成熟度對5 個常規粳稻種子質量的影響

王 利， 李嘯天， 趙光武

（浙江農林大學 農業與食品科學學院 浙江省農產品品質改良技術研究重點實驗室， 浙江 杭州311300）

水稻Oryza sativa是中國的第一大糧食作物， 隨著人口的不斷增長和耕地面積的逐年減少， 提高水稻單位面積產量對有效保障國家糧食安全具有重要的意義［1］。 隨著人們飲食習慣的改變和對生活質量要求的提高， 具備優良品質的常規水稻稻米越來越受到歡迎， 種植面積也在不斷地回升［2］。 但是， 常規水稻尤其是常規晚稻品種的生育期長， 受低溫、 陰雨等惡劣環境條件影響大， 與雜交水稻相比， 生育后期繁種技術挑戰巨大。 種子作為遺傳物質的主要載體， 其質量高低直接決定了種子萌發、 生長發育、 抗性、 產量等綜合表現。 種子活力作為評價種子質量最可靠的指標［3］， 在反映種子田間出苗率、 耐儲性以及抵御不良環境和病蟲雜草的能力上具有重要的參考價值。 種子活力在種子生長發育過程中逐漸形成并在生理成熟期達到高峰［4-5］。 目前， 水稻種子的收獲主要是依據經驗進行， 不當采收時間常對種子質量和產量造成較大的影響。 近年來， 不少學者通過研究種子發育成熟過程中的形態特征和生理變化判斷種子的最佳收獲期， 但不同作物和品種之間存在差異較大［6-12］， 不同常規粳稻品種在成熟過程種子質量的變化以及最佳收獲時期的報道較少， 利用種子質量確定常規粳稻種子最佳收獲時期的研究更是空白。 因此， 了解常規粳稻種子發育成熟過程， 掌握種子質量的變化規律， 從而確定種子的最佳采收時期， 對獲得高質量常規粳稻種子及促進農業生產和提高稻米品質具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 樣地基本概況

樣地位于浙江省湖州市妙西鎮渡善村（30°49′N， 119°59′E）， 屬亞熱帶季風氣候， 四季分明， 年平均氣溫為15.8 ℃， 年平均降水日為142.0～155.0 d， 年平均降水量約1 200.0 mm， 無霜期224.0～246.0 d，適宜水稻生長。

1.2 實驗設計

選用‘春江糯6 號’ （丙02-105/祥湖301）‘Chunjiangnuo 6’、 ‘紹糯9714’ ［（紹紫90-12/紹糯45//紹間9）/紹糯119］‘Shaonuo 9714’、 ‘秀水121’ （秀水134//秀水134/GF6） ‘Xiushui 121’、 ‘秀水14’ （丙95-59//測212/RH///丙03-123） ‘Xiushui 14’ 和‘浙粳70’ （秀水134/ZH0997） ‘Zhejing 70’ 常規粳稻品種為材料。 各水稻品種均為常規粳稻類型， 生育期適中， 均宜在浙江晚粳稻地區種植， 其中‘春江糯6號’ 和‘紹糯9714’ 為糯型水稻。 各品種播種日期、 播種方式及相關調查信息見表1。

表1 5 種水稻品種栽培管理方案及生長調查Table 1 Cultivation and management plan and growth survey of five japonica rice cultivars

1.3 樣品采收與處理

于盛花期（約80%稻穗揚花）后第15 天開始采樣， 隔5 d 取樣1 次， 至正常收獲后結束， 以正常收獲的種子為對照（ck）。 其中： ‘春江糯6 號’ ‘秀水121’ ‘秀水14’ 和 ‘浙粳70’ 水稻種子的正常收獲期為盛花期后73 d， ‘紹糯9714’ 為盛花期后68 d。 取樣時隨機選取1 m2， 全部收割并立即手工脫粒、 清選。 立即稱取鮮千粒重并測定種子含水量； 將種子置于網袋自然晾曬， 待種子含水量為11%～12%時， 再次稱取干千粒重。 最后將種子儲存于塑料收納箱中室溫保存待用。

1.4 指標測定與方法

1.4.1 新鮮種子含水量測定 不同時期采收的新鮮粳稻種子的水分含量參照國際種子檢驗協會（ISTA）［13］，采用預烘干處理的測定方法。 采收的粳稻種子經脫粒、 清選并稱質量后， 分別隨機取2 份， 25 g·份-1。稱取鐵絲網盒的質量記為M1， 將種子平鋪于鐵絲網盒中后再次稱質量記為M2， 然后將鐵絲網盒置于預先設定的（103 ± 2） ℃的烘箱中預烘30 min， 直至水分降到18%， 取出冷卻至室溫， 再次記錄質量記為M3。 將直徑為5 cm 的鋁盒預先烘干、 冷卻并記錄盒號， 鋁盒稱質量記為M4。 完成預烘的種子于0.5 mm篩孔的旋風磨中研磨粉碎， 迅速稱取2 份， （4.5 ± 0.5） g·份-1， 再次稱取質量記為M5。 將打開盒蓋的鋁盒連同粉末置于130～133 ℃的烘箱中烘2 h。 烘干結束后， 迅速蓋上鋁盒盒蓋并拿出冷卻至室溫， 稱質量記為M6。 令種子預烘干失去的水分（%）為S1， 得到S1=（M2-M3）/（M2-M1）×100%； 令2 次烘干后失去的水分（%）為S2， 得到S2=（M5-M6）/（M5-M4）×100%。 計算可知鮮種子含水量=（S1+S2）-（S1×S2）/100%。

1.4.2 千粒重測定 不同時期采收的新鮮粳稻種子經手工脫粒清選， 隨機數取種子1 000 粒并稱質量。待種子自然晾曬干燥后， 隨機數取種子1 000 粒并稱質量。 重復3 次取平均值。

1.4.3 標準發芽實驗 裁取15 cm × 15 cm 的專用發芽紙， 高溫高壓滅菌后平鋪于12 cm × 12 cm × 6 cm 的發芽盒； 隨機數取不同品種不同收獲時期的粳稻種子100 粒， 用質量分數為0.2%的三氯異氰尿酸浸種24 h 后， 用清水清洗， 均勻鋪在發芽紙床上。 發芽試驗條件： 30 ℃， 光照（光照度為12 000 lx）培養8 h； 20 ℃， 黑暗培養16 h。 每天記錄發芽數， 參照ISTA［13］標準于第14 天統計種子的發芽率。 發芽率=（正常發芽種子數/供試種子數）×100%。

1.5 統計分析

應用Office 2010 和SPSS 19.0（SPSS, Inc., Chicago, IL, USA）軟件對數據進行處理和分析； 采用SN-K 法進行多重比較， 百分率數據經反正弦轉換后進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同成熟度鮮種子的含水量

由圖1 可知： 種子發育初期， 各常規粳稻鮮種子含水量均較高； 隨著收獲時間增加， 鮮種子含水量逐漸降低。其中： ‘春江糯6 號’ 各生育期鮮種子含水量均較高， 成熟過程中脫水速率較慢； ‘紹糯9714’ 在盛花期后15～20 d 鮮種子含水量下降較快， 之后保持平穩降低； ‘秀水121’ 在各成熟期均較低， 盛花期后40～55 d 降低速率明顯加快； ‘秀水14’ 和‘浙粳70’ 在盛花期后25～40 d 基本保持平衡， 40 d 后下降速度加快。 對比發現： 正常采收的各粳稻品種鮮種子含水量均最低， 且不同粳稻品種之間鮮種子含水量差異較小。

2.2 不同成熟度種子的千粒重

由圖2 可知： 5 個常規粳稻種子的鮮千粒重分別于盛花期后40、 35、 45、 35 和45 d 達到最大值； 而后隨著鮮種子含水量降低， 鮮千粒重不斷降低。 5 個常規粳稻種子的鮮千粒重最大值均出現在盛花期后35～45 d。 隨著種子生育期的延長， 5 個常規粳稻種子的干千粒重不斷增加， 并分別于盛花期后55、 50、 55、 55 和55 d 達到最大值， 然后均趨于穩定或略有下降； 5 個常規粳稻的干千粒重的最大值均出現在盛花期后50～55 d。 由此認為： 鮮千粒重達到最大值時， 種子的干物質積累并沒有達到最大值。

圖1 不同生育期各粳稻品種種子的含水量Figure 1 Water content of fresh seeds harvested at different maturity stage in five japonica rice cultivars

2.3 不同成熟度種子的發芽率

由表2 可知： 不同粳稻品種種子發芽率均隨種子成熟度的增加而升高， 達到最大值后略有下降。 其中‘春江糯6 號’ ‘紹糯9714’ ‘秀水121’ 和‘秀水14’ 種子發芽率均于盛花期后50 d 達到最大值，較對照分別增加了4.7%、 3.5%、 7.1%和1.0%， ‘浙粳70’ 粳稻種子分別于盛花期后40 d 和50 d 達到最大值， 較對照增長了1.4%， 但與正常收獲的種子相比， 差異均未達到顯著性水平。 結合圖2 可知：種子干千粒重達到最大值時或達到最大值之前， 種子的發芽率已經達到最大值， 即適時早收既能保證種子千粒重， 亦可獲得發芽率較高的種子。

圖2 不同生育期各粳稻品種種子的千粒重Figure 2 1000-grain weight of different japonica rice cultivars harvested at different maturity stage

表2 不同生育期各粳稻品種的發芽率Table 2 Germination rateseeds harvested at different maturity stage in five japonica rice cultivars

表3 不同成熟度粳稻鮮種子含水量及千粒重與發芽率的相關性Table 3 Correlation between water content of fresh seeds and 1000-grain weight and germination rate of different rice seeds with different maturity

2.4 鮮種子含水量和千粒重與發芽率的相關性分析

由表3 可知： 不同粳稻品種不同成熟度收獲的種子， 鮮種子含水量、 鮮千粒重和干千粒重與發芽率均呈顯著或極顯著的相關性。 其中： ‘秀水14’ 和 ‘浙粳70’ 鮮種子含水量與標準發芽率呈顯著負相關， ‘春江糯6 號’ ‘紹糯9714’ 和‘秀水121’ 鮮種子含水量與發芽率呈極顯著負相關。 鮮千粒重和干千粒重均與發芽率呈顯著或極顯著的正相關， 不同粳稻品種種子的干千粒重與發芽率的相關系數均較鮮千粒重高。

對所有粳稻品種鮮種子含水量與發芽率建立二次項回歸方程， 得到擬合方程：y=-0.099 6x2+5.739 5x+15.883 0（R2=0.80）。 經回歸關系顯著性檢驗和回歸系數的t檢驗得知， 擬合方程具有極顯著的回歸關系，即該方程具有極顯著的統計學意義（圖3）。 因此， 當要求種子的發芽率達到85%時， 鮮種子含水量要求為17.1%～40.5%。 結合表2 可知： 當鮮種子含水量為17.1%～40.5%時， 5 個粳稻品種種子采收分別為盛花期后45～73 d（‘春江糯6 號’）、 30～68 d（‘紹糯9714’）、 30～73 d（‘秀水121’）、 30～73 d（‘秀水14’）和45～73 d（‘浙粳70’）， 對應種子的發芽率分別為85.7%～96.0%、 88.7%～98.3%、 89.3%～93.5%、 92.7%～97.0%和93.7%～95.3%。 該方程擬合結果與實驗結果一致， 因此， 可用該方程模型預測種子發芽率。

干千粒重與發芽率的回歸方程y=-0.265 1x2+13.973 0x-88.769 0（R2=0.78）， 經回歸顯著性檢驗及回歸系數t檢驗可知： 該方程具有極顯著的統計學意義（圖4）。 當要求種子的發芽率為85%時， 種子干千粒重為20.1～32.6 g。 結合圖2 可知， 當種子干千粒重為20.1～32.6 g 時， 不同品種種子采收分別為盛花期后35～73 d（‘春江糯6 號’）、 25～68 d（‘紹糯9714’）、 35～73 d（‘秀水121’）、 25～73 d（‘秀水14’ ）和40～73 d（‘浙粳70’）， 對應種子的發芽率分別為65.3%～96.0%、 72.7%～98.3%、 86.3%～93.5%、 91.7%～97.0%和93.7%～95.3%。 其中‘春江糯6 號’ 和‘紹糯9714’ 種子的干千粒重在方程求解范圍內對應發芽率的最小值均未達到85%以上， 因此， 該方程模型對種子發芽率的預測存在一定的誤差。

圖3 鮮種子含水量與發芽率的二次項回歸方程Figure 3 Quadratic regression equationbetween water content of fresh seedsand standard germination rate

圖4 干千粒重與發芽率的二次項回歸方程Figure 4 Quadratic regression equation between dry 1000-grain weightand standard germination rate

3 結論與討論

水稻種子在發育成熟過程中， 內部的脫落酸、 維生素E、 寡聚糖、 蛋白質等物質大量積累， 共同參與種子活力的形成［5］。 本研究發現： 種子千粒重隨生育期的延長不斷增加， 達到最大值后趨于穩定； 隨著采收時期的延長， 種子在植株上呼吸消耗， 導致其內部積累的有機物質含量降低。 張桂蓮等［14］研究表明： 種子在獲得最大干質量時品質最好， 之后活力和發芽率均下降。 種子完成形態成熟后， 形態特征和物理特性基本穩定， 不同類型水稻品種種子的色澤、 形狀和大小均不再變化， 并且同一品種的大粒種子較小粒種子活力更高［15-16］。 TURK 等［17］和ZAIDMAN 等［18］研究 表明： 種子的質量與活力呈顯著正相關，種子質量越大， 活力越高。 此外， 千粒重的變化受種子水分含量的影響， 不同粳稻品種的鮮種子含水量在發育初期最高， 隨著成熟度的增加， 鮮含水量逐漸降低， 至正常采收時最低， 與王艷等［19］的研究結果一致。 種子在發育成熟過程中， 鮮千粒重均較干千粒重提前達到最大值， 而干千粒重仍隨成熟度的增加持續上升， 最后與鮮千粒重逐漸接近并趨于穩定。 陳路路［20］通過研究小麥Triticum aestivum種子在成熟過程中的脫水保護機制發現： 小麥種子發育成熟進入脫水階段后， 種子內部的過氧化物酶活性、 超氧化物歧化酶活性、 可溶性糖和可溶性蛋白質含量因脫水脅迫均有不同程度的升高， 使種子耐脫水脅迫抗性增強， 因脫水而受到的損傷降低， 即成熟度越高， 鮮種子含水量越少， 其活力也越高。

常規粳稻種子的發芽率隨著生育期的延長即種子成熟度的增加而逐漸升高， 當達到最高峰時， 發芽率趨于穩定； 當收獲時期繼續延長， 種子會因環境條件的影響發生劣變和老化， 導致活力下降［19，21］。 本研究發現： ‘春江糯6 號’ ‘紹糯9714’ ‘秀水121’ 和 ‘秀水14’ 種子的發芽率最大值都在盛花期后50 d， ‘浙粳70’ 在盛花期后第40 天最大， 第45 天略有降低， 第50 天時再一次到達高點， 但差異不顯著； 相比而言， 第50 天收獲的鮮種子含水量更低而千粒重更高， 因此認為盛花期后50 d 為‘浙粳70’ 種子的最佳收獲期。 由此認為， 在種子干千粒重達到最大值時或達到最大值之前， 種子發芽率已經達到最大值， 并且其干千粒重與正常收獲的種子相比均無顯著差異， 即可以通過適當提早收獲獲得發芽率較高的種子， 而種子的千粒重和產量等也未受到顯著的影響。

相關性分析結果表明： 不同粳稻品種種子發芽率與鮮種子含水量、 鮮千粒重和干千粒重均有顯著或極顯著的相關性。 其中鮮種子含水量與種子發芽率均呈顯著或極顯著的負相關， 種子鮮千粒重和干千粒重均與種子發芽率呈顯著或極顯著正相關， 且種子干千粒重與發芽率的相關系數更高， 各品種相關性均達到極顯著水平。 二次項回歸分析發現： 5 個粳稻品種的鮮種子含水量和干千粒重與發芽率的擬合度均較高， 均達到極顯著水平。 說明通過建立回歸方程， 根據種子在發育成熟過程中鮮種子含水量及干千粒重的變化， 可對常規粳稻種子的發芽率進行快速且較準確的預測。 但通過對回歸方程建模結果的比較發現， 干千粒重與發芽率擬合方程的求解結果與實際實驗結果存在一定的差異， 其中 ‘春江糯6 號’ 和‘紹糯9714’ 不同成熟度種子的干千粒重在擬合方程求解范圍內對應的發芽率最小值未達到指定標準，可能是受到品種之間差異的影響。 這表明， 用干千粒重對種子發芽率進行建模預測存在一定的局限性。鮮種子含水量可能受品種差異的影響較小， 其對種子發芽率具有簡單、 快速和準確的預測效果。

綜上所述， 隨著成熟度的增加， 不同粳稻品種種子的質量均逐漸升高。 種子在發育成熟過程中， 千粒重和發芽率均不斷升高， 達到最大值后趨于平穩； 收獲過遲則會引起種子質量下降。 鮮種子含水量在種子發育初期較高， 隨著種子成熟度的增加則不斷降低。 種子發芽率在種子完成形態成熟時或完成形態成熟前達到最大值， 與種子發育成熟過程中的鮮種子含水量和干千粒重具有極顯著的相關性及二次項回歸關系。 通過建立回歸方程， 可根據發育成熟過程中鮮種子含水量的變化對種子發芽率進行預測。 這為常規粳稻種子適時早收及簡單、 快速和準確地預測種子發芽率提供了理論依據， 但由于品種種類較少以及區域環境的差異， 仍有待于進一步的研究。