俄引水稻种质的直播特性研究

林翠香，宋龙飞，Sergey Garkusha，宋丰顺，Zhanna Mukhina，滕 斌，甘 泉，Victor Kovalyov，余海兵，Lubov Yesaulova，倪大虎

（1安徽省农业科学院水稻研究所，合肥 230031；2安徽科技学院农学院，安徽凤阳 233100；3Federal Scientific Rice Centre/Federal State Budgetary Scientific Institution,Krasnodar Russia 350921）

0 引言

随着社会经济的快速发展，农村劳动力大量向城市转移，直接从事农业的劳动力不断减少，劳动力成本持续上升。而传统水稻种植依赖大量劳动力，导致种植水稻的成本提高，经济效益下降。水稻直播是指不经育秧移栽而直接在大田上播种的一种栽培模式，具有节省劳动力、操作简便、省时高效、生产成本低等特点，可以有效缓解水稻种植季节性生产对大量劳动力需求的矛盾，受到种植户的青睐，近年来呈扩大的趋势[1-4]。

然而，在水稻直播过程中，由于土壤温度相对较低，且易遭受低温冷害等不良环境，影响稻谷的萌动；而发芽后的稻谷，因上面覆盖一定厚度的土层，稻芽露出地面会受到阻力。因此，直播水稻常常会出现出苗不齐，不能一播全苗，造成后期䓍害严重，丰产性不足。这已成为制约水稻直播发展的主要因素[1-8]。

研究发现，水稻中胚轴的长度与水稻顶土出苗能力相关。短中胚轴的水稻品种出苗的动力源主要来自芽鞘节的伸长，出苗能力差；而长中胚轴的水稻品种出苗由芽鞘节和中胚轴共同作用，出苗动力强[9-10]。因此，在直播水稻中，选用长中胚轴品种，出苗时间短、速度快，有利于提高出苗率和整齐度[9-14]。常玉卉等[15]对来自于中国、美国和印度的74份高粱的胚轴和芽鞘长度进行测量，获得9份长胚轴品种。陈冰嬬等[16]对北方地区84份不同类型的高粱品种进行研究，筛选出‘Z210’和‘Z225’两个极长中胚轴的地方高粱品种。陈东[17]对375份水稻材料进行研究，筛选出变异系数最低的长中胚轴材料‘鄂中4号’和‘DH4038’。国内虽然进行了有关水稻长中胚轴种质的筛选，但生产上可以推广应用的长中胚轴种质资源依然较少。

水稻直播时，种子在排水后的泥土上或淹水的田地中萌动，常处于低温胁迫和缺氧环境下，抑制种子发育成正常幼苗。具有较强萌发和生长能力的种质，可以提高直播稻的出苗率[10-11,14]。前人进行了大量的试验，筛选出一些在低温或/和淹水条件具有较好发芽能力的地方性品种资源[18-38]。但由于缺氧条件难以建立，对于缺氧胁迫下有关水稻幼苗萌发的遗传规律研究开展也相对较少。刘志彦等[41]利用琼脂培养基质模拟水稻厌氧环境。Setter等[33]通过溶液中充氮模仿缺氧条件，以每升氧分子浓度低于0.05 mg（30℃每立方米氧分子低于0.006 mol）为缺氧标准。Fred等[34]通过控制不同氮氧混合气体的浓度，研究水稻幼苗的形态特征,当含氧量在1%～10.5%时芽鞘长度随着氧含量的降低不断增加，但抑制了根和芽的伸长，并且水稻的不同品种对缺氧水平的耐受性存在差异。Frantz等[35]提出通过在至少5 cm深静止水层下进行发芽试验，虽然达不到严格的缺氧条件，但能够溶解在水中并进行扩散的氧元素足够小，且对于成苗能力强的种子可以正常萌发。候名语等[32]研究发现籼稻和粳稻在缺氧条件下芽鞘伸长能力存在较大差异，缺氧胁迫下粳稻芽鞘比籼稻具有更强的伸长能力。

俄罗斯地广人稀，水稻生产主要以直播栽培方式，播后采用15～25 cm水层灌溉，生产区域主要分布在37°—47°N[39-40]。俄罗斯推广的品种由于常年的直播栽培加上定向选育，具有较强的应对不良环境抗逆境能力[39]。

本研究通过对从俄罗斯引进资源的中胚轴长度，耐低温发芽活力和水直播发芽率等特性进行分析，为筛选具有优良直播特性的种质资源，培育适于中国气候条件的直播水稻新品种，奠定材料基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘NATASHA’、‘LIDER’、‘ATLANT’、‘PARTNER’、‘SONET’、‘RAPANZ’、‘ISTOK’、‘OLIMP’、‘SONATA’、‘GAMMA’为从俄罗斯引入的10份水稻品种。以安徽省农业科学院水稻研究所通过催芽育秧移栽方式育成的‘绿香粳28’为对照。

1.2 试验方法

1.2.1 打破休眠处理 取足够饱满的‘绿香粳28’和10份俄引水稻品种的种子，置于50℃烘箱中处理48 h，打破休眠。取100 g打破休眠的种子，用10%次氯酸钠浓水溶液浸泡15 min灭菌，纯水冲洗3次，在灭菌滤纸吸干水分后备用[17]。

1.2.2 中胚轴长度的测定 参照陈东[17]的试验方法，稍加改动。各取100粒消毒后的籽粒饱满种子，用自来水浸泡48 h，湿毛巾包裹后置于密封袋内，37℃催芽。取30粒露白（萌发一致）饱满种子，放置在96孔发芽板中，胚芽向上，慢慢沉入无菌水槽中。水面没过发芽板10cm。整个水槽置于黑暗条件下，28℃处理7天。每天在相同时间且在无光或弱光的环境下换相同水温的水。3次重复实验。在处理第7日测量中胚轴的长度，精确至0.01 cm；测量处理第7日的幼芽长度，即幼苗顶端到幼苗着生点之间的距离，精确到0.1 cm。

1.2.3 耐低温发芽试验 参照潘明泉[20]的试验方法，稍加改动。每份材料取50粒消毒后的籽粒饱满种子，放入垫有两层湿润滤纸的直径为9 cm培养皿中，加入10 mL去离子水，置于15℃的光照培养箱中进行处理，3次重复。以芽长＞1 mm作为萌发标准，第7、9、11、13天后分别再调查萌发率。

将上述低温处理14天以后的种子放入垫有两层湿润滤纸的直径为9 cm培养皿中，加入10 mL去离子水，置于28℃的光照培养箱中进行处理，每份材料50粒种子，3次重复。以芽长＞1 mm为萌发标准，2天后调查种子萌发率，公式见式(1)。

式中，GA是萌发率；N1是萌发粒数；N2是试验总粒数。

1.2.4 水直播成苗能力测定 参照王洋等[1]的试验方法，稍加改动。将通过2 mm直径筛孔的江砂放置在发芽盒中，深度约为2 cm，以水平尺测量。然后将吸足水分的种子均匀播在江砂表面，覆盖1 cm厚的江砂，加水至水层5 cm深。室内培养每天加水保持水深。第7日测量种子的发芽率和芽长，3次重复。水直播成苗能力以萌发率为衡量指标，公式见式(2)。

式中，GA是萌发率；N1是萌发粒数；N2是试验总粒数。

1.3 数据处理与分析

利用Excel 2003软件对中胚轴长和芽长计算平均值。利用PDS 15.10版本数据分析系统采取Duncan多重比较法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 俄引品种的低温发芽率

2.1.1 低温条件下第7日发芽率 15℃光照条件下，置盒7日的萌发率由高到低为（表 1）：‘LIDER’(0.45)＞‘ATLANT’(0.44)、‘OLIMP’(0.44)＞‘NTAHA’(0.39)＞‘SONET’(0.38)、‘DARTNER’(0.38)＞‘ISTOK’(0.35)、‘绿香粳 28’(0.35)＞‘RAPANZ’(0.28)＞‘GAMMA’(0.26)＞‘SONATA’(0.11)。‘LIDER’、‘ATLANT’和‘OLIMP’的第7日低温发芽率在5%水平上与其他品种达显著异，极显著高于‘绿香粳28号’，发芽率的差异最大达到10%；俄引品种‘GAMMA’和‘SONATA’极显著低于‘绿香粳28号’。俄引品种‘RAPANZ’显著低于‘绿香粳28号’。

表1 低温处理7日发芽率

2.1.2 低温条件下第9日发芽率 15℃低温处理第9日（表2），俄引品种‘LIDER’、‘OLIMP’、‘ATLANT’、‘NATASHA’、‘ISTOK’、‘PARTNER’的发芽率极显著高于‘绿香粳28’，‘SONATA’极显著低于‘绿香粳28号’。发芽率由大到小排序为‘LIDER’(0.46)、‘OLIMP’(0.46)＞‘ATLANT’(0.45)、‘ISTOK’(0.45)＞‘PARTNER’(0.44)＞‘SONET’(0.40)＞‘GAMMA’(0.39)、‘KAPANZ’(0.39)＞‘ 绿香粳 28 号’(0.37)＞‘SONATA’(0.16)。‘LIDER’、‘OLIMP’、‘ATLANT’、‘NATASHA’、‘ISTOK’和‘PARTNER’6个品种在第9日的低温发芽率在在5%水平上与其他品种达显著异，相比低温处理7日的发芽率，新增‘NATASHA’、‘ISTOK’和‘PARTNER’3个品种，并且不同品种发芽率的差异显著性降低。

表2 低温处理9日发芽率

2.1.3 低温条件下第11日发芽率 15℃处理条件下，虽然第11日的发芽率大小顺序与第9日存在一定的差异，但发芽率的趋势基本一致，仍为‘LIDER’、‘ISTOK’、‘OLIMP’、‘NATASHA’、‘ATLANT’和‘PARTNER’6个品种的发芽率极显著高于‘绿香粳28号’，‘SONATA’极显著低于‘绿香粳28号’。在5%水平上达显著差异的品种仍为‘LIDER’、‘ISTOK’、‘OLIMP’、‘NATASHA’、‘ATLANT’和‘PARTNER’，与第9日一致（表3）。

表3 低温处理11日发芽率

2.1.4 低温条件下第13日发芽率 低温处理13天（表4），俄引品种‘OLIMP’、‘ISTOK’、‘ATLANT’和‘LIDER’显著高于‘绿香粳28号’（5%的水平上），‘SONATA’仍极显著低于‘绿香粳28号’。在5%水平上达显著差异的品种与第9日和第11日的一致，仍为‘OLIMP’、‘ISTOK’、‘ATLANT’、‘LIDER’、‘NATASHA’和‘PARTNER’。

表4 低温处理13日发芽率

2.1.5 常温处理2天（第16日）发芽率 低温处理后，经2天常温处理，即置盒后第16日，与‘OLIMP’、‘ISTOK’、‘LIDER’、‘ATLANT’、‘NATASHA’、‘PARTNER’与‘绿香粳28’的发芽率无显著性差异，但‘SONATA’极显著低于‘绿香粳28号’（见表5）。

表5 常温处理2天(第16日)发芽率

2.1.6 低温萌发试验总体趋势变化分析 从图1可知，‘LIDER’、‘ATLANT’和‘OLIMP’低温条件下萌发速度最快，显著高于其他俄引品种，极显著高于对照‘绿香粳28号’。‘LIDER’、‘OLIMP’、‘ATLANT’、‘NATASHA’、‘ISTOK’和‘PARTNER’具有较好的低温发芽能力。在所有的品种中，‘SONATA’的低温萌发芽最差。

图1 俄引品种低温萌发趋势变化

2.2 不同品种的中胚轴长度比对

黑暗淹水胁迫7日后，测量中胚长度。品种间中胚轴长度存在显著差异（见表6）。中胚轴长度顺序为：‘ATLANT’＞‘ISTOK’＞‘RAPANZ’＞‘GAMMA’＞‘OLIMP’ ＞‘SONET’ ＞‘LIDER’ ＞‘SONATA’ ＞‘NATASHA’＞‘绿香粳28’＞‘PARTNER’，‘ATLANT’、‘ISTOK’、‘RAPANZ’、‘GAMMA’、‘OLIMP’和‘SONET’的中胚轴长度与‘绿香粳28’在5%水平上达到显著差异。其中‘ATLANT’中胚轴最长，极显著高于其他品种。与对照‘绿香粳28’相比，直播条件下培育的品种中胚轴长度普遍高于催芽育秧移栽方式育成的品种‘绿香粳28’。

表6 淹水胁迫下不同品种的中胚轴长度比对

2.3 水直播成苗能力分析

缺氧胁迫条件下，品种间萌发水平存在极显著差异（见表7）。种子萌发率由高到低的顺序为：‘ATLANT’＞‘LIDER’＞‘SONET’＞‘ISTOK’＞‘OLIMP’＞‘GAMMA’＞‘PARTNER’＞‘RAPANZ’＞‘SONATA’＞‘NATASHA’＞‘绿香粳28’。其中‘ATLANT’萌发率最高，极显著高于其他品种。‘绿香粳28’萌发率最低，极显著低于其他品种。与对照‘绿香粳28’相比，俄引品种的水直出苗能力优于对照。

表7 淹水胁迫下不同品种的发芽率

2.4 淹水胁迫下不同品种的芽长比较

淹水7天后，芽长由大到小顺序为：‘LIDER’(3.81)＞‘OLIMP’(3.72)＞‘ATLANT’(3.71)＞‘SONET’(3.68)＞‘PARTNER’(3.55)＞‘ISTOK’(3.36)＞‘SONATA’(3.34)＞‘绿香粳 28’(3.25)＞‘GAMMA’(2.96)＞‘NATASHA’(2.48)。‘绿香粳28’虽然在苗高上低于‘LIDER’、‘OLIMP’、‘ATLANT’、‘SONET’、‘PARTNER’、‘ISTOK’和‘SONATA’，但无显著性差异；只与品种‘NATASHA’在5%水平存在差异（见表8）。

表8 淹水胁迫下不同品种的芽长

3 讨论与结论

品种的直播性状是影响该品种是否适于直播种植的重要因素，一方面决定直播田群体的基本苗，另一方面决定播种量。而品种的直播性特性是一个复杂的性状，不仅与遗传因素相关，而且受播种时的气候条件、土壤状态、直播方式等因素的影响。前人研究认为：中胚轴长度[9-14]，低温发芽能力[29-32]等影响水稻的直播特性。

在以往的研究中，相关研究往往聚焦到单一性状。邹德堂等[22]，刘化龙[36]，金润洲等[37]建立了多种方式的评价低温发芽能力的方法，并筛选出具有较强低温发芽能力的种质；陈东[17]鉴定出一批长中胚轴品种。而对于直播综合性状的评价鲜有研究。本研究对与直播相关的多个性状进行综合评价，通过模拟直播环境筛选出直播能力强的种质资源。但有研究表明在温暖条件下能够增强种子呼吸速率、降低溶液的氧含量，使氧对种子更加敏感，影响发芽率[35]。本研究在直播试验中，没能充分考虑到温度带来的影响，下一步将增设温度梯度的试验，进一步完善对评价方法。

从俄罗斯引入的水稻种质，由于常年处于低温生长环境下，加上针对直播方式和以提升直播相关抗逆性为目的的留种、育种过程，使多种抗逆基因得到一定程度上的聚合，增加了创制适宜直播逆境环境新种质的可能性。由于中国目前品种审定仍以育苗移栽的种植方式为主，在定向选择的过程中，低温发芽能力强、中胚轴长等与直播相关的特性丢失，育成的大多数品种直播性特性较差。因此需要引入直播性状优良的资源，同时结合定向筛选，以加速培育适于直播等轻简化种植的新品种。

本研究通过对10份俄罗斯水稻品种的中胚轴长度、耐低温发芽能力、缺氧胁迫下种子发芽能力等分析，结果显示，10个品种的中胚轴长度存在较大的差异，但绝大部分优于对照品种，具有较强的顶土出苗能力；品种间的耐低温发芽能力变异大，在低温处理初期，大部分俄罗斯品种的发芽能力优于对照‘绿香粳28’，具有较好的耐低温发芽能力，有利于直播后快速出苗；而在淹水条件下，所有俄罗斯品种的出芽率都极显著高于对照，在缺氧条件下具有优良的发芽能力。与通过催芽播种和移栽方式选育的‘绿香粳28’相比，大部分俄罗斯品种在直播性状方面表现优异，可能是长期直播选择的结果。