水稻種子活力研究進展及工作展望

秦潔

摘? ? 要：我國作為糧食生產(chǎn)大國，糧食產(chǎn)量古往今來都是社會大眾普遍關(guān)心的一件大事。水稻種子科技研究工作的開展，能夠為水稻種植提供科學(xué)的理論依據(jù)，確保水稻增收。將研究的視角對準水稻種子活力，在文獻搜集、整理的基礎(chǔ)上，對近年來我國水稻種子活力研究進展展開了探究。分別從概念、原理等方面對水稻種子活力相關(guān)內(nèi)容進行了簡單介紹，結(jié)合近年來研究成果，全面展示了我國水稻種子活力研究進展情況，并對我國水稻種子活力未來研究工作進行了展望。

關(guān)鍵詞：水稻;種子活力;研究進展

水稻作為一種常見的禾谷類作物，在亞洲各國均有著極為廣泛的種植，是亞洲人最喜愛的一種主食。水稻增產(chǎn)增收，無論是在我國還是其他亞洲各國都是一個備受關(guān)注的話題。隨著水稻免耕直播技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用，在大大提高水稻種植效率的同時，也由于該技術(shù)種植方式的特殊性，對種子的活力提出了較高的要求。尤其是水稻的大規(guī)模機械化插秧種植，要求在育苗環(huán)節(jié)必須做到種子去休眠的整齊度的高度統(tǒng)一。但礙于種子活力影響因素較多，在實際生產(chǎn)中難以達到這一要求，這就為水稻的增產(chǎn)增收造成了極大的影響。在此背景下，我國社會各界研究學(xué)者圍繞種子活力展開了深入而廣泛的研究，分別從生理生化機理、遺傳分析、儲藏環(huán)境等角度對種子活力開展了研究工作[1-4]。經(jīng)過不懈的努力，取得了豐碩的研究成果，對我國水稻種植生產(chǎn)極具科學(xué)指導(dǎo)意義。

1? ?種子活力概述

種子活力，通俗意義上可理解為種子本身的茁壯程度，具體表現(xiàn)在種子的發(fā)芽率、出苗率，幼苗的生長能力、抗病害能力、生長潛力等方面，是植株實現(xiàn)健康生長的關(guān)鍵一環(huán)，更是種子品質(zhì)評估的重要指標。種子的生長發(fā)育一般需要經(jīng)過發(fā)育、萌發(fā)的過程，在不斷吸收水分的過程中，種子內(nèi)部代謝速度加快，擁有生長激素調(diào)解作用的mRNA逐漸在其體內(nèi)合成，由此種子細胞在不斷分裂過程中促使胚根長出，幼苗雛形開始顯現(xiàn)。結(jié)合以往實驗室以及田間種子出芽率綜合情況來看，種子活力的高低主要取決于種子自身的遺傳性、發(fā)育成熟程度，以及在儲藏過程中的周圍環(huán)境因子等，這些因素綜合影響種子活力強度的可能性、表現(xiàn)程度及活力下降速度情況。

相對而言，種子活力是近年來才新興起來的一個全新研究領(lǐng)域，國際種子檢驗協(xié)會在1950年才展開了對種子活力的首次探討。

2? ?水稻種子活力影響因素及作用機理

通過對種子活力相關(guān)內(nèi)容的分析可以看出，種子活力是一個綜合性狀，其受種子自身遺傳基因等因素的綜合影響，如種子發(fā)育、休眠、儲藏、萌發(fā)、劣變等。其中，遺傳因素、環(huán)境因素是決定水稻種子活力的兩個主要內(nèi)外因素，共同作用于種子發(fā)育和萌發(fā)，決定了種子活力高低。

2.1? ?遺傳因素對種子活力的影響

內(nèi)部遺傳因子是種子自身所固有的，是決定水稻種子活力的最主要影響因素之一。雖然在后期的生長發(fā)育過程中，種子的遺傳因子表達在某種程度上也會受到外在環(huán)境的影響而發(fā)生一定的改變，但仍然難以改變內(nèi)部遺傳因子是影響種子活力第一要素的事實。

相關(guān)研究顯示，經(jīng)雜交培育出來的水稻種子在綜合表現(xiàn)方面要優(yōu)于常規(guī)水稻品質(zhì)，其耐儲性更好、耐寒性及耐旱性也更佳[5-6]。素有“雜交水稻之父”盛名的袁隆平院士，自1971年調(diào)任湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院后就一直致力于雜交水稻的研究工作，以其為首的研究小組利用兩年時間完成了技術(shù)攻關(guān)任務(wù)，成功培育出了我國首批雜交水稻種子，這對于我國而言極具歷史意義。1997年袁隆平院士提出“雜交水稻超高產(chǎn)育種”技術(shù)，該技術(shù)不僅在我國得以廣泛應(yīng)用，同時得到了國際學(xué)術(shù)界的重視，被廣泛引入越南、菲律賓、印度、美國。2018年張紅生學(xué)者帶領(lǐng)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)團隊與王州飛學(xué)者帶領(lǐng)的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)團隊，共同開展了水稻種子活力基因?qū)ｍ椪{(diào)查活動，從種子發(fā)育成熟、萌發(fā)、生產(chǎn)、耐逆、休眠等方面，圍繞種子活力進行了理論及實踐方面的研討活動。在大量試驗的基礎(chǔ)上，明確了OsIPMS1基因影響種子活力的內(nèi)在作用機理為，在種子萌發(fā)階段提高種子內(nèi)部游離氨基酸的生物合成，致使種子內(nèi)部可以迅速合成大量GA，由此加快種子TCA與糖酵解循環(huán)生化反應(yīng)速度，使種子可以積攢足夠的萌發(fā)能力。

2.2? ?環(huán)境因素對種子活力的影響

種子活力是保證出芽率的重要前提，成熟后種子的活力會隨著水分的流失逐漸變?nèi)酢Ｌ幱诩庸?、儲藏階段下的種子，會隨著周圍環(huán)境溫度、濕度及空氣含氧量的變化，而產(chǎn)生表現(xiàn)出差異化的生長活力。經(jīng)?？吹皆诟邷馗邼竦沫h(huán)境下，種子在大量儲存過程中極易出現(xiàn)劣變的情況，這主要是由于高溫高濕環(huán)境導(dǎo)致種子內(nèi)部營養(yǎng)合成系統(tǒng)受損，使得生長所需的蛋白質(zhì)、膜、核酸供應(yīng)不足，并且過氧化反應(yīng)還會致使種子內(nèi)部自由基出現(xiàn)增長，而破壞其DNA、細胞結(jié)構(gòu)，在膜的滲透性作用下，使種子內(nèi)部有毒物質(zhì)迅速積累，由此降低種子活力。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院從環(huán)境因素影響種子活力這一議題出發(fā)，將關(guān)注的視角放在了種子脂肪氧化酶（Lox）上，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)指出種子脂質(zhì)氧化酶含量降低有助于種子活力的提升，能夠最大限度地延長種子儲存壽命。尤其是在延緩水稻種子劣化方面，雖然Lox1、Lox2、Lox3含量的變化都會對種子儲存過程中活力變化、蟲害情況具有一定影響，但實質(zhì)效果相比較而言，Lox1、Lox2含量的降低要明顯于Lox3。因此，該研究指出Lox1、Lox2是延緩水稻種子活力的關(guān)鍵基因。

2016年原農(nóng)業(yè)部圍繞種子活力的研究，專門組織專業(yè)技術(shù)人員開展了公益性科研項目“主要農(nóng)作物高活力種子生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”，就種子在不同環(huán)境下所表現(xiàn)出的性狀與活力之間的關(guān)系展開了技術(shù)研究，初步建立了包括水稻在內(nèi)的農(nóng)作物種子活力鑒定標準。構(gòu)建了水稻種子活力高光譜快速測定方法，明確了種子淀粉、粒重、硬度、厚度、游離脂肪酸脂等與活力變化之間的關(guān)系，從環(huán)境角度對水稻高產(chǎn)高活力適宜種植區(qū)進行了明確劃分[7]。

3? ?展望

作為對種子質(zhì)量進行衡量評估關(guān)鍵指標的種子活力，其并非是一成不變的，會受到自身遺傳因子、種子儲存生長環(huán)境條件等因素的影響。為提高水稻產(chǎn)量，最大限度地實現(xiàn)優(yōu)種優(yōu)育，我國農(nóng)業(yè)科技工作者一直致力于優(yōu)質(zhì)水稻種子的選擇工作，并結(jié)合不同時代背景下水稻生產(chǎn)種植綜合情況對水稻種子活力具體表現(xiàn)進行了明確。研究顯示，通過對種子優(yōu)良特性的人工選擇，干預(yù)其雜交組合活動，可以從遺傳角度實現(xiàn)種子質(zhì)量的提升，使種子表現(xiàn)出較好的活力。并且在種子儲藏狀態(tài)下，通過人為干預(yù)外部儲存環(huán)境的溫度、濕度、含氧量等，也可以在一定程度上影響種子活力，使其活力降低幅度得以減緩。

通過上述材料分析可以看出，目前水稻種子活力研究早已成為我國生物領(lǐng)域一項重點研究課題，包括高校、研究組織、專業(yè)實驗室等在內(nèi)的研究團隊圍繞水稻種子活力展開了多次研討實踐活動。經(jīng)過歷代研究人員的不懈努力，我國水稻種子研究在世界領(lǐng)域取得了傲人的成就，使我國成為了水稻種植生產(chǎn)大國[8]。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，我國常年水稻種植面積占據(jù)全世界水稻種植面積的20%以上，多年水稻糧食產(chǎn)量一直都保持在2億t以上，占全世界水稻總產(chǎn)量的40%左右。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部負責(zé)人表示，未來我國將繼續(xù)以水稻生產(chǎn)功能區(qū)為重點，加快高標準水稻種植農(nóng)田的建設(shè)工作，通過一系列技術(shù)化手段，不斷促進水稻綜合生產(chǎn)能力的持續(xù)增強。面對我國未來水稻種植產(chǎn)業(yè)良好的發(fā)展趨勢，研究人員要在以往研究成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)砥礪前行，結(jié)合時代發(fā)展要求，樹立新任務(wù)、新目標。應(yīng)全面審視我國在水稻種子活性研究方面存在的局限性和不足，重點解決好試驗材料、環(huán)境條件單一化對研究結(jié)果的影響，觀察在不同環(huán)境條件下不同種子群體具體的活力表現(xiàn);將研究的范圍從水稻種子某一階段的萌發(fā)情況拓展到對其整個發(fā)育過程的觀察與檢測，收集足夠的數(shù)據(jù)來支持結(jié)論的科學(xué)性，使中國團隊的研究成果更具說服力。需要特別注意的是，在確保種子在非損耗狀態(tài)下的激光散斑技術(shù)、紅外熱成像法、測定單粒種子氧氣消耗法、微測技術(shù)、高光譜成像技術(shù)等也應(yīng)當(dāng)被作為未來種子活力檢測的重點技術(shù)加以利用和推廣。

參考文獻：

[ 1 ] 金文玲，曹乃亮，朱明東，等.基于近紅外超連續(xù)激光光譜的水稻種子活力無損分級檢測研究[J].中國光學(xué)，2020，13（5）：1032-1043.

[ 2 ] 徐四靜，徐麗嬡，周桂林，等.高活力農(nóng)作物種子培育和保持的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（7）：6-8，11.

[ 3 ] 張紅生，程金平，王健康，等.水稻種子活力相關(guān)基因鑒定及分子調(diào)控機制[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，42（2）：191-200.

[ 4 ] 杜明，慕永紅，袁少文，等.影響水稻種子活力的儲藏因素分析[J].土壤與作物，2018，7（4）：419-422.

[ 5 ] 張安鵬，錢前，高振宇.水稻種子活力的研究進展[J].中國水稻科學(xué)，2018，32（3）：296-303.

[ 6 ] 李洪達.水稻儲藏中水稻種子活力及耐儲性研究進展及展望[J].農(nóng)村科學(xué)實驗，2018（5）：72.

[ 7 ] 何龍生.水稻種子活力測定方法的初步研究[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2018.

[ 8 ] 崔婷.水稻種子高活力生產(chǎn)技術(shù)初步研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.