閉歷時依次縮短15.08，25.81，24.04，24.71 min，分別達19.82%、33.92%、31.60%和32.48%。處理萍恢141 依次縮短11.37，23.56，21.35，21.51 min，分別達14.63%、30.31%、27.47%和27.67%。處理華占依次縮短14.24，22.11，18.83，21.91 min，分別達17.76%、27.58%、23.48%、27.33%。穎花平均開閉歷時經(jīng)F檢驗后，均為P＜0.01。各試驗材料0%和0.03% CO2處理間均無差異顯著性，5%、10%、15% CO2處理間也均無差異顯著性，對于贛早538 和萍恢141 穎花平均開閉歷時，5%、10%、15% CO2處理均極顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理，而對于華占穎花平均開閉歷時，5%和15% CO2處理均極顯著短于2% CO2處理，10% CO2處理顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理。

圖2 CO2濃度對水稻贛早538穎花關(guān)閉的影響Fig.2 Influence of CO2 concentration on spikelet closure in fertile rice of Ganzao 538

圖3 CO2濃度對水稻萍恢141穎花關(guān)閉的影響Fig.3 Influence of CO2 concentration on spikelet closure in fertile rice of Pinghui 141

圖4 CO2濃度對水稻華占穎花關(guān)閉的影響Fig.4 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in fertile rice of Huazhan

表明2%～15% CO2處理可加快贛早538、萍恢141 和華占已開穎花的關(guān)閉進程，縮短穎花開閉歷時，對穎花關(guān)閉起促進效應(yīng)，此效應(yīng)的最佳濃度為5%。

2.2 CO2對不育系水稻穎花關(guān)閉的效應(yīng)

圖5L、圖6L和圖7L分別顯示不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A 和岳4A 內(nèi)外穎剛開裂的穎花經(jīng)不同濃度CO2處理后，穎花關(guān)閉率均隨時間延長而逐漸增大和隨時間延長各處理間的差異逐漸縮小，但即使到最后仍然均達不到100%。不同試驗材料和不同處理之間，在各觀測時間點的穎花關(guān)閉率高低排序略微有些差別：對于珍汕97A，5% CO2處理一直最高，然后依次是10%、15%和2% CO2處理，而0%和0.03% CO2處理之間差異不明顯，均較前述處理要低；對于博優(yōu)A，除60 min 觀測時間點外，也是5% CO2處理最高；對于岳4A，除60 min和90 min觀測時間點外，也是5% CO2處理最高。

圖5R、圖6R 和圖7R 分別顯示不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A 和岳4A 穎花平均開閉歷時。較0% CO2處理，2%、5%、10%和15% CO2處理珍汕97A，穎花平均開閉歷時依次縮短19.3，40.1，30.2，29.7 min，分別達12.00%、24.94%、18.78%和18.47%；處理博優(yōu)A 依次縮短38，72.8，54.5，56.4 min，分別達18.88%、36.16%、27.07%和28.02%；處理岳4A 依次縮短20.1，50.7，33.5，31.4 min，分別達11.11%、28.03%、18.52%和17.36%。穎花平均開閉歷時經(jīng)F檢驗，珍汕97A 和岳4A 各處理間0.01＜P＜0.05，博優(yōu)A 各處理間P＜0.01。統(tǒng)計分析得出：對于珍汕97A，0%和0.03% CO2處理間無差異顯著性，5%、10%和15% CO2處理間也無差異顯著性，但5%、10%和15% CO2處理的穎花開閉歷時均極顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理。對于博優(yōu)A 和岳4A，0%和0.03% CO2處理間無差異顯著性，10%和15% CO2處理間也無差異顯著性，但5% CO2處理極顯著短于10%和15% CO2處理，10%和15% CO2處理極顯著短于2% CO2處理，而2% CO2處理又極顯著短于0%和0.03% CO2處理。

圖5 CO2濃度對不育系水稻珍汕97A穎花關(guān)閉的影響Fig.5 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in sterile rice of Zhenshan 97A

圖6 CO2濃度對不育系水稻博優(yōu)A穎花關(guān)閉的影響Fig.6 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in sterile rice of Boyou A

圖7 CO2濃度對不育系水稻岳4A穎花關(guān)閉的影響Fig.7 Influence of CO2 concentration on spikelets closure in sterile rice of Yue 4A

表明CO2處理可加快不育系水稻珍汕97A、博優(yōu)A 和岳4A 已開穎花的關(guān)閉進程，提高穎花關(guān)閉率，縮短穎花開閉歷時，對穎花關(guān)閉起促進效應(yīng)，此效應(yīng)的最佳濃度為5% CO2。

2.3 穎花開閉過程中穎花胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化

穎花開閉過程中穎花胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的測定，穎花取樣參照預(yù)備試驗結(jié)果進行：萍恢141開穎前1.0 h和開穎前0.5 h的絲穎比[花絲（含花藥）長度與穎腔長度之比]分別約為0.70和0.73，從內(nèi)外穎開裂到其夾角最大（約23.7°）經(jīng)歷約4.3 min，并持續(xù)最大夾角約11.5 min。珍汕97A開穎前1.0 h和開穎前0.5 h 的絲穎比分別約為0.76 和0.83，從內(nèi)外穎開裂到其夾角最大（約28.6°）經(jīng)歷約7.8 min，并持續(xù)最大夾角約23.2 min。

圖8L 和圖8R 分別顯示萍恢141 和珍汕97A 穎花自然開閉過程中穎花胞間CO2濃度（Ci）的變化，對各時間點Ci值進行F檢驗，均符合0.01＜P＜0.05。

圖8 穎花開閉過程中穎花胞間CO2濃度的變化Fig.8 The variation of spikelet Ci in the process of spikelets opening and closing

萍恢141穎花Ci值從開穎前0.5 h至內(nèi)外穎夾角最大時逐漸增大，然后逐漸降低；內(nèi)外穎夾角最大時Ci值最大，較內(nèi)外穎開裂時高21.27%，較內(nèi)外穎合攏時高12.59%；內(nèi)外穎夾角最大時Ci極顯著高于開穎前1.0 h、開穎前0.5 h、內(nèi)外穎開裂時和閉穎后0.5 h，顯著高于內(nèi)外穎合攏時。珍汕97A 穎花Ci值從開穎前1.0 h 至內(nèi)外穎合攏時逐漸增大，然后降低；內(nèi)外穎夾角最大時Ci值較內(nèi)外穎開裂時高5.72%，較內(nèi)外穎合攏時低10.78%；內(nèi)外穎合攏時Ci極顯著高于開穎前1.0 h、開穎前0.5 h、內(nèi)外穎開裂時和閉穎后0.5 h，顯著高于內(nèi)外穎夾角最大時。

圖9L 和圖9R 分別顯示萍恢141 和珍汕97A 穎花自然開閉過程中穎花氣孔導(dǎo)度（Gs）的變化，對各時間點Gs值進行F檢驗，均符合P＜0.01。萍恢141Gs值從開穎前1.0 h至內(nèi)外穎開裂時逐漸降低，但在內(nèi)外穎夾角最大時急劇升高并達最高，然后又逐漸降低，在內(nèi)外穎合攏時達最低，閉穎后0.5 h又略有上升并達到穩(wěn)定；內(nèi)外穎夾角最大時Gs值較內(nèi)外穎開裂時升高52.63%，較內(nèi)外穎合攏時高81.25%；開穎前1.0 h和內(nèi)外穎夾角最大時的Gs值，彼此之間無差異顯著性，但顯著和極顯著高于其他時間點。珍汕97AGs值從開穎前1.0 h至內(nèi)外穎開裂時逐漸降低，而在內(nèi)外穎夾角最大時又突然升得很高，之后又降低；內(nèi)外穎夾角最大時Gs值較內(nèi)外穎開裂時升高40.24%，較內(nèi)外穎合攏時高47.44%；開穎前1.0 h、開穎前0.5 h 和內(nèi)外穎夾角最大時之間以及內(nèi)外穎開裂時、內(nèi)外穎合攏時和閉穎后0.5 h之間均無差異顯著性，但前者極顯著高于后者。

圖9 穎花開閉過程中穎花氣孔導(dǎo)度的變化Fig.9 The variation of spikelet Gs in the process of spikelets opening and closing

圖10L 和圖10R 分別顯示萍恢141 和珍汕97A 穎花自然開閉過程中穎花蒸騰速率（Tr）的變化，對各時間點Tr值進行F檢驗，均符合0.01＜P＜0.05。萍恢141Tr值在內(nèi)外穎開裂之前變化不大，但在內(nèi)外穎夾角最大時急劇升高，然后又逐漸降低并在內(nèi)外穎合攏時達相對穩(wěn)定；內(nèi)外穎夾角最大時Tr值較內(nèi)外穎開裂時高39.62%，較內(nèi)外穎合攏時高14.91%；開穎前1.0 h、開穎前0.5 h 和內(nèi)外穎開裂時彼此之間無差異顯著性，內(nèi)外穎夾角最大時、內(nèi)外穎合攏時和閉穎后0.5 h 彼此之間無差異極顯著性，但后者極顯著高于前者。珍汕97ATr值在內(nèi)外穎夾角最大時達最高，其他時間點Tr值變化不大；內(nèi)外穎夾角最大時Tr值較內(nèi)外穎開裂時高32.18%，較內(nèi)外穎合攏時高13.14%；開穎前1.0 h、開穎前0.5 h、內(nèi)外穎夾角最大時、內(nèi)外穎合攏時和閉穎后0.5 h 彼此之間無差異極顯著性，開穎前1.0 h、開穎前0.5 h、內(nèi)外穎開裂時和內(nèi)外穎合攏時彼此之間也無差異極顯著性，但內(nèi)外穎夾角最大時和閉穎后0.5 h 時均顯著和極顯著高于內(nèi)外穎開裂時。

圖10 穎花開閉過程中穎花蒸騰速率的變化Fig.10 The variation of spikelet Tr in the process of spikelets opening and closing

3 小結(jié)與討論

本研究采用3 個可育和3 個不育水稻為材料，發(fā)現(xiàn)內(nèi)外穎開裂后，如果仍然維持穎腔內(nèi)較高濃度的CO2，不但不抑制穎花關(guān)閉，反而促進穎花關(guān)閉?？捎靖鞑牧现g、不育系水稻各材料之間在穎花關(guān)閉率和穎花開閉歷時上均無明顯區(qū)別，但可育與不育系水稻之間在穎花關(guān)閉率、開閉歷時、Ci、Gs和Tr上卻存在非常明顯的差異?？捎驹趦?nèi)外穎夾角最大時Ci值也最大，且極顯著高于內(nèi)外穎開裂時，提示高濃度的CO2可能是穎花關(guān)閉的重要因素。不育系水稻Ci最大值出現(xiàn)在內(nèi)外穎合攏時，較可育水稻滯后，這可能就是導(dǎo)致不育系水稻穎花關(guān)閉慢，開閉歷時長的重要原因?？捎竞筒挥邓颈容^，穎花最大Gs和Tr值均出現(xiàn)在內(nèi)外穎夾角最大時，但前者各時間點的Gs和Tr值均非常明顯的要高于后者。

水稻已開穎花的關(guān)閉是一個與呼吸作用有關(guān)需要消耗能量的主動過程[8]。開穎時，小穗呼吸增強，ATP 含量增高[10]。由于不育系稻穗的呼吸強度、H2O2酶活性和穎花ATP 含量均比保持系稻穗要低，故表現(xiàn)出不育系水稻開穎慢，閉穎也慢。不育系水稻花藥敗育，呼吸速率低，穎腔內(nèi)CO2濃度難以提高可能是其開穎不整齊的主要原因，外源CO2能顯著加速不育系大量穎花整齊開放[11]。何永明等[12]認為不育系水稻開穎不集中、花時分散和延遲的另一個重要原因可能是缺乏花藥發(fā)育信號的調(diào)控。不育系水稻穎花開放對CO2和JA 的強烈響應(yīng)就證明了這一點［8,13］。CO2和JA 是誘導(dǎo)穎花開放的重要信號物質(zhì)，而雄蕊又是水稻穎花器官中合成這2種信號分子的主要部位［10,14-15］，不育系因雄蕊敗育，從而穎花開放對外源CO2和JA 的響應(yīng)比可育系更強烈。本研究結(jié)果尤其是外源CO2提高不育系水稻穎花關(guān)閉率揭示CO2可能也是誘導(dǎo)穎花關(guān)閉的重要信號物質(zhì)。

Ci大小取決于葉周空氣CO2濃度、葉片氣孔導(dǎo)度、葉肉導(dǎo)度和葉肉細胞光合特性等。Ci與光合速率可能存在正相關(guān)、負相關(guān)和不相關(guān)的關(guān)系，但與呼吸速率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[16]?？諝庵械腃O2可以通過氣孔進入葉肉細胞間隙，并溶解于液相中，在光能作用下發(fā)生光合作用，植物體內(nèi)的水蒸氣也可以通過氣孔蒸騰到大氣中。Gs的大小導(dǎo)致Ci增減，引起Tr升降。水稻穎花與葉片有很大的差別，穎花上沒有氣孔，缺乏氣體進出的主要門戶，但在內(nèi)外穎基部的漿片上有皮孔和角質(zhì)層，它們是穎花內(nèi)腔和穎花細胞氣體進出的途徑。受皮孔和角質(zhì)層結(jié)構(gòu)和數(shù)量的限制，經(jīng)此途徑進出的氣體速度較慢，數(shù)量有限，所以穎花Tr較葉片低得多，故穎花Ci的大小主要受穎花呼吸速率的影響。本研究測到穎花Ci值在內(nèi)外穎夾角最大時出現(xiàn)較明顯的高峰，顯示此時呼吸速率可能較高，這對需要消耗能量的穎花關(guān)閉過程來說非常有利，提示內(nèi)外穎夾角最大時高的Ci可能是穎花關(guān)閉的啟動因子。不育水稻穎花關(guān)閉進程慢，開閉歷時長可能與其穎花Ci極值后置且偏低有關(guān)[11,13]。

導(dǎo)致不育系水稻穎花關(guān)閉進程慢、開閉歷時長、關(guān)閉不嚴(yán)、裂穎現(xiàn)象嚴(yán)重的原因可能還與其小穗軸和漿片的微管結(jié)構(gòu)有關(guān)。王忠等[17-18]研究發(fā)現(xiàn)，每一漿片中有15～20 條小維管束，每一小維管束中具有1～5列導(dǎo)管、2～4列篩管和10個左右的小型薄壁細胞；小型薄壁細胞的細胞質(zhì)濃，細胞器多，富含線粒體；大型和小型薄壁細胞間的胞間連絲豐富。這為漿片快速吸水和失水以及物質(zhì)迅速轉(zhuǎn)運所需的通道和能量提供了便利。野敗型不育系稻穗開穎遲、閉穎慢的原因與其漿片中維管束數(shù)目少、導(dǎo)管和維管束薄壁細胞不發(fā)達有關(guān)[19]。

有趣的是，水稻穎花開閉和植物氣孔開閉都對CO2和ABA 刺激敏感[20]。葉內(nèi)CO2濃度低，引起保衛(wèi)細胞滲透勢下降，氣孔張開；反之，氣孔關(guān)閉[6]。研究表明，ABA 通過增加胞質(zhì)Ca2+的濃度，間接地激活K+、Cl-流出和抑制K+的流入，降低保衛(wèi)細胞的膨壓，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉[21-22]。研究還認為CO2誘導(dǎo)開穎是由于CO2能引起漿片細胞壁酸化和糖轉(zhuǎn)運體（OsSUTs）活化[23]。如果CO2只是引起漿片細胞壁酸化導(dǎo)致酸生長的話，那IAA 對穎花開放怎么會無促進效應(yīng)呢？要深入探討CO2對水稻穎花開閉的機制，還需從漿片內(nèi)源CO2（或CO2水溶液）對穎花開閉的效應(yīng)，CO2對漿片細胞水勢和相關(guān)離子通道的影響，以及影響漿片CO2（或CO2水溶液）濃度升降的相關(guān)酶活性和相關(guān)蛋白基因的表達等方面去研究。

CO2氣體在大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用有諸多不便，如壓縮氣體的安全性導(dǎo)致包裝、運輸和使用方式都受到到極大限制，以及氣體在大田使用時會迅速稀釋導(dǎo)致效果不明顯等。把氣態(tài)CO2固化成干冰，雖可大大改善其包裝、運輸和使用的方式，但也只能局限在一定的密閉環(huán)境（如大棚或溫室）內(nèi)使用；把氣態(tài)CO2溶解于水中制成CO2水溶液，以噴霧的方式在大田噴灑于穎花上，使用時準(zhǔn)確把握使用濃度和酸堿度，選擇良好天氣和適當(dāng)添加表面吸附劑等，則可能是最佳的使用方式，這有待于進一步研究。試驗過程中對離體稻穗的剪取、搬運和置進試驗裝置等不可避免會受到如氣候和觸碰等因素的影響；試驗裝置對稻株高度和剪穗長度的限制也可能對結(jié)果產(chǎn)生不利影響；所以加強母體稻穗大田試驗、選擇合適高度的水稻材料、改進試驗裝置等研究也很有必要。

致謝：胡天星、龍啟石和鐘冬等同學(xué)對研究給予了幫助，謹致謝意！