不同低温贮藏对粳稻种子发芽及秧苗素质的影响

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(天津农学院，农学与资源环境学院，天津 300384)

种子储藏维持其生活力对农业生产、育种及种质资源保存非常重要。水稻种子是活的生命体，即使在非常干燥和休眠状态下仍进行各种代谢活动，特别是种子胚及糊粉层的代谢活动相对较为活跃。呼吸作用和酶的活性是种子生命特征的重要体现，但呼吸作用和代谢活动的增强往往造成种子储备养分的减少,即使养分不被耗尽，也可能引起化学组成的改变[1]，如蛋白质的凝固，脂肪酸含量的增加，进一步导致膜结构的改变，酶活性的降低，引起生命功能的丧失。诸多研究表明，水稻种子的老化与温度[2-7]、湿度[8-9]、种子含水量[10-16]等有着密切的关系。由于华北地区较为干燥，水稻收获后种子的含水量很快会降低到8%～9%，因此温度对华北地区的水稻种子贮藏影响会更大一些。通常把每年10月份收获到翌年4、5月份使用的水稻种子称为当年新种子，这一段时间气温较低，种子的呼吸代谢作用不强，种子的活力一般不存在问题。如果10月份收获的种子到翌年经过夏季高温，种子的活力可能会大幅度下降。特别是近些年，由于全球气候变暖，华北地区在夏季经常出现40 ℃左右的高温，对种子贮藏非常不利，这些经过夏季高温的种子称为隔年陈种子。要保持水稻种子活力，减少高温对种子活力造成的影响，低温贮藏无疑是目前种子保存最为有效的方法。然而按照国际植物遗传资源委员会推荐的标准修建种子库，建低温库及维持其运转的费用又非常昂贵，寻找取代低温库的廉价贮藏种子的方法和技术并作为保护水稻种质资源的手段已十分迫切。为此，本研究以室温处理当年新种子为对照，分析了不同低温处理下隔年陈种子的发芽和秧苗素质情况，这对今后水稻种子的贮藏，提供了可参考性意见。

1 材料和方法

1.1 材 料

供试材料为2016年和2017年10月份收获的津川1号、津原45、津稻417和越光4个粳稻品种。

1.2 方 法

1.2.1 试验材料的处理

将2016年10月份收获的水稻种子自然干燥至水分8%～9%，分别放置在室温和-5，-25，-80 ℃的冰箱中贮藏备用，2017年重新繁殖该4个品种，10月份收获的种子作为当年新种子， 共5个处理。

1.2.2 发芽试验

2017年12月份，每个品种、处理分别水选出比重1.0以上的饱满种子50粒，用10% NaClO稀释50倍后浸泡10 min进行种子消毒，然后用蒸馏水冲洗种子后放入铺有滤纸的发芽盒内，每个发芽盒加入10 mL蒸馏水，盖上盒盖并移入恒温发芽箱中发芽10 d，每天调查发芽种子数。发芽的标准为胚根伸长达到种子长度同时胚芽伸长到种子一半，发芽箱的温度设置为25 ℃。

1.2.3 幼苗培养试验

待种子完全发芽后，打开发芽盒盖子，移至温室中进行幼苗培养，温度为30 ℃。在幼苗培养过程中，根据需要给发芽盒内补水，以保证幼苗生长的充足水分，培养时间为15 d。

1.2.4 发芽情况调查

发芽势(%)=(发芽后5 d发芽种子数/供试种子总数)×100%。

发芽指数(GI)=(∑Gt/Dt)，其中Gt为当天的发芽数，Dt为发芽日数。

1.2.5 秧苗素质调查

种子发芽10 d后，移入人工气候室进行幼苗培养，温度设定为30 ℃， 15 d后开始使用游标卡尺测定秧苗茎基部的宽度和厚度，用直尺测定苗高，叶色的测定使用日本产SPAD 502进行，并计算叶龄和测定单位苗高干重等指标。

1.2.6 根系形态调查

用剪子把幼苗的根全部剪下来，使用日本产EPSON EXPRESSION 10000XL J 181 A型根系分析仪对幼苗的根进行扫描，测定根的总长度、根的平均直径、根的体积、根的表面积和根尖数。

1.2.7 数据分析

使用SPSS 19.0软件进行统计分析，平均值的比较采用Duncan的SSR测验，表格的制作用Excel软件来完成。

2 结果与分析

2.1 水稻种子的发芽情况调查

天津隶属于华北地区，播种时间一般为4月中旬，这一时期的最高气温在25 ℃左右，为了模拟田间气候特点，将发芽温度设定为25 ℃。表1中列出了4个品种5个处理条件下的水稻种子发芽情况。从表1可以看出，室温处理的隔年陈年种子和当年新种子以及低温处理的隔年种子相比，发芽速度较慢，即室温处理在经过4 d后才开始发芽，尤其是津原45在实验进行7 d后，才开始有2粒种子发芽，而其它处理在实验经过3 d后就已经开始发芽。另一方面，从发芽的籽粒数来看，室温处理条件下，水稻种子即使发芽，但发芽的粒数较少，到第9天发芽粒数不再变动时，最高的也只有越光品种的33粒，而其它处理在经过9 d的发芽试验后，基本上达到或接近全部发芽。当年新种子和低温处理的隔年种子相比，虽然发芽开始时间相同，但开始发芽当天的发芽粒数明显较少，这可能与当年新种子刚收获时间不长，实验前没有进行打破休眠处理，部分种子还处在半休眠状态有关。室温放置的陈种子发芽速度慢可能与高温下种子的呼吸代谢作用较强，造成营养成分的减少，酶活性的降低，进一步导致种子发芽时启动速度较慢有关。

表1 水稻品种发芽情况调查

注：T 1为当年种子；T 2为隔年种子，室温放置；T 3为隔年种子，-5 ℃低温处理；T 4为隔年种子，-25 ℃低温处理；T 5为隔年种子-80 ℃超低温处理。下同。

2.2 水稻种子的发芽势

种子发芽势是衡量种子生活力强度、发芽和出苗整齐度的一个重要指标，以规定的日期内正常发芽的种子数占供试种子数的百分率来表示。从表2中可以看出，室温处理条件下各品种的发芽势和其它处理相比均显著降低，特别是津原45为0，此处理的平均值和其它处理间均存在显著差异，而其它各处理的发芽势接近100%，无明显差异。就品种而言，虽然各品种间的发芽势有所不同，但除室温处理外，其余处理间差异不大。品种的平均值以津原45为最低，主要是因为室温处理的发芽势太低所致，但各品种的平均值间不存在显著差异。

表2 不同处理的发芽势比较(%)

注：同一行或列中相同字母的表示差异不显著，不同字母的表示差异显著；显著水平p=0.05。下同。

2.3 水稻种子的发芽指数

发芽势只考虑了在一定时间内种子的发芽数，而发芽指数不仅考虑了种子的发芽数，还涉及到发芽速度，在生产中更具有实际意义。从表3可以看出，室温处理条件下各品种的发芽指数和其它处理相比均显著较低，特别是津原45为0.3，此处理的平均值和其它处理间均存在显著差异。其它处理中，2017年收获当年新种子的发芽指数为12.6，与低温处理的发芽指数也存在明显差异，这主要是因为当年新种子在实验经过3 d时的发芽种子较少所致。就品种而言，各品种室温处理的发芽指数最小，当年新种子次之，低温处理的发芽指数值最大，这主要是由于室温条件下，夏季温度过高，种子老化速度快，从而引起种子活力下降所致。另一方面，当年新种子由于收获时间较短，可能没有完全打破休眠，造成发芽速度迟缓，进一步导致发芽指数的降低。品种的平均值以津原45为最低，主要是因为室温处理的发芽指数太低所致，但各品种的平均值间不存在显著差异。

表3 不同处理的发芽指数比较

2.4 水稻秧苗素质

活力指数(VI)=S×GI(S为发芽t时间时胚根及胚轴的总长度，GI为发芽指数)。从活力指数的计算公式来看，用活力指数来表示种子的活力更具有实际意义，当然，活力指数大的种子发育成苗的可能性更高，但不一定是全部。所以本试验中并未对活力指数进行测定，而是模拟当地气候条件，将发芽的种子移入人工气候室内进行了幼苗培养(人工气候室的温度设定为30 ℃，这和5月中下旬插秧时的最高温度相接近)。并对秧苗素质和根系形态进行了调查。表4中分别列出了处理以及品种的秧苗素质调查结果，从表4可以看出，各处理在茎基部宽厚度和叶龄上的平均值均以室温处理为最低，以2017年收获的当年新种子为最高，但各处理间不存在显著差异。在苗高、叶色和单位苗高茎叶干重上同样以室温处理为最低，以2017年收获的当年新种子为最高，但室温处理和其它处理间均存在显著差异，即室温处理在此3个调查项目上明显较低。就品种而言，除苗高和叶色的平均值存在显著差异外，其余各调查项目，品种间的平均值不存在显著差异。

表4 处理和品种的秧苗素质

注：表中数据为品种或处理的平均值。下同。

2.5 水稻种子的根系形态

水稻对养分的吸收与利用很大程度取决于根系的生长和形态，且根系形态与地上部分生物量及养分的累积有着紧密的关系,所以根系发育的好坏也可作为评价秧苗素质的一个重要指标。表5列出了不同处理、品种的根系的单苗总根长、表面积、体积、根尖数和平均直径，从表5可以看出，2017年收获当年新种子的单苗总根长、表面积、体积和根尖数均为最高，和低温处理间不存在明显差异，但和室温处理的陈种子差异显著。平均直径以室温处理为最高，且和其它各处理间存在显著差异。以上结果表明，室温处理的陈种子，可用于养分和水分吸收的毛细根较少，根系的发育较差。就品种而言，4个品种在单苗总根长、表面积、体积、根尖数和平均直径上均存在显著差异，这主要和品种本身的遗传因素有关，津稻417除平均直径外，其余各项指标值为最大，表明该品种的根系发育较好。

表5 处理和品种的根系形态

3 讨 论

种子是极为重要的生产资料，是农业科技进步的重要载体，其在农业科技进步贡献率中的比例在发达国家已达60%以上，历史上每一次农作物单产和质量的飞跃都与品种的更替和种子科学的发展有关[17]，高质量的种子是农业增产的关键因素。种子从收获到再次播种往往需经过一个比较长的阶段，如是品种资源，则在库中保存的时间更长。因此，做好种子贮藏，保持种子的活力显得尤为重要。种子活力的测定一般包括发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数，活力强的种子在田间的成苗率会较高，但不一定是全部。本试验在测定发芽势、发芽指数后没有直接测定活力指数，而是进行幼苗培养和秧苗素质测定，这比活力指数的测定更具有实际意义。从发芽实验的结果来看，室温放置处理条件下，种子的发芽势和发芽指数明显较低，老化速度较快(表2，表3)，而低温处理条件下发芽势和当年新种子无明显差异，这说明高温会导致种子呼吸代谢作用增强，种子老化速度快，这一结果和报道的诸多文献结果相一致[8,18-20]。但当年新种子的发芽指数显著低于低温处理，这与上面所述的新收获种子可能还有部分处于休眠状态有关。从品种来看，室温处理条件下的发芽势和发芽指数较低且品种间差异较大(表2，表3)，特别是津原45，50粒种子只有2粒发芽(表1)，与品种间的差异和品种本身的遗传特性有关，这与朱世扬、REN等的观点相一致[21-22]。所以在实际生产中尽量不要使用隔年陈种子，在不得已情况下必须使用时，一定要进行种子活力测定，并加大用种量，以保证出苗率，但类似津原45这样的陈种子不能作为生产用种。

秧苗素质的好坏对水稻的生长发育、产量[23]和品质[24]的形成会产生重要影响，所以研究种子发芽后幼苗发育素质情况具有非常重要的意义。从本试验来看，当年收获的新种子秧苗素质最好，3个低温处理的秧苗素质和当年新种子相比虽略差，但差异不大。但室温贮藏的陈种子，秧苗素质和其它处理相比明显较差(表4)。这说明在华北地区自然条件下，水稻收获后用低温保存水稻种质资源是完全可行的。品种间在叶色和苗高方面差异明显， 表明品种幼苗期在这2个项目的遗传差异较大。从根系形态来看，和秧苗素质调查情况有着类似的结果，即当年收获的新种子根系发达，3个低温处理和当年新种子相比虽略有降低，但差异不大,室温贮藏的陈种子的根系发育和其它处理相比明显较差(表5),表现出了根系发育和地上部生长的一致性。

此次实验是对2年不同低温贮藏水稻种子的分析结果，实验室内仍保存有不同低温贮藏的实验用种,如果贮藏更长时间，不同低温处理间在种子活力、秧苗素质和根系形态上是否存在差异，或者说在种子发芽率保持在80%以上的情况下，不同低温处理条件下最多能保存多少年，仍需进一步实验验证。此外，本次试验的3个低温处理均使用冰箱保存，这主要适用于少量水稻种质资源的保存，对于生产上大面积的生产用种来讲，由于存储空间较大，如采用低温处理，需要耗费大量能源。但生产用种的贮藏时间较短，一般不超过2年，为了保护环境，节约能源，有必要对生产用种的适宜贮藏温度做进一步的研究。另一方面，目前水稻种质资源的贮藏多使用种子库，由于种子库空间大，能源耗费多，且运行不稳定，所以使用低温冰箱贮藏更为理想。为此，发明制作专门用于种子贮藏的大型低温冰箱，将种子袋编号放入冰箱，不但方便育种家需要时随时取出使用，而且根据保存时间长短的需要，设定贮藏温度，避免不必要的能源浪费，这将是我国未来种质资源长期贮藏保存的一个重要研究方向。