低溫對水稻種子發芽率的影響

劉璇　梅昌偉　汪新宇　肖彬

摘 要：【目的】研究低溫對水稻種子發芽率的影響，分析水稻耐寒機制。【方法】以“農香32”水稻種子為研究對象，設置5個不同的溫度處理，研究不同溫度下水稻種子發芽指標、幼苗生長情況、抗氧化酶活性及滲透調節物質含量。【結果】低溫會對水稻種子發芽率、幼苗生長情況、抗氧化酶活性及滲透調節物質含量帶來顯著影響；隨著溫度的升高，種子發芽情況及生長情況逐漸變好，抗氧化酶活性及滲透調節物質含量逐漸降低。【結論】綜合考慮各指標，低溫會導致水稻種子萌發活力降低，出苗整齊度變差，幼苗細胞膜受到傷害，25-30℃水稻發芽及生長效果最好。

關鍵詞：低溫；水稻；種子；發芽率

水稻是一種起源于熱帶亞熱帶的喜溫性作物，我國多數人口以稻米作為主糧，是我國重要糧食作物[1]。常德市位于湖南省北部、洞庭湖西側，是我國重要的產糧大省，其水稻種植面積達到了810萬畝，高檔優質稻面積達到了240萬畝[2]。近年來，隨著經濟的發展，常德市水稻生產已逐漸由追求產量開始向著降低成本、提高經濟效益的方向轉變[3]。水稻種子萌發及幼苗生長直接影響水稻植株的生存空間及群體分布，此階段也是植株死亡率最高的階段，而溫度是影響水稻種子萌發重要的限制環境因子[4]。低溫脅迫是主要的脅迫因子之一，許多國家和地區作物生產及發育均會受到低溫限制，尤其是作物苗期對低溫更為敏感，低溫會對作物后期生長發育造成顯著影響[5]。低溫凍害會對水稻播種造成嚴重影響，導致種子萌發不齊、結實率低下等問題，造成水稻的嚴重減產[6]。

近年來，已有部分學者開始探究低溫對作物種子萌發的影響，劉穎等[7]以無刺紅、以色列黃龍、黔蜜龍3個品種火龍果的種子為試驗材料，比較低溫（4℃）和常溫條件下不同品種火龍果的種子發芽勢和發芽率，發現低溫對火龍果種子的發芽勢和發芽率有顯著影響，在一定程度上可促進火龍果種子的萌發。王曉龍等[8]采用培養皿紙上發芽法，設置不同溫度（4℃、4℃/18℃、18℃/25 ℃、25℃）處理，比較分析了7個苜蓿品種種子發芽率、發芽指數、簡化活力指數和根長的變化，鑒定了苜蓿種子萌發期耐寒性，發現低溫下所有苜蓿材料種子發芽率、發芽指數、簡化活力指數和根長均呈下降趨勢，萌發高峰期隨溫度降低而后延。潘麗梅等[9]以不同溫度處理桑寄生種子并進行相關生理生化指標的測定，發現桑寄生種子對低溫敏感，低溫脅迫下其電導率、可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、過氧化氫酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性等均受到了不同程度的影響甚至破壞。其中，0℃為桑寄生種子最敏感的低溫界限，0℃下放置12h和36h時各項指標變化最明顯，低于0℃的條件已不利于桑寄生種子的萌發和保存。高茜等[10]通過10℃低溫脅迫處理，以25℃為對照，記錄耐寒和不耐寒兩個苜蓿品種的發芽狀況及7日齡幼苗的生理生化指標，發現在低溫脅迫下，苜蓿種子發芽率顯著降低，發芽時間延長，幼苗生長緩慢，植株較弱，長期低溫將導致幼苗死亡，低溫脅迫還會使細胞受損。目前，有關低溫對水稻種子發芽率的研究較少，為更好地了解水稻種子在萌發過程中對低溫脅迫的適應性，本文測定了水稻種子的萌發狀況及幼苗生長初期各項生理指標，希望能夠為水稻的抗寒研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用水稻品種為“農香32”，在常德地區做一季晚稻栽培，全生育期為120日左右。

1.2 試驗設計

挑選成熟度一致、飽滿、無病蟲害及機械損傷的水稻種子用于試驗。采用1%次氯酸鈉溶液消毒30min，清水反復沖洗4次，吸干水分備用。在消毒過程中，注意不得使種子表皮破損，以免試驗產生誤差。將種子均勻放入平鋪有蛭石的標準發芽皿（規格為12cm×12cm×5cm）內，分別加入80ml濃度為100mmol/L的NaCl溶液內，確保蛭石被溶液淹沒。將培養皿置于GZ-500-GSI型人工氣候箱內培養。分別設置萌發溫度為10℃（T1處理）、15℃（T2處理）、20℃（T3處理）、25℃（T4處理）、30℃（T5處理）5個處理，每個處理重復3次，每個重復播入30粒種子，按5行6列均勻擺放。每天進行12h光照和12h黑暗處理，將人工氣候箱內相對濕度控制在60%左右。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 發芽指標

在播種后第1日，按照下式計算水稻種子發芽勢、發芽率、發芽指數。

發芽指數=ΣGt/Dt（Gt為第t天的發芽數，Dt為相應發芽的天數）

1.3.2 幼苗形態指標

在播種后第12日，選擇長勢一致的水稻幼苗，測量其根苗形態指標。將幼苗分為地上及地下兩部分，分別用天平測量鮮重；采用幼苗卡尺測量根長、苗長及根直徑。

1.3.3 丙二醛及抗氧化酶活性

在播種后第12日，采用硫代巴比妥酸（TBA）染色法[11]測定丙二醛（MDA）含量；采用硝基氮藍四唑（NBT）法[12]測定幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈創木酚法[13]測定過氧化物酶（POD）活性；紫外分光光度計法[14]測定過氧化氫酶（CAT）活性。

1.3.4 滲透調節物質含量

參照劉麗杰[15]的方法測量可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量。

1.4 數據處理

采用Excel軟件錄入各試驗數據，利用SPSS 19.0對試驗數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 低溫對水稻種子萌發的影響

不同處理溫度對水稻種子萌發情況的影響，見表1。

由表1可知，不同處理溫度對水稻種子發芽率、發芽勢、發芽指數存在顯著影響。具體而言，隨著溫度的增加，水稻種子發芽率呈增長趨勢，由T1的66.53%逐漸增長至T5的97.78%，其中，T1與T2、T4與T5水稻種子發芽率差異不顯著，其余處理間差異顯著；不同處理水稻種子發芽勢在31.14%-96.94%之間，隨著溫度的增長整體發芽勢呈增長趨勢，其中，T4與T5水稻種子發芽勢差異不顯著；不同處理水稻種子發芽指數由高到低排序依次為T5、T4、T3、T2、T1，發芽指數最高為41.63，最低為17.35。

2.2 低溫對水稻幼苗生長情況的影響

不同處理溫度對水稻幼苗各項生長指標的影響，見表2。

由表2可知，不同處理水稻幼苗苗鮮重在0.18-0.31g之間，T1最低，T4最高，其中，T5的幼苗苗鮮重與T4差異不顯著；從水稻苗長情況來看，隨著溫度的升高，水稻幼苗苗長逐漸增大，在T4時達到了最大值，隨著溫度的進一步升高，水稻幼苗苗長無增長趨勢；從水稻單株葉面積情況來看，T1最低，僅2.31cm2，T5最高，達到了2.83cm2，T3、T4水稻幼苗單株葉面積與T5差異不顯著，T2與T3水稻單株幼苗單株葉面積差異不顯著；T2、T3、T4、T5水稻幼苗根直徑差異不顯著，整體在0.25-0.26mm之間，明顯高于T1的0.21mm；不同處理水稻幼苗根數變化趨勢與單株葉片面積基本一致，整體在3.87-4.28根之間；隨著處理溫度的升高，水稻根長也呈現出逐漸升高的趨勢，由T1的6.64cm逐漸升高至T5的8.94cm，其中，T2與T3水稻幼苗根長差異不顯著，T4與T5水稻幼苗根長差異不顯著；從水稻幼苗根系鮮重情況來看，T2、T3、T4、T5水稻幼苗根系鮮重差異不顯著，在0.20-0.22g之間，T1、T2、T3水稻幼苗根系鮮重差異不顯著，在0.17-0.20g之間。

2.3 低溫對水稻幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

不同處理溫度對水稻幼苗抗氧化酶活性的影響，見表3。

由表3可知，不同處理溫度對水稻MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性均存在顯著影響。具體而言，隨著處理溫度的逐漸升高，MDA含量呈逐漸降低趨勢，由T1的27.51μmol/g逐漸降低至T4的16.58μmol/g，隨著溫度的進一步升高，MDA含量無明顯降低趨勢；不同處理水稻幼苗葉片SOD活性由高到低依次為T1、T2、T3、T4、T5，其中，T1與T2水稻幼苗葉片SOD活性差異不顯著，T2與T3水稻幼苗葉片SOD活性差異不顯著，T4與T5水稻幼苗葉片SOD活性差異不顯著；不同處理水稻幼苗葉片POD活性變化趨勢與SOD活性基本一致，本試驗條件下水稻幼苗葉片POD活性在83.30-135.78U/g之間；從水稻幼苗葉片CAT活性情況來看，隨著溫度的升高，整體呈現出降低趨勢，由T1的214.32U/g逐漸降低至T5的167.80U/g，其中，T2、T3、T4水稻幼苗葉片CAT活性差異不顯著，T4與T5水稻幼苗CAT活性差異不顯著。

2.4 低溫對水稻幼苗滲透調節物質含量的影響

不同處理溫度下水稻幼苗滲透調節物質含量情況，見表4。

由表4可知，不同處理溫度下水稻幼苗可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量均存在顯著差異。具體而言，T1、T2、T3、T4、T5五個處理間水稻可溶性糖含量均存在顯著差異，可溶性糖含量最高為T1的18.45mg/g，最低為T5的7.02mg/g；從可溶性蛋白含量情況來看，由高到低排序依次為T1、T2、T3、T5、T4，其中，T1水稻幼苗可溶性蛋白含量為6.51mg/g，T4水稻幼苗可溶性蛋白含量為5.77mg/g，T4與T5水稻幼苗可溶性蛋白含量差異不顯著，其余各個處理之間可溶性蛋白含量差異顯著；從不同處理水稻幼苗脯氨酸含量情況來看，T1最高，達到了49.75mg/g，接著依次為T2、T3、T4、T5，其中，T2、T3、T4、T5水稻幼苗脯氨酸含量分別比T1分別減少了4.51mg/g、7.09mg/g、11.02mg/g、14.13mg/g。

3 討論

低溫脅迫是影響種子萌發的重要因素，一般采取發芽率、發芽勢以及發芽指數等指標來評價種子的出苗狀況[16]。本研究發現，隨著溫度的升高，水稻種子發芽率逐漸升高，在10℃條件下水稻種子發芽率為66.53%，在30℃條件下水稻種子發芽率達到了97.78%，這表明10℃的低溫條件會嚴重抑制水稻種子的發芽及出苗，這與徐婷等[17]的研究結果相一致。發芽勢是指在發芽試驗的初期，規定日期內正常發芽種子占供試種子數的百分比，主要用于衡量種子活力的高低[18]。本研究發現，在溫度較低的10-20℃之間，水稻種子發芽勢低于67%，而在25-30℃之間，水稻種子發芽勢超過了90%，出苗較整齊；發芽指數是種子活力的主要指標，發芽指數越高，種子活力就越高[19]。本研究發現，在10℃的處理溫度下水稻種子發芽指數最低，明顯低于其余溫度處理，而30℃的處理溫度下水稻種子發芽指數最高，出苗速度最快。綜合考慮水稻種子發芽率、發芽勢及發芽指數三個指標，發現溫度越低對水稻種子總體出苗情況的影響越大，在10℃的溫度條件下，水稻發芽能力最弱，而在25-30℃溫度條件下水稻種子發芽能力較為接近，出苗相對較好。與發芽情況相同，低溫也會對水稻幼苗鮮重、苗長、單株葉面積、根直徑、根數、根長、根系鮮重這些生長指標造成影響，隨著溫度的升高，上述指標整體呈現出增長趨勢，這與劉偉等[20]的研究結果相一致。

在經過多年的選擇以及進化后，植物逐漸具備了適應低溫的能力，可通過增強呼吸作用、大量積累多種滲透調節物質、提升抗氧化系統內多種保護性酶制活性等以應對低溫，上述機制可確保植株在低溫條件下繼續生長、發育、繁殖，完成一系列的生命活動[21-22]。在不同的溫度下，植物內部代謝水平存在較大差異。隨著溫度的升高，水稻幼苗葉片內丙二醛含量逐漸降低，這表明其細胞膜受損程度處于一個逐漸降低的趨勢；超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性也隨著溫度的升高而逐漸降低，這表明水稻幼苗葉片所面臨的脅迫逐漸減小，植物可通過自身抗氧化酶活性的升高來減少因低溫所產生的自由基，從而維持膜系統的穩定狀態[23]。滲透調節物質含量與植株體抗逆性呈正相關關系，含量越高，逆境脅迫下失水可能性越低，細胞膜穩定性越強。本研究發現，隨著溫度的升高，水稻幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸三種滲透調節物質含量均有所提升，這表明在低溫條件下水稻幼苗會產生應激抵御機制，從而更好地適應外界條件。

4 結論

本試驗研究了不同溫度對水稻種子發芽、出苗、幼苗生長的影響，探究了幾種抗氧化酶活性、滲透調節物質與水稻耐寒冷性之間的關系。結果表明，低溫會對水稻種子發芽率、幼苗生長情況、抗氧化酶活性及滲透調節物質含量造成顯著影響，隨著溫度的升高，種子發芽情況及生長情況逐漸變好，抗氧化酶活性及滲透調節物質含量逐漸降低。綜合考慮各指標，認為低溫會導致水稻種子萌發活力降低，出苗整齊度差，幼苗細胞膜受到傷害，而25-30℃水稻發芽及生長效果最好。

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習近平《 論“三農”工作》

把鄉村振興戰略這篇大文章做好⑦

（二〇一八年九月二十一日）

新時代“三農”工作必須圍繞農業農村現代化這個總目標來推進。長期以來，為解決好吃飯問題，我們花了很大精力推進農業現代化，取得了長足進步。現在，全國主要農作物耕種收綜合機械化水平已超過百分之六十五，農業科技進步貢獻率超過百分之五十七，主要農產品人均占有量均超過世界平均水平，農產品供給極大豐富。相比較而言，農村在基礎設施、公共服務、社會治理等方面差距相當大。農村現代化既包括“物”的現代化，也包括“人”的現代化，還包括鄉村治理體系和治理能力的現代化。我們要堅持農業現代化和農村現代化體設計、一并推進，實現農業大國向農業強國跨越。

——節選自習近平同志主持中共十九屆中央政治局第八次集體學習時講話，《論“三農”工作》，中央文獻出版社，2022年6月第1版

把鄉村振興戰略這篇大文章做好⑧

（二〇一八年九月二十一日）

二、堅持實施鄉村振興戰略

我在黨的十九大報告中對鄉村振興戰略進行了概括，提出要堅持農業農村優先發展，按照產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕的總要求，建立健全城鄉融合發展體制機制和政策體系，加快推進農業農村現代化。

——節選自習近平同志主持中共十九屆中央政治局第八次集體學習時講話，《論“三農”工作》，中央文獻出版社，2022年6月第1版