水稻秧苗抗低溫調(diào)控劑的篩選及應(yīng)用效果初探

羅志雄，蔡志歡，孫萌，彭敏，唐文幫，2，張桂蓮，2，?

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2 水稻油菜抗病育種湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128)

水稻生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)時(shí)期均可能遭遇低溫冷害，苗期是水稻最易受低溫冷害的時(shí)期，且與孕穗期、開花期、成熟期的耐冷性密切相關(guān)。在我國(guó)南方雙季稻區(qū)早稻播種后常遭遇寒潮天氣，導(dǎo)致秧苗生長(zhǎng)遲緩、葉片變黃卷葉、甚至死苗，不僅影響早稻產(chǎn)量，還影響晚稻的生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)量[1-3]。苗期低溫已成為影響早稻安全生產(chǎn)的主要因素。

關(guān)于減輕水稻苗期低溫冷害調(diào)控方法研究，王洪軍等研究認(rèn)為秧苗期遇到10～12 ℃低溫時(shí)，灌薄水就可以防御冷害；當(dāng)氣溫為10 ℃以下時(shí)，灌水深度以葉尖露出水面為宜[4]。陳書強(qiáng)等[5]研究認(rèn)為在移栽前2～3 d，在苗床上施用磷酸二銨150 g/m2，施后澆水，插秧時(shí)帶磷下地，秧苗耐寒能力增強(qiáng)?？子畹萚6]研究認(rèn)為鉀硅鎂配施，可提高水稻抗寒性，增加水稻產(chǎn)量，提高稻米品質(zhì)。陳書強(qiáng)等[5]、徐芬芬等[7]、蔡克桐等[8]、鄧如福等[9]研究認(rèn)為用海藻糖、烯效唑、DA-6、水楊酸茉莉酸等植物激素處理，可顯著提高水稻幼苗的抗寒性。但目前還沒有一種有效方法在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。本文以湘早秈45 號(hào)為材料，通過在低溫下不同濃度化學(xué)試劑、比例混合劑、噴灑時(shí)期和噴灑次數(shù)的篩選，以期篩選出一種有效、適用的的化學(xué)調(diào)控劑，為減輕水稻低溫冷害有效的調(diào)控方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以早稻品種湘早秈45 號(hào)為材料，由湖南金色農(nóng)豐種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)置了5 個(gè)試驗(yàn)。

試驗(yàn)1:不同濃度單劑篩選試驗(yàn)

將浸種催芽后的100 粒芽谷播于稻田土的培養(yǎng)盒中，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至二葉一心期，將含有氯化鈣0.01、0.02、0.03 mol/L，烯效唑10、20、30 mg/L，磷酸二氫鉀2、4、6 g/L，水楊酸100、200、300 mg/L，脫落酸10、20、30 mg/L，6-BA 10、20、30 mg/L，脯氨酸100、150、200 mg/L的21 種溶液分別均勻噴施在水稻幼苗上，每天上午噴1 次，連噴3 次，然后移入光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫處理(8:00-17:00，10 ℃，17:00-8:00，8 ℃)5 d，同時(shí)設(shè)置噴灑清水作對(duì)照(CK)，3 次重復(fù)，處理結(jié)束后在適溫下恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后記錄活苗率。

試驗(yàn)2:混合調(diào)控劑篩選試驗(yàn)

將0.01 mol/L的氯化鈣、20 mg/L的烯效唑溶液、6 g/L的KH2PO4溶液、100 mg/L的水楊酸溶液、10 mg/L的脫落酸溶液(分別用A、B、C、D、E 代替以上溶液。)每2 種、每3 種、每4 種、每5 種按一定體積比例配制成不同的混合劑，在2 葉1 心期分別均勻噴施在水稻幼苗上，每天上午噴1 次，連噴3次，3 次重復(fù)，然后移入光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫處理(8:00-17:00，10 ℃，17:00-8:00，8 ℃)5 d，以噴施清水作對(duì)照(CK)，結(jié)束后在適溫下恢復(fù)生長(zhǎng)7 d 后記錄活苗率，同時(shí)測(cè)定根系活力。處理前幼苗的培養(yǎng)同試驗(yàn)1。

試驗(yàn)3:混合調(diào)控劑DTKJ 噴灑時(shí)期篩選試驗(yàn)

混合調(diào)控劑DTKJ 噴灑時(shí)期設(shè)置為幼苗1 葉1心期、2 葉1 心期、3 葉1 心期、4 葉1 心期，將混合調(diào)控劑DTKJ 溶液(20 mg/L的烯效唑溶液、6 g/L的KH2PO4溶液、100 mg/L的水楊酸溶液、10 mg/L的脫落酸溶液按2 ∶3 ∶1 ∶1體積比配置而成的混合液)均勻的噴灑，每天上午噴1 次，連噴3 次，以噴清水為對(duì)照，3 次重復(fù)，處理前幼苗的培養(yǎng)、處理后材料的低溫處理與調(diào)查同試驗(yàn)2。

試驗(yàn)4:混合調(diào)控劑DTKJ 噴灑次數(shù)篩選試驗(yàn)

混合調(diào)控劑DTKJ 噴灑次數(shù)設(shè)置為1、2、3、4次，于幼苗2 葉1 心期將混合調(diào)控劑DTKJ 溶液均勻的噴灑，以噴清水為對(duì)照，3 次重復(fù)，處理前幼苗的培養(yǎng)、處理后材料的低溫處理與調(diào)查同試驗(yàn)2。

試驗(yàn)5:DTKJ 應(yīng)用效果試驗(yàn)

在2 葉1 心期將DTKJ 調(diào)控劑溶液均勻的噴灑到水稻植株上，連續(xù)噴灑3 次，以噴清水的為對(duì)照(CK)，3 次重復(fù)，處理前幼苗的培養(yǎng)、處理后材料的低溫處理與調(diào)查同試驗(yàn)2。

同時(shí)2019 年利用早春低溫開展DTKJ 應(yīng)用效果試驗(yàn)，3 月7 日將湘早秈45 號(hào)發(fā)芽一致的芽谷播種于圓形塑料盆中，共40 盆，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至2 葉1 心期，將DTKJ 調(diào)控劑溶液均勻的噴灑到水稻幼苗上，噴灑20 盆，另外20 盆以噴清水為對(duì)照，連續(xù)噴灑3 次，于3 月20 日移置水網(wǎng)室，4 月5日調(diào)查活苗率。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

(1)活苗率測(cè)定。處理結(jié)束適溫恢復(fù)7 d 后調(diào)查活苗數(shù)，計(jì)算活苗率。

(2)根系活力測(cè)定。采用TTC 法測(cè)定根系活力，參照李合生的方法[10]。

(3)自然溫度記載。水稻所網(wǎng)室放置一個(gè)自動(dòng)溫濕度記錄儀，每隔15 min 記錄一次溫濕度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度單劑對(duì)低溫下幼苗活苗率的影響

從表1 可知，與噴灑清水對(duì)照相比，噴灑不同濃度氯化鈣、烯效唑、磷酸二氫鉀、脫落酸溶液均能提高低溫下活苗率，以噴灑0.01 mol/L 氯化鈣、20 mg/L 烯效唑、6 g/L 磷酸二氫鉀、10 mg/脫落酸溶液的活苗率最高，活苗率分別比對(duì)照提高39.8%、33.75%、42.95%、41.24%；對(duì)水楊酸來說，以噴灑100 mg/L的水楊酸溶液活苗率最高，活苗率比對(duì)照提高28.80%；對(duì)6-BA 而言，以噴灑10 mg/L的6-BA 對(duì)低溫下活苗率的提高幅度最大，比對(duì)照提高6.48%，而噴灑20、30 mg/L的6-BA 溶液卻沒有提高低溫下活苗率；對(duì)脯氨酸來說，噴灑3 種濃度脯氨酸均沒有提高低溫下幼苗活苗率。

表1 噴灑不同濃度單劑的幼苗活苗率Table 1 The survival rate of seedlings sprayed with single dose under different concentrations

2.2 不同配比混合劑對(duì)低溫下幼苗活苗率與根系活力的影響

由表2 可知，不同配比混合劑均能顯著提高低溫下的活苗率與根系活力，其中以噴灑BCDE 溶液(即20 mg/L的烯效唑溶液、6 g/L的KH2PO4溶液、100 mg/L的水楊酸溶液、10 mg/L的脫落酸溶液按2 ∶3 ∶1 ∶1體積比配制的混合液)提高活苗率與根系活力的幅度最大，效果最好，與對(duì)照相比，秧苗活苗率的提高了69.65%，根系活力提高了142.43 μg/g·h。

表2 不同配比混合劑噴灑后幼苗活苗率與根系活力Table 2 The survival rate and root activity of seedlings sprayed with different mixtures

2.3 不同時(shí)期噴灑DTKJ 溶液對(duì)幼苗活苗率與根系活力的影響

由表3 可知，與對(duì)照相比，低溫下噴施DTKJ 溶液均能顯著提高幼苗活苗率與根系活力，其中以2葉1 心期噴灑DTKJ 溶液的根系活力和活苗率提高幅度最大、效果最好，活苗率提高69.26%，根系活力提高了106.78 μg/g·h。

表3 不同時(shí)期噴灑DTKJ 溶液后幼苗活苗率與根系活力Table 3 The survival rate and root activity of seedlings sprayed with DTKJ solution at different stages

2.4 噴灑不同次數(shù)DTKJ 溶液對(duì)低溫下幼苗活苗率與根系活力的影響

由表4 可知，與對(duì)照相比，噴施不同次數(shù)DTKJ溶液均能提高低溫下幼苗活苗率與根系活力，其中以連續(xù)噴灑3 次的幼苗活苗率與根系活力提高幅度最大、效果最好，活苗率提高66.65%，根系活力提高103.86 μg/g·h。

表4 噴灑不同次數(shù)DTKJ 溶液后幼苗活苗率與根系活力Table 4 The survival rate and root activity of seedlings after spraying DTKJ solution at different times

2.5 DTKJ 溶液的應(yīng)用效果

由圖1 可知，2019 年3 月1-17 日，日平均溫度在15 ℃以下，3 月18-21 日，日平均溫度升高，在15℃以上，3 月22-27 日溫度再次降低，連續(xù)6 d 日平均溫度在12 ℃以下，3 月27 日后溫度稍有上升。

圖1 2019 年3 月自動(dòng)溫濕度記錄儀記載的溫度Fig.1 The temperature recorded by automatic temperature and humidity recorder in March 2019

由表5 可知，與對(duì)照相比，人工模擬低溫下噴施DTKJ 溶液顯著提高了幼苗活苗率與根系活力，幼苗活苗率比對(duì)照提高69.65%，根系活力比對(duì)照提高126.80 μg/g·h，且顯著高于單劑噴施效果。早春自然低溫試驗(yàn)結(jié)果與人工模擬低溫試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)趨勢(shì)基本一致。

表5 DTKJ 溶液在人工模擬低溫與早春自然低溫的應(yīng)用效果Table 5 Application effect of DTKJ solution in simulated low temperature and natural low temperature in the early spring

3 討論

受季風(fēng)的影響，我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)春季常受寒潮低溫侵襲，特別是苗期受到低溫冷害，將導(dǎo)致葉片失綠，分蘗減少，根系受損，甚至爛秧死苗現(xiàn)象[11]，嚴(yán)重影響直播早稻安全生產(chǎn)。鄧如福等[9]、楊文鈺等[12]、高紅秀等[13]研究發(fā)現(xiàn)，用烯效唑、海藻糖、高效唑浸種，可以降低細(xì)胞電解質(zhì)滲漏率、MDA 和脯氨酸含量，提高可溶性糖含量，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高水稻幼苗的抗低溫能力。Shinkawa 等[14]研究都表明，外施ABA 能有效減緩冷敏感品種在冷脅迫下的受害率，提高水稻幼苗抗低溫能力。本研究表明，低溫下噴施氯化鈣、烯效唑、磷酸二氫鉀、脫落酸、水楊酸溶液均能提高低溫下活苗率，減輕低溫危害，這與前人研究結(jié)果一致[7，12，14]。本試驗(yàn)中，在噴灑單劑情況下，以噴灑0.01 mol/L 氯化鈣、20 mg/L 烯效唑、6 g/L 磷酸二氫鉀、10 mg/脫落酸、100 mg/L的水楊酸、10 mg/L的6-BA 溶液對(duì)低溫下活苗率提高幅度最大。

通過對(duì)單劑進(jìn)行不同體積比例配制的混合液篩選試驗(yàn)，結(jié)果表明，低溫下噴施DTJK 溶液，能最大幅度提高活苗率，表現(xiàn)出一定的協(xié)同誘導(dǎo)效應(yīng)?？赡茉蛞皇敲撀渌崤c水楊酸的作用有交叉[15]，脫落酸的合成有兩條途徑，一條直接的，一條間接的，而后者需有脂氧合酶(LOX)參與[16，17]，而水楊酸能夠抑制脂氧合酶的活性，調(diào)控脫落酸的直接合成途徑來調(diào)控脫落酸的合成。因此水楊酸可通過脫落酸誘導(dǎo)提高水稻抗寒性。二是烯效唑?qū)r(nóng)作物具有抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)、縮短節(jié)間，培育矮壯秧苗，提高秧苗的抗逆性[18]；磷酸二氫鉀屬于高效磷鉀復(fù)合肥，可為作物生長(zhǎng)提供P 元素、K 元素，具有促進(jìn)葉片光合作用、增強(qiáng)作物抗逆性的功能[19]。烯效唑和KH2PO4的加入顯著提高了混合調(diào)控劑對(duì)水稻秧苗的抗低溫調(diào)控效果。2019 年人工模擬低溫與早春低溫試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一效果。本研究表明，在水稻幼苗2 葉1 心期連續(xù)噴施DTKJ 混合液3 次，可顯著提高低溫下幼苗根系活力和活苗率，優(yōu)于單劑噴施調(diào)控效果。至于混合調(diào)控劑DTKJ 抗低溫的機(jī)制是什么，還有待從生理生化、細(xì)胞結(jié)構(gòu)方面進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，單獨(dú)噴施0.01 mol/L CaCl2、20 mg/L 烯 效唑、6 g/L K2HPO4、10 mg/L ABA、100 mg/L 水楊酸、10 mg/L 6-BA 溶液可顯著提高低溫下幼苗活苗率。與單劑噴施相比，在2 葉1 心期連續(xù)噴施3 次DTKJ 混合液(即20 mg/L 烯效唑、6 g/L 磷酸二氫鉀、100 mg/L 水楊酸、10 mg/L脫落酸以2 ∶3 ∶1 ∶1體積比配置的混合液)能較大幅度提高低溫下幼苗根系活力和活苗率，調(diào)控效果更優(yōu)，表現(xiàn)出一定的協(xié)同誘導(dǎo)效應(yīng)。DTKJ 混合液可提高水稻苗期抗低溫能力的抗寒劑。