湖南種質(zhì)庫稻種活力監(jiān)測(cè)分析

段永紅，李小湘，劉文強(qiáng)，潘孝武，李衛(wèi)紅，周志武

（湖南省水稻研究所，湖南長沙410125）

低溫干燥貯藏是目前保護(hù)種子體植物種質(zhì)的最佳途徑。世界上已收集到的740 萬份植物種質(zhì)資源中，約90%是以種子體形式保存在1 700 余座低溫種質(zhì)庫中[1]。湖南種質(zhì)庫建于1989年，具有短期庫和中期庫功能。自1992年至今，已復(fù)份保存稻種資源近2萬份。隨著保存種子數(shù)量的增多，尤其是隨著保存時(shí)間的延長，確保已收集種質(zhì)資源的安全、持久保存已成為種質(zhì)庫管理運(yùn)行的首要課題[2]。本項(xiàng)試驗(yàn)以貯藏時(shí)間超過中期庫設(shè)計(jì)年限15 a 的水稻種子為監(jiān)測(cè)對(duì)象，測(cè)試種子活力指標(biāo)，探究種子活力衰退規(guī)律，為湖南種質(zhì)庫稻種資源安全保存及水稻種子監(jiān)測(cè)與更新方案提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)材料

供測(cè)材料為湖南種質(zhì)庫貯藏16～18 a 的2 813 份稻種資源。種子入庫時(shí)檢測(cè)發(fā)芽率≥85%，經(jīng)38±2℃恒溫干燥處理，用馬口鐵材質(zhì)密封盒包裝，保存于5±2℃及Rh60%±5%環(huán)境中，測(cè)試時(shí)間分別為2009、2011、2012、2013年。

1.2 監(jiān)測(cè)方法

種子活力測(cè)定方法采用生理測(cè)定法中的發(fā)芽速率測(cè)定。其中，發(fā)芽試驗(yàn)與入庫起始檢測(cè)方法一致，參照GB/T 3543.4-1995[3]規(guī)程進(jìn)行，同時(shí)考慮稻種資源的特殊性，測(cè)試用種量為標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的一半，即設(shè)2 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50 粒，置床后置于30℃光照培養(yǎng)箱中，4 d 計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，7 d 計(jì)算發(fā)芽率。在計(jì)算發(fā)芽勢(shì)當(dāng)天取下根苗，在105±1℃烘箱中烘干5 h 后稱根苗干重。

活力指數(shù)VI=GI×Sx，其中GI 為發(fā)芽指數(shù)，Sx 為根苗干重。GI=∑（Gt/Dt），其中Gt 為時(shí)間t日的發(fā)芽數(shù)，Dt 為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)[4]。

1.3 生活力下降顯著性的判斷方法

考慮試驗(yàn)誤差，依據(jù)GB/T 3543.4-1995 規(guī)程中試驗(yàn)一致性的容許差值判斷貯存種子生活力是否出現(xiàn)顯著下降：若種子起始發(fā)芽率平均值與老化后發(fā)芽率平均值之差不超出規(guī)程中要求的容許差值，則表明生活力沒有出現(xiàn)顯著下降，反之表明種子生活力出現(xiàn)了顯著下降。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯存后稻種資源活力整體變化情況

由表1 可知，2 813 份水稻種質(zhì)在5±2℃及Rh60%±5%環(huán)境下經(jīng)16～18 a 貯藏后，監(jiān)測(cè)發(fā)芽率均值為85.93%，高于更新發(fā)芽率標(biāo)準(zhǔn)5.5%，73.27%的種子監(jiān)測(cè)發(fā)芽率在85%以上，種子活力總體上仍保持在較高水平，說明湖南種質(zhì)庫水稻種子整體上已安全保存15 a。但是，監(jiān)測(cè)發(fā)芽率均值較起始值下降8.63%，超出容許誤差范圍，呈現(xiàn)顯著下降，需增加監(jiān)測(cè)頻次。并且有284 份種質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)芽率小于70%，種子活力出現(xiàn)了明顯衰退，急需更新。

表1 湖南種質(zhì)庫水稻種子活力監(jiān)測(cè)結(jié)果比較

2.2 不同入庫年代的稻種資源活力變化趨勢(shì)

圖1 比較了不同入庫年代貯藏16～18 a 的水稻種子活力衰退情況，從中可知種子活力衰變與貯藏時(shí)間的關(guān)系沒有明顯的變化規(guī)律，但與入庫年代有關(guān)。1993年入庫貯藏18 a 和1997年入庫貯藏16 a 的水稻種子發(fā)芽率分別為93.47%、91.73%，發(fā)芽率與起始值持平，活力指數(shù)分別為5.09、4.18，仍然保持高活力水平。1992年、1994年、1996年入庫貯藏16～17 a 后發(fā)芽率分別下降9.89%、13.0%、15.72%，出現(xiàn)了顯著下降；其中1996年入庫的種子降幅最大，經(jīng)16 a 貯藏后發(fā)芽率已由94.15%降為78.43%，低于80.03%的更新發(fā)芽率標(biāo)準(zhǔn)，急需更新。監(jiān)測(cè)表明，種子在成熟、收獲、存放、處理等入庫前任一環(huán)節(jié)因素都會(huì)影響到種子貯存過程中活力下降速率[5]。

圖1 不同入庫年代貯藏16～18 a 的種子活力衰退情況比較

2.3 不同起始發(fā)芽率的水稻種子活力變化趨勢(shì)

從表1 可以看出，高生活力種子經(jīng)15 a 以上的低溫貯藏后，其活力均呈下降趨勢(shì)；其中起始發(fā)芽率85%～90%、91%～94%、95%～97%三個(gè)區(qū)間的監(jiān)測(cè)活力指數(shù)基本一致、監(jiān)測(cè)發(fā)芽率在容許誤差范圍內(nèi)，活力下降到同一水平。起始發(fā)芽率為98%～100%的種子，活力指數(shù)高出前三個(gè)區(qū)間20.8%，發(fā)芽率均值保持90.04%，整體抗衰能力和耐貯藏性高于其它起始發(fā)芽率種子，但也有35 份種質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)芽率＜70%。這驗(yàn)證了Pery(1972)指出的“種子活力是一種為基因所決定而為環(huán)境因子所改變的生理特征”[6]。

2.4 不同類型水稻種子活力變化趨勢(shì)

考慮到種子衰敗過程一般是遞進(jìn)和連續(xù)的，因此采用復(fù)利公式計(jì)算年均發(fā)芽率變化情況[7]。由表2 可知，隨著貯藏年限的增加，粳糯、粳粘、秈糯、秈粘4種類型稻種資源生活力衰退速率差異顯著。其中，粳粘類型種子發(fā)芽率下降速率最快，由起始發(fā)芽率降至更新發(fā)芽率標(biāo)準(zhǔn)僅需4.4 a；秈糯類型種子活力衰退速率最慢，可安全貯藏34.7 a。4種類型稻種資源耐貯藏性由高到低依次是：秈糯＞秈粘＞粳糯＞粳粘。

表2 不同類型稻種資源生活力變化

2.5 不同種子含水量對(duì)水稻種子活力變化的影響

該次監(jiān)測(cè)的水稻種子均采用38±2℃烘干法。圖2比較了4個(gè)入庫時(shí)種子含水量區(qū)域種子活力衰變情況。經(jīng)16～18 a 低溫貯藏，4個(gè)種子含水量區(qū)域監(jiān)測(cè)發(fā)芽率從高到低依次為：7.0%～7.9%（88.01%）＞8.0%～8.9%（87.58%）＞6.0%～6.9%（84.81%）＞5.0%～5.9%（81.72%）；其活力指數(shù)從高到低依次為：8.0%～8.9%（3.96）＞7.0%～7.9%（3.93）＞6.0%～6.9%（3.59）＞5.0%～5.9%（3.40）。監(jiān)測(cè)說明：⑴該38±2℃烘干法進(jìn)行稻種資源干燥處理，安全可行；⑵水稻種子用38±2℃烘干法進(jìn)行干燥處理時(shí)，烘干時(shí)間不宜過長，種子含水量不宜降得過低，以7.0%～8.9%為宜。

圖2 不同種子含水量對(duì)種子活力的影響

3 討論與結(jié)論

在低溫條件下，種質(zhì)資源保存多長時(shí)間仍具有生活力、何時(shí)應(yīng)更新已成為人們高度關(guān)注的問題。目前國際上有關(guān)種質(zhì)更新標(biāo)準(zhǔn)不一，例如國際植物遺傳資源委員會(huì)（IBPGR）推薦發(fā)芽率降至85%[5]，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）及國際植物遺傳資源研究所（IPGRI）建議發(fā)芽率降至初始值的85%[1]，美國為發(fā)芽率降到初始值的50%，英國為發(fā)芽率降到70%[5]，我國國家?guī)煅芯堪l(fā)現(xiàn)水稻種子快速下降的拐點(diǎn)發(fā)芽率約為75%[8]。本項(xiàng)試驗(yàn)表明，湖南種質(zhì)庫5±2℃及Rh60%±5%環(huán)境下，除粳粘類型種質(zhì)外，稻種資源整體上可以安全保存15 a。

該項(xiàng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）高起始生活力不代表絕對(duì)耐貯藏；起始發(fā)芽率98%～100%的種質(zhì)中，依然有35 份種質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)芽率降至70%以下。（2）不同收獲入庫年代對(duì)種質(zhì)保存年限有影響。（3）不同類型種質(zhì)耐貯藏特性差異顯著，粳粘類型種質(zhì)最不耐貯藏。（4）38±2℃烘干法將種質(zhì)含水量降至7%～8%之間活力保持較好。這說明種子活力的高低主要由遺傳基因控制，并受種子發(fā)育、成熟、貯藏條件以及種子加工處理等因素的影響，現(xiàn)代化低溫種質(zhì)庫只能延緩卻不能阻止種子衰敗。

因此，為保證種質(zhì)庫種質(zhì)資源的安全保存，在種質(zhì)監(jiān)測(cè)和更新方面，應(yīng)加強(qiáng)以下研究。

（1）監(jiān)測(cè)方法研究：包括監(jiān)測(cè)頻率、比例、內(nèi)容的研究。①監(jiān)測(cè)頻率研究。鑒于盧新雄等報(bào)道，種子生活力出現(xiàn)明顯下降，有可能5a 內(nèi)就能表現(xiàn)出來[2]以及湖南種質(zhì)庫中短期庫復(fù)份保存的特點(diǎn)，建議首次監(jiān)測(cè)時(shí)間在5 a 內(nèi)，可首先從短期庫取樣，并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定監(jiān)測(cè)頻率。②監(jiān)測(cè)比例研究。抽樣監(jiān)測(cè)利于貯藏種質(zhì)的有效利用，逐份監(jiān)測(cè)可客觀全面反映活力衰變；依據(jù)本項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果及辛霞等報(bào)道[1]，建議首次監(jiān)測(cè)采用逐份監(jiān)測(cè)方式，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定不耐貯藏的作物和類型以及整體出現(xiàn)活力下降的入庫年份，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；對(duì)于貯藏能力強(qiáng)的種質(zhì)可適當(dāng)采用抽樣監(jiān)測(cè)。③監(jiān)測(cè)內(nèi)容研究。鑒于目前各種更新標(biāo)準(zhǔn)均以發(fā)芽率為體現(xiàn)形式，因此發(fā)芽率可以作為基本的活力監(jiān)測(cè)指標(biāo)；然而種子活力損失先于種子發(fā)芽，因此應(yīng)增加活力指數(shù)、田間出苗率等活力指標(biāo)的測(cè)試，增加無破壞性活力測(cè)試方法研究，并尋求它們與發(fā)芽率的換算方式。

（2）更新標(biāo)準(zhǔn)研究。有關(guān)種質(zhì)更新標(biāo)準(zhǔn)的爭論一直在持續(xù)。一方面有研究表明隨著種質(zhì)活力的下降，會(huì)誘導(dǎo)種質(zhì)遺傳變異的產(chǎn)生[7]，因此建議更新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選擇較高值；另一方面為了避免因連續(xù)繁種造成遺傳漂移，國際農(nóng)業(yè)研究磋商小組（CGIAR）在1995年召開的國際會(huì)議上著重強(qiáng)調(diào)長期保存的種質(zhì)繁種不允許連續(xù)繁殖多次[9]。同時(shí)，Murata 認(rèn)為由于主效基因突變?cè)诤艽蟪潭壬鲜请[性而有害的，不可能遺傳至下一代，則更新標(biāo)準(zhǔn)可低一些。建議加強(qiáng)安全貯藏理論研究，探求適宜的更新標(biāo)準(zhǔn)[8]。

（3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。此數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括4個(gè)部分：①收獲時(shí)數(shù)據(jù)，包括種子成熟、收獲時(shí)的氣候條件、運(yùn)輸狀況、入庫前臨時(shí)存放環(huán)境等。②入庫時(shí)數(shù)據(jù)，包括入庫時(shí)間、起始生活力及測(cè)試方法、干燥處理方法及時(shí)間、入庫時(shí)種子含水量及測(cè)試方法等。③入庫后數(shù)據(jù)，包括入庫后的保存條件、包裝形式、取樣情況等。④監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括每次監(jiān)測(cè)方式、內(nèi)容、結(jié)果及更新情況等。通過建立影響每份種質(zhì)活力因素的系統(tǒng)全面的信息庫，探求種質(zhì)的活力衰退預(yù)警指標(biāo)。

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