水稻種子休眠調控與破除技術的發展

張 萍，張 雯，王亞清

(安徽荃銀高科種業股份有限公司 安徽，合肥 230031)

種子休眠雖然能夠避免貯存過程中產生不必要的消耗，但是若是休眠程度較深，或是不在實際播種前實施有效處理，會導致農作物減產。基于此，研究并合理應用種子休眠調控技術極為必要。

1 水稻種子休眠的機理分析

1.1 種皮障礙

種皮為存在于水稻種子種胚與胚乳之外的所有組織，其會對水稻種子的順利萌發產生一定的束縛性影響，這一阻礙作用可以從以下幾方面入手進行理解：第一，水稻種子的種皮擁有機械阻礙特性，束縛胚芽的伸出動作，從而降低水稻種子的萌發率。第二，水稻種子的種皮擁有抑制性作用，使得不利于種子萌發的物質難以順利排出種胚，由此促使水稻種子的萌發率下降。第三，水稻種子的種皮與第二種皮相同，均會對種胚的生長造成一定程度的阻礙。

1.2 環境因素

如果水稻種子正處于生長發育階段，光照、溫濕度、水分含量等環境因素均會對水稻種子的休眠深入度產生一定程度的影響。具體而言，若是水稻種子長時間處于高溫、高濕度的環境條件下，其休眠狀態能夠被迅速打破；若是將水稻種子長時間存放在光照強度小或是黑暗的環境條件下，其休眠狀態長時間保持且程度更深，需要在播種前引入后熟作用以及萌發處理。另外，為促使水稻種子長時間休眠，一般會將其存放在4℃左右的低溫環境中；為促使水稻種子的休眠狀態被有效破除，需要將其轉入50℃的環境中實施高溫干燥處理，加速水稻種子萌發。

1.3 植物激素的調節

第一，脫落酸與赤霉素。脫落酸主要承擔著促進水稻種子內合成脂肪以及儲藏蛋白的任務，使得水稻種子轉入休眠狀態，阻礙著水稻種子的萌發與生長；赤霉素能夠解除水稻種子的休眠狀態，支持水稻種子更好萌發與生長。第二，其他激素。生長素、乙烯、細胞分裂素等也能夠對水稻種子的休眠狀態造成一定程度的影響。

2 水稻種子休眠調控的現行技術手段探究

2.1 水稻種子休眠的物理調控技術

2.1.1 種植管理 第一，品種的選擇。當環境條件維持在成熟期多雨或是種子貯藏期容易發芽的狀態下時，為了避免產生更大的農業損失，普遍會對水稻種子的休眠期進行延長處理，或是直接加深水稻種子的休眠程度。實踐中，想要實現對水稻種子休眠的更好調控，需要切實參考種植需求以及環境條件選取具備一定休眠期的品種。第二，溫度處理。（1）預先冷凍法。在使用該方法調控與破除水稻種子休眠狀態的過程中，需要提前完成濕潤發芽基床的準備，并將水稻種子放置在其上方；轉移至5-10℃的環境中，對水稻種子實施預先冷處理，持續時間長度維持在3天左右即可；完成冷處理后，將水稻種子連同發芽基床共同轉移至發芽箱內，設定溫度為20℃即可，以此驅動水稻種子萌發。（2）加熱干燥法。在使用該方法調控與破除水稻種子休眠狀態的過程中，需要將水稻種子鋪平，放置于通風條件較為理想的區域實施干燥處理，以此促使水稻種子中實際的含水量數值下降，提升水稻種子表皮的通透程度，由此達到調控與破除水稻種子休眠狀態的效果。實踐中，也可以將水稻種子轉移至干燥箱內實施前處理，調整干燥箱溫度為30℃-35℃，時間長度維持在3-5d，隨后再調整溫度促進水稻種子萌發即可。第三，除去抑制物質。想要剔除水稻種子表皮中存在的發芽抑制物質，可以將相應水稻種子投放入溫水中進行浸泡處理，也可以直接將水稻種子放置在流水內實施預先洗滌處理。通過這樣的方式，可以達到清除水稻種子表皮中存在的發芽抑制物質的效果。實踐中，需要參考種子投入量以及農作物種子發芽方面的相關技術規定完成對洗滌時間長度的合理設定；完成洗滌后，應當對水稻種子落實干燥處理，且在此過程中重點保證干燥溫度合理，一般來說，要將該溫度維持在25℃及以內。

2.1.2 基于物理手段的種子處理 第一，機械處理。依托人工操作的方式，削破或是挫傷水稻種子表皮，也可以對其表皮實施穿刺處理，從而達到改變水稻種子表皮透氣性以及透水性的效果，為水稻種子的更好萌發創造良好條件。在此過程中，也可以利用砂紙對水稻種子表皮實施摩擦處理，從而達到破除水稻種子休眠狀態的效果。第二，層積處理。低溫層積處理是現階段解除水稻種子休眠狀態的一種常用方法，實踐中，主要將水稻種子放置在濕沙內，轉移至溫度為1℃-10℃的環境中；設定放置時間維持1-3個月，依托這樣的處理操作，可以達到有效解除水稻種子休眠狀態的效果。在此過程中，水稻種子內所包含著的抑制物質脫落酸總體含量表現出下降趨勢，相對應的，赤霉素、細胞分裂素等物質的總體含量水平呈現出逐步提升的狀態，從而達到促進水稻種子萌發的效果。第三，射線處理。依托超聲波、X射線、電離輻射等對水稻種子進行處理，或是落實光照處理，同樣能夠達到打破水稻種子休眠狀態的效果。需要注意的是，如果射線處理的時間相對較長，則水稻種子內的遺傳物質會發生變化，且難以在停止射線刺激后恢復至原本狀態。因此，需要合理設定射線處理的強度與時間。

2.2 水稻種子休眠的化學調控技術

2.2.1 抗穗發芽藥劑的投放 在實際的水稻制種工作中，需要著重解決穗發芽問題。受到環境高溫多雨、赤霉素的噴施等多種因素的影響，水稻制種中發生穗發芽現象的概率偏高，從而使得水稻種子的制備質量下降。基于這樣的情況，在當前依托化學手段調控水稻種子休眠期的研究與操作實踐中，投放抗穗發芽藥劑的受關注程度維持在較高水平。對水稻種子休眠期的形成、解除過程展開深入分析，能夠了解到，植物激素在整個過程中均發揮著較為重要的作用，具體而言，脫落酸與赤霉素在水稻種子休眠狀態的調控方面所發揮出的效果截然不同，脫落酸主要承擔著促進水稻種子內合成脂肪以及儲藏蛋白的任務，使得水稻種子轉入休眠狀態，阻礙著水稻種子的萌發與生長；赤霉素能夠解除水稻種子的休眠狀態，支持水稻種子更好萌發與生長。

2.2.2 破休眠藥劑的投放 當水稻種子處于休眠狀態時，難以實現對水稻發芽率的提升，這并不利于水稻育種進程加速以及早播操作的實施。實踐中，可以通過投放破休眠藥劑達到解除水稻種子休眠狀態的效果，此時，可以投放的藥劑主要有過氧化氫、氯精、硝酸等稀釋溶液，將水稻種子浸入其中，從而完成對水稻種子休眠狀態的高質量解除。為了實現在破除水稻種子休眠狀態的基礎上，避免水稻種子的生物活性喪失，獲取更為理想的水稻發芽率，可以將投放的過氧化氫稀釋液濃度維持在5%，并同時引入0.25g/L 的赤霉素；如果選用氯精實施破除水稻種子休眠狀態處理，則需要將相應稀釋液的濃度維持在1:125，由此獲取更為理想的水稻種子休眠狀態解除成效。另外，在實際的操作過程中，也可以通過單獨投放赤霉素溶液的方式對處于休眠期的水稻種子進行處理，設定赤霉素溶液的濃度為0.1%，進行浸種處理，可以收獲更為理想的水稻種子休眠狀態破除效果。

2.2.3 乙烯調控種子休眠 在潮濕氣候條件下，水稻種子出現穗發芽現象的概率大幅增加，并不利于水稻種植產量的維護以及制種工作的高質量展開。為更好規避穗發芽問題的發生，需要確保水稻種子成熟后能夠進入長度合理且強度適當的休眠期。需要注意的是，如果水稻種子進入深度休眠狀態，則同樣會產生出苗率低的現象，最終降低水稻種植產量。結合當前的研究能夠了解到，赤霉素、脫落酸等植物激素能夠發揮出調節水稻種子休眠期的效果，除此之外，乙烯在調控水稻種子休眠期的過程中也能夠發揮出較為理想的作用，值得深入性探索。

2.3 新技術的研究

2.3.1 水稻超干種子耐熱性的利用 選取具備休眠性的水稻超干種子轉移至85℃的環境下實施高溫干烘處理，持續時間設定為24h，即可實現對相應水稻種子休眠狀態的有效破除，驅動水稻種子的實際發芽率表現出明顯提升的趨勢。需要注意的是，如果選取干種子使用與上述表述保持一致的方法進行處理，則無法實現對干種子休眠狀態的解除，所獲取的相應水稻種子發芽率趨近于零。造成這一現象的主要原因在于兩種水稻種子中的含水量存在差異性，相比于干種子來說，水稻超干種子所具備的含水量維持在更低水平，所以擁有更強的耐高溫能力。

想要更好利用水稻超干種子的耐熱性完成對休眠狀態的高質量破除，需要著重把握其相應種子的處理方法。一般來說，當水稻種子的含水量維持在10%-13%的條件下時，將其轉入60℃-65℃的環境下實施高溫干烘處理，持續時間設定在18-24h即可，此時可以將水稻種子的含水量下降至5%-7%左右，保證水稻超干種子的耐熱性在破除種子休眠狀態過程中的優勢性得到最大程度的發揮。同時，還需要設定更為合理的高溫干烘處理時間長度以及溫度參數。在當前的實踐中，普遍認定基于水稻種子休眠狀態破除的高溫干烘處理最優時間長度為12-48h，最優處理溫度為75℃-85℃。實踐中，如果所選取的水稻種子為處于輕度休眠狀態的水稻超干種子，那么可以將基于水稻種子休眠狀態破除的高溫干烘處理時間長度控制在12-24h，處理溫度維持在75℃-80℃的范圍內即可；如果所選取的水稻種子為處于重度休眠狀態的水稻超干種子，那么可以將基于水稻種子休眠狀態破除的高溫干烘處理時間長度控制在24-48h，處理溫度維持在80℃-85℃的范圍內即可。另外，在完成對水稻超干種子的高溫干烘處理后，還需要進一步組織浸種與催芽操作，一般將完成處理的種子進行冷卻，隨后利用普通性浸種催芽處理模式即可。

2.3.2 基因編輯技術的利用 在實際的水稻種植生產過程中，存在著部分水稻種子在剛剛完成收獲后就轉入休眠狀態的情況，此時需要利用一定處理方式破除相應水稻種子的休眠狀態。雖然水稻種子的休眠是其適應自然環境的一種較為常見的方式，能夠一定程度降低水稻收獲后不必要發芽損失的產生，但是這一狀態也會阻礙后續生產或是科研工作的展開，所以需要落實適當的調控與打破處理。在當前的研究中，形成了一種基于基因編輯技術的水稻種子休眠狀態調控與解除方式，具體而言，可以利用CRISPR/Cas9基因編輯技術突變OsVP1基因完成對水稻種子休眠狀態的高效性解除。對于OsVP1基因而言，其涵蓋在轉錄因子的范疇內，主要承擔著對水稻種子發育以及脫落酸信號進行調控的任務。出于對解除水稻種子休眠狀態的考量，可以將OsVP1 基因設定為靶標，結合對CRISPR/Cas9基因編輯技術的引入，在T0代轉化苗中實現對編輯植株的獲取。在OsVP1基因的靶標位點中，主要存在著多種突變類型（4種），且具有遺傳性、T-DNA 依托分離操作也能夠在T1 代中刪除。而在編輯植株內，與脫落酸信號、赤霉素信號相關聯的基因表達均發生一定程度的變化，相比于未經過處理的植株，純合突變株內所擁有的突變基因表達量更多。總體而言，通過引入基因編輯技術，能夠到達高質量調控與解除水稻種子休眠狀態的效果。

3 總結

綜上所述，休眠是水稻種子適應自然的重要方式，能夠一定程度降低水稻收獲后不必要發芽損失的產生，但是這一狀態會使得水稻種子的發芽率維持在較低水平，甚至為零，從而導致出苗參差不齊、作物減產，所以需要落實適當的調控與打破處理。實踐中，可以利用種植管理、種子處理等物理調控技術以及抗穗發芽藥劑的投放、破休眠藥劑的投放等化學調控技術完成對水稻種子休眠的合理調控以及高質量破除。在當前的發展中，水稻超干種子耐熱性的利用、基因編輯技術等新技術手段也逐步形成并推廣應用，實現種子休眠調控的技術升級。