超聲波處理種子對香稻秧苗素質(zhì)、抗逆性、產(chǎn)量及香氣的影響

張瑩瑩 何珍珍 蘭儒劍 肖立中 鐘克友 田華 段美洋 潘圣剛 王樹麗 莫釗文 唐湘如

（華南農(nóng)業(yè)大學亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站/廣州市絲苗香米科學與技術(shù)重點實驗室，廣州 510642；第一作者: 17852862186 @163.com；*通信作者：tangxr@scau.edu.cn）

水稻是世界上最重要的作物之一，稻米是全球一半以上人口的主食。隨著全球人口的不斷增多，人們對稻米的需求量也逐漸增大，在水稻種植面積增長受限情況下，提高水稻單產(chǎn)是解決糧食緊缺問題的關(guān)鍵[1-2]。

21 世紀我國變暖趨勢明顯，特別是人口密集的地區(qū)，且氣候復雜多變[3]。氣候是水稻生產(chǎn)中難以控制的制約因素，對糧食產(chǎn)量和糧食安全影響巨大[4]。溫度是影響水稻生長發(fā)育的重要條件之一, 近年來全球氣溫異常變化,使很多地區(qū)水稻經(jīng)常遭遇低溫和高溫脅迫，溫度脅迫影響植物光合作用，進而影響植物的新陳代謝，導致植物發(fā)育受阻，影響后期的生殖生長，最終導致減產(chǎn)[5]。俗話說的好，“苗好一半谷”，苗期的水稻特別脆弱，受溫度脅迫影響大。

利用低頻或中頻波（20-100 kHz）的超聲波處理作物種子可以改善種子發(fā)芽和促進作物的生長發(fā)育[6]。超聲波處理的原理是：通過低頻超聲波的機械震蕩、空化效應(yīng)和磁致伸縮使底物迅速與酶進行催化，釋放能量使酶分子達到理想的構(gòu)象，從而提高植物抗氧化酶活性[6]。適當?shù)某暡ㄌ幚矸N子可以改變植物細胞膜的通透性，加快種子吸脹，提高α-淀粉酶活性，促進淀粉水解，從而加快植物的生長發(fā)育[7-8]。傅友強等[9]研究表明，超聲波處理水稻種子能提高水稻產(chǎn)量。劉琪等[10]研究表明，超聲波處理香稻種子能提高香稻香氣。MO 等[11]研究表明，超聲波處理水稻種子能提高水稻的抗逆性。但超聲波處理種子對水稻在苗期溫度脅迫下是否能提高產(chǎn)量和2-AP 含量少有報道。為此，我們進行了本項研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以青香優(yōu)19 香作為試驗材料，香稻種子由華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院提供。試驗于2022 年早季在廣州市天河區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學科技樓和啟林農(nóng)場進行，3 月11 日至3 月30 日共20 d 完成人工氣候箱培養(yǎng)成秧，3 月31 日移栽至啟林農(nóng)場，7 月10 日收獲。

1.2 試驗設(shè)計

在浸種前使用超聲波種子處理機（5ZCG-50，廣東金稻農(nóng)業(yè)科技有限公司）于50 kHz 條件下處理種子1 min（UT），未用超聲波處理的為CK，之后分別放在低溫人工氣候箱（BDW50，康威?。?∶00 至晚上20∶00 22 ℃，有光，光照強度1 000 lx；20∶00 至次日8∶00 12 ℃，無光）、高溫人工氣候箱（8∶00 至20∶00 35 ℃，有光，光照強度1 000 lx；20∶00 至次日8∶00 25 ℃，無光）和網(wǎng)室（2022 年3 月白天平均溫度為25.3 ℃，夜間平均溫度為16.6 ℃）中，使用多孔缽苗盤育秧20 d 后，秧苗轉(zhuǎn)入網(wǎng)室移栽至裝滿盆栽土的塑料盆中種植，至成熟收獲。所有處理栽培措施及水肥條件保持一致。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 秧苗素質(zhì)

育秧第20 d 時，每個處理隨機選取30 株具有代表性的植株，取其中10 株從莖基部至葉頂部用直尺測量其高度，記錄株高。取其中10 株用游標卡尺測量每株的莖基寬，然后把30 株平均分成3 份，用千分之一天平稱質(zhì)量，最后換算成每株質(zhì)量即為鮮質(zhì)量，測完后放進100 ℃烘箱殺青60 min，再把烘箱調(diào)成80 ℃烘干直至樣品質(zhì)量不再發(fā)生變化。用相同方法測定秧苗干質(zhì)量。

1.3.2 抗逆性相關(guān)酶活性

抗逆性相關(guān)酶活性測定方法參照賴日芳等[12]方法。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

水稻成熟后，每個處理隨機選取3 盆收割測定實際產(chǎn)量。在12 盆中按照平均數(shù)取樣法隨機取3 穴有代表性水稻調(diào)查有效穗數(shù)，測定結(jié)實率、千粒重和總粒數(shù)等指標。

1.3.4 2-AP 含量

香氣物質(zhì)2-AP 含量的測定參考MO 等[13]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2019 處理數(shù)據(jù)，用SPSS19.0 系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。各數(shù)值為平均數(shù)，用LSD 法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波處理種子對香稻秧苗素質(zhì)的影響

由表1 可知，3 種溫度條件下UT 處理的株高、莖基寬和鮮質(zhì)量都高于CK，其中低溫和高溫脅迫下UT處理與CK 差異顯著。低溫下UT 處理的秧苗干質(zhì)量顯著高于CK，室溫和高溫下UT 處理的秧苗干質(zhì)量稍高于CK。

表1 超聲波處理種子對香稻秧苗素質(zhì)的影響

2.2 超聲波處理種子對香稻抗逆性的影響

2.2.1 超聲波處理種子對香稻SOD 活性的影響

由表2 可知，除了齊穗期15 d 時低溫下UT 處理葉片SOD 活性和成熟期時室溫下UT 處理籽粒SOD活性顯著高于CK 外，其余UT 處理不同生育期葉片和籽粒SOD 活性與CK 無顯著差異。

表2 超聲波處理種子對香稻SOD 活性的影響（單位：U·g-1·min-1）

2.2.2 超聲波處理種子對香稻POD 活性的影響

由表3 可知，高溫下，UT 處理葉片的POD 活性成熟期顯著高于CK，而齊穗期15 d 則顯著低于CK，其余生育期兩處理間無顯著差異。

表3 超聲波處理種子對香稻POD 活性的影響（單位：U·g-1·min-1）

2.2.3 超聲波處理種子對香稻CAT 活性的影響

由表4 可知，齊穗期和齊穗期15 d，高、低溫下UT處理葉片中的CAT 活性顯著高于CK，而籽粒中差異不顯著；室溫下齊穗期15 d 葉片和成熟期籽粒中UT處理CAT 活性顯著高于CK。

表4 超聲波處理種子對香稻CAT 活性的影響（單位：U·g-1·min-1）

2.2.4 超聲波處理種子對香稻MDA 含量的影響

由表5 可知，齊穗期，低溫、室溫下UT 處理葉片的MDA 含量顯著低于CK，高溫下則UT 處理葉片的MDA 含量顯著高于CK；齊穗期15 d 時，各種溫度下UT 處理葉片和籽粒的MDA 含量與CK 無顯著差異；成熟期，室溫下UT 處理的葉片和高溫下UT 處理的籽粒MDA 含量顯著低于CK，其他溫度下UT 處理葉片和籽粒的MDA 含量與CK 無顯著差異。

表5 超聲波處理種子對香稻MDA 含量的影響（單位：μmol·g-1）

2.3 超聲波處理種子對香稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表6 可知，在低溫、室溫和高溫下青香優(yōu)19 香種子經(jīng)UT 處理，其產(chǎn)量顯著高于CK，增幅為7.50%~10.17%。3 種溫度下UT 處理有效穗數(shù)均高于CK；室溫UT 處理每穗粒數(shù)顯著高于CK，其他兩種溫度UT 處理每穗粒數(shù)與CK 相比無顯著差異；3 種溫度下UT 處理的結(jié)實率和千粒重均高于CK。

表6 苗期溫度脅迫下超聲波處理種子對香稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響

2.4 超聲波處理種子對香稻香氣2-AP 含量的影響

由圖1 可知，3 種溫度下UT 處理香稻的成熟籽粒2-AP 含量都顯著高于CK，分別提升15.80%、21.62%和12.51%。

圖1 苗期溫度脅迫下超聲波處理種子對香稻香氣2-AP 含量的影響

3 討論

增產(chǎn)是水稻育種和栽培永恒的追求。傅友強等[19,14-15]研究表明，超聲波處理香稻種子通過提高水稻每穗穎花數(shù)來提高水稻產(chǎn)量。聶俊等[8,15-16]的研究表明，超聲波處理種子能夠提高水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。KONG 等[17]發(fā)現(xiàn)，適當?shù)蜏啬茉黾酉愕?-AP含量。本研究結(jié)果表明，室溫下超聲波處理青香優(yōu)19香種子顯著提高每穗粒數(shù)，使產(chǎn)量提升，與前人研究結(jié)果基本一致。

萬泗梅[14]研究發(fā)現(xiàn)，超聲波處理種子能提高水稻苗期植株的株高和莖基寬。胡偉鳳[18]研究表明，超聲波處理種子有提高水稻苗期植株的根數(shù)、根長、株高和莖基寬的效果。本研究結(jié)果表明，超聲波處理青香優(yōu)19香種子，提高了苗期植株株高和莖基寬，這與前人研究結(jié)果基本一致。本試驗結(jié)果表明，超聲波處理種子使香稻產(chǎn)量和籽粒香氣增加。產(chǎn)量增加可能是超聲波處理種子處理促進種子早發(fā)，秧苗素質(zhì)提高，同時也提高了應(yīng)對各種不同高低溫逆境的能力。而香氣增加也可能得益于超聲波處理下香稻前期抗逆性強，生長狀況良好，有足夠的物質(zhì)儲備，待香稻生長后期籽粒灌漿時，香氣物質(zhì)2-AP 合成有足夠多的前提物質(zhì)，物質(zhì)轉(zhuǎn)運通路順暢所導致。其中的機理還需更加深入的研究。

4 結(jié)論

試驗結(jié)果表明：超聲波處理種子青香優(yōu)19 香提高了苗期水稻植株的株高和莖基寬，顯著提高了苗期水稻植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。超聲波處理種子對青香優(yōu)19 香的POD 活性、CAT 活性和MDA 含量影響不顯著，顯著升高SOD 活性，使香稻抗逆性提升，生長優(yōu)勢更明顯。超聲波處理種子顯著提高室溫下的結(jié)實率，但對有效穗數(shù)和千粒重影響不顯著，使產(chǎn)量顯著提高。超聲波處理種子顯著提高青香優(yōu)19 香的2-AP 含量。