雜交水稻親本種子與穗萌芽時的生理特性比較

周述波+賀立紅+賀立靜+林偉

摘要：對雜交水稻親本金23B和V20B種子進行了發芽與田間栽培試驗，并對其生理特性進行了比較。結果表明，種子萌芽與稻穗萌芽受可溶性糖含量的直接影響，可溶性糖含量越高越易萌芽?？扇苄缘鞍缀吭诘舅朊妊窟^程中遠遠高于種子萌芽時期；而α-淀粉酶的活性變化在種子萌芽期與稻穗萌芽期呈現出相反的變化規律。

關鍵詞：雜交水稻；親本種子；稻穗萌芽；生理特性比較

中圖分類號：S511；S311 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）06-1023-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.007

Abstract： With hybrid rice parent line Jin23B and V20B as experimental material， the study was focused on the comparison of physiological characteristics between seed germination and preharvest sprouting. The results showed that seed germination and preharvest sprouting were directly influenced by soluble sugar. The higher the soluble sugar， the easier the germination. The soluble protein content during preharvest sprouting was much higher than that during seed germination， and α-amylases activity showed the opposite law.

Key words： hybrid rice； parent line seed； preharvest sprouting； physiological characteristic comparison

水稻作為重要的糧食作物，其產量占中國糧食總產量的40%，近年來，隨著育種工作者對新品種選育的加快，對新品種制種過程中雜交水稻種子產量的提高，導致農業生產上經常出現水稻在田間出現穗萌芽的現象，尤其在南方，若遇高溫多雨天氣，稻穗經常萌芽，引起種子產量降低，品質下降，每年平均稻穗萌芽率一般在2%～5%，特殊天氣情況下有時高達60%以上[1-3]。眾多研究者認為此現象歸因于在農業生產上大量施用外源植物生長調節劑“920”導致而成，從而引起雜交水稻親本在制繁種過程中種子休眠被打破，出現田間稻穗萌芽。本研究通過選取發芽差異顯著的V20B與金23B保持系種子進行浸種發芽試驗與田間栽培試驗，觀察在實驗室條件下種子的發芽與人工模擬陰雨環境下誘導稻穗萌芽過程中的生理變化，對種子萌芽與稻穗萌芽的形成過程相關的生理特性進行比較，以期為農業生產上選擇出在田間不易發生穗萌芽的優良水稻親本提供理論參考，為研究出能顯著抑制穗萌芽的植物生長調節劑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料選取由湖南農業大學水稻研究所提供的發芽差異比較顯著且生育期接近的兩個雜交水稻親本金23B和V20B，前者為不易穗萌芽，后者為易穗萌芽。

1.2 方法

1.2.1 室內種子培養 選取充實飽滿、大小一致的金23B、V20B種子，用3%次氯酸鈉消毒15 min后，用蒸餾水沖洗5次，在溫度25 ℃，于暗處浸種處理24 h，種子50粒，置于墊有含濕潤濾紙的培養皿中，重復3次，在型號為RQX-300的人工氣候光照培養箱[溫度（30±1） ℃，相對濕度（85±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照時間12 h]中培養，分別于浸種的24 h培養24h（浸種后48 h）和48 h（浸種后72 h）時分別取樣進行生理檢測。

1.2.2 大田稻穗培養 于湖南農業大學水稻研究所試驗基地稻田進行試驗，選取7.52 m2面積作為一小區單位，每小區植稻苗225穴，種植密度為20.0 cm×16.7 cm。小區隨機區組排列，3次重復，與大田生產管理相同。

齊穗后27 d，隨機選取田間水稻移栽于RQX-300的人工氣候光照培養箱溫度（30±1） ℃，相對濕度（90±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照時間12 h中培養，為讓水稻模擬處于陰雨環境中，每天共補噴750 mL清水，每次250 mL，分早中晚3次噴灑，培養72 h，研究24、48、72 h穗萌形成過程中生理生化的變化。

1.2.3 生理指標測定 可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[4]；α-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸法[5]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[5]。

2 結果與分析

通過對發芽差異顯著的V20B與金23B實驗室內種子發芽試驗與田間培育后在模擬陰雨環境中稻穗的萌芽試驗比較，其生理特性比較結果如下。

2.1 α-淀粉酶活性的比較

研究得知種子的發芽與田間稻穗萌芽情況是前者高于后者，而由圖1與圖2可知，在模擬陰雨天氣環境下，用水處理稻穗后培養24、48和72 h，α-淀粉酶活性為V20B高于金23B，表明兩品種種子的發芽差異顯著受α-淀粉酶活性影響。α-淀粉酶活性越高，種子萌發越容易。而α-淀粉酶活性變化規律，實驗室離體種子的萌發呈現不斷下降的趨勢，田間稻穗萌芽其規律為不斷上升，可知離體種子萌芽過程與在田間稻穗萌芽過程不是簡單由α-淀粉酶活性單因素控制的，而是一個機理相對更復雜的過程。

2.2 可溶性糖含量的比較

可溶性糖含量變化從圖3與圖4可知，實驗室內離體種子的發芽與田間稻穗萌芽在這兩個不同時期比較，發現兩材料品種可溶性糖含量變化規律相同，均呈現出先升后降的變化趨勢，且V20B材料中可溶性糖含量高于金23B，表明不同品種發芽差異與種子中可溶性糖為胚的萌動提供能量物質與結構物質更密切相關，含量越高的品種越有利于種子的萌芽。這與楊浚等[6]發現較高濃度的可溶性糖更易導致稻穗萌芽的研究結論相一致。

2.3 可溶性蛋白含量的比較

可溶性蛋白含量變化見圖5、圖6，種子萌芽過程中變化規律呈現出高低高的變化規律，而稻穗萌芽則為低高低的變化規律，兩個階段的可溶性蛋白含量變化在時空上出現了不一致，且可溶性蛋白含量種子萌芽過程遠遠低于稻穗芽的萌發過程，可以推知稻穗萌芽比種子萌芽過程更復雜。

3 小結與討論

雜交水稻親本種子在實驗室通過提供充足的水分、氧氣和適宜的溫度條件下，種子萌芽是一個由休眠態向萌芽態變化的一個過程，是由靜態向活躍態轉變的過程。而稻穗萌芽，是田間稻穗種子在未經休眠狀態下，遇高溫高濕等氣候因素影響，種子直接萌芽，是有機物質向種子中不斷轉運，同時又不斷消耗貯藏的有機物質為種子萌芽提供能量和結構物質的變化過程。

雜交親本種子的萌芽過程離不開淀粉酶、蛋白酶及各種水解酶的作用，將種子中的大分子干物質如淀粉、蛋白類物質等轉變為小分子物質，同時提供能量與形成結構物質的過程，以滿足種子萌芽后生長發育所需。而稻穗在高溫高濕環境下的萌芽過程，同樣離不開在各種酶的作用下，將不斷積累的大分子干物質轉變為稻穗種子萌芽所需的小分子結構物質的過程，此過程應與種子發芽機理一致，但從本試驗研究可知，種子萌芽與田間稻穗萌芽過程中生理特性比較，只有可溶性糖的變化規律在兩個階段一致，而α-淀粉酶活性，可溶性蛋白含量的變化都呈現出了時空差異，尤其可溶性蛋白含量在兩個不同階段差異較大，田間稻穗的萌發可溶性蛋白含量遠遠高于種子萌芽過程中可溶性蛋白。表明田間稻穗的萌芽比種子萌芽過程要復雜得多。

楊文鈺等[7]、董靜等[8]對小麥種子萌芽的研究以及楊浚等[6]、曹雅君等[9]對水稻穗萌動的研究，發現α-淀粉酶活性與可溶性糖含量呈正相關。本研究中發現稻穗萌芽中α-淀粉酶活性很高時，但稻穗萌芽不明顯，這與車京玉等[10]的研究發現相一致，有些小麥品種成熟時雖然外觀不發芽，但子粒中α-淀粉酶活性很高，這是由于在發育過程中有合成時期較遲的遲熟α-淀粉酶基因存在，稻穗萌芽是否與小麥種子萌芽情況類似還有待進一步研究。

可溶性糖含量越高，水稻種子與田間穗芽的萌發越顯著。不同的雜交水稻V20B與金23B相比，前者比后者的稻穗更易萌芽，而其中可溶性糖含量同樣前者高于后者，表明可溶性糖是直接影響種子萌芽的最主要因素，楊浚等[6]認為可溶性糖含量可以作為穗發芽抗性選擇的一個指標。

可溶性蛋白含量，田間稻穗萌芽遠遠高于種子萌芽階段，這可能與可溶性蛋白在稻穗中還沒有轉化成貯藏物質有關，而種子的萌芽需要貯藏蛋白質轉化，可知稻穗萌芽其生理變化過程比種子萌芽更為復雜，受多因素同時影響，穗萌芽除了受種子萌芽的生理規律制約外，應還受稻株母體的生理代謝與調控的影響，同時可能還與稻穗在不斷給種子提供養分，導致自身胚未完成后熟作用，與穎殼抑制物、穗部結構[11]也有關，環境中濕度、溫度變化[12]等多因素都會對稻穗萌芽產生影響。

參考文獻：

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