旱作下節(jié)水抗旱稻種子引發(fā)劑的篩選及其對(duì)產(chǎn)量的影響

畢俊國(guó)，譚金松，寇志奎，李風(fēng)雷，劉國(guó)蘭，余新橋，羅利軍*

(1上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心，上海 201106；2長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，荊州 413022)

種子引發(fā)又稱種子滲透調(diào)節(jié)，即在控制條件下使種子緩慢吸水，然后通過(guò)一定的措施使種子回干[1]，為種子萌發(fā)提前進(jìn)行生理準(zhǔn)備的一種播前種子處理技術(shù)。種子引發(fā)處理可使作物種子的出苗時(shí)間提前[2]，幼苗抗逆性增加[3]。在旱地缺水條件下，利用種子引發(fā)能夠提前作物種子的萌發(fā)時(shí)間[4]，提高作物苗期的抗旱性[5]。Rehman等[6-7]研究表明，干旱條件下進(jìn)行種子引發(fā)處理，能明顯提高水稻幼苗的鮮重、干物質(zhì)積累、光合速率和淀粉的合成，顯著增加水稻產(chǎn)量。

節(jié)水抗旱稻是指既具有水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性，又具有旱稻節(jié)水抗旱特性的一種新的栽培稻品種類型。它是在水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)旱稻的節(jié)水抗旱特性育成的新品種[8]。節(jié)水抗旱稻在旱作條件下，由于土壤水分不足，直播后往往要等降水種子才能萌發(fā)，極易造成出苗不整齊，群體均衡性下降，最終使水稻的產(chǎn)量降低[9]。因此，改善節(jié)水抗旱稻旱直播出苗不齊，提高發(fā)芽勢(shì)和幼苗的抗旱性，增強(qiáng)群體的均衡性，對(duì)穩(wěn)定旱作條件下節(jié)水抗旱稻的產(chǎn)量有積極意義。本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上[11-13]，選取不同引發(fā)劑對(duì)節(jié)水抗旱稻進(jìn)行種子引發(fā)處理，探討種子引發(fā)劑對(duì)節(jié)水抗旱稻的種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，以期為在旱作條件下建立節(jié)水抗旱稻高產(chǎn)栽培體系提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試品種

試驗(yàn)材料為節(jié)水抗旱稻品種‘滬旱15’和‘旱優(yōu)73’(表1)，均由上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心選育，目前在安徽省和江西省推廣面積較大。

表1 參試品種信息

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 引發(fā)處理

選取在前人研究中效果較好的引發(fā)劑和濃度[11-12]，以干谷為對(duì)照(CK)。將150g節(jié)水抗旱稻種子分別浸泡于VC(50 μgL)、蒸餾水(H2O)、CaCl2(1 110 μgL)、KCl(2 074 μgL)、KT(25 μgL)、NAA(25 μgL)和SA(50 μgL)等不同引發(fā)劑的溶液中，籽粒質(zhì)量與溶液體積的比例為1∶5，浸泡時(shí)間為12h，溶液溫度為20℃[13]，浸泡期間溶液中需不斷用增氧泵增加溶劑中氧含量。浸泡后，將籽粒放于25℃烘箱中，通風(fēng)將籽粒烘干至浸泡前的水分含量備用。

1.2.2 室內(nèi)種子萌發(fā)試驗(yàn)

將濾紙鋪在培養(yǎng)皿中，消毒后將含有質(zhì)量體積比為20%的PEG(相當(dāng)于重度干旱強(qiáng)度)的溶液倒入培養(yǎng)皿中，直至濾紙濕潤(rùn)。將不同引發(fā)處理的節(jié)水抗旱稻種子各100粒整齊排列于濕潤(rùn)的濾紙上，每個(gè)處理3次重復(fù)，然后放入光溫培養(yǎng)箱中，在黑暗25℃條件下進(jìn)行萌發(fā)。待種子萌發(fā)完成后，設(shè)置光照培養(yǎng)箱條件為白天32℃、黑夜28℃,12h12 h(LD)光照，光強(qiáng)為12 000 lx。

1.2.3 大田試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果，選擇效果最佳的引發(fā)劑，以干谷為對(duì)照(CK)，進(jìn)行大田試驗(yàn)。試驗(yàn)于2015年和2016年在安徽省阜南縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所內(nèi)試驗(yàn)田進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，每次重復(fù)小區(qū)面積30 m2。播種期為 4月10日，采用穴播方式播種，株行距為20 cm×23 cm。所有肥料均以基肥一次性施入，施氮量為150 kghm2，施磷量為75 kghm2P2O5，施鉀量為120 kghm2K2O。水分管理主要依靠降水，當(dāng)試驗(yàn)田中50%以上的葉片在中午出現(xiàn)卷葉時(shí)，補(bǔ)灌1—2cm深度的灌溉水。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

于光溫培養(yǎng)箱中放置3 d 后調(diào)查發(fā)芽勢(shì)，7 d 后調(diào)查發(fā)芽率，以種子破胸露白為標(biāo)準(zhǔn)。

在光溫培養(yǎng)箱中放置14 d后，用直尺測(cè)量每個(gè)處理所有幼苗的苗長(zhǎng)和最大根長(zhǎng)。

大田試驗(yàn)于3葉1心期調(diào)查基本苗，成熟期調(diào)查產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。每個(gè)小區(qū)調(diào)查5個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)調(diào)查10穴，計(jì)數(shù)每穴苗數(shù)(苗期)和穗數(shù)(成熟期)，求平均值。收獲前各小區(qū)取10穴考種，考查穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重等性狀。小區(qū)人工實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

以植株性狀和穗部性狀的變異系數(shù)(CV)反映均衡性，CV值越高，表示群體的均衡性越差。

使用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)和繪制圖表；使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，采用Duncan’s法檢驗(yàn)平均數(shù)間差異顯著性。由于2年試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本一致，以2016年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 引發(fā)處理對(duì)種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 引發(fā)處理對(duì)種子發(fā)芽的影響

從表2可見，2個(gè)節(jié)水抗旱稻品種的發(fā)芽勢(shì)有較大差異，‘滬旱15’的發(fā)芽勢(shì)明顯高于‘旱優(yōu)73’。與對(duì)照相比，不同引發(fā)劑處理均提高了種子的發(fā)芽勢(shì)，提高幅度為7.38%—25.21%，其中KCl引發(fā)處理的發(fā)芽勢(shì)顯著高于其他處理，‘滬旱15’為KCl>VC>SA>KT>CaCl2>NAA>H2O>CK；‘旱優(yōu)73’為KCl>VC>NAA>SA>H2O>CaCl2>KT>CK。與對(duì)照相比，不同引發(fā)劑處理均提高了種子的發(fā)芽率，提高幅度為2.56%—8.43%，其中KCl處理的發(fā)芽率高于其他處理。

表2 引發(fā)處理對(duì)節(jié)水抗旱稻種子發(fā)芽的影響

注：括號(hào)中百分?jǐn)?shù)表示與對(duì)照相比的增加幅度；同列不同小寫字母表示不同處理間在0.05水平差異顯著，下同

2.1.2 引發(fā)處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，‘旱優(yōu)73’的苗高整體高于‘滬旱15’(表3)。經(jīng)過(guò)種子引發(fā)處理的苗高均高于未進(jìn)行引發(fā)處理的苗高，不同處理的增幅為0.94%—43.45%。KCl引發(fā)處理的2個(gè)品種的苗高均高于其他處理，‘滬旱15’為KCl>KT>VC>H2O>NAA>CaCl2>SA>CK；‘旱優(yōu)73’為KCl>VC>KT>CaCl2>SA>NAA>H2O。

表 3 引發(fā)處理對(duì)節(jié)水抗旱稻幼苗生長(zhǎng)的影響

在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，‘旱優(yōu)73’的最大根長(zhǎng)與‘滬旱15’無(wú)明顯差異(表3)。經(jīng)過(guò)種子引發(fā)處理的最大根長(zhǎng)均高于未進(jìn)行引發(fā)處理的最大根長(zhǎng)，不同處理的增幅為1.01%—21.51%，KCl引發(fā)處理的2個(gè)品種的最大根長(zhǎng)均高于其他處理，‘滬旱15’為KCl>KT>NAA>H2O>VC>CaCl2>SA>CK；‘旱優(yōu)73’為KCl>NAA>SA>VC>H2O>CaCl2>KT>CK。綜上，種子引發(fā)處理能顯著提高水分脅迫下節(jié)水抗旱稻種子的發(fā)芽勢(shì)，并促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，其中KCl(2 074 μgL)效果最好。

2.2 種子引發(fā)對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

大田試驗(yàn)條件下，相同引發(fā)劑處理的‘滬旱15’的基本苗數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)均顯著高于‘旱優(yōu)73’，千粒重顯著低于‘旱優(yōu)73’，結(jié)實(shí)率差異不顯著，最終產(chǎn)量前者低于后者(表4)。KCl引發(fā)處理的基本苗數(shù)、穗數(shù)顯著高于CK，結(jié)實(shí)率和千粒重差異不顯著，最終產(chǎn)量顯著高于CK。

表4 種子引發(fā)對(duì)節(jié)水抗旱稻農(nóng)藝性狀的影響

2.3 種子引發(fā)處理對(duì)節(jié)水抗旱稻群體均衡性的影響

在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，‘滬旱15’苗高的變異系數(shù)整體低于‘旱優(yōu)73’。VC、KCl和KT 3個(gè)引發(fā)處理的苗高變異系數(shù)顯著低于對(duì)照，2個(gè)品種表現(xiàn)一致。在最大根長(zhǎng)變異系數(shù)上，KCl處理的最大根長(zhǎng)變異系數(shù)顯著低于其他處理(表5)。

表5 引發(fā)處理對(duì)節(jié)水抗旱稻苗高和最大根長(zhǎng)變異系數(shù)的影響

在大田試驗(yàn)條件下，KCl引發(fā)處理的節(jié)水抗旱稻基本苗和穗數(shù)的變異系數(shù)顯著低于CK(表6)，說(shuō)明經(jīng)KCl引發(fā)處理后，基本苗和穗數(shù)的變異系數(shù)較小，群體的均衡性較好。在其他農(nóng)藝性狀上，除經(jīng)KCl處理后‘旱優(yōu)73’的結(jié)實(shí)率變異系數(shù)顯著低于對(duì)照外，穗粒數(shù)、穗長(zhǎng)、結(jié)實(shí)率和千粒重變異系數(shù)與對(duì)照差異不顯著。

表6 引發(fā)處理對(duì)節(jié)水抗旱稻農(nóng)藝性狀變異系數(shù)的影響

3 討論與結(jié)論

我國(guó)的中低產(chǎn)田主要分布在東北、長(zhǎng)江中下游和華北[14]。東北和長(zhǎng)江中下游地區(qū)是主要的水稻產(chǎn)區(qū)，土壤障礙因子為干旱缺水的土地分別占兩地全區(qū)耕地總面積的20.6%和15.43%[15]。本研究表明，種子引發(fā)處理能夠減小干旱缺水對(duì)節(jié)水抗旱稻出苗和成穗的負(fù)面影響，促進(jìn)節(jié)水抗旱稻產(chǎn)量的提高。將引發(fā)處理用于節(jié)水抗旱稻的栽培，對(duì)提高中低產(chǎn)田的糧食產(chǎn)量有積極意義。同時(shí)，KCl為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常規(guī)肥料之一，獲取方便，進(jìn)行引發(fā)處理較其他引發(fā)劑具有較大優(yōu)勢(shì)。

Kaya等[13]研究表明，出苗率低和幼苗生長(zhǎng)較弱是植物面臨干旱時(shí)的第一反應(yīng)。干旱脅迫能夠顯著抑制水稻種子萌發(fā)及早期幼苗生長(zhǎng)[16]。孫園園等[18]的研究結(jié)果也證實(shí)了逆境脅迫下種子引發(fā)處理能夠促進(jìn)水稻種子萌發(fā)、提高種子出苗速度及出苗整齊度，進(jìn)而能夠保證幼苗早期生長(zhǎng)健壯。本研究表明，種子引發(fā)處理能夠提高節(jié)水抗旱稻種子的發(fā)芽勢(shì)，并提高節(jié)水抗旱稻幼苗的整齊度。

水稻群體的均衡性與水稻產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，均衡性高的群體，產(chǎn)量一般較高。不同的栽培措施對(duì)水稻群體均衡性指標(biāo)的影響也不盡相同，其中，栽插方式主要影響穗粒數(shù)整齊度[9]，噴施赤霉素主要影響穗層整齊度[19]，栽插密度則主要影響一次枝梗和穗數(shù)的整齊度[20]。本研究表明，經(jīng)KCl(2 074 μgL)引發(fā)處理后，節(jié)水抗旱稻的產(chǎn)量與基本苗和穗數(shù)整齊度呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明種子引發(fā)增加了基本苗和穗數(shù)的整齊度。

室內(nèi)試驗(yàn)表明，種子引發(fā)處理可顯著增加發(fā)芽勢(shì)，其中，KCl(2 074 μgL)引發(fā)處理能顯著增加水分脅迫下‘旱優(yōu)73’和‘滬旱15’兩個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)，且能促進(jìn)根系和地上部分的生長(zhǎng)。大田試驗(yàn)表明，采用KCl(2 074 μgL)進(jìn)行種子引發(fā)后，‘旱優(yōu)73’和‘滬旱15’2個(gè)品種的基本苗和穗數(shù)均顯著增加，基本苗和穗數(shù)的均衡性提高，與對(duì)照相比，產(chǎn)量顯著提高。