雜交水稻親本種子與穗萌芽時(shí)的生理特性比較

周述波+賀立紅+賀立靜+林偉

摘要：對雜交水稻親本金23B和V20B種子進(jìn)行了發(fā)芽與田間栽培試驗(yàn)，并對其生理特性進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，種子萌芽與稻穗萌芽受可溶性糖含量的直接影響，可溶性糖含量越高越易萌芽。可溶性蛋白含量在稻穗萌芽過程中遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于種子萌芽時(shí)期；而α-淀粉酶的活性變化在種子萌芽期與稻穗萌芽期呈現(xiàn)出相反的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：雜交水稻；親本種子；稻穗萌芽；生理特性比較

中圖分類號(hào)：S511；S311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）06-1023-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.007

Abstract： With hybrid rice parent line Jin23B and V20B as experimental material， the study was focused on the comparison of physiological characteristics between seed germination and preharvest sprouting. The results showed that seed germination and preharvest sprouting were directly influenced by soluble sugar. The higher the soluble sugar， the easier the germination. The soluble protein content during preharvest sprouting was much higher than that during seed germination， and α-amylases activity showed the opposite law.

Key words： hybrid rice； parent line seed； preharvest sprouting； physiological characteristic comparison

水稻作為重要的糧食作物，其產(chǎn)量占中國糧食總產(chǎn)量的40%，近年來，隨著育種工作者對新品種選育的加快，對新品種制種過程中雜交水稻種子產(chǎn)量的提高，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)常出現(xiàn)水稻在田間出現(xiàn)穗萌芽的現(xiàn)象，尤其在南方，若遇高溫多雨天氣，稻穗經(jīng)常萌芽，引起種子產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降，每年平均稻穗萌芽率一般在2%～5%，特殊天氣情況下有時(shí)高達(dá)60%以上[1-3]。眾多研究者認(rèn)為此現(xiàn)象歸因于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大量施用外源植物生長調(diào)節(jié)劑“920”導(dǎo)致而成，從而引起雜交水稻親本在制繁種過程中種子休眠被打破，出現(xiàn)田間稻穗萌芽。本研究通過選取發(fā)芽差異顯著的V20B與金23B保持系種子進(jìn)行浸種發(fā)芽試驗(yàn)與田間栽培試驗(yàn)，觀察在實(shí)驗(yàn)室條件下種子的發(fā)芽與人工模擬陰雨環(huán)境下誘導(dǎo)稻穗萌芽過程中的生理變化，對種子萌芽與稻穗萌芽的形成過程相關(guān)的生理特性進(jìn)行比較，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上選擇出在田間不易發(fā)生穗萌芽的優(yōu)良水稻親本提供理論參考，為研究出能顯著抑制穗萌芽的植物生長調(diào)節(jié)劑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料選取由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供的發(fā)芽差異比較顯著且生育期接近的兩個(gè)雜交水稻親本金23B和V20B，前者為不易穗萌芽，后者為易穗萌芽。

1.2 方法

1.2.1 室內(nèi)種子培養(yǎng) 選取充實(shí)飽滿、大小一致的金23B、V20B種子，用3%次氯酸鈉消毒15 min后，用蒸餾水沖洗5次，在溫度25 ℃，于暗處浸種處理24 h，種子50粒，置于墊有含濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，重復(fù)3次，在型號(hào)為RQX-300的人工氣候光照培養(yǎng)箱[溫度（30±1） ℃，相對濕度（85±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照時(shí)間12 h]中培養(yǎng)，分別于浸種的24 h培養(yǎng)24h（浸種后48 h）和48 h（浸種后72 h）時(shí)分別取樣進(jìn)行生理檢測。

1.2.2 大田稻穗培養(yǎng) 于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗(yàn)基地稻田進(jìn)行試驗(yàn)，選取7.52 m2面積作為一小區(qū)單位，每小區(qū)植稻苗225穴，種植密度為20.0 cm×16.7 cm。小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，與大田生產(chǎn)管理相同。

齊穗后27 d，隨機(jī)選取田間水稻移栽于RQX-300的人工氣候光照培養(yǎng)箱溫度（30±1） ℃，相對濕度（90±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照時(shí)間12 h中培養(yǎng)，為讓水稻模擬處于陰雨環(huán)境中，每天共補(bǔ)噴750 mL清水，每次250 mL，分早中晚3次噴灑，培養(yǎng)72 h，研究24、48、72 h穗萌形成過程中生理生化的變化。

1.2.3 生理指標(biāo)測定 可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法[4]；α-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸法[5]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[5]。

2 結(jié)果與分析

通過對發(fā)芽差異顯著的V20B與金23B實(shí)驗(yàn)室內(nèi)種子發(fā)芽試驗(yàn)與田間培育后在模擬陰雨環(huán)境中稻穗的萌芽試驗(yàn)比較，其生理特性比較結(jié)果如下。

2.1 α-淀粉酶活性的比較

研究得知種子的發(fā)芽與田間稻穗萌芽情況是前者高于后者，而由圖1與圖2可知，在模擬陰雨天氣環(huán)境下，用水處理稻穗后培養(yǎng)24、48和72 h，α-淀粉酶活性為V20B高于金23B，表明兩品種種子的發(fā)芽差異顯著受α-淀粉酶活性影響。α-淀粉酶活性越高，種子萌發(fā)越容易。而α-淀粉酶活性變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)室離體種子的萌發(fā)呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，田間稻穗萌芽其規(guī)律為不斷上升，可知離體種子萌芽過程與在田間稻穗萌芽過程不是簡單由α-淀粉酶活性單因素控制的，而是一個(gè)機(jī)理相對更復(fù)雜的過程。

2.2 可溶性糖含量的比較

可溶性糖含量變化從圖3與圖4可知，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)離體種子的發(fā)芽與田間稻穗萌芽在這兩個(gè)不同時(shí)期比較，發(fā)現(xiàn)兩材料品種可溶性糖含量變化規(guī)律相同，均呈現(xiàn)出先升后降的變化趨勢，且V20B材料中可溶性糖含量高于金23B，表明不同品種發(fā)芽差異與種子中可溶性糖為胚的萌動(dòng)提供能量物質(zhì)與結(jié)構(gòu)物質(zhì)更密切相關(guān)，含量越高的品種越有利于種子的萌芽。這與楊浚等[6]發(fā)現(xiàn)較高濃度的可溶性糖更易導(dǎo)致稻穗萌芽的研究結(jié)論相一致。

2.3 可溶性蛋白含量的比較

可溶性蛋白含量變化見圖5、圖6，種子萌芽過程中變化規(guī)律呈現(xiàn)出高低高的變化規(guī)律，而稻穗萌芽則為低高低的變化規(guī)律，兩個(gè)階段的可溶性蛋白含量變化在時(shí)空上出現(xiàn)了不一致，且可溶性蛋白含量種子萌芽過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于稻穗芽的萌發(fā)過程，可以推知稻穗萌芽比種子萌芽過程更復(fù)雜。

3 小結(jié)與討論

雜交水稻親本種子在實(shí)驗(yàn)室通過提供充足的水分、氧氣和適宜的溫度條件下，種子萌芽是一個(gè)由休眠態(tài)向萌芽態(tài)變化的一個(gè)過程，是由靜態(tài)向活躍態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。而稻穗萌芽，是田間稻穗種子在未經(jīng)休眠狀態(tài)下，遇高溫高濕等氣候因素影響，種子直接萌芽，是有機(jī)物質(zhì)向種子中不斷轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)又不斷消耗貯藏的有機(jī)物質(zhì)為種子萌芽提供能量和結(jié)構(gòu)物質(zhì)的變化過程。

雜交親本種子的萌芽過程離不開淀粉酶、蛋白酶及各種水解酶的作用，將種子中的大分子干物質(zhì)如淀粉、蛋白類物質(zhì)等轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)，同時(shí)提供能量與形成結(jié)構(gòu)物質(zhì)的過程，以滿足種子萌芽后生長發(fā)育所需。而稻穗在高溫高濕環(huán)境下的萌芽過程，同樣離不開在各種酶的作用下，將不斷積累的大分子干物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈舅敕N子萌芽所需的小分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)的過程，此過程應(yīng)與種子發(fā)芽機(jī)理一致，但從本試驗(yàn)研究可知，種子萌芽與田間稻穗萌芽過程中生理特性比較，只有可溶性糖的變化規(guī)律在兩個(gè)階段一致，而α-淀粉酶活性，可溶性蛋白含量的變化都呈現(xiàn)出了時(shí)空差異，尤其可溶性蛋白含量在兩個(gè)不同階段差異較大，田間稻穗的萌發(fā)可溶性蛋白含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于種子萌芽過程中可溶性蛋白。表明田間稻穗的萌芽比種子萌芽過程要復(fù)雜得多。

楊文鈺等[7]、董靜等[8]對小麥種子萌芽的研究以及楊浚等[6]、曹雅君等[9]對水稻穗萌動(dòng)的研究，發(fā)現(xiàn)α-淀粉酶活性與可溶性糖含量呈正相關(guān)。本研究中發(fā)現(xiàn)稻穗萌芽中α-淀粉酶活性很高時(shí)，但稻穗萌芽不明顯，這與車京玉等[10]的研究發(fā)現(xiàn)相一致，有些小麥品種成熟時(shí)雖然外觀不發(fā)芽，但子粒中α-淀粉酶活性很高，這是由于在發(fā)育過程中有合成時(shí)期較遲的遲熟α-淀粉酶基因存在，稻穗萌芽是否與小麥種子萌芽情況類似還有待進(jìn)一步研究。

可溶性糖含量越高，水稻種子與田間穗芽的萌發(fā)越顯著。不同的雜交水稻V20B與金23B相比，前者比后者的稻穗更易萌芽，而其中可溶性糖含量同樣前者高于后者，表明可溶性糖是直接影響種子萌芽的最主要因素，楊浚等[6]認(rèn)為可溶性糖含量可以作為穗發(fā)芽抗性選擇的一個(gè)指標(biāo)。

可溶性蛋白含量，田間稻穗萌芽遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于種子萌芽階段，這可能與可溶性蛋白在稻穗中還沒有轉(zhuǎn)化成貯藏物質(zhì)有關(guān)，而種子的萌芽需要貯藏蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化，可知稻穗萌芽其生理變化過程比種子萌芽更為復(fù)雜，受多因素同時(shí)影響，穗萌芽除了受種子萌芽的生理規(guī)律制約外，應(yīng)還受稻株母體的生理代謝與調(diào)控的影響，同時(shí)可能還與稻穗在不斷給種子提供養(yǎng)分，導(dǎo)致自身胚未完成后熟作用，與穎殼抑制物、穗部結(jié)構(gòu)[11]也有關(guān)，環(huán)境中濕度、溫度變化[12]等多因素都會(huì)對稻穗萌芽產(chǎn)生影響。

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