秋水仙素对杂交水稻发芽率及主要农艺性状的影响

(上饶师范学院，江西 上饶 334001)

引言

秋水仙素能抑制细胞分裂中纺锤丝的收缩、使细胞染色体加倍，从而在技术上为人们提供了染色体加倍的手段．利用秋水仙素加倍植物染色体的工作在多倍体育种中广为利用．到目前为止，不少学者已在水稻[1]、高粱[2]、荞麦[3]、除虫菊[4]等植物中利用秋水仙素诱导组织细胞加倍成功，得出不少有意义的结论．目前，利用秋水仙素对常用的杂交水稻三系材料以及育种上广泛应用的水稻材料幼穗愈伤组织进行加倍，诱变获得水稻同源四倍体雄性不育三系材料，进行四倍体水稻杂种优势研究还未见相关报道。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全世界一半左右的人以其为主食,鉴于它的重要性,其高产和抗性育种是非常重要的[5-6]。同源四倍体水稻是二倍体水稻经过染色体加倍而成的新种质。由于其基因组增加一倍,可能具有更高增产潜力和更高的抗性,引起水稻育种家的高度关注[7]。那么同源四倍体水稻原种和杂种的农艺性状在不同的季节有何表现规律,与相应的二倍体水稻相比有何不同,以及有何遗传特征等都是值得研究的问题，本研究通过用秋水仙素对二倍体水稻种子进行处理，通过不同的处理浓度与处理时间得到相应不同类型的同源四倍体水稻，首先对不同类型的同源四倍体与二倍体原种的发芽情况进行比较研究,然后对它们的水稻产量构成因素等方面分析比较，目的是为育种上通过秋水仙素增加水稻倍性，从而提高水稻产量与品质提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

实验所用水稻品种为田两优4号，该品种属籼型两系杂交早稻种子。

1.2 方法

1.2.1 种子处理方法

杂交早稻种子先用30%浓度盐水筛选出籽粒饱满的种子,用50%浓度乙醇消毒,再将已消毒种子置清水中在20℃恒温下浸种24小时,然后转移至浓度为0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的秋水仙素溶液中20℃恒温下继续浸种,每种浓度都以36小时、48小时和60小时这三种不同时间处理。处理后,除去药液,并用清水洗净,在20℃恒温下继续催芽,同时设只用清水浸种催芽作对照。出芽后,播种于实验田中进行育秧。从种子萌发开始,观察出芽情况和秧苗、生长与发育时期等各个阶段进行观察、记载、分析。

1.2.2 测定方法

(1)发芽率=(发芽的种子粒数/种子总粒数)×100%。

(2)测胚芽长：从每小组中随机选取10粒种子进行测量，计算每组的平均值。

(3)水稻产量构成因素的测定：在每组中随机选取3蔸，进行室内考种，测定株高、有效穗、穗长、每穗实粒与总粒数、结实率、千粒重等指标。

2 结果与分析

2.1 秋水仙素对水稻种子发芽情况的影响

表1 秋水仙素对水稻种子发芽率及胚芽长的影响

2.1.1 秋水仙素对水稻种子发芽率的影响

从表1、图1可以看出，0.1%、0.15%、0.20%、0.25%四种浓度的秋水仙素对发芽率均有不同程度的影响，它们的发芽率分别为97.30%、95.30%、93.70%、78.30%，其中浓度为0.25%对种子发芽率影响较大，种子发芽率比对照降低20.8%，达显著水平。从处理时间来看，随着时间的增加，种子发芽率相应有所降低。

2.1.2 秋水仙素对水稻种子胚芽长的影响

由表1和图2可知：水稻种子胚芽的长度随处理浓度的增加逐渐降低，分别比对照减少43.7%、54.5%、60.8%和66.2%，达极显著水平。说明经过秋水仙素处理后，胚芽的生长受到抑制。秋水仙素会抑制胚芽的生长，是因为分生细胞受秋水仙素的影响，分裂发生延迟，造成胚芽生长缓慢。

图1 不同处理浓度对发芽率的影响

图2 不同处理浓度对胚芽长的影响

由表1可知：胚芽的长度随处理时间增加而变短。说明药物处理时间越长，秋水仙素对胚芽生长的抑制效果越明显。分生细胞受秋水仙素的影响，分裂发生延迟，造成胚芽生长缓慢。处理时间越长，秋水仙素使分生细胞分裂发生延迟的效果越明显，胚芽的生长越缓慢。

2.2 秋水仙素对水稻产量构成因素的影响

表2 秋水仙素对水稻产量构成因素的影响

续表2 秋水仙素对水稻产量构成因素的影响

图3 不同处理浓度水稻株高的影响

2.2.1 秋水仙素对水稻株高的影响

从表2和图3可看出：水稻植株高度随秋水仙素处理浓度的增加而增高，对照株高为93.6cm，处理的株高分别为95.6cm(0.10%)、96.4cm(0.15%)、97.4cm(0.20%)和98.0cm(0.25%)；分别增加2.0cm、2.8cm、3.8cm和4.4cm。水稻植株高度随秋水仙素处理时间的增加而呈增高的趋势。说明水稻植株经秋水仙素处理后可以提高高度。

2.2.2 秋水仙素对水稻有效穗的影响

由图4可知：处理组有效穗数都比对照组少，说明用秋水仙素处理水稻种子后会抑制水稻的分蘖，降低水稻有效穗；其平均有效穗数分别为24.6(对照)、21.7(0.10%)、20.5(0.15%)、19.7(0.20%)、19.0(0.25%)。同时，随着秋水仙素处理水稻种子的时间越长，水稻有效穗数就越少(见表2)。

图4 秋水仙素对水稻有效穗的影响

2.2.3 秋水仙素对水稻穗长的影响

由表2可知：水稻种子经过秋水仙素处理后，其穗长均增长。随着处理浓度的增加和处理时间的延长，水稻穗长也均有增长的趋势，说明用秋水仙素处理有助于稻穗的伸长。

2.2.4 秋水仙素对水稻每穗实粒数和每穗总粒数的影响

由表2可知：水稻种子经过秋水仙素处理后水稻的每穗总粒数和实粒数均少于对照组的，说明用秋水仙素处理在一定程度上不利于稻穗结出更多更饱满的谷粒。同样随着秋水仙素处理时间越长，水稻的每穗总粒数和实粒数也就越少，有下降的趋势。

2.2.5 秋水仙素对水稻结实率的影响

由表2结实率数据可知：水稻种子经过秋水仙素处理后水稻的结实率远远低均于对照组的，其数值为74.6%(0.10%)、73.6%(0.15%)、73.2%(0.20%)、72.9%(0.25%)，分别比为83.1%(对照)降低10.2%、11.4%、11.9%、12.3%。同样随着秋水仙素处理时间越长，水稻的结实率也就越低。说明用秋水仙素处理在一定程度上不利于稻穗结出更多更饱满的谷粒。

图5 秋水仙素对水稻千粒重的影响

2.2.6 秋水仙素对水稻千粒重的影响

由表2千粒重数据与图5可知：水稻种子经过秋水仙素处理后水稻的的千粒重均高于对照组的，其数值分别为21.2(对照)、22.3(0.10%)、22.4(0.15%)、22.6(0.20%)、22.7(0.25%)，说明用秋水仙素处理有助于水稻千粒重的增加。同样随着秋水仙素处理时间越长，水稻的千粒重也随着增加。

3 讨论与结论

药物处理后，稻种的发芽率与刘金香[8]所作的实验得出的结果基本相同，当处理浓度达到0.25%时，发芽率仅为78.3%，刘金香处理浓度达到0.30%时发芽率仅为48～50%，说明秋水仙素处理浓度越高，发芽率越低。同样随着处理时间的增加，发芽率也随着降低。

有人提到多倍化的种质在形态、细胞学特性和分子特性方面发生的变异是多样而复杂的，株高的变异是个典型的例子：尽管在较多情况下多倍体种质倾向于具有更加巨大化的形态，这其中也包括株高的显著增加[9-10]。这与我们多年实践发现不少同源四倍体水稻株系尽管茎干更加粗壮，叶色加深，叶宽加大，株高增加相符合，但某些情况下甚至有变矮的趋势,与本实验数据不太相符合。他们通过研究发现：植株高度的变化较为复杂，大多数略有下降，少数略有增加，极少数持平[11]。黄慧君等人用秋水仙素处理水稻的愈伤组织，也得到株高变化不大的结果。也有人用秋水仙素处理水稻的分蘖，得到了株高普遍降低的结果[12-13]，原因可能是测量的时间不同或可能是由于上文讨论发芽率所提到的实验材料、清水浸种时间、处理稻种的温度以及处理时间与本实验不同。

本实验得出秋水仙素处理后水稻的有效穗降低这一结果与他们[13]研究结果基本一致，但与涂祖荣等人研究结果不一致[12]。结果的不一致可能在于研究方法和实验材料上的不同，涂祖荣等人是用一种浓度(0.04%)的秋水仙素处理水稻不同的分蘖。

本实验各小组的穗长数据结果与栾丽等人研究结果一致。说明用秋水仙素处理有助于稻穗的伸长。

秋水仙素处理后水稻每穗实粒数与总粒数数据均有减少的趋势，结果与涂祖荣等人研究结果基本一致，但与栾丽等人研究结果不一致。结果的不一致可能在于研究方法和实验材料上的不同，栾丽等人和黄慧君等人是用秋水仙素处理水稻的愈伤组织，宋文昌等人是用秋水仙素处理水稻的分蘖苗，以及用秋水仙素和富民农处理水稻萌动的种芽[14]。

秋水仙素处理后水稻的结实率明显降低，数据结果与黄慧君等人和宋文昌等人研究结果基本一致。说明用秋水仙素处理在一定程度上不利于稻穗结出更多更饱满的谷粒。

秋水仙素处理后水稻的的千粒重明显增加，结果与宋文昌和黄慧君等人得出千粒重明显增加的结论相一致，可说明用秋水仙素处理有助于水稻千粒重的增加。栾丽等人提到多倍化带来种子质量增加，这是多倍体植株的显著特征[15-16]。

尽管金亮提到用秋水仙素浸种法来诱导多倍体的形成的加倍效率不高，但此方法操作简单，通过本实验得出的胚芽长、有效穗、穗长、每穗实粒数、每穗总粒数和千粒重等数据可说明：本实验中秋水仙素对稻种产生了诱变效果。

综合上述发芽情况比较和水稻产量构成因素比较的数据以及分析结果，发现秋水仙素对胚芽的生长有抑制作用；能促进水稻植株升高，有助于稻穗的伸长和千粒重的增加；但水稻的每穗实粒数、每穗总粒数减少、结实率降低。同时随着处理浓度和处理时间的增加上述的效果就越明显。

参考文献：

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