大田越冬水稻種子的篩選鑒定

張維林　王長春　胡海濤　楊玲

（浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江金華321004；第一作者：wlzhangwhu@163.com；*通訊作者：yangl@zjnu.cn）

大田越冬水稻種子的篩選鑒定

張維林王長春胡海濤楊玲*

（浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江金華321004；第一作者：wlzhangwhu@163.com；*通訊作者：yangl@zjnu.cn）

連續陰雨與早春低溫是影響我國南方水稻生產的主要不利氣候因素，常導致水稻爛芽和爛種。本研究通過在自然條件下篩選大田中越冬后而能夠在翌年發芽成長為植株的方式，以期獲得成苗率高、爛芽爛種率低的種質資源。結果表明，172份種質在自然條件下經歷冬季后，絕大部分種質的種子腐爛，僅Kasalath和日本晴種子在大田越冬后能發芽生長。這兩種常規水稻種子大田越冬特性的發掘，將為培育降低爛芽爛種率的優良品種提供寶貴種質資源。

水稻；越冬；種子；發芽；種質

水稻是我國重要的糧食作物。水稻種植過程中，種子成本是農民種植水稻的主要支出之一。我國南方稻作區早春育苗過程中出現的爛芽和爛種對當地水稻生產具有較大危害［1］。為了補種，農民必須重新購買種子，從而增加購種成本；同時，重新購種也將延遲播種時間，致使原本可以播種兩茬而現在只能播種一茬，不僅減少農民的糧食收成，還造成土地資源的浪費。

水稻在一般儲藏條件下第2年就開始陳化變質，種子活力下降，發芽率變差，給生產帶來影響［2］，國家需要耗費大量的人力、物力和財力來提高水稻種子的儲藏條件。因此，篩選鑒定易儲藏且不易爛芽、爛種的水稻是確保我國糧食生產安全的重要措施。目前，對水稻種質資源的耐儲藏特性進行了大量研究，并篩選和選育出了一批耐儲藏種質［3-7］。但已發掘的這些耐儲藏水稻種質的耐儲藏特性并不是很好，而且很難在育種上應用［8］。原因在于這些耐儲藏水稻種質通常是采取自主開發的植物脂質氧化酶同工酶快速檢測專利技術［9］、自然和人工老化試驗［10-11］、利用雜交、回交、組織培養、離子束誘變［7，12］等技術鑒定或育成，并沒有模擬水稻儲藏的自然氣候條件，比如低溫、霜凍及雨水等。本研究中，通過將待測水稻撒播在大田中，讓其在自然條件下過冬，在翌年5月下旬選擇已經發芽長成為植株的水稻種子作為儲藏便捷且不易爛芽和爛種的水稻種質。通過選擇大田越冬后沒有腐爛并且能夠發芽的水稻種子，可為選育發芽率高且不易爛芽和爛種的水稻種子提供寶貴的種質資源。

1　材料與方法

1.1供試材料

參試水稻種質總計172份，其中秈稻、粳稻及野生稻各92份、78份和2份，自然條件下保存。

1.2大田撒播

在12月上旬，清除大田表面的雜草，翻土、平整并起壟。用白色的面粉將地壟劃分成50 cm×50 cm的地塊。搭建離大田地面約2 m的防鳥網。每份待測水稻選取當年收獲的無霉變及病變種子100粒，均勻撒播在50 cm×50 cm的地塊內，后用細土覆蓋。每份待測水稻品種3次重復。播種40 d后，水稻尚未出芽之時，噴灑除草劑，做好大田防雜草工作。

1.3出苗數統計

2014年3月中旬，浙江金華最高氣溫為28℃，少數水稻種質的種子開始發芽，此時噴灑出芽后類型的除草劑，盡量不要人工除草，以避免泥土松動而影響水稻發芽和出苗數統計。4月上旬，做好防蟲及施肥等田間管理，并開始記錄各地塊內的水稻苗數。5月下旬，等各地塊內的水稻苗數不再發生變化，此時再統計各地塊內的水稻苗數。

1.4低溫儲藏條件下的出苗數觀察

取能夠越冬的水稻種子及1份不能越冬的水稻種子，用0.75%的HgCl2無菌處理后，播于1/2 MS固體培養基上，置于4℃的恒溫冰箱中，放置一段時間后，移入28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱。統計培養箱中水稻的出苗數。

圖1　播于1/2 MS培養基中的水稻種子經歷低溫后的發芽實驗

1.5儲藏時間對出苗數的影響

選取不同年份自然條件下儲藏的能夠越冬的水稻種子及1份不能越冬的水稻種子，按照改進的紙上發芽法［13］觀察水稻的出苗數。在23 cm×31 cm白色面包盒內，放置1張比面包盒稍小的海綿，海綿上平鋪韌性較好的吸水紙，用水潤濕吸水紙并使海綿邊沿的吸水紙浸沒于面包盒內與海綿齊平的水。將不同年份自然條件下儲藏的水稻種子均勻撒播在吸水紙上；面包盒覆蓋保鮮膜。將面包盒置于28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱。一段時間后，統計培養箱中水稻的出苗數。

1.6低溫與高溫交替條件下出苗數觀察

連續15 d，在同一時間點，選取當年收獲的能夠越冬的水稻種子及多份不能越冬的水稻種子，用0.75%的HgCl2無菌處理后，播于1/2 MS固體培養基上，置于28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱。第16天時，將水稻從28℃的培養箱中移入4℃冰箱中，放置1 d后再置于28℃的培養箱中1 d。在28℃的培養箱中放置1 d后，移入4℃冰箱中。水稻在4℃冰箱和28℃的光照培養箱之間反復轉移，轉移期間觀察水稻的存活情況。

2　結果與分析

2.1越冬水稻種子鑒定

金華屬亞熱帶濕潤季風氣候，春早而暖，冬濕而寒。2013年12月10日至2014年3月31日期間，0℃以下低溫主要集中在12月下旬、1月和2月中下旬；降雪止于3月初；3月21日出現3月極低溫3℃。因此，在自然條件下的晚冬早春，水稻大田里僅有離地2 m的防鳥網遮蓋的水稻種子不僅遭受霜凍、低溫及雨雪等不利天氣因素的影響，還會在3月下旬遭受“倒春寒”的危害，使得部分已經發芽的水稻受到低溫的侵害。2014年5月下旬，172份水稻種質中，絕大部分種質的種子發生腐爛，只有少數水稻種子有1～10棵秧苗出現，粳稻日本晴和秈稻Kasalath的出苗率分別為45.7%和50.3%。2014年4月中旬，金華最高氣溫為30.0℃；2014年4月下旬，金華最高氣溫為31.0℃；2014年5月最高氣溫為34.0℃，平均最高氣溫為27.3℃，最低氣溫為12.0℃，平均最低氣溫為18.9℃，未出現“五月寒”極端氣候；2014年4月上旬至5月下旬，陰晴雨相間，雨水充沛。因此，5月下旬沒有出苗的水稻種子不會是水稻種子發芽生長所需的適宜溫度和濕度未滿足及種子休眠等因素所造成。成活的水稻苗移栽于其他大田中，成熟時收割、晾曬。2014年冬季，撒播收獲的水稻種子。2015年5月下旬，日本晴和Kasalath的出苗率分別為65.3%和75.7%。

2.2低溫條件下的存活苗數

在2013年12月10日至2014年3月31日期間以及在2014年12月10日至2015年3月31日期間，金華市10℃以下低溫集中在當年12月與翌年2月之間。在2013年12月10日至2014年2月28日期間，最低溫度為-3℃。在2014年12月10日至2015年2月28日期間，最低溫度為-2℃。為了探討日本晴和Kasalath是否具有耐低溫的能力，筆者部分模擬大田中水稻種子處于泥土包圍下會有一定水分浸潤的環境，將2014年及2015年夏季收獲的9311、日本晴和Kasalath水稻種子分別播于1/2 MS固體培養基上，置于4℃冰箱中放置45 d后移入28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱。結果表明，2015年夏季收獲的9311、日本晴和Kasalath水稻種子在28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱都能發芽生長成植株（圖1 a），這些結果表明，當年收獲的9311、日本晴和Kasalath水稻種子經歷低溫后能夠在28℃條件下發芽生長。能在大田中越冬的特性與種子是否是當年收獲無關。2014年夏季收獲的9311在28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱中不能發芽，日本晴僅有幾顆種子露芽但沒能生長，而Kasalath水稻種子大多數能夠發芽生長成植株，其出苗率為83.3%（圖1 b）。這些結果表明，儲藏時間和低溫對日本晴和9311水稻種子大田越冬有較大的影響，而單一低溫并非是影響水稻種子大田越冬的決定因素。

2.3儲藏時間對出苗率的影響

為了探討儲藏時間對水稻種子出苗率的影響，筆者收集了自2012年以來在自然條件下保存的9311、日本晴和Kasalath水稻種子并進行發芽試驗。結果表明，2012年收獲的9311、日本晴和Kasalath沒有發芽；2013年收獲的日本晴和Kasalath水稻種子有少部分能夠發芽生長，其出苗率分別為18.3%和25.7%，9311的出苗率僅為5.3%；2014年收獲的9311、日本晴和Kasalath水稻種子的出苗率分別為49.7%、85.3%和90.3%；2015年9月收獲的9311、日本晴和Kasalath水稻種子的出苗率分別為94.3%、87.7%和94.3%。日本晴、Kasalath及9311在儲藏2年內均能發芽生長，但儲藏時間在3年以上時其出苗率顯著下降。這些結果表明，日本晴、Kasalath和9311并不具有耐長期儲藏的特性，在以前的文獻中也并未有日本晴和Kasalath具有耐長期儲藏特性的報道。因此，日本晴和Kasalath具有的大田越冬特性與耐儲藏并不相關。

圖2　低溫與高溫交替下的存活試驗

2.4低溫與高溫交替下的存活結果

在2013年12月10日至2014年3月31日期間以及在2014年12月10日至2015年3月31日期間，晝夜溫差極大值均為15℃。為了探討晝夜溫度變化是否影響日本晴和Kasalath的大田越冬特性，筆者用低溫與高溫交替模擬晝夜溫度變化。第16天時，播于1/ 2 MS固體培養基上2 d以內的水稻種子在28℃的光照培養箱中還沒有可見的水稻芽，播種超過2 d的水稻種子已經出現可見的水稻芽。將在28℃的光照培養箱中發芽出苗的水稻，移入4℃冰箱中時，秧苗均會萎蔫，雖然日本晴和Kasalath比其他水稻苗萎蔫程度小，但最后都會在低溫與高溫交替下死亡，日本晴和Kasalath只比其他品種稍微延遲幾天死亡（圖2）。將在28℃的光照培養箱中未發芽出苗的水稻種子，在低溫與高溫交替3次后置于28℃、16 h光照/8 h黑暗培養箱，日本晴和Kasalath均能以70.3%的發芽率出苗生長，其他的水稻種子有的全部死亡，有的僅少量成活，這表明水稻種子而不是芽或幼苗是否耐高、低溫是影響水稻種子大田越冬特性的主要因素。

3　討論

自然條件下，在晚冬播于大田的僅有離地2 m的防鳥網遮蓋的水稻種子越冬期間會遭受霜凍、低溫及雨雪等不利天氣因素危害，172份水稻種質的種子在大田越冬后，絕大部分在大田里已經腐爛，僅有日本晴和Kasalath種子能夠在大田中越冬。2014年5月份，金華市雨量充沛，最高溫度為34.0℃，平均最高溫度為27.3℃，因此5月下旬還未出苗的水稻種子不是因水稻種子發芽生長所需的適宜溫度和濕度未滿足及種子休眠等因素所造成。日本晴和Kasalath種子能夠在大田中越冬的這種特性與耐儲藏特性無關。在低溫（4℃）條件下，2014年及2015年收獲的日本晴、Kasalath及9311沒有出芽的水稻在4℃及28℃之間交替后，日本晴和Kasalath能夠生長成水稻植株。這些結果暗示低溫條件下沒有出芽的水稻種子能夠適應自然條件下的晝夜氣溫變化、尤其是3月后“倒春寒”天氣條件下的氣溫變化。在田間，日本晴和Kasalath不是最先觀察到出芽的種質，而最先觀察到出芽的水稻種質在5月下旬時基本統計不到出苗情況。這些結果表明，在自然條件下，日本晴和Kasalath種子出芽滯后，是種子或水稻芽而不是稻苗具有能夠在大田中越冬的特性，簡言之，日本晴和Kasalath以種子或休眠芽在自然條件下大田越冬。

目前，對大田越冬水稻的研究主要集中在越冬再生稻的研究［14］。自1959年嚴斧［15］發現水稻露地越冬再生以來，陸續有關于晚粳［15］、粳糯［16］、雜交粳稻［17］、秈型雄性不育系［18］、野生稻［19-21］及其與栽培稻雜交后代［22］越冬再生的報道。研究表明，野生稻及其與栽培稻的雜交后代以地下莖越冬，雜交稻或常規稻都以休眠芽越冬［14］。然而，目前為止，還沒有關于水稻種子大田越冬后翌年能夠發芽生長的研究報道。本研究中，日本晴和Kasalath分別為粳稻和秈稻，其種子在霜凍、低溫及雨雪等不利天氣條件下越冬后翌年能夠發芽生長。研究結果表明，日本晴和Kasalath以種子或休眠芽越冬而具有大田越冬的特性，這與再生雜交稻或常規稻以休眠芽越冬類似［14］。日本晴和Kasalath種子在霜凍、低溫及雨雪等自然條件下越冬后沒有腐爛并且能夠發芽生長，將為選育儲藏便捷的水稻品種提供優異種質資源。

在我國南方，連續陰雨與早春低溫等不良氣候因素引起的秈稻爛芽爛秧，是導致稻谷生產減產的因素之一，每年因低溫損失的稻谷達50～100億kg［23］。水稻的耐冷性分為發芽期耐冷性、芽期耐冷性、幼苗期耐冷性、穗期耐冷性及開花期耐冷性［23］。發芽期耐冷性又稱為低溫發芽能力，是直播水稻應具備的重要特性［24］。芽期耐冷性是幼芽細胞維持生活的能力，也就是體現為幼芽誘發綠苗的能力。芽期耐冷性是雙季稻區早稻和直播水稻應具備的重要特性，若具備良好的芽期耐冷特性，水稻成苗率高，爛種爛芽率低［25］。因此，日本晴和Kasalath水稻具有以種子或休眠芽越冬特性的發掘，將為培育發芽率高的優良品種提供寶貴種質資源，降低因低溫冷害導致的爛芽爛種現象發生，減少水稻生產損失。

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Screening and Identification of Rice Seeds that Live through Winter in the Field

ZHANG Weilin,WANG Changchun,HU haitao,YANG Ling*
（College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China；1st author：wlzhangwhu@163.com；*Corresponding authors：yangl@zjnu.cn）

Continuous wet weather and low temperature in early spring are the main adverse climatic factors affecting rice production in south China,which often leads to rotten bud and rotten seed.In this study,identification of rice germplasms with high seedling rate and low rate of rotten bud and rotten seed was performed by screening for the rice seeds，that can live through the winter in the field and will sprout in the following year.172 rice germplasms were used as materials in this study.The results showed that the majority of the 172 rice germplasms seed rotten after winter.The seeds of indica rice cultivar Kasalath and japonica rice cultivar Nipponbare were the only two rice germplasms,which seeds can live through the winter in the field and sprout in the following year.The identification of Kasalath and Nipponbare would provide a valuable rice germplasm for breeding elite cultivars with high seedling rate and low rate of rotten bud and rotten seed.

rice；over wintering；seed；bud；rice germplasm

S511.037

B

1006-8082（2016）05-0031-04

2016－06－22

國家自然科學基金（31301289）；浙江省科技廳公益性項目（2014C32015）