赤霉素對雜交水稻保持系金23B與V20B種子及穗發芽生理特性的影響

周述波， 賀立紅， 賀立靜， 林 偉

(1.海南熱帶海洋學院生物科學與農學院，海南三亞 572022； 2.仲愷農業工程學院生命科學學院，廣東廣州 510225)

水稻占我國糧食總產量的40%，雜交水稻為我國糧食生產作出了重要貢獻。近年來，隨著育種工作者對新品種選育的加快，雜交水稻在制種與育種過程中，尤其在南方，常遇到高溫及長期陰雨天氣，水稻穗經常在田間萌芽，造成種子產量降低，品質下降，危害較大，年均稻穗萌芽率為2%～5%，特殊年份有時高達60%以上[1-2]。眾多研究者認為，此現象可能歸因于農業生產上大量施用植物生長調節劑赤霉素，為確保父母本花期相遇，提高雜交制種與育種過程中種子產量，過量使用赤霉素引起田間稻穗種子萌發現象愈發普遍，這與赤霉素打破種子休眠有關[3]，而赤霉素對離體種子與大田稻穗種子萌芽的生理影響有差異，在離體種子中以提高發芽率的研究較多，在稻穗發芽上，廖泳祥等的研究主要集中在水稻自身穗發芽的生理過程中，認為稻穗發芽既有種子萌發的特征，又與離體種子有差異，因為大田稻穗生長過程更為復雜，是光合產物的積累與分解交錯的過程[4]。而關于外源赤霉素引發的稻穗發芽生理原因的研究很少，為探索赤霉素對種子與稻穗發芽間的生理差異，本研究通過選取有發芽差異的2個親本材料V20B與金23B進行探索，以期為將來選出田間稻穗不易萌芽的優良親本提供理論參考，為研究顯著抑制稻穗萌芽的植物生長調節劑提供應用依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料金23B和V20B親本由湖南農業大學水稻科學研究所提供，2份材料在田間稻穗種子萌芽差異顯著且生育期接近，前者稻穗不易萌芽，后者稻穗易萌芽。赤霉素(GA3，85%)由湖南亞華種業股份有限公司生物藥廠生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 室內種子培養 選取大小一致且充實飽滿的金23B與V20B種子，用濃度為3%的次氯酸鈉消毒15 min后，用蒸餾水沖洗5次，在25 ℃條件下，分別用蒸餾水與110 mg/L(篩選出的濃度)赤霉素于暗處浸種24 h，然后用蒸餾水將種子沖洗干凈，每個處理作3 次重復。分別取用蒸餾水和赤霉素處理的種子各50粒，置于墊有濕潤濾紙的培養皿中，在人工氣候光照培養箱(RQX-350，鄭州生元儀器有限生產)中培養，溫度(30±1) ℃、相對濕度(85±5)%、光照度 93.6 μmol/(m2·s)、光照時間12 h，于培養0、24、48 h時計算發芽勢，發芽以胚根突破種皮露白作為標準，分別取樣后進行發芽勢、α-淀粉酶活性、可溶性糖與可溶性蛋白含量等生理指標的測定。

1.2.2 大田稻穗培養與處理 2015年4月在湖南農業大學水稻科學研究所試驗基地稻田進行試驗，小區面積7.52 m2，每小區種植稻苗225穴，種植密度為20.0 cm×16.7 cm。每小區隨機區組排列，作3次重復，共9個小區，與大田生產管理相同。

2015年6月，于始穗期選取整齊一致的稻穗350個并掛牌標記，待齊穗后的第7天，用濃度為110 mg/L的赤霉素隨機區組噴施水稻，每小區噴赤霉素250 mL，以確保稻穗濕潤，同時有水珠滴下，用噴蒸餾水的稻穗作對照(CK)。

齊穗后27 d，隨機選取處理后各小區長勢一致，且籽粒飽滿、稻穗較多的田間水稻盆栽移植于人工氣候光照培養箱中培養，溫度(30±1) ℃，相對濕度(90±5)%，光照度 93.6 μmol/(m2·s)，光照時間12 h，為讓水稻模擬處于陰雨環境中，每天共補噴750 mL清水，每次250 mL，分早、中、晚共3次噴灑，于培養24、48、72 h時計算發芽勢并分別檢測稻穗種子萌芽過程中生理生化的變化。

1.2.3 指標測定 材料取樣選取人工氣候箱中各處理小區的盆栽稻穗8穗，去除病粒與秕粒，然后將籽粒混合，部分籽粒于液氮中冷凍30 s后進行冷凍干燥，于-70 ℃超低溫冰箱中保存，用于稻穗種子萌芽發生的相關生理生化指標測定；另一部分籽粒立即進行酶活性測定

可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[5]；α-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸法[6]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[6]。

1.2.4 數據處理 數據統計分析采用SPSS 19.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 赤霉素對金23B和V20B種子和田間稻穗種子發芽勢的影響

由表1、表2可知，赤霉素處理顯著提高了實驗室內種子的發芽勢，處理水稻稻苗后，同樣提高了稻穗種子的發芽勢，表明赤霉素通過打破休眠提高了離體種子與大田稻穗種子的發芽勢。這與目前農業生產上制育種過程中為提高母本柱頭外露率達到花期相遇，在苗期噴施赤霉素打破包頸以提高雜交育種的制種產量，在陰雨天氣，殘留于稻穗種子內的赤霉素可誘發田間稻穗種子萌芽的現象一致。

表1 赤霉素對金23B和V20B種子發芽勢的影響

注：*表示與對照相比在0.05水平上差異顯著。表2同。

表2 赤霉素對金23B和V20B稻穗種子發芽勢的影響

2.2 赤霉素對金23B和V20B種子和田間稻穗種子α-淀粉酶活性的影響

由圖1、圖2可知，實驗室與大田2個不同階段同對照相比均提高了2個品種種子內α-淀粉酶活性，與趙玉錦等研究水稻種子萌發過程中赤霉素有誘導α-淀粉酶活性、促進種子萌發的結論[7]一致。在種子萌發浸種的24 h(培養 0 h)、培養24 h與大田培養24、48 h相比發現，實驗室內種子萌發處理比大田培養中α-淀粉酶活性要高，同時種子的發芽率也是前者高于后者，表明種子的萌發與α-淀粉酶活性呈正相關，與前人研究結論[7]一致。但是實驗室內種子萌發培養的48 h與大田培養的72 h相比，α-淀粉酶活性在2個品種中前者基本上低于后者，而發芽率前者高于后者，可知離體種子萌發過程與水稻在田間稻穗萌芽過程不是由α-淀粉酶活性單因素控制的，而是隨著種子萌發生長，其機制變為一個相對更為復雜的過程。在早期48 h內，用赤霉素處理種子，對實驗室內促進離體種子發芽的效果比大田培育整株植株的效果要好。

2.3 赤霉素對金23B和V20B種子和田間稻穗種子可溶性糖含量變化的影響

由圖3、圖4可知，用赤霉素處理后，在實驗室與大田2個不同階段，均提高了2個品種種子內可溶性糖的含量，且2個材料品種在2個階段其可溶性糖含量變化規律相同，均呈現出先升后降的變化趨勢，2個品種實驗室種子萌發可溶性糖含量高于大田稻穗萌芽的相應含量，這與種子發芽率一致，可溶性糖含量越高，越易促進發芽，與楊浚等認為可溶性糖含量較高更易導致稻穗萌芽的結論[8]相吻合，但不同品種間，處理后的V20B種子中可溶性糖含量反而比金23B低，這可能與金23B在種子萌芽時需要提供更多的能源物質滿足發芽的生理代謝有關。

2.4 赤霉素對金23B和V20B種子和田間稻穗種子可溶性蛋白含量的影響

由圖5、圖6可知，用赤霉素處理后，在實驗室離體種子萌發過程中，增加了金23B中可溶性蛋白含量，減少了V20B中可溶性蛋白含量。在大田稻穗形成過程中，金23B可溶性蛋白含量雖然變化規律與對照相同，對可溶性蛋白含量的影響呈現出先升再降的變化規律，而對照可溶性蛋白含量在 48 h 低于處理組。V20B對照可溶性蛋白含量變化規律是先升后降，而處理后的V20B變為先降后升的規律，即對可溶性蛋白含量的影響先促進再降低。可知種子萌發與可溶性蛋白含量在不同品種間、同一品種不同階段，其變化規律不是簡單的相關，而是一個相對更為復雜的過程。

3 結論與討論

赤霉素的生理作用有促進種子萌發、打破休眠、誘導 α-淀粉酶的合成等[9-12]，本試驗用濃度為110 mg/L的外源赤霉素處理離體種子與大田稻苗，促進了種子的發芽與提高了大田稻穗種子的萌芽率，印證了目前雜交水稻在大田制育種過程中為解除不育系包頸，以提高母本柱頭外露率，大量施用赤霉素，達到母本與父本花期相遇而提高制育種過程中種子產量，殘留于種子中的赤霉素，遇陰雨天氣時引起田間稻穗發生萌芽的現象相吻合[13]。

外源赤霉素處理促進離體種子與大田稻穗的萌發主要是通過改變種子內生理特性。研究發現，在大田栽培與實驗室內2個不同階段，處理同對照相比，促進了種子內α-淀粉酶活性，為胚乳中更多的淀粉在α-淀粉酶的作用下分解為更多的可溶性糖類物質，以滿足胚生長發育，與相關研究提出的赤霉素有促進種子內α-淀粉酶活性的提高、加快種子的代謝，從而提高種子發芽率結論[14-17]相一致。

2個品種在不同時期，處理與對照比較，明顯促進了種子內可溶性糖含量，且其含量越高，越有利于種子的萌芽，故可溶性糖是直接影響種子萌發的最主要因素，楊浚等認為可溶性糖含量可以作為穗發芽抗性選擇的一個指標[18]，朱美榮等認為小麥穗萌的生理特點主要歸因于籽粒內部長時間較高濃度的可溶性糖、α-淀粉酶、多酚氧化酶等的存在[18]。但是不同品種間，水稻易穗萌的V20B品種受赤霉素處理后可溶性糖含量反而低于金23B，其原因還有待進一步研究。

可溶性蛋白含量處理與對照比較，同一品種在不同階段，2個不同品種，其變化規律不是呈簡單的相關，而其生理變化過程更為復雜，受多因素同時影響。

外源赤霉素處理種子與稻穗苗都具有促進種子萌發的作用，但對兩者產生的生理影響卻有一定的差異，對實驗室內離體種子的萌發產生的效果比大田稻穗促進萌發的效果要好，由于種子萌芽過程相對較為簡單，是由靜態向活躍態轉變的一個過程，而田間稻穗種子的萌芽，除有種子萌芽的生理規律，還受稻株母體自身的生理代謝與調控影響，是有機物質向種子中不斷轉運，同時又不斷對貯藏有機物質消耗的過程，是一個由動態向動態變化的過程。田間稻穗萌芽率低于離體種子的萌發率可能還與稻穗種子田間穎殼有發芽抑制物、自身胚未完成后熟、穗部結構[19]等均有關，有時環境中的濕度與晝夜溫度的變化[20]等多因素都會對稻穗的萌芽產生影響，田間稻穗的萌發雖然比種子萌發過程要復雜得多，但是雜交制育種過程中使用外源赤霉素是引起田間稻穗萌發的主要因素之一。

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