杂交水稻亲本种子与穗萌芽时的生理特性比较

周述波+贺立红+贺立静+林伟

摘要：对杂交水稻亲本金23B和V20B种子进行了发芽与田间栽培试验，并对其生理特性进行了比较。结果表明，种子萌芽与稻穗萌芽受可溶性糖含量的直接影响，可溶性糖含量越高越易萌芽。可溶性蛋白含量在稻穗萌芽过程中远远高于种子萌芽时期；而α-淀粉酶的活性变化在种子萌芽期与稻穗萌芽期呈现出相反的变化规律。

关键词：杂交水稻；亲本种子；稻穗萌芽；生理特性比较

中图分类号：S511；S311 文献标识码：A 文章编号：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

水稻作為重要的粮食作物，其产量占中国粮食总产量的40%，近年来，随着育种工作者对新品种选育的加快，对新品种制种过程中杂交水稻种子产量的提高，导致农业生产上经常出现水稻在田间出现穗萌芽的现象，尤其在南方，若遇高温多雨天气，稻穗经常萌芽，引起种子产量降低，品质下降，每年平均稻穗萌芽率一般在2%～5%，特殊天气情况下有时高达60%以上[1-3]。众多研究者认为此现象归因于在农业生产上大量施用外源植物生长调节剂“920”导致而成，从而引起杂交水稻亲本在制繁种过程中种子休眠被打破，出现田间稻穗萌芽。本研究通过选取发芽差异显著的V20B与金23B保持系种子进行浸种发芽试验与田间栽培试验，观察在实验室条件下种子的发芽与人工模拟阴雨环境下诱导稻穗萌芽过程中的生理变化，对种子萌芽与稻穗萌芽的形成过程相关的生理特性进行比较，以期为农业生产上选择出在田间不易发生穗萌芽的优良水稻亲本提供理论参考，为研究出能显著抑制穗萌芽的植物生长调节剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料选取由湖南农业大学水稻研究所提供的发芽差异比较显著且生育期接近的两个杂交水稻亲本金23B和V20B，前者为不易穗萌芽，后者为易穗萌芽。

1.2 方法

1.2.1 室内种子培养 选取充实饱满、大小一致的金23B、V20B种子，用3%次氯酸钠消毒15 min后，用蒸馏水冲洗5次，在温度25 ℃，于暗处浸种处理24 h，种子50粒，置于垫有含湿润滤纸的培养皿中，重复3次，在型号为RQX-300的人工气候光照培养箱[温度（30±1） ℃，相对湿度（85±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照时间12 h]中培养，分别于浸种的24 h培养24h（浸种后48 h）和48 h（浸种后72 h）时分别取样进行生理检测。

1.2.2 大田稻穗培养 于湖南农业大学水稻研究所试验基地稻田进行试验，选取7.52 m2面积作为一小区单位，每小区植稻苗225穴，种植密度为20.0 cm×16.7 cm。小区随机区组排列，3次重复，与大田生产管理相同。

齐穗后27 d，随机选取田间水稻移栽于RQX-300的人工气候光照培养箱温度（30±1） ℃，相对湿度（90±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照时间12 h中培养，为让水稻模拟处于阴雨环境中，每天共补喷750 mL清水，每次250 mL，分早中晚3次喷洒，培养72 h，研究24、48、72 h穗萌形成过程中生理生化的变化。

1.2.3 生理指标测定 可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[4]；α-淀粉酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸法[5]；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[5]。

2 结果与分析

通过对发芽差异显著的V20B与金23B实验室内种子发芽试验与田间培育后在模拟阴雨环境中稻穗的萌芽试验比较，其生理特性比较结果如下。

2.1 α-淀粉酶活性的比较

研究得知种子的发芽与田间稻穗萌芽情况是前者高于后者，而由图1与图2可知，在模拟阴雨天气环境下，用水处理稻穗后培养24、48和72 h，α-淀粉酶活性为V20B高于金23B，表明两品种种子的发芽差异显著受α-淀粉酶活性影响。α-淀粉酶活性越高，种子萌发越容易。而α-淀粉酶活性变化规律，实验室离体种子的萌发呈现不断下降的趋势，田间稻穗萌芽其规律为不断上升，可知离体种子萌芽过程与在田间稻穗萌芽过程不是简单由α-淀粉酶活性单因素控制的，而是一个机理相对更复杂的过程。

2.2 可溶性糖含量的比较

可溶性糖含量变化从图3与图4可知，实验室内离体种子的发芽与田间稻穗萌芽在这两个不同时期比较，发现两材料品种可溶性糖含量变化规律相同，均呈现出先升后降的变化趋势，且V20B材料中可溶性糖含量高于金23B，表明不同品种发芽差异与种子中可溶性糖为胚的萌动提供能量物质与结构物质更密切相关，含量越高的品种越有利于种子的萌芽。这与杨浚等[6]发现较高浓度的可溶性糖更易导致稻穗萌芽的研究结论相一致。

2.3 可溶性蛋白含量的比较

可溶性蛋白含量变化见图5、图6，种子萌芽过程中变化规律呈现出高低高的变化规律，而稻穗萌芽则为低高低的变化规律，两个阶段的可溶性蛋白含量变化在时空上出现了不一致，且可溶性蛋白含量种子萌芽过程远远低于稻穗芽的萌发过程，可以推知稻穗萌芽比种子萌芽过程更复杂。

3 小结与讨论

杂交水稻亲本种子在实验室通过提供充足的水分、氧气和适宜的温度条件下，种子萌芽是一个由休眠态向萌芽态变化的一个过程，是由静态向活跃态转变的过程。而稻穗萌芽，是田间稻穗种子在未经休眠状态下，遇高温高湿等气候因素影响，种子直接萌芽，是有机物质向种子中不断转运，同时又不断消耗贮藏的有机物质为种子萌芽提供能量和结构物质的变化过程。

杂交亲本种子的萌芽过程离不开淀粉酶、蛋白酶及各种水解酶的作用，将种子中的大分子干物质如淀粉、蛋白类物质等转变为小分子物质，同时提供能量与形成结构物质的过程，以满足种子萌芽后生长发育所需。而稻穗在高溫高湿环境下的萌芽过程，同样离不开在各种酶的作用下，将不断积累的大分子干物质转变为稻穗种子萌芽所需的小分子结构物质的过程，此过程应与种子发芽机理一致，但从本试验研究可知，种子萌芽与田间稻穗萌芽过程中生理特性比较，只有可溶性糖的变化规律在两个阶段一致，而α-淀粉酶活性，可溶性蛋白含量的变化都呈现出了时空差异，尤其可溶性蛋白含量在两个不同阶段差异较大，田间稻穗的萌发可溶性蛋白含量远远高于种子萌芽过程中可溶性蛋白。表明田间稻穗的萌芽比种子萌芽过程要复杂得多。

杨文钰等[7]、董静等[8]对小麦种子萌芽的研究以及杨浚等[6]、曹雅君等[9]对水稻穗萌动的研究，发现α-淀粉酶活性与可溶性糖含量呈正相关。本研究中发现稻穗萌芽中α-淀粉酶活性很高时，但稻穗萌芽不明显，这与车京玉等[10]的研究发现相一致，有些小麦品种成熟时虽然外观不发芽，但子粒中α-淀粉酶活性很高，这是由于在发育过程中有合成时期较迟的迟熟α-淀粉酶基因存在，稻穗萌芽是否与小麦种子萌芽情况类似还有待进一步研究。

可溶性糖含量越高，水稻种子与田间穗芽的萌发越显著。不同的杂交水稻V20B与金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样前者高于后者，表明可溶性糖是直接影响种子萌芽的最主要因素，杨浚等[6]认为可溶性糖含量可以作为穗发芽抗性选择的一个指标。

可溶性蛋白含量，田间稻穗萌芽远远高于种子萌芽阶段，这可能与可溶性蛋白在稻穗中还没有转化成贮藏物质有关，而种子的萌芽需要贮藏蛋白质转化，可知稻穗萌芽其生理变化过程比种子萌芽更为复杂，受多因素同时影响，穗萌芽除了受种子萌芽的生理规律制约外，应还受稻株母体的生理代谢与调控的影响，同时可能还与稻穗在不断给种子提供养分，导致自身胚未完成后熟作用，与颖壳抑制物、穗部结构[11]也有关，环境中湿度、温度变化[12]等多因素都会对稻穗萌芽产生影响。

参考文献：

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[10] 车京玉，王 岩，李长辉，等.春小麦穗发芽影响因素及特性研究[J].大麦与谷类科学，2015（3）：11-13.

[11] 杨丽娟，盛 坤，董 昀，等.小麦新品系抗穗发芽特性研究[J].华北农学报，2015，30（4）：145-149.

[12] 王蔚风，李 珊，钟许成，等.种子休眠与杂交稻穗发芽现象研究进展[J].湖南农业科学，2013（5）：10-13.