湖南種質(zhì)庫稻種活力監(jiān)測分析

段永紅，李小湘，劉文強，潘孝武，李衛(wèi)紅，周志武

（湖南省水稻研究所，湖南長沙410125）

低溫干燥貯藏是目前保護種子體植物種質(zhì)的最佳途徑。世界上已收集到的740 萬份植物種質(zhì)資源中，約90%是以種子體形式保存在1 700 余座低溫種質(zhì)庫中[1]。湖南種質(zhì)庫建于1989年，具有短期庫和中期庫功能。自1992年至今，已復份保存稻種資源近2萬份。隨著保存種子數(shù)量的增多，尤其是隨著保存時間的延長，確保已收集種質(zhì)資源的安全、持久保存已成為種質(zhì)庫管理運行的首要課題[2]。本項試驗以貯藏時間超過中期庫設計年限15 a 的水稻種子為監(jiān)測對象，測試種子活力指標，探究種子活力衰退規(guī)律，為湖南種質(zhì)庫稻種資源安全保存及水稻種子監(jiān)測與更新方案提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測材料

供測材料為湖南種質(zhì)庫貯藏16～18 a 的2 813 份稻種資源。種子入庫時檢測發(fā)芽率≥85%，經(jīng)38±2℃恒溫干燥處理，用馬口鐵材質(zhì)密封盒包裝，保存于5±2℃及Rh60%±5%環(huán)境中，測試時間分別為2009、2011、2012、2013年。

1.2 監(jiān)測方法

種子活力測定方法采用生理測定法中的發(fā)芽速率測定。其中，發(fā)芽試驗與入庫起始檢測方法一致，參照GB/T 3543.4-1995[3]規(guī)程進行，同時考慮稻種資源的特殊性，測試用種量為標準檢測的一半，即設2 次重復，每個重復50 粒，置床后置于30℃光照培養(yǎng)箱中，4 d 計算發(fā)芽勢，7 d 計算發(fā)芽率。在計算發(fā)芽勢當天取下根苗，在105±1℃烘箱中烘干5 h 后稱根苗干重。

活力指數(shù)VI=GI×Sx，其中GI 為發(fā)芽指數(shù)，Sx 為根苗干重。GI=∑（Gt/Dt），其中Gt 為時間t日的發(fā)芽數(shù)，Dt 為相應的發(fā)芽日數(shù)[4]。

1.3 生活力下降顯著性的判斷方法

考慮試驗誤差，依據(jù)GB/T 3543.4-1995 規(guī)程中試驗一致性的容許差值判斷貯存種子生活力是否出現(xiàn)顯著下降：若種子起始發(fā)芽率平均值與老化后發(fā)芽率平均值之差不超出規(guī)程中要求的容許差值，則表明生活力沒有出現(xiàn)顯著下降，反之表明種子生活力出現(xiàn)了顯著下降。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯存后稻種資源活力整體變化情況

由表1 可知，2 813 份水稻種質(zhì)在5±2℃及Rh60%±5%環(huán)境下經(jīng)16～18 a 貯藏后，監(jiān)測發(fā)芽率均值為85.93%，高于更新發(fā)芽率標準5.5%，73.27%的種子監(jiān)測發(fā)芽率在85%以上，種子活力總體上仍保持在較高水平，說明湖南種質(zhì)庫水稻種子整體上已安全保存15 a。但是，監(jiān)測發(fā)芽率均值較起始值下降8.63%，超出容許誤差范圍，呈現(xiàn)顯著下降，需增加監(jiān)測頻次。并且有284 份種質(zhì)監(jiān)測發(fā)芽率小于70%，種子活力出現(xiàn)了明顯衰退，急需更新。

表1 湖南種質(zhì)庫水稻種子活力監(jiān)測結(jié)果比較

2.2 不同入庫年代的稻種資源活力變化趨勢

圖1 比較了不同入庫年代貯藏16～18 a 的水稻種子活力衰退情況，從中可知種子活力衰變與貯藏時間的關系沒有明顯的變化規(guī)律，但與入庫年代有關。1993年入庫貯藏18 a 和1997年入庫貯藏16 a 的水稻種子發(fā)芽率分別為93.47%、91.73%，發(fā)芽率與起始值持平，活力指數(shù)分別為5.09、4.18，仍然保持高活力水平。1992年、1994年、1996年入庫貯藏16～17 a 后發(fā)芽率分別下降9.89%、13.0%、15.72%，出現(xiàn)了顯著下降；其中1996年入庫的種子降幅最大，經(jīng)16 a 貯藏后發(fā)芽率已由94.15%降為78.43%，低于80.03%的更新發(fā)芽率標準，急需更新。監(jiān)測表明，種子在成熟、收獲、存放、處理等入庫前任一環(huán)節(jié)因素都會影響到種子貯存過程中活力下降速率[5]。

圖1 不同入庫年代貯藏16～18 a 的種子活力衰退情況比較

2.3 不同起始發(fā)芽率的水稻種子活力變化趨勢

從表1 可以看出，高生活力種子經(jīng)15 a 以上的低溫貯藏后，其活力均呈下降趨勢；其中起始發(fā)芽率85%～90%、91%～94%、95%～97%三個區(qū)間的監(jiān)測活力指數(shù)基本一致、監(jiān)測發(fā)芽率在容許誤差范圍內(nèi)，活力下降到同一水平。起始發(fā)芽率為98%～100%的種子，活力指數(shù)高出前三個區(qū)間20.8%，發(fā)芽率均值保持90.04%，整體抗衰能力和耐貯藏性高于其它起始發(fā)芽率種子，但也有35 份種質(zhì)監(jiān)測發(fā)芽率＜70%。這驗證了Pery(1972)指出的“種子活力是一種為基因所決定而為環(huán)境因子所改變的生理特征”[6]。

2.4 不同類型水稻種子活力變化趨勢

考慮到種子衰敗過程一般是遞進和連續(xù)的，因此采用復利公式計算年均發(fā)芽率變化情況[7]。由表2 可知，隨著貯藏年限的增加，粳糯、粳粘、秈糯、秈粘4種類型稻種資源生活力衰退速率差異顯著。其中，粳粘類型種子發(fā)芽率下降速率最快，由起始發(fā)芽率降至更新發(fā)芽率標準僅需4.4 a；秈糯類型種子活力衰退速率最慢，可安全貯藏34.7 a。4種類型稻種資源耐貯藏性由高到低依次是：秈糯＞秈粘＞粳糯＞粳粘。

表2 不同類型稻種資源生活力變化

2.5 不同種子含水量對水稻種子活力變化的影響

該次監(jiān)測的水稻種子均采用38±2℃烘干法。圖2比較了4個入庫時種子含水量區(qū)域種子活力衰變情況。經(jīng)16～18 a 低溫貯藏，4個種子含水量區(qū)域監(jiān)測發(fā)芽率從高到低依次為：7.0%～7.9%（88.01%）＞8.0%～8.9%（87.58%）＞6.0%～6.9%（84.81%）＞5.0%～5.9%（81.72%）；其活力指數(shù)從高到低依次為：8.0%～8.9%（3.96）＞7.0%～7.9%（3.93）＞6.0%～6.9%（3.59）＞5.0%～5.9%（3.40）。監(jiān)測說明：⑴該38±2℃烘干法進行稻種資源干燥處理，安全可行；⑵水稻種子用38±2℃烘干法進行干燥處理時，烘干時間不宜過長，種子含水量不宜降得過低，以7.0%～8.9%為宜。

圖2 不同種子含水量對種子活力的影響

3 討論與結(jié)論

在低溫條件下，種質(zhì)資源保存多長時間仍具有生活力、何時應更新已成為人們高度關注的問題。目前國際上有關種質(zhì)更新標準不一，例如國際植物遺傳資源委員會（IBPGR）推薦發(fā)芽率降至85%[5]，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）及國際植物遺傳資源研究所（IPGRI）建議發(fā)芽率降至初始值的85%[1]，美國為發(fā)芽率降到初始值的50%，英國為發(fā)芽率降到70%[5]，我國國家?guī)煅芯堪l(fā)現(xiàn)水稻種子快速下降的拐點發(fā)芽率約為75%[8]。本項試驗表明，湖南種質(zhì)庫5±2℃及Rh60%±5%環(huán)境下，除粳粘類型種質(zhì)外，稻種資源整體上可以安全保存15 a。

該項監(jiān)測試驗發(fā)現(xiàn)以下特點：（1）高起始生活力不代表絕對耐貯藏；起始發(fā)芽率98%～100%的種質(zhì)中，依然有35 份種質(zhì)監(jiān)測發(fā)芽率降至70%以下。（2）不同收獲入庫年代對種質(zhì)保存年限有影響。（3）不同類型種質(zhì)耐貯藏特性差異顯著，粳粘類型種質(zhì)最不耐貯藏。（4）38±2℃烘干法將種質(zhì)含水量降至7%～8%之間活力保持較好。這說明種子活力的高低主要由遺傳基因控制，并受種子發(fā)育、成熟、貯藏條件以及種子加工處理等因素的影響，現(xiàn)代化低溫種質(zhì)庫只能延緩卻不能阻止種子衰敗。

因此，為保證種質(zhì)庫種質(zhì)資源的安全保存，在種質(zhì)監(jiān)測和更新方面，應加強以下研究。

（1）監(jiān)測方法研究：包括監(jiān)測頻率、比例、內(nèi)容的研究。①監(jiān)測頻率研究。鑒于盧新雄等報道，種子生活力出現(xiàn)明顯下降，有可能5a 內(nèi)就能表現(xiàn)出來[2]以及湖南種質(zhì)庫中短期庫復份保存的特點，建議首次監(jiān)測時間在5 a 內(nèi)，可首先從短期庫取樣，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定監(jiān)測頻率。②監(jiān)測比例研究。抽樣監(jiān)測利于貯藏種質(zhì)的有效利用，逐份監(jiān)測可客觀全面反映活力衰變；依據(jù)本項試驗結(jié)果及辛霞等報道[1]，建議首次監(jiān)測采用逐份監(jiān)測方式，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定不耐貯藏的作物和類型以及整體出現(xiàn)活力下降的入庫年份，進行重點監(jiān)測；對于貯藏能力強的種質(zhì)可適當采用抽樣監(jiān)測。③監(jiān)測內(nèi)容研究。鑒于目前各種更新標準均以發(fā)芽率為體現(xiàn)形式，因此發(fā)芽率可以作為基本的活力監(jiān)測指標；然而種子活力損失先于種子發(fā)芽，因此應增加活力指數(shù)、田間出苗率等活力指標的測試，增加無破壞性活力測試方法研究，并尋求它們與發(fā)芽率的換算方式。

（2）更新標準研究。有關種質(zhì)更新標準的爭論一直在持續(xù)。一方面有研究表明隨著種質(zhì)活力的下降，會誘導種質(zhì)遺傳變異的產(chǎn)生[7]，因此建議更新標準應選擇較高值；另一方面為了避免因連續(xù)繁種造成遺傳漂移，國際農(nóng)業(yè)研究磋商小組（CGIAR）在1995年召開的國際會議上著重強調(diào)長期保存的種質(zhì)繁種不允許連續(xù)繁殖多次[9]。同時，Murata 認為由于主效基因突變在很大程度上是隱性而有害的，不可能遺傳至下一代，則更新標準可低一些。建議加強安全貯藏理論研究，探求適宜的更新標準[8]。

（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建設。此數(shù)據(jù)庫應包括4個部分：①收獲時數(shù)據(jù)，包括種子成熟、收獲時的氣候條件、運輸狀況、入庫前臨時存放環(huán)境等。②入庫時數(shù)據(jù)，包括入庫時間、起始生活力及測試方法、干燥處理方法及時間、入庫時種子含水量及測試方法等。③入庫后數(shù)據(jù)，包括入庫后的保存條件、包裝形式、取樣情況等。④監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括每次監(jiān)測方式、內(nèi)容、結(jié)果及更新情況等。通過建立影響每份種質(zhì)活力因素的系統(tǒng)全面的信息庫，探求種質(zhì)的活力衰退預警指標。

[1]辛 霞，陳曉玲，張金梅，等.國家?guī)熨A藏20年以上種子生活力與田間出苗率監(jiān)測[J].植物遺傳資源學報,2011,12(6):934-940.

[2]盧新雄，陳曉玲.我國作物種質(zhì)資源保存與研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2003,36(10):1125-1132.

[3]國家農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程.GB/T3543.4-1995.

[4]鄭光華.種子生理研究[M].北京:科學出版社,2004.622-624.

[5]陶嘉齡.種質(zhì)庫管理及種子貯藏[Z].北京：中國農(nóng)業(yè)科學院,1985.118.

[6]張春山，金文龍.雜交稻種子活力研究概述[J].中國稻米,1996,2:32-34.

[7]袁秀萍.影響中期低溫庫貯存種子生活力因素的研究[J].種子,2008,27(12):38-41.

[8]盧新雄，陳曉玲.水稻種子貯藏過程中生活力喪失特性及預警指標的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2002,35(8):975-979.

[9]李靈芝，王麗娜，劉志強.貯藏時間對大豆種子活力和若干性狀的影響[J].中國油料作物學報,2003,(2):25-28.