超聲波處理對粵晶絲苗生理特性及產量、品質的影響

羅昊文 鐘卓君 聶俊 唐湘如

（華南農業大學農學院/農業部華南地區作物栽培科學觀測實驗站，廣州510642；第一作者：1098063504@qq.com；*通訊作者：tangxr@scau.edu.cn）

超聲波處理對粵晶絲苗生理特性及產量、品質的影響

羅昊文 鐘卓君 聶俊 唐湘如*

（華南農業大學農學院/農業部華南地區作物栽培科學觀測實驗站，廣州510642；第一作者：1098063504@qq.com；*通訊作者：tangxr@scau.edu.cn）

以粵晶絲苗為材料，通過大田試驗，研究了超聲波和種子包衣處理對水稻生理特性及產量、品質的影響。結果表明，超聲波處理可以提高水稻產量，以“超聲波+種子包衣”處理的產量最高，主要是由于超聲波處理增加了水稻的有效穗數、每穗粒數和結實率；超聲波處理可以提高水稻葉片的SOD、POD活性，增加游離脯氨酸含量，降低MDA含量，提高水稻抗性；超聲波處理還可改善稻米的加工品質和外觀品質。

水稻；超聲波；抗性；產量；品質

高產歷來是水稻栽培和育種及有關基礎理論研究的主要目標。目前主要通過大量的化肥和農藥的使用來達到增產的目的，但化肥和農藥的過量使用造成地力衰退、產品品質下降、環境污染等，嚴重影響了農業的可持續發展。當前，我國農業生產正在向優質、高產、高效、生態、安全方面發展[1]。而許多發達國家已將化學藥劑的使用重點從葉面施用轉移到種子處理方面，種子處理必將是未來農業的發展方向之一。作為一種無公害的物理處理手段，超聲波具有方向性好、穿透力強、能量高等特點，在生物科學領域已得到了廣泛的應用，其具有的能夠改變植物體亞微觀結構的優點不斷被認識，超聲波處理正在逐漸成為種子處理的重要方法之一。

目前，大量研究集中在浸泡種子后再超聲波處理，但種子浸泡過后，就容易霉變，不易保存，還不便于播種，缺乏直接對干種子進行超聲波處理的研究。本試驗在前人[2]研究的基礎上，采用超聲波處理粵晶絲苗不包衣種子和包衣種子，研究了超聲波處理對水稻不同時期生理指標以及產量和品質的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以常規秈稻粵晶絲苗為材料，試驗種衣劑為適樂時懸浮種衣劑（有效成分2.5%咯菌腈）。超聲波儀器為廣州新棟力超聲電子設備有限公司提供的專用超聲波種子處理器（20KHz）。

1.2 試驗設計

試驗于2013年在華南農業大學試驗農場進行，試驗田土壤性質：有機質21.62 g/kg、全氮1.10 g/kg、堿解氮145.38 mg/kg、速效磷74.37 mg/kg、速效鉀81.58 mg/ kg。試驗設包衣、超聲波處理（BC），不包衣、超聲波處理（GC），包衣、無超聲波處理（BCK）和不包衣、無超聲波處理（CK）。直接將干種子置于超聲波種子處理器中處理5 min，種衣劑用量為250 mL/kg。

3月10日播種，4月1日移栽，移栽規格為20 cm× 20 cm，每叢3苗，大田小區面積30 m2，3次重復。本田施用純 N 184 kg/hm2、P2O593.75 kg/hm2、K2O 180 kg/ hm2。氮肥和鉀肥施用中，基肥、分蘗肥的比例為4∶1，磷肥全部作基肥施用。具體施肥情況如下：每hm2施尿素300 kg、氯化鉀225 kg、過磷酸鈣750 kg作基肥；每hm2施尿素100 kg、氯化鉀75 kg作分蘗肥。其他田間管理措施按照當地水稻高產田要求進行操作。

1.3 測試指標與方法

1.3.1 生理指標測定

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）等是酶促防御系統的保護酶，它們協同作用，防御過氧化自由基對細胞膜系統的傷害，抑制膜脂過氧化，降低丙二醛（MDA）的含量，以減輕逆境脅迫對植物細胞的傷害[3-7]。游離脯氨酸也是衡量植株抗逆性的重要指標，是最有效的滲透調節物質之一，能提高植物對脅迫環境的適應性[8-9]。

SOD活性測定以抑制氯化硝基四氮藍唑（NBT）光化學還原50%為1個酶活力單位U；POD活性測定采用愈創木酚法，以每分鐘OD470的變化值1為1個相對酶活單位U；MDA含量測定采用硫代巴比妥酸（TBA）氧化法；游離脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸法[10-11]。

1.3.2 產量及產量構成調查

表1 超聲波處理對葉片游離脯氨酸含量的影響 （μg/g）

表2 超聲波處理對葉片SOD活性的影響 （U/g）

表3 超聲波處理對葉片POD活性的影響[U（/g·min）]

收獲時每處理采用5點取樣法，按單位面積收割測產量，4次重復；每小區測定75叢的有效穗數，另外隨機取5叢調查每穗粒數、結實率和千粒重。

1.3.3 稻米品質的測定

糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量、膠稠度、長寬比、蛋白質含量等性狀的測定均采用GB/T 17891-1999標準測定[12]。

1.4 統計方法

試驗數據用Microsoft Excel 2010處理，SPSS19.0數據處理系統進行統計分析。各數值為平均數，多重比較采用LSD法，結果采用字母標記法標記，相同小寫字母表示兩組數據在0.05水平差異不顯著，不同小寫字母表示兩組數據在0.05水平差異顯著。

2 結果與分析

2.1 超聲波處理對葉片游離脯氨酸含量的影響

從表1可以看出，與對照相比，超聲波處理可以提高水稻葉片游離脯氨酸的含量，各個時期表現趨勢基本一致。在苗期、分蘗期和成熟期以GC處理最高，而在孕穗期和齊穗期以BC處理最高。BC處理的游離脯氨酸含量在苗期和齊穗期時比BCK處理提高了16.57%和12.97%，差異顯著；GC處理的游離脯氨酸含量在苗期和分蘗期時比GCK處理提高了15.83%和37.09%，差異顯著。在成熟期，BC、GC處理與BCK、GCK處理均無顯著差異。

2.2 超聲波處理對水稻葉片SOD活性的影響

從表2可以看出，與對照相比，超聲波處理可以提高水稻葉片的SOD酶活性，各個時期表現趨勢基本一致。除在齊穗期時葉片SOD酶活性以BC處理最高外，其余各時期均以GC處理最高。BC處理的SOD酶活性在苗期、分蘗期、齊穗期和成熟期分別比BCK處理提高了16.11%、8.63%、19.14%和3.14%，差異顯著；GC處理的SOD酶活性在苗期、分蘗期、齊穗期和成熟期分別比GCK處理提高了19.29%、6.33%、15.45%和3.21%，差異顯著。表明超聲波處理可以提高水稻整個生育期的SOD酶活性。

2.3 超聲波處理對葉片POD活性的影響

從表3可以看出，與對照相比，超聲波處理可以提高水稻葉片的POD酶活性，各個時期表現趨勢基本一致，但略有差異。除孕穗期以BC處理最高外，其他時期均以GC處理的值最高。BC處理的POD酶活性在苗期、分蘗期、孕穗期和成熟期分別比BCK處理提高了10.62%、18.95%、10.01%和19.14%，差異顯著；GC處理的POD酶活性在各時期分別比GCK處理提高了17.76%、6.22%、29.28%、43.60%和26.00%，差異顯著。表明超聲波處理可以提高水稻整個生育期的POD酶活性。

2.4 超聲波處理對水稻葉片MDA含量的影響

從表4可以看出，與對照相比，超聲波處理可以降低水稻葉片MDA的含量，各個時期表現趨勢基本一致，但略有差異。除齊穗期外，均以BC處理的值最低。BC處理在孕穗期、齊穗期和成熟期的MDA含量分別比BCK處理降低了45.10%、25.46%和21.33%，差異顯著；GC處理在分蘗期、孕穗期和齊穗期時的MDA含量分別比GCK處理降低了22.45%、36.61%和29.66%，差異顯著。表明超聲波處理可以降低移栽后水稻葉片的MDA含量。

表4 超聲波處理對葉片MDA含量的影響 （μmol/g）

表5 超聲波處理對水稻產量及產量構成的影響

表6 超聲波處理對稻米品質的影響

2.5 超聲波處理對水稻產量及產量構成的影響

從表5可以看出，與對照相比，超聲波處理可以提高水稻的產量，以BC處理的產量最高。產量增加主要是由于超聲波處理增加了有效穗數、每穗粒數和結實率，而對千粒重無顯著影響。BC處理的每穗粒數、結實率比BCK處理提高了5.85%和4.95%，差異顯著；GC處理的有效穗數、每穗粒數比GCK處理提高了13.39%和12.51%，差異顯著。

2.6 超聲波處理對稻米品質的影響

從表6可以看出，在稻米加工品質上，超聲波處理的稻米糙米率、精米率和整精米率均高于對照，以BC處理的糙米率、精米率最高，GC處理的整精米率最高。BC處理的糙米率、整精米率顯著高于BCK處理，GC處理的糙米率、整精米率顯著高于GCK處理。

在稻米外觀品質上，與對照相比，超聲波處理可以降低稻米的堊白粒率和堊白度，以GC處理的值最低。BC處理的堊白粒率比BCK處理降低了64.75%，GC處理的堊白粒率和堊白度分別比GCK處理降低了76.60%和82.65%，差異顯著。BC處理與BCK處理、GC處理與GCK處理的長寬比無顯著差異。

在稻米蒸煮品質上，與對照相比，超聲波處理可以提高稻米的膠稠度，降低直鏈淀粉含量和蛋白質含量，以BC處理的膠稠度值最高、直鏈淀粉含量最低。BC處理的膠稠度比BCK處理提高了23.54%，直鏈淀粉含量和蛋白質含量比BCK處理分別低20.50%和20.90%，差異顯著；GC處理的膠稠度比GCK處理顯著提高了17.50%，直鏈淀粉含量和蛋白質含量比GCK處理分別低了7.48%和23.02%，差異顯著。

3 討論與結論

超聲波具有能量高、穿透力強等特點，可作為一種物理肥料，加速植物細胞內部物質的氧化、還原、分解和合成。超聲波處理作物種子就是利用超聲波所產生的強烈振動對種子進行刺激，引起種子物理性能及生理活性變化，選擇和利用其有利效應的功能，從而達到提高發芽率、促進作物生長、增加作物產量的效果[13-15]。

本試驗結果表明，與對照相比，超聲波處理可以提高水稻產量，以BC處理的產量最高。從產量構成因素來看，主要是由于超聲波處理提高了有效穗數、每穗粒數和結實率。其可能的原因是超聲波處理后，提高了幼苗的抗逆性，有利于形成壯秧，在移栽大田后，有利于主莖的生長，易于形成低位分蘗。

與對照相比，超聲波處理可以改善稻米的加工品質與外觀品質，這與前人的研究結果一致[16-17]。

游離脯氨酸是最有效的滲透調節物質之一，它能提高細胞液濃度，降低其滲透勢，保護原生質與環境的滲透平衡，防止水分散失，保護膜結構的完整性，從而提高植物對脅迫環境的適應性，在逆境條件下，作物體內游離脯氨酸含量明顯增加，而且作物體內游離脯氨酸含量與作物的抗逆性呈正相關[18-19]。本試驗研究發現，與GCK處理相比，超聲波處理可以提高水稻整個生育期的游離脯氨酸含量，以BC處理的含量最高。

當水稻受到逆境脅迫時，抗逆性較差的水稻植株其SOD、POD等保護酶系統被破壞，平衡被打破，自由基積累增多，就會使膜脂產生脫脂化作用，磷脂游離導致細胞膜結構損壞，由此產生一系列生理生化紊亂，最終導致植物死亡。MDA是膜脂過氧化分解的產物，能影響細胞膜的結構，干擾正常的生理代謝，MDA對細胞有毒性，能夠引起細胞膜功能紊亂，且對許多功能分子有破壞作用，是植物細胞損傷的直接原因[20-21]。本試驗發現，與GCK相比，超聲波和包衣處理可以提高水稻葉片的SOD、POD酶活性，降低MDA含量。因而，超聲波和包衣處理可以調節水稻細胞膜保護酶類的活性，防止膜脂過氧化，維持膜的完整性，有利于提高秧苗的素質，這對培育壯秧提供了一個新的途徑。

因本試驗只對粵晶絲苗進行了大田試驗，也沒有經過不同氣候條件的驗證，加上超聲波刺激生物效應的機理十分復雜，因此還需繼續進行試驗研究。

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Effects of Ultrasound on Physiological Characters,Yield and Quality of Rice Yuejingsimiao

LUO Haowen,ZHONG Zhuojun,NIE Jun,TANG Xiangru*
（College of Agriculture,South China Agricultural University/Scientific Observing and Experimental Station of Crop Cultivation in South China,Ministry of Agriculture,Guangzhou 510642,China;1st author:1098063504@qq.com;*Corresponding author:tangxr@scau.edu.cn）

A field experiment was carried out to study the effects on physilological characters,yield and quality of ultrasonic processing coated and uncoated rice seeds,taking Yuejingsimiao as materials.The results showed that ultrasonic treatment could improve the yield of rice,and the yield of ultrasonic processing coated seeds treatment was the highest,because the ultrasonic treatment increased the effective panicles,grains number per panicle and seed setting rate.What’s more,ultrasonic processing could increase SOD and POD activities and free proline contents,decrease MDA contents and improve the resistance of rice.In addition,ultrasonic treatment could also improve processing quality and appearance quality of rice.

rice;ultrasonic wave;resistance;yield;quality

S511.041

A

1006-8082（2017）02-0064-04

2016－10－15

廣東省科技計劃項目（2011AO20202001）；廣東省糧食發展專項（F121397）