不同低溫貯藏對粳稻種子發芽及秧苗素質的影響

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(天津農學院，農學與資源環境學院，天津 300384)

種子儲藏維持其生活力對農業生產、育種及種質資源保存非常重要。水稻種子是活的生命體，即使在非常干燥和休眠狀態下仍進行各種代謝活動，特別是種子胚及糊粉層的代謝活動相對較為活躍。呼吸作用和酶的活性是種子生命特征的重要體現，但呼吸作用和代謝活動的增強往往造成種子儲備養分的減少,即使養分不被耗盡，也可能引起化學組成的改變[1]，如蛋白質的凝固，脂肪酸含量的增加，進一步導致膜結構的改變，酶活性的降低，引起生命功能的喪失。諸多研究表明，水稻種子的老化與溫度[2-7]、濕度[8-9]、種子含水量[10-16]等有著密切的關系。由于華北地區較為干燥，水稻收獲后種子的含水量很快會降低到8%～9%，因此溫度對華北地區的水稻種子貯藏影響會更大一些。通常把每年10月份收獲到翌年4、5月份使用的水稻種子稱為當年新種子，這一段時間氣溫較低，種子的呼吸代謝作用不強，種子的活力一般不存在問題。如果10月份收獲的種子到翌年經過夏季高溫，種子的活力可能會大幅度下降。特別是近些年，由于全球氣候變暖，華北地區在夏季經常出現40 ℃左右的高溫，對種子貯藏非常不利，這些經過夏季高溫的種子稱為隔年陳種子。要保持水稻種子活力，減少高溫對種子活力造成的影響，低溫貯藏無疑是目前種子保存最為有效的方法。然而按照國際植物遺傳資源委員會推薦的標準修建種子庫，建低溫庫及維持其運轉的費用又非常昂貴，尋找取代低溫庫的廉價貯藏種子的方法和技術并作為保護水稻種質資源的手段已十分迫切。為此，本研究以室溫處理當年新種子為對照，分析了不同低溫處理下隔年陳種子的發芽和秧苗素質情況，這對今后水稻種子的貯藏，提供了可參考性意見。

1 材料和方法

1.1 材 料

供試材料為2016年和2017年10月份收獲的津川1號、津原45、津稻417和越光4個粳稻品種。

1.2 方 法

1.2.1 試驗材料的處理

將2016年10月份收獲的水稻種子自然干燥至水分8%～9%，分別放置在室溫和-5，-25，-80 ℃的冰箱中貯藏備用，2017年重新繁殖該4個品種，10月份收獲的種子作為當年新種子， 共5個處理。

1.2.2 發芽試驗

2017年12月份，每個品種、處理分別水選出比重1.0以上的飽滿種子50粒，用10% NaClO稀釋50倍后浸泡10 min進行種子消毒，然后用蒸餾水沖洗種子后放入鋪有濾紙的發芽盒內，每個發芽盒加入10 mL蒸餾水，蓋上盒蓋并移入恒溫發芽箱中發芽10 d，每天調查發芽種子數。發芽的標準為胚根伸長達到種子長度同時胚芽伸長到種子一半，發芽箱的溫度設置為25 ℃。

1.2.3 幼苗培養試驗

待種子完全發芽后，打開發芽盒蓋子，移至溫室中進行幼苗培養，溫度為30 ℃。在幼苗培養過程中，根據需要給發芽盒內補水，以保證幼苗生長的充足水分，培養時間為15 d。

1.2.4 發芽情況調查

發芽勢(%)=(發芽后5 d發芽種子數/供試種子總數)×100%。

發芽指數(GI)=(∑Gt/Dt)，其中Gt為當天的發芽數，Dt為發芽日數。

1.2.5 秧苗素質調查

種子發芽10 d后，移入人工氣候室進行幼苗培養，溫度設定為30 ℃， 15 d后開始使用游標卡尺測定秧苗莖基部的寬度和厚度，用直尺測定苗高，葉色的測定使用日本產SPAD 502進行，并計算葉齡和測定單位苗高干重等指標。

1.2.6 根系形態調查

用剪子把幼苗的根全部剪下來，使用日本產EPSON EXPRESSION 10000XL J 181 A型根系分析儀對幼苗的根進行掃描，測定根的總長度、根的平均直徑、根的體積、根的表面積和根尖數。

1.2.7 數據分析

使用SPSS 19.0軟件進行統計分析，平均值的比較采用Duncan的SSR測驗，表格的制作用Excel軟件來完成。

2 結果與分析

2.1 水稻種子的發芽情況調查

天津隸屬于華北地區，播種時間一般為4月中旬，這一時期的最高氣溫在25 ℃左右，為了模擬田間氣候特點，將發芽溫度設定為25 ℃。表1中列出了4個品種5個處理條件下的水稻種子發芽情況。從表1可以看出，室溫處理的隔年陳年種子和當年新種子以及低溫處理的隔年種子相比，發芽速度較慢，即室溫處理在經過4 d后才開始發芽，尤其是津原45在實驗進行7 d后，才開始有2粒種子發芽，而其它處理在實驗經過3 d后就已經開始發芽。另一方面，從發芽的籽粒數來看，室溫處理條件下，水稻種子即使發芽，但發芽的粒數較少，到第9天發芽粒數不再變動時，最高的也只有越光品種的33粒，而其它處理在經過9 d的發芽試驗后，基本上達到或接近全部發芽。當年新種子和低溫處理的隔年種子相比，雖然發芽開始時間相同，但開始發芽當天的發芽粒數明顯較少，這可能與當年新種子剛收獲時間不長，實驗前沒有進行打破休眠處理，部分種子還處在半休眠狀態有關。室溫放置的陳種子發芽速度慢可能與高溫下種子的呼吸代謝作用較強，造成營養成分的減少，酶活性的降低，進一步導致種子發芽時啟動速度較慢有關。

表1 水稻品種發芽情況調查

注：T 1為當年種子；T 2為隔年種子，室溫放置；T 3為隔年種子，-5 ℃低溫處理；T 4為隔年種子，-25 ℃低溫處理；T 5為隔年種子-80 ℃超低溫處理。下同。

2.2 水稻種子的發芽勢

種子發芽勢是衡量種子生活力強度、發芽和出苗整齊度的一個重要指標，以規定的日期內正常發芽的種子數占供試種子數的百分率來表示。從表2中可以看出，室溫處理條件下各品種的發芽勢和其它處理相比均顯著降低，特別是津原45為0，此處理的平均值和其它處理間均存在顯著差異，而其它各處理的發芽勢接近100%，無明顯差異。就品種而言，雖然各品種間的發芽勢有所不同，但除室溫處理外，其余處理間差異不大。品種的平均值以津原45為最低，主要是因為室溫處理的發芽勢太低所致，但各品種的平均值間不存在顯著差異。

表2 不同處理的發芽勢比較(%)

注：同一行或列中相同字母的表示差異不顯著，不同字母的表示差異顯著；顯著水平p=0.05。下同。

2.3 水稻種子的發芽指數

發芽勢只考慮了在一定時間內種子的發芽數，而發芽指數不僅考慮了種子的發芽數，還涉及到發芽速度，在生產中更具有實際意義。從表3可以看出，室溫處理條件下各品種的發芽指數和其它處理相比均顯著較低，特別是津原45為0.3，此處理的平均值和其它處理間均存在顯著差異。其它處理中，2017年收獲當年新種子的發芽指數為12.6，與低溫處理的發芽指數也存在明顯差異，這主要是因為當年新種子在實驗經過3 d時的發芽種子較少所致。就品種而言，各品種室溫處理的發芽指數最小，當年新種子次之，低溫處理的發芽指數值最大，這主要是由于室溫條件下，夏季溫度過高，種子老化速度快，從而引起種子活力下降所致。另一方面，當年新種子由于收獲時間較短，可能沒有完全打破休眠，造成發芽速度遲緩，進一步導致發芽指數的降低。品種的平均值以津原45為最低，主要是因為室溫處理的發芽指數太低所致，但各品種的平均值間不存在顯著差異。

表3 不同處理的發芽指數比較

2.4 水稻秧苗素質

活力指數(VI)=S×GI(S為發芽t時間時胚根及胚軸的總長度，GI為發芽指數)。從活力指數的計算公式來看，用活力指數來表示種子的活力更具有實際意義，當然，活力指數大的種子發育成苗的可能性更高，但不一定是全部。所以本試驗中并未對活力指數進行測定，而是模擬當地氣候條件，將發芽的種子移入人工氣候室內進行了幼苗培養(人工氣候室的溫度設定為30 ℃，這和5月中下旬插秧時的最高溫度相接近)。并對秧苗素質和根系形態進行了調查。表4中分別列出了處理以及品種的秧苗素質調查結果，從表4可以看出，各處理在莖基部寬厚度和葉齡上的平均值均以室溫處理為最低，以2017年收獲的當年新種子為最高，但各處理間不存在顯著差異。在苗高、葉色和單位苗高莖葉干重上同樣以室溫處理為最低，以2017年收獲的當年新種子為最高，但室溫處理和其它處理間均存在顯著差異，即室溫處理在此3個調查項目上明顯較低。就品種而言，除苗高和葉色的平均值存在顯著差異外，其余各調查項目，品種間的平均值不存在顯著差異。

表4 處理和品種的秧苗素質

注：表中數據為品種或處理的平均值。下同。

2.5 水稻種子的根系形態

水稻對養分的吸收與利用很大程度取決于根系的生長和形態，且根系形態與地上部分生物量及養分的累積有著緊密的關系,所以根系發育的好壞也可作為評價秧苗素質的一個重要指標。表5列出了不同處理、品種的根系的單苗總根長、表面積、體積、根尖數和平均直徑，從表5可以看出，2017年收獲當年新種子的單苗總根長、表面積、體積和根尖數均為最高，和低溫處理間不存在明顯差異，但和室溫處理的陳種子差異顯著。平均直徑以室溫處理為最高，且和其它各處理間存在顯著差異。以上結果表明，室溫處理的陳種子，可用于養分和水分吸收的毛細根較少，根系的發育較差。就品種而言，4個品種在單苗總根長、表面積、體積、根尖數和平均直徑上均存在顯著差異，這主要和品種本身的遺傳因素有關，津稻417除平均直徑外，其余各項指標值為最大，表明該品種的根系發育較好。

表5 處理和品種的根系形態

3 討 論

種子是極為重要的生產資料，是農業科技進步的重要載體，其在農業科技進步貢獻率中的比例在發達國家已達60%以上，歷史上每一次農作物單產和質量的飛躍都與品種的更替和種子科學的發展有關[17]，高質量的種子是農業增產的關鍵因素。種子從收獲到再次播種往往需經過一個比較長的階段，如是品種資源，則在庫中保存的時間更長。因此，做好種子貯藏，保持種子的活力顯得尤為重要。種子活力的測定一般包括發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數，活力強的種子在田間的成苗率會較高，但不一定是全部。本試驗在測定發芽勢、發芽指數后沒有直接測定活力指數，而是進行幼苗培養和秧苗素質測定，這比活力指數的測定更具有實際意義。從發芽實驗的結果來看，室溫放置處理條件下，種子的發芽勢和發芽指數明顯較低，老化速度較快(表2，表3)，而低溫處理條件下發芽勢和當年新種子無明顯差異，這說明高溫會導致種子呼吸代謝作用增強，種子老化速度快，這一結果和報道的諸多文獻結果相一致[8,18-20]。但當年新種子的發芽指數顯著低于低溫處理，這與上面所述的新收獲種子可能還有部分處于休眠狀態有關。從品種來看，室溫處理條件下的發芽勢和發芽指數較低且品種間差異較大(表2，表3)，特別是津原45，50粒種子只有2粒發芽(表1)，與品種間的差異和品種本身的遺傳特性有關，這與朱世揚、REN等的觀點相一致[21-22]。所以在實際生產中盡量不要使用隔年陳種子，在不得已情況下必須使用時，一定要進行種子活力測定，并加大用種量，以保證出苗率，但類似津原45這樣的陳種子不能作為生產用種。

秧苗素質的好壞對水稻的生長發育、產量[23]和品質[24]的形成會產生重要影響，所以研究種子發芽后幼苗發育素質情況具有非常重要的意義。從本試驗來看，當年收獲的新種子秧苗素質最好，3個低溫處理的秧苗素質和當年新種子相比雖略差，但差異不大。但室溫貯藏的陳種子，秧苗素質和其它處理相比明顯較差(表4)。這說明在華北地區自然條件下，水稻收獲后用低溫保存水稻種質資源是完全可行的。品種間在葉色和苗高方面差異明顯， 表明品種幼苗期在這2個項目的遺傳差異較大。從根系形態來看，和秧苗素質調查情況有著類似的結果，即當年收獲的新種子根系發達，3個低溫處理和當年新種子相比雖略有降低，但差異不大,室溫貯藏的陳種子的根系發育和其它處理相比明顯較差(表5),表現出了根系發育和地上部生長的一致性。

此次實驗是對2年不同低溫貯藏水稻種子的分析結果，實驗室內仍保存有不同低溫貯藏的實驗用種,如果貯藏更長時間，不同低溫處理間在種子活力、秧苗素質和根系形態上是否存在差異，或者說在種子發芽率保持在80%以上的情況下，不同低溫處理條件下最多能保存多少年，仍需進一步實驗驗證。此外，本次試驗的3個低溫處理均使用冰箱保存，這主要適用于少量水稻種質資源的保存，對于生產上大面積的生產用種來講，由于存儲空間較大，如采用低溫處理，需要耗費大量能源。但生產用種的貯藏時間較短，一般不超過2年，為了保護環境，節約能源，有必要對生產用種的適宜貯藏溫度做進一步的研究。另一方面，目前水稻種質資源的貯藏多使用種子庫，由于種子庫空間大，能源耗費多，且運行不穩定，所以使用低溫冰箱貯藏更為理想。為此，發明制作專門用于種子貯藏的大型低溫冰箱，將種子袋編號放入冰箱，不但方便育種家需要時隨時取出使用，而且根據保存時間長短的需要，設定貯藏溫度，避免不必要的能源浪費，這將是我國未來種質資源長期貯藏保存的一個重要研究方向。