低溫脅迫對(duì)直播早稻出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響

段里成，張 坤，章起明，劉 丹，桂寶玉，蔡 哲，楊愛(ài)萍，郭瑞鴿

（1. 江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，江西 南昌 330096；2. 江西省氣象科學(xué)研究所，江西 南昌 330096；3. 宜春市氣象局，江西 宜春 336000）

江西作為我國(guó)雙季稻優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一，雙季稻種植面積占全省水稻種植總面積的90%，是我國(guó)雙季稻種植比例最高的省份，在保障國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮重要作用［1］。江西地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全省年平均氣溫17.8℃，熱量資源較為充沛，水稻生長(zhǎng)季節(jié)較長(zhǎng)，這使早稻直播成為了可能。隨著種植成本的上漲、機(jī)械化程度提高、化學(xué)除草劑的使用，輕簡(jiǎn)化的直播種植方式越來(lái)越受農(nóng)戶青睞［2］。在此條件下，江西早稻直播輕簡(jiǎn)栽培方式得到快速發(fā)展，尤其是近年來(lái)，直播稻面積在環(huán)鄱陽(yáng)湖地區(qū)迅速擴(kuò)大［3-4］。但江西春季冷害發(fā)生頻次較高，使得早稻播種至苗期常遭遇低溫陰雨天氣，導(dǎo)致播種后不出芽或出芽后爛秧等現(xiàn)象，不利于早稻高產(chǎn)［2，4］。如何降低低溫陰雨對(duì)直播早稻生產(chǎn)的影響，探究低溫陰雨對(duì)直播早稻苗期生長(zhǎng)的影響機(jī)理，許多科研工作者從選育耐冷性品種［5-7］、低溫對(duì)水稻苗期生理生態(tài)的影響［8-9］和芽期耐冷品種篩選［10-13］等方面進(jìn)行了大量研究。研究認(rèn)為，不同種質(zhì)資源間對(duì)低溫的耐受性存在很大差異，合理選用耐低溫能力較強(qiáng)的品種對(duì)保證水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要作用［14-15］。進(jìn)一步研究生理發(fā)現(xiàn)，在逆境條件下，水稻通過(guò)調(diào)節(jié)代謝物質(zhì)減輕低溫對(duì)自身的影響；秧苗受低溫脅迫影響，早稻品種幼苗丙二醛含量有不同程度的提高，同時(shí)脯氨酸含量也不斷增加，幼苗在低溫脅迫下已經(jīng)出現(xiàn)了自我調(diào)節(jié)的反應(yīng)［16］。以上研究主要針對(duì)水稻耐冷性品種選育和篩選，或單獨(dú)對(duì)水稻苗期低溫脅迫進(jìn)行研究，而就不同催芽程度對(duì)低溫耐受性影響并在此基礎(chǔ)上研究不同秧齡受低溫脅迫影響的報(bào)道較少。為此，本研究通過(guò)室內(nèi)控制試驗(yàn)，系統(tǒng)研究早稻直播從播種至苗期遇到低溫及低溫脅迫對(duì)其生長(zhǎng)的影響，為雙季稻早稻直播安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016—2017年在江西省農(nóng)業(yè)氣象中心農(nóng)氣實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試水稻品種為中嘉早17，由江西省種子管理局提供，該品種屬常規(guī)秈稻，適宜在長(zhǎng)江中下游作雙季早稻種植，全生育期約109.0 d。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 低溫脅迫對(duì)直播早稻出苗的影響 2016年春季，早稻品種中嘉早17經(jīng)1000倍咪鮮胺浸種消毒24 h，進(jìn)行不同程度的催芽，將催芽程度為破胸（A）、芽谷（B，芽半長(zhǎng)）兩種程度的種子于3月10日分別播種于裝有7 cm土層的塑料盒（21 cm×15 cm×9 cm）中，分別置于4±0.5、6±0.5、8±0.5、10±0.5、12±0.5、14±0.5、16±0.5、18（±0.5）℃人工氣候箱中進(jìn)行低溫脅迫處理，處理時(shí)間設(shè)1、2、3、4、5 d共5個(gè)梯度（分別用D1、D2、D3、D4、D5表示），每個(gè)處理時(shí)間梯度播5盆，以25℃作對(duì)照，每天8：00～20：00光照12 h，其余時(shí)間為黑暗處理。

低溫脅迫處理結(jié)束后，以4℃/h的速度升溫至25℃，并在25℃條件下恢復(fù)生長(zhǎng)7 d，統(tǒng)計(jì)出苗率。各低溫處理1、2、3、4、5 d恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后取樣，不同催芽程度下的每個(gè)處理時(shí)間梯度取10棵苗，3次重復(fù)，統(tǒng)計(jì)其苗高變化，無(wú)出苗則不統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出苗率。

1.2.2 低溫脅迫對(duì)不同秧齡形態(tài)和生理的影響 2017年春季，早稻品種中嘉早17經(jīng)過(guò)1000倍稀釋的咪鮮胺浸種消毒24 h，將催芽程度為破胸的種子于3月10日播種于裝有4 cm土層的塑料盒（30 cm×15 cm×5 cm）中，置于20℃條件下生長(zhǎng)，至5、10、15 d秧齡時(shí)，將不同秧齡的水稻幼苗分別置于6±0.5、9±0.5、12（±0.5）℃人工氣候箱中進(jìn)行低溫處理，處理時(shí)間設(shè)2、4 d兩個(gè)梯度（分別用C2、C4表示），以20℃作對(duì)照，每個(gè)處理時(shí)間梯度播5盆，每天8：00～20：00光照12 h，其余時(shí)間為黑暗處理。

低溫處理前，去除每盤(pán)中生長(zhǎng)不一致的幼苗。低溫脅迫處理結(jié)束后，以4℃/h的速度升溫至20℃，并在20℃條件下恢復(fù)生長(zhǎng)7 d，統(tǒng)計(jì)成活幼苗數(shù)，計(jì)算出苗率。

低溫處理前及處理2、4 d后取樣，每個(gè)時(shí)間梯度取10棵苗，3次重復(fù)，統(tǒng)計(jì)苗高和葉齡變化。生理指標(biāo)測(cè)定取樣，將地上部分和地下部分分開(kāi)，每個(gè)時(shí)間梯度處理取2 g鮮樣，用液氮速凍后保存于-20℃低溫冰箱中用于丙二醛（MDA）和脯氨酸含量的測(cè)定，MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法［17］測(cè)定，脯氨酸含量采用茚酸酮比色法［18］測(cè)定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)不同催芽程度種子出苗率的影響

不同催芽程度的水稻種子經(jīng)低溫處理后，隨處理溫度的降低和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，出苗率逐漸降低。由圖1可知，催芽程度為破胸的和芽谷的種子在10℃及以上、處理時(shí)間在5 d及以下時(shí)，水稻出苗率均能維持在80%以上，且種子催芽程度為破胸的出苗率較芽谷的出苗率高；在10℃以下溫度，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，催芽程度為破胸和芽谷的種子出苗率均逐漸下降，溫度越低，下降越明顯，且催芽程度為芽谷的較破胸的下降更明顯；在溫度4℃、處理時(shí)間為5 d時(shí)，催芽程度為芽谷的種子基本無(wú)出苗，而催芽程度為破胸的種子出苗率達(dá)到56%左右，表明催芽程度為破胸的種子較芽谷的種子耐低溫能力更強(qiáng)。

圖1 低溫脅迫對(duì)不同催芽程度種子出苗率的影響

2.2 低溫脅迫對(duì)不同催芽程度種子苗高的影響

不同催芽程度的種子隨著處理溫度的降低和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，苗高呈逐漸降低的趨勢(shì)（圖2）。催芽程度為破胸的種子在溫度為10℃時(shí)，苗高出現(xiàn)了一個(gè)明顯的跳躍式降幅，因此10℃可能是破胸期種子耐冷性的一個(gè)臨界溫度；催芽程度為芽谷的種子隨著處理溫度的降低，苗高逐漸降低，當(dāng)溫度為4℃、處理時(shí)間為5 d時(shí)，無(wú)出苗，苗高為0。低溫脅迫下苗高逐漸降低主要是因?yàn)闇囟冉档停旧L(zhǎng)受到抑制，導(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)，甚至死亡。

2.3 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗成活率的影響

由圖3可知，隨著處理溫度的降低和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不同秧齡秧苗成活率逐漸降低。在溫度為12℃，低溫處理4 d，各秧齡秧苗成活率達(dá)83%以上；當(dāng)溫度降低至9℃時(shí)，各秧齡秧苗成活率均降低，但下降程度不同，在處理時(shí)間為2 d時(shí)，5日齡秧苗成活率達(dá)到80%以上，15日齡秧苗成活率僅為6.5%，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到4 d時(shí)，各秧齡的秧苗成活率進(jìn)一步下降；當(dāng)溫度達(dá)到6℃，處理時(shí)間為2 d以上時(shí)，各秧齡的秧苗基本無(wú)成活，大田在此條件下要及時(shí)考慮補(bǔ)種或改種其他作物。

圖2 低溫脅迫對(duì)不同催芽程度種子苗高的影響

圖3 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗成活率的影響

2.4 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗苗高及葉齡的影響

在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低則水稻幼苗生長(zhǎng)越緩慢或停止生長(zhǎng)，溫度越高則生長(zhǎng)越快（表1）。在溫度為6℃條件下，葉齡和苗高基本無(wú)變化，各秧齡水稻苗基本停止生長(zhǎng)；在溫度為12℃時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水稻幼苗秧齡和苗高逐漸增加，但增加幅度以5日齡秧苗較15日齡更明顯；在正常溫度（20℃）生長(zhǎng)條件下，隨生長(zhǎng)天數(shù)的增加，大秧齡較小秧齡變化更明顯。對(duì)比12℃和20℃處理秧齡和苗高變化情況，可能是由于秧齡越大，對(duì)低溫的耐受能力越弱，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢。

2.5 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗地上部MDA含量的影響

由圖4可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照秧苗地上部的MDA含量基本無(wú)變化，而經(jīng)低溫處理后的水稻秧苗地上部的MDA含量明顯升高。在同一溫度和處理時(shí)間下，秧齡越大，MDA含量升高越明顯，在6℃低溫處理2 d時(shí)，15日齡較5日齡高48.82%；溫度為6℃較12℃處理的MDA含量明顯高。MDA含量越高，植株細(xì)胞受損傷程度越高。

圖4 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗MDA含量的影響

表1 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗葉齡及苗高的影響

2.6 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗地上部脯氨酸含量的影響

在植物體內(nèi)，脯氨酸不僅是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而且還可以作為膜和酶的保護(hù)物質(zhì)及自由基清除劑，對(duì)植物在滲透脅迫下的生長(zhǎng)起到保護(hù)作用。由圖5可知，在本試驗(yàn)條件下，秧齡越小，脯氨酸含量越高，秧齡增加，脯氨酸含量受溫度影響變化差異逐漸減小，且秧齡越大，脯氨酸含量逐漸減少，其中在秧齡為5日齡時(shí)，脯氨酸含量達(dá)到最大，表明秧齡越小遇低溫自我調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。

圖5 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗脯氨酸含量的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 低溫脅迫對(duì)不同催芽程度種子出苗的影響

目前對(duì)水稻播種耐冷性研究主要集中在芽期耐冷性鑒定及品種篩選方面［9-11］。芽期耐冷性是幼芽細(xì)胞維持生命的能力，從外觀上表現(xiàn)為幼芽誘發(fā)綠苗的能力［19］。黃永蘭等［10］利用芽期耐冷性指標(biāo)對(duì)江西省早稻品種芽期耐冷性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，自然狀態(tài)和人工條件下耐冷性趨勢(shì)基本一致，但自然狀態(tài)較人工狀態(tài)死苗率變幅更大；對(duì)水稻芽期和苗期的耐冷相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，水稻芽期和苗期耐冷性具有密切的相關(guān)性［14，20］。本研究比較不同催芽程度的種子對(duì)低溫脅迫的影響發(fā)現(xiàn)，不同催芽程度的水稻種子播種后耐冷性存在明顯差異，催芽程度為破胸的種子耐低溫能力較芽谷的種子耐低溫能力更強(qiáng)，且溫度越低，處理時(shí)間越長(zhǎng)，恢復(fù)生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)苗高的影響越大。這可能是由于溫度越低，處理時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)種子的損傷越大，導(dǎo)致不可恢復(fù)的損傷程度越深。因此在水稻直播生產(chǎn)過(guò)程中可選用耐冷性較強(qiáng)的催芽程度為破胸的種子進(jìn)行直播生產(chǎn)。

3.2 低溫脅迫對(duì)不同秧齡秧苗生長(zhǎng)的影響

不同秧齡低溫試驗(yàn)在不同催芽程度試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用耐冷性較強(qiáng)的催芽程度為破胸的種子進(jìn)行播種試驗(yàn)。目前對(duì)水稻苗期耐冷性的研究主要針對(duì)某一秧齡的耐冷性［21-23］，趙秀琴等［24］認(rèn)為，水稻苗期遇低溫會(huì)嚴(yán)重影響水稻幼苗生長(zhǎng)；不同品種的同一秧齡受低溫的影響表現(xiàn)趨勢(shì)基本一致，溫度越低，損傷越大［25］。本試驗(yàn)各秧齡受低溫影響與潘孝武等［25］的研究結(jié)果基本一致。比較不同日數(shù)的秧齡對(duì)低溫的耐受性發(fā)現(xiàn)，隨著秧齡增大，耐低溫的能力減弱，當(dāng)溫度為6℃時(shí)，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，葉齡和苗高無(wú)變化，秧苗基本停止生長(zhǎng)；溫度升到12℃時(shí)，秧齡越小，苗高和葉齡變化較大秧齡更明顯，這與對(duì)照的變化趨勢(shì)相反，正常條件下，秧齡越大，苗高和葉齡變化越明顯。由低溫脅迫對(duì)各秧齡成活率可知，在9℃低溫處理2 d時(shí)，5日齡秧苗成活率在80 %以上，而15日齡成活率僅為6.52 %，表明秧齡越小對(duì)低溫的耐受能力越強(qiáng)。在大田直播早稻生長(zhǎng)過(guò)程中，不同秧齡都有可能遭遇低溫，比較低溫脅迫對(duì)不同秧齡成活率及耐受性的影響，對(duì)預(yù)測(cè)低溫對(duì)早稻直播不同苗期的影響，指導(dǎo)水稻早播生產(chǎn)意義重大。

水稻苗期耐冷性在形態(tài)上的不同主要是由于生理物質(zhì)指標(biāo)上差異導(dǎo)致的，而丙二醛和游離脯氨酸含量是鑒定水稻苗期耐冷性的重要生理指標(biāo)。丙二醛是由于植物體內(nèi)自由基代謝平衡破壞導(dǎo)致質(zhì)膜過(guò)氧化作用加劇的產(chǎn)物之一，而游離脯氨酸含量是植物體內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與植物的耐冷性密切相關(guān)。趙楊等［16］研究表明，隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，丙二醛含量不斷升高，不同品種存在顯著差異。潘孝武等［25］研究發(fā)現(xiàn)，游離脯氨酸含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)不斷提高。本研究結(jié)果與趙楊等、潘孝武等結(jié)論相一致，本試驗(yàn)不同秧齡隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，丙二醛和脯氨酸含量均隨之升高，但不同秧齡間存在明顯差異，秧齡越小，丙二醛含量越低，脯氨酸含量越高，表明秧齡越小耐低溫能力越強(qiáng)，進(jìn)一步從生理方面揭示了不同秧齡對(duì)低溫脅迫存在差異的原因。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 石慶華，潘曉華. 雙季水稻生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)答［M］.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2010：1-46.

［2］ 鄒應(yīng)斌. 長(zhǎng)江流域雙季稻栽培技術(shù)發(fā)展［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（2）：254-262.

［3］ 李木英，石慶華，潘曉華. 江西省直播稻發(fā)展趨勢(shì)與存在的問(wèn)題及對(duì)策［J］. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008（21）：236-238.

［4］ 潘曉華，李木英，曾勇軍，等. 江西雙季稻主要種植方式及其配套栽培對(duì)策［J］. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（1）：1-6.

［5］ 李霞，陳竹林，謝建坤，等. 東鄉(xiāng)野生稻雜交后代生育早期耐冷性和耐旱性鑒定［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32（3）：8-15.

［6］ 郭輝，陳燦，張曉麗，等. 廣西野生稻耐冷性鑒定與遺傳純合研究［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，30（6）：1245-1250.

［7］ 劉欣，覃寶祥，曾偉，等. 水稻苗期耐冷相關(guān)性狀QTLs的初步定位［J］. 分子植物育種，2015，13（5）：968-976.

［8］ 趙楊，魏穎娟，鄒應(yīng)斌. 早稻苗期耐冷性的品種間差異及其評(píng)價(jià)［J］. 作物雜志，2015（2）：53-58.

［9］ 周新橋，陳達(dá)剛，李麗君，等. 水稻秧苗期耐冷種質(zhì)資源篩選［J］. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2016，6（10）：1-5.

［10］ 黃永蘭，龍起樟，丁蕓，等. 江西省早稻品種芽期耐冷性鑒定評(píng)價(jià)研究［J］. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（3）：440-447.

［11］ 潘孝武，李小湘，黎用朝，等. 湖南早秈稻品種芽期和苗期耐冷性初步研究［J］. 雜交水稻，2015，30（5）：59-64.

［12］ 鄒德堂，孫桂玉，王敬國(guó)，等. 寒地粳稻低溫發(fā)芽力和芽期耐冷性與SSR標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（3）：1-8.

［13］ 王金明，楊春剛，金國(guó)光，等. 水稻種質(zhì)資源萌發(fā)期與孕穗期耐冷性鑒定［J］. 東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（2）：1-4.

［14］ 韓龍植，曹桂蘭，安永平，等. 水稻種質(zhì)資源芽期耐冷性的鑒定與評(píng)價(jià)［J］. 植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2004，5（4）：346-350.

［15］ 肖宇龍，鐘家有，胡啟鋒，等. 江西省早稻主栽品種可控條件下芽期耐冷性鑒定［J］. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（2）：243-248.

［16］ 趙楊，鄒應(yīng)斌. 4個(gè)早稻品種苗期低溫脅迫的耐寒性比較［J］. 作物研究，2014（6）：581-584.［17］ 張志良，瞿偉菁. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］. 北京：高等教育出版社，2003：274-258.

［18］ 夏秀忠，曾宇，農(nóng)保選，等. 廣西地方稻種資源核心種質(zhì)的耐冷性鑒定評(píng)價(jià)［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，27（5）：1801-1805.

［19］ 喬永利，韓龍植，安永平，等. 水稻芽期耐冷性QTL的分子定位［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（2）：217-221.

［20］ 金銘路，楊春剛，余騰瓊，等. 中國(guó)水稻微核心種質(zhì)不同生育時(shí)期耐冷性鑒定及其相關(guān)分析［J］. 植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2009，10（4）：540-546.

［21］ 向丹. 水稻苗期低溫耐性差異及其調(diào)控研究［D］. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2013.

［22］ 王蘭，蔡千蕙. 低溫脅迫對(duì)水稻苗期SOD、POD活性的影響［J］. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（11）：56-58.

［23］ 王春萍，雷開(kāi)榮，李正國(guó)，等. 低溫脅迫對(duì)水稻幼苗不同葉齡葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懀跩］. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（3）：38-43.

［24］ 趙秀琴，張婷，王文生，等. 水稻低溫脅迫不同時(shí)間的代謝物譜圖分析［J］. 作物學(xué)報(bào)，2013，39（4）：720-726.

［25］ 潘孝武，李小湘，黎用朝，等. 湖南早秈稻品種芽期和苗期耐冷性初步研究［J］. 雜交水稻，2015，30（5）：59-64.