趕粉后不同時期噴施外源激素對雜交水稻II優(yōu)7954種子活力和產(chǎn)量的影響

朱泯亦，曹棟棟，王利，楊佳恒，趙光武*

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院 浙江省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改良技術(shù)研究重點實驗室，浙江 臨安 311300；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021； 3.湖州科奧種業(yè)有限公司，浙江 湖州 313000)

水稻是主要的糧食作物之一，全球超過50%以上的人口以稻米為主食[1]。稻米的淀粉粒小，易于消化吸收，其中還含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)。而種子作為農(nóng)業(yè)最基礎(chǔ)的生產(chǎn)資料，其質(zhì)量的高低決定了種子萌發(fā)、生長發(fā)育、抗性和產(chǎn)量等綜合表現(xiàn)，是制約農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收的主要因素。種子活力作為全面衡量種子綜合質(zhì)量的一個重要指標(biāo)和增加產(chǎn)量的主要因素而受到了廣泛的關(guān)注[2-3]。

激素作為植物生長調(diào)控的主要化學(xué)物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研究中被廣泛應(yīng)用，其對植物的生長發(fā)育、花期調(diào)節(jié)、種子的成熟與衰老，以及休眠與萌發(fā)等均有顯著影響。程建平等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在水稻破口或始穗期施用15.0～22.5 g·hm-2的GA3有利于縮短抽穗時間，提高種子結(jié)實率和千粒重，進(jìn)而提高產(chǎn)量。王豐等[5]認(rèn)為，外源激素IAA通過提高源器官光合速率、同化物的轉(zhuǎn)化和庫容活性等途徑促進(jìn)籽粒灌漿。Zhao等[6]研究表明，25 ℃黑暗條件下，不同品種的馬尾松種子在不同濃度的IAA和GA3溶液中浸種24 h后，種子的發(fā)芽率和幼苗活力顯著升高。6-BA作為一種重要的植物激素，主要由根系合成后，經(jīng)傳輸組織傳遞到地上各部分器官并發(fā)揮生理作用，起到促進(jìn)細(xì)胞分裂和延緩植物衰老的作用[7]。肖琳等[8]在水稻初花期噴施蕓苔素內(nèi)酯(BR)發(fā)現(xiàn)，BR可顯著增強(qiáng)葉片的生理代謝，促進(jìn)劍葉葉片中葉綠素的合成、可溶性糖和淀粉的積累，以及光合速率和灌漿速率的提高，從而增加結(jié)實率和千粒重。王豐等[9]的研究表明，乙烯在水稻灌漿過程中的主要作用為促進(jìn)籽粒灌漿終止和種子成熟。乙烯對種子的休眠和萌發(fā)也具有調(diào)控作用[10]。此外，激素對植株的生長發(fā)育調(diào)節(jié)過程極其復(fù)雜，制種過程中的肥水管理、溫度和成熟度等環(huán)境條件不僅會影響種子活力的形成，而且也會對激素噴施效果造成影響，進(jìn)而影響種子的活力[1, 11-15]。

綜上可知，激素對植物的生長發(fā)育調(diào)節(jié)、種子的活力和產(chǎn)量等均有一定的促進(jìn)作用。迄今為止，激素對水稻制種的調(diào)控研究主要集中在植株的生長發(fā)育、花期調(diào)節(jié)和成熟種子的處理等方面，但趕粉后或灌漿期間其對雜交水稻種子活力和產(chǎn)量影響的研究較少。本文以雜交水稻為材料，比較趕粉后不同時期噴施不同類型和濃度的外源激素對雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響，為高活力雜交水稻種子生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省余杭鎮(zhèn)仙宅村浙江農(nóng)科種業(yè)有限公司試驗基地，地理坐標(biāo)為30°09′～30°34′N， 119°40′～120°23′E，處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量1 391.8 mm，年平均氣溫15.3～16.2 ℃，氣候溫暖濕潤，光照充足，雨量充沛，且土壤礦質(zhì)元素和有機(jī)物等含量豐富，為雜交水稻種子生產(chǎn)提供了良好的條件。

1.2 處理設(shè)計

于2014年6月播種，以雜交水稻II優(yōu)7954(不育系II-32A×恢復(fù)系浙恢7954)為材料，父母本行比1∶8，制種面積為667 m2。抽穗揚(yáng)花期為8月7日，分別于趕粉后第5、12和19天噴施不同類型與濃度的激素。采用五點取樣法，以小區(qū)對角線的中點作為中心抽樣點，在對角線上選擇4個與中心樣點距離相等的點作為樣點。各點噴施和取樣面積均為0.2 m2。GA3濃度分別為0、0.025、0.075、0.250 mg·L-1，6-BA濃度分別為0、25.0、37.5、50.0 mg·L-1，IAA濃度分別為0、7.5、15.0、22.5 μmol·L-1，BR濃度分別為0、0.01、0.02、0.03 mg·L-1，ETH濃度分別為0、0.3、0.6、0.9 g·L-1。趕粉后30 d收獲種子，自然干燥，于4 ℃低溫環(huán)境下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 指標(biāo)測定

種子干燥清選后，隨機(jī)數(shù)取100粒種子，3次重復(fù)，用濃度為0.2%的三氯異氰尿酸溶液浸種24 h破除種子休眠。將清洗后的種子均勻地平鋪于發(fā)芽盒中無菌濕潤的紙床上，然后將種子置于30 ℃光照8 h(光照強(qiáng)度為12 000 lx))和20 ℃黑暗16 h的培養(yǎng)箱中，連續(xù)培養(yǎng)14 d。期間，每天記錄發(fā)芽種子的數(shù)量并適量補(bǔ)充水分，對表面霉變的種子取出洗滌后放回原處，發(fā)霉情況較嚴(yán)重(超過5%)的及時更換發(fā)芽紙。種子發(fā)芽實驗細(xì)則與標(biāo)準(zhǔn)參照ISTA標(biāo)準(zhǔn)[16]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

應(yīng)用Microsoft 2010和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并進(jìn)行多重比較。百分率數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行多重比較，轉(zhuǎn)換公式為y=arcsin[sqrt(x/100)]×180/3.141 592 654。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA3對種子活力和產(chǎn)量的影響

由表1可知，趕粉后第5天對雜交水稻II優(yōu)7954噴施0.075 mg·L-1的GA3，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較高，分別較對照提高了6.8%、4.5%和1.5%；GA3濃度為0.25 mg·L-1時產(chǎn)量最高，每667 m2產(chǎn)量達(dá)199.0 kg，較對照增長了26.9%，但差異不顯著。在趕粉后第12天噴施0.25 mg·L-1GA3，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最大，分別比對照增長了18.0%、17.1%和14.2%；GA3濃度為0.025 mg·L-1時產(chǎn)量最高，較對照增長了12.5%，但差異不顯著。趕粉后第19天噴施不同濃度的GA3，其種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均在GA3濃度為0.25 mg·L-1時最大，較對照分別增加了12.8%、16.8%和11.1%；在GA3濃度為0.075 mg·L-1時增產(chǎn)效果最好，較對照增加23.5%。

2.2 6-BA對種子活力和產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，于趕粉后第5天噴施50 mg·L-1的6-BA，對II優(yōu)7954雜交水稻種子的活力和產(chǎn)量提高效果均較佳，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和產(chǎn)量分別較對照增加了8.0%、13.2%、10.0%和70.2%，其中產(chǎn)量較對照有顯著提高。趕粉后12 d，II優(yōu)7954雜交水稻經(jīng)25 mg·L-16-BA噴施后，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較大，分別較對照增加了11.7%、10.0%和11.6%，但未達(dá)到顯著性水平，6-BA濃度為37.5 mg·L-1時產(chǎn)量最高，較對照增加了43.0%。在趕粉后第19天噴施50 mg·L-16-BA，II優(yōu)7954種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較大，分別較對照增長了12.1%、11.3%和11.0%，而產(chǎn)量則在6-BA濃度為25 mg·L-1時最高，較對照增產(chǎn)了4.5%，差異均未達(dá)到顯著水平。

2.3 IAA對種子活力和產(chǎn)量的影響

由表3可知，在趕粉后第5天噴施22.5 μmol·L-1IAA，II優(yōu)7954雜交水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較大，分別較對照增加了15.9%、14.7%和11.1%，產(chǎn)量略有下降，但不同處理間各指標(biāo)差異均不顯著。趕粉后第12天，雜交水稻II優(yōu)7 954種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)在IAA濃度為7.5 μmol·L-1時達(dá)到最大值，分別較對照增加了6.5%、1.6%和5.5%，產(chǎn)量在IAA濃度為22.5 μmol·L-1時最高，增產(chǎn)了8.7%。趕粉后第19天，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均隨著噴施IAA濃度的升高逐漸下降，即種子在生長發(fā)育至成熟后期，噴施IAA對提高種子活力效果不明顯，但可顯著提高產(chǎn)量。

表1 GA3對雜交水稻II優(yōu)7954種子活力和產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。表2～5同。

表2 6-BA對II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

表3 IAA對II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

2.4 BR對種子活力和產(chǎn)量的影響

表4表明，在趕粉后不同時期噴施不同濃度的外源激素BR對雜交水稻種子的活力和產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)作用。其中，在趕粉后第5天噴施0.02 mg·L-1BR對種子的活力和產(chǎn)量提高效果均最好，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、產(chǎn)量分別較對照提高了6.8%、5.5%、5.8%和3.0%，但差異均不顯著。趕粉后第12天，BR濃度為0.03 mg·L-1時種子活力表現(xiàn)最好，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別較對照增加了10.6%、8.4%和10.5%，BR濃度為0.02 mg·L-1時產(chǎn)量增加了40.5%，差異均不顯著。趕粉后第19天，噴施0.03 mg·L-1BR后，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)較對照分別增長了7.0%、7.0%和11.7%，BR濃度為0.01 mg·L-1時增產(chǎn)效果最好，產(chǎn)量增加了33.7%，但差異均不顯著。

表4 BR對II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

2.5 ETH對種子活力和產(chǎn)量的影響

由表5可知，II優(yōu)7954雜交水稻在趕粉后第5天噴施不同濃度的ETH，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的降低，并且隨著ETH濃度的增加，降低趨勢加快。隨著灌漿期的延長，噴施不同濃度的ETH對種子的活力和產(chǎn)量均有促進(jìn)作用。在趕粉后第12天噴施0.9 g·L-1的ETH，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和產(chǎn)量均達(dá)到最大值，分別較對照增加了14.3%、16.3%、22.7%和35.9%。于趕粉后第19天噴施0.3 g·L-1的ETH對提高種子的發(fā)芽率和產(chǎn)量具有較好的效果，分別比對照提高了10.5%和27.3%，而ETH濃度為0.6 g·L-1時種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)較高，分別比對照增加了6.5%和18.1%，但差異不顯著。

表5 ETH對II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，不同類型和濃度的外源激素在趕粉后不同時期噴施均會對水稻種子活力和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。其中，趕粉后第19天對雜交水稻II優(yōu)7954噴施濃度為0.25 mg·L-1的GA3，收獲種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)等與種子活力密切相關(guān)的指標(biāo)較其他GA3處理大，產(chǎn)量也有提高。在趕粉后第5天，噴施濃度為50 mg·L-1的6-BA對II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的提高效果較其他6-BA處理表現(xiàn)突出。劉紹權(quán)等[17]的研究結(jié)果也表明：在灌漿前期6-BA主要促進(jìn)籽粒灌漿速率和粒質(zhì)量的增加，而在灌漿中、后期主要的作用是延長灌漿期和延緩籽粒衰老。IAA對提高種子活力的總體趨勢為，隨著趕粉后種子灌漿時間的延長和IAA濃度的增加，種子活力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，趕粉后第12天噴施7.5 μmol·L-1的IAA，種子活力提高效果最好，而后隨著灌漿時間的延長和激素濃度的增加，種子活力呈下降趨勢。Liu等[18]研究表明，IAA對種子休眠有積極的調(diào)節(jié)作用，并認(rèn)為IAA是繼ABA之后促進(jìn)種子休眠的第二類激素。所以進(jìn)入灌漿后期的種子可能因IAA的噴施而促進(jìn)其進(jìn)入休眠狀態(tài)，導(dǎo)致種子活力下降，并且隨著濃度的增加，其活力下降趨勢明顯。BR和ETH對提高II優(yōu)7954雜交水稻種子活力的最佳處理均為趕粉后第12天，激素濃度分別為0.03 mg·L-1和0.9 g·L-1。其中，在趕粉后第5天對II優(yōu)7954雜交水稻種子噴施不同濃度的ETH，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)等與種子活力密切相關(guān)的指標(biāo)均較對照組降低，并且隨著ETH濃度的增加，降低幅度加大。這可能與種子發(fā)育初期內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)的積累較少，種子發(fā)育不充分，活力尚未形成有關(guān)，而噴施ETH后不僅抑制生長素的轉(zhuǎn)運和合成[1]，而且還加快了植株的衰老和果實成熟[19-20]，從而導(dǎo)致種子的活力下降。Calvo等[21]和Speer等[22]研究也發(fā)現(xiàn)，噴施外源激素ETH可促進(jìn)種子打破休眠和促進(jìn)未休眠的種子在逆境條件下萌發(fā)，所以在趕粉后第12、19天，種子得到進(jìn)一步的發(fā)育和成熟后，噴施ETH對種子活力的提高具有促進(jìn)作用。

綜合以上結(jié)果可知，在趕粉后不同時期，對II優(yōu)7954雜交水稻噴施不同類型的激素對種子的活力和產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)作用。其中，在趕粉后第5天噴施50 mg·L-1的6-BA，種子的活力和產(chǎn)量較其他6-BA處理的大，但差異均不顯著，而經(jīng)GA3、IAA、BR和ETH處理后種子的活力和產(chǎn)量的最佳值均集中在趕粉后第12～19天。其中，在趕粉后第12天噴施0.9 g·L-1的ETH對雜交水稻種子活力的提高幅度較其他激素處理大，產(chǎn)量也較高。所以，建議趕粉后第12～19天進(jìn)行外源噴施激素，可有效提高II優(yōu)7954雜交水稻的制種質(zhì)量和產(chǎn)量。但是，種子在發(fā)育成熟過程中，其活力的形成不僅受到母株遺傳因素的制約[23]，外界環(huán)境也對種子活力的形成產(chǎn)生較大的影響。目前，對種子活力的研究主要集中在表型和生理生化指標(biāo)，成熟度對活力的影響研究也存在一定局限性[24]，并且激素對種子活力的調(diào)控不僅存在差異，而且調(diào)控機(jī)理也尚不明確[10]。因此，在趕粉后不同時期噴施不同類型和濃度的外源激素對種子活力影響的內(nèi)在機(jī)理，以及在不同作物中的表現(xiàn)還有待于進(jìn)一步的研究。