朱泯亦，曹棟棟，王利，楊佳恒，趙光武*

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院 浙江省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改良技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021； 3.湖州科奧種業(yè)有限公司，浙江 湖州 313000)

水稻是主要的糧食作物之一，全球超過50%以上的人口以稻米為主食[1]。稻米的淀粉粒小，易于消化吸收，其中還含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)。而種子作為農(nóng)業(yè)最基礎(chǔ)的生產(chǎn)資料，其質(zhì)量的高低決定了種子萌發(fā)、生長發(fā)育、抗性和產(chǎn)量等綜合表現(xiàn)，是制約農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收的主要因素。種子活力作為全面衡量種子綜合質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)和增加產(chǎn)量的主要因素而受到了廣泛的關(guān)注[2-3]。

激素作為植物生長調(diào)控的主要化學(xué)物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研究中被廣泛應(yīng)用，其對(duì)植物的生長發(fā)育、花期調(diào)節(jié)、種子的成熟與衰老，以及休眠與萌發(fā)等均有顯著影響。程建平等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在水稻破口或始穗期施用15.0～22.5 g·hm-2的GA3有利于縮短抽穗時(shí)間，提高種子結(jié)實(shí)率和千粒重，進(jìn)而提高產(chǎn)量。王豐等[5]認(rèn)為，外源激素IAA通過提高源器官光合速率、同化物的轉(zhuǎn)化和庫容活性等途徑促進(jìn)籽粒灌漿。Zhao等[6]研究表明，25 ℃黑暗條件下，不同品種的馬尾松種子在不同濃度的IAA和GA3溶液中浸種24 h后，種子的發(fā)芽率和幼苗活力顯著升高。6-BA作為一種重要的植物激素，主要由根系合成后，經(jīng)傳輸組織傳遞到地上各部分器官并發(fā)揮生理作用，起到促進(jìn)細(xì)胞分裂和延緩植物衰老的作用[7]。肖琳等[8]在水稻初花期噴施蕓苔素內(nèi)酯(BR)發(fā)現(xiàn)，BR可顯著增強(qiáng)葉片的生理代謝，促進(jìn)劍葉葉片中葉綠素的合成、可溶性糖和淀粉的積累，以及光合速率和灌漿速率的提高，從而增加結(jié)實(shí)率和千粒重。王豐等[9]的研究表明，乙烯在水稻灌漿過程中的主要作用為促進(jìn)籽粒灌漿終止和種子成熟。乙烯對(duì)種子的休眠和萌發(fā)也具有調(diào)控作用[10]。此外，激素對(duì)植株的生長發(fā)育調(diào)節(jié)過程極其復(fù)雜，制種過程中的肥水管理、溫度和成熟度等環(huán)境條件不僅會(huì)影響種子活力的形成，而且也會(huì)對(duì)激素噴施效果造成影響，進(jìn)而影響種子的活力[1, 11-15]。

綜上可知，激素對(duì)植物的生長發(fā)育調(diào)節(jié)、種子的活力和產(chǎn)量等均有一定的促進(jìn)作用。迄今為止，激素對(duì)水稻制種的調(diào)控研究主要集中在植株的生長發(fā)育、花期調(diào)節(jié)和成熟種子的處理等方面，但趕粉后或灌漿期間其對(duì)雜交水稻種子活力和產(chǎn)量影響的研究較少。本文以雜交水稻為材料，比較趕粉后不同時(shí)期噴施不同類型和濃度的外源激素對(duì)雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響，為高活力雜交水稻種子生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于浙江省余杭鎮(zhèn)仙宅村浙江農(nóng)科種業(yè)有限公司試驗(yàn)基地，地理坐標(biāo)為30°09′～30°34′N， 119°40′～120°23′E，處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量1 391.8 mm，年平均氣溫15.3～16.2 ℃，氣候溫暖濕潤，光照充足，雨量充沛，且土壤礦質(zhì)元素和有機(jī)物等含量豐富，為雜交水稻種子生產(chǎn)提供了良好的條件。

1.2 處理設(shè)計(jì)

于2014年6月播種，以雜交水稻II優(yōu)7954(不育系II-32A×恢復(fù)系浙恢7954)為材料，父母本行比1∶8，制種面積為667 m2。抽穗揚(yáng)花期為8月7日，分別于趕粉后第5、12和19天噴施不同類型與濃度的激素。采用五點(diǎn)取樣法，以小區(qū)對(duì)角線的中點(diǎn)作為中心抽樣點(diǎn)，在對(duì)角線上選擇4個(gè)與中心樣點(diǎn)距離相等的點(diǎn)作為樣點(diǎn)。各點(diǎn)噴施和取樣面積均為0.2 m2。GA3濃度分別為0、0.025、0.075、0.250 mg·L-1，6-BA濃度分別為0、25.0、37.5、50.0 mg·L-1，IAA濃度分別為0、7.5、15.0、22.5 μmol·L-1，BR濃度分別為0、0.01、0.02、0.03 mg·L-1，ETH濃度分別為0、0.3、0.6、0.9 g·L-1。趕粉后30 d收獲種子，自然干燥，于4 ℃低溫環(huán)境下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 指標(biāo)測定

種子干燥清選后，隨機(jī)數(shù)取100粒種子，3次重復(fù)，用濃度為0.2%的三氯異氰尿酸溶液浸種24 h破除種子休眠。將清洗后的種子均勻地平鋪于發(fā)芽盒中無菌濕潤的紙床上，然后將種子置于30 ℃光照8 h(光照強(qiáng)度為12 000 lx))和20 ℃黑暗16 h的培養(yǎng)箱中，連續(xù)培養(yǎng)14 d。期間，每天記錄發(fā)芽種子的數(shù)量并適量補(bǔ)充水分，對(duì)表面霉變的種子取出洗滌后放回原處，發(fā)霉情況較嚴(yán)重(超過5%)的及時(shí)更換發(fā)芽紙。種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)細(xì)則與標(biāo)準(zhǔn)參照ISTA標(biāo)準(zhǔn)[16]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

應(yīng)用Microsoft 2010和SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并進(jìn)行多重比較。百分率數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行多重比較，轉(zhuǎn)換公式為y=arcsin[sqrt(x/100)]×180/3.141 592 654。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA3對(duì)種子活力和產(chǎn)量的影響

由表1可知，趕粉后第5天對(duì)雜交水稻II優(yōu)7954噴施0.075 mg·L-1的GA3，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較高，分別較對(duì)照提高了6.8%、4.5%和1.5%；GA3濃度為0.25 mg·L-1時(shí)產(chǎn)量最高，每667 m2產(chǎn)量達(dá)199.0 kg，較對(duì)照增長了26.9%，但差異不顯著。在趕粉后第12天噴施0.25 mg·L-1GA3，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最大，分別比對(duì)照增長了18.0%、17.1%和14.2%；GA3濃度為0.025 mg·L-1時(shí)產(chǎn)量最高，較對(duì)照增長了12.5%，但差異不顯著。趕粉后第19天噴施不同濃度的GA3，其種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均在GA3濃度為0.25 mg·L-1時(shí)最大，較對(duì)照分別增加了12.8%、16.8%和11.1%；在GA3濃度為0.075 mg·L-1時(shí)增產(chǎn)效果最好，較對(duì)照增加23.5%。

2.2 6-BA對(duì)種子活力和產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，于趕粉后第5天噴施50 mg·L-1的6-BA，對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子的活力和產(chǎn)量提高效果均較佳，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和產(chǎn)量分別較對(duì)照增加了8.0%、13.2%、10.0%和70.2%，其中產(chǎn)量較對(duì)照有顯著提高。趕粉后12 d，II優(yōu)7954雜交水稻經(jīng)25 mg·L-16-BA噴施后，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較大，分別較對(duì)照增加了11.7%、10.0%和11.6%，但未達(dá)到顯著性水平，6-BA濃度為37.5 mg·L-1時(shí)產(chǎn)量最高，較對(duì)照增加了43.0%。在趕粉后第19天噴施50 mg·L-16-BA，II優(yōu)7954種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較大，分別較對(duì)照增長了12.1%、11.3%和11.0%，而產(chǎn)量則在6-BA濃度為25 mg·L-1時(shí)最高，較對(duì)照增產(chǎn)了4.5%，差異均未達(dá)到顯著水平。

2.3 IAA對(duì)種子活力和產(chǎn)量的影響

由表3可知，在趕粉后第5天噴施22.5 μmol·L-1IAA，II優(yōu)7954雜交水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均較大，分別較對(duì)照增加了15.9%、14.7%和11.1%，產(chǎn)量略有下降，但不同處理間各指標(biāo)差異均不顯著。趕粉后第12天，雜交水稻II優(yōu)7 954種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)在IAA濃度為7.5 μmol·L-1時(shí)達(dá)到最大值，分別較對(duì)照增加了6.5%、1.6%和5.5%，產(chǎn)量在IAA濃度為22.5 μmol·L-1時(shí)最高，增產(chǎn)了8.7%。趕粉后第19天，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均隨著噴施IAA濃度的升高逐漸下降，即種子在生長發(fā)育至成熟后期，噴施IAA對(duì)提高種子活力效果不明顯，但可顯著提高產(chǎn)量。

表1 GA3對(duì)雜交水稻II優(yōu)7954種子活力和產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。表2～5同。

表2 6-BA對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

表3 IAA對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

2.4 BR對(duì)種子活力和產(chǎn)量的影響

表4表明，在趕粉后不同時(shí)期噴施不同濃度的外源激素BR對(duì)雜交水稻種子的活力和產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)作用。其中，在趕粉后第5天噴施0.02 mg·L-1BR對(duì)種子的活力和產(chǎn)量提高效果均最好，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、產(chǎn)量分別較對(duì)照提高了6.8%、5.5%、5.8%和3.0%，但差異均不顯著。趕粉后第12天，BR濃度為0.03 mg·L-1時(shí)種子活力表現(xiàn)最好，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別較對(duì)照增加了10.6%、8.4%和10.5%，BR濃度為0.02 mg·L-1時(shí)產(chǎn)量增加了40.5%，差異均不顯著。趕粉后第19天，噴施0.03 mg·L-1BR后，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)較對(duì)照分別增長了7.0%、7.0%和11.7%，BR濃度為0.01 mg·L-1時(shí)增產(chǎn)效果最好，產(chǎn)量增加了33.7%，但差異均不顯著。

表4 BR對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

2.5 ETH對(duì)種子活力和產(chǎn)量的影響

由表5可知，II優(yōu)7954雜交水稻在趕粉后第5天噴施不同濃度的ETH，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的降低，并且隨著ETH濃度的增加，降低趨勢加快。隨著灌漿期的延長，噴施不同濃度的ETH對(duì)種子的活力和產(chǎn)量均有促進(jìn)作用。在趕粉后第12天噴施0.9 g·L-1的ETH，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和產(chǎn)量均達(dá)到最大值，分別較對(duì)照增加了14.3%、16.3%、22.7%和35.9%。于趕粉后第19天噴施0.3 g·L-1的ETH對(duì)提高種子的發(fā)芽率和產(chǎn)量具有較好的效果，分別比對(duì)照提高了10.5%和27.3%，而ETH濃度為0.6 g·L-1時(shí)種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)較高，分別比對(duì)照增加了6.5%和18.1%，但差異不顯著。

表5 ETH對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，不同類型和濃度的外源激素在趕粉后不同時(shí)期噴施均會(huì)對(duì)水稻種子活力和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。其中，趕粉后第19天對(duì)雜交水稻II優(yōu)7954噴施濃度為0.25 mg·L-1的GA3，收獲種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)等與種子活力密切相關(guān)的指標(biāo)較其他GA3處理大，產(chǎn)量也有提高。在趕粉后第5天，噴施濃度為50 mg·L-1的6-BA對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子活力和產(chǎn)量的提高效果較其他6-BA處理表現(xiàn)突出。劉紹權(quán)等[17]的研究結(jié)果也表明：在灌漿前期6-BA主要促進(jìn)籽粒灌漿速率和粒質(zhì)量的增加，而在灌漿中、后期主要的作用是延長灌漿期和延緩籽粒衰老。IAA對(duì)提高種子活力的總體趨勢為，隨著趕粉后種子灌漿時(shí)間的延長和IAA濃度的增加，種子活力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，趕粉后第12天噴施7.5 μmol·L-1的IAA，種子活力提高效果最好，而后隨著灌漿時(shí)間的延長和激素濃度的增加，種子活力呈下降趨勢。Liu等[18]研究表明，IAA對(duì)種子休眠有積極的調(diào)節(jié)作用，并認(rèn)為IAA是繼ABA之后促進(jìn)種子休眠的第二類激素。所以進(jìn)入灌漿后期的種子可能因IAA的噴施而促進(jìn)其進(jìn)入休眠狀態(tài)，導(dǎo)致種子活力下降，并且隨著濃度的增加，其活力下降趨勢明顯。BR和ETH對(duì)提高II優(yōu)7954雜交水稻種子活力的最佳處理均為趕粉后第12天，激素濃度分別為0.03 mg·L-1和0.9 g·L-1。其中，在趕粉后第5天對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻種子噴施不同濃度的ETH，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)等與種子活力密切相關(guān)的指標(biāo)均較對(duì)照組降低，并且隨著ETH濃度的增加，降低幅度加大。這可能與種子發(fā)育初期內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)的積累較少，種子發(fā)育不充分，活力尚未形成有關(guān)，而噴施ETH后不僅抑制生長素的轉(zhuǎn)運(yùn)和合成[1]，而且還加快了植株的衰老和果實(shí)成熟[19-20]，從而導(dǎo)致種子的活力下降。Calvo等[21]和Speer等[22]研究也發(fā)現(xiàn)，噴施外源激素ETH可促進(jìn)種子打破休眠和促進(jìn)未休眠的種子在逆境條件下萌發(fā)，所以在趕粉后第12、19天，種子得到進(jìn)一步的發(fā)育和成熟后，噴施ETH對(duì)種子活力的提高具有促進(jìn)作用。

綜合以上結(jié)果可知，在趕粉后不同時(shí)期，對(duì)II優(yōu)7954雜交水稻噴施不同類型的激素對(duì)種子的活力和產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)作用。其中，在趕粉后第5天噴施50 mg·L-1的6-BA，種子的活力和產(chǎn)量較其他6-BA處理的大，但差異均不顯著，而經(jīng)GA3、IAA、BR和ETH處理后種子的活力和產(chǎn)量的最佳值均集中在趕粉后第12～19天。其中，在趕粉后第12天噴施0.9 g·L-1的ETH對(duì)雜交水稻種子活力的提高幅度較其他激素處理大，產(chǎn)量也較高。所以，建議趕粉后第12～19天進(jìn)行外源噴施激素，可有效提高II優(yōu)7954雜交水稻的制種質(zhì)量和產(chǎn)量。但是，種子在發(fā)育成熟過程中，其活力的形成不僅受到母株遺傳因素的制約[23]，外界環(huán)境也對(duì)種子活力的形成產(chǎn)生較大的影響。目前，對(duì)種子活力的研究主要集中在表型和生理生化指標(biāo)，成熟度對(duì)活力的影響研究也存在一定局限性[24]，并且激素對(duì)種子活力的調(diào)控不僅存在差異，而且調(diào)控機(jī)理也尚不明確[10]。因此，在趕粉后不同時(shí)期噴施不同類型和濃度的外源激素對(duì)種子活力影響的內(nèi)在機(jī)理，以及在不同作物中的表現(xiàn)還有待于進(jìn)一步的研究。