湖南种质库稻种活力监测分析

段永红，李小湘，刘文强，潘孝武，李卫红，周志武

（湖南省水稻研究所，湖南长沙410125）

低温干燥贮藏是目前保护种子体植物种质的最佳途径。世界上已收集到的740 万份植物种质资源中，约90%是以种子体形式保存在1 700 余座低温种质库中[1]。湖南种质库建于1989年，具有短期库和中期库功能。自1992年至今，已复份保存稻种资源近2万份。随着保存种子数量的增多，尤其是随着保存时间的延长，确保已收集种质资源的安全、持久保存已成为种质库管理运行的首要课题[2]。本项试验以贮藏时间超过中期库设计年限15 a 的水稻种子为监测对象，测试种子活力指标，探究种子活力衰退规律，为湖南种质库稻种资源安全保存及水稻种子监测与更新方案提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 监测材料

供测材料为湖南种质库贮藏16～18 a 的2 813 份稻种资源。种子入库时检测发芽率≥85%，经38±2℃恒温干燥处理，用马口铁材质密封盒包装，保存于5±2℃及Rh60%±5%环境中，测试时间分别为2009、2011、2012、2013年。

1.2 监测方法

种子活力测定方法采用生理测定法中的发芽速率测定。其中，发芽试验与入库起始检测方法一致，参照GB/T 3543.4-1995[3]规程进行，同时考虑稻种资源的特殊性，测试用种量为标准检测的一半，即设2 次重复，每个重复50 粒，置床后置于30℃光照培养箱中，4 d 计算发芽势，7 d 计算发芽率。在计算发芽势当天取下根苗，在105±1℃烘箱中烘干5 h 后称根苗干重。

活力指数VI=GI×Sx，其中GI 为发芽指数，Sx 为根苗干重。GI=∑（Gt/Dt），其中Gt 为时间t日的发芽数，Dt 为相应的发芽日数[4]。

1.3 生活力下降显著性的判断方法

考虑试验误差，依据GB/T 3543.4-1995 规程中试验一致性的容许差值判断贮存种子生活力是否出现显著下降：若种子起始发芽率平均值与老化后发芽率平均值之差不超出规程中要求的容许差值，则表明生活力没有出现显著下降，反之表明种子生活力出现了显著下降。

2 结果与分析

2.1 贮存后稻种资源活力整体变化情况

由表1 可知，2 813 份水稻种质在5±2℃及Rh60%±5%环境下经16～18 a 贮藏后，监测发芽率均值为85.93%，高于更新发芽率标准5.5%，73.27%的种子监测发芽率在85%以上，种子活力总体上仍保持在较高水平，说明湖南种质库水稻种子整体上已安全保存15 a。但是，监测发芽率均值较起始值下降8.63%，超出容许误差范围，呈现显著下降，需增加监测频次。并且有284 份种质监测发芽率小于70%，种子活力出现了明显衰退，急需更新。

表1 湖南种质库水稻种子活力监测结果比较

2.2 不同入库年代的稻种资源活力变化趋势

图1 比较了不同入库年代贮藏16～18 a 的水稻种子活力衰退情况，从中可知种子活力衰变与贮藏时间的关系没有明显的变化规律，但与入库年代有关。1993年入库贮藏18 a 和1997年入库贮藏16 a 的水稻种子发芽率分别为93.47%、91.73%，发芽率与起始值持平，活力指数分别为5.09、4.18，仍然保持高活力水平。1992年、1994年、1996年入库贮藏16～17 a 后发芽率分别下降9.89%、13.0%、15.72%，出现了显著下降；其中1996年入库的种子降幅最大，经16 a 贮藏后发芽率已由94.15%降为78.43%，低于80.03%的更新发芽率标准，急需更新。监测表明，种子在成熟、收获、存放、处理等入库前任一环节因素都会影响到种子贮存过程中活力下降速率[5]。

图1 不同入库年代贮藏16～18 a 的种子活力衰退情况比较

2.3 不同起始发芽率的水稻种子活力变化趋势

从表1 可以看出，高生活力种子经15 a 以上的低温贮藏后，其活力均呈下降趋势；其中起始发芽率85%～90%、91%～94%、95%～97%三个区间的监测活力指数基本一致、监测发芽率在容许误差范围内，活力下降到同一水平。起始发芽率为98%～100%的种子，活力指数高出前三个区间20.8%，发芽率均值保持90.04%，整体抗衰能力和耐贮藏性高于其它起始发芽率种子，但也有35 份种质监测发芽率＜70%。这验证了Pery(1972)指出的“种子活力是一种为基因所决定而为环境因子所改变的生理特征”[6]。

2.4 不同类型水稻种子活力变化趋势

考虑到种子衰败过程一般是递进和连续的，因此采用复利公式计算年均发芽率变化情况[7]。由表2 可知，随着贮藏年限的增加，粳糯、粳粘、籼糯、籼粘4种类型稻种资源生活力衰退速率差异显著。其中，粳粘类型种子发芽率下降速率最快，由起始发芽率降至更新发芽率标准仅需4.4 a；籼糯类型种子活力衰退速率最慢，可安全贮藏34.7 a。4种类型稻种资源耐贮藏性由高到低依次是：籼糯＞籼粘＞粳糯＞粳粘。

表2 不同类型稻种资源生活力变化

2.5 不同种子含水量对水稻种子活力变化的影响

该次监测的水稻种子均采用38±2℃烘干法。图2比较了4个入库时种子含水量区域种子活力衰变情况。经16～18 a 低温贮藏，4个种子含水量区域监测发芽率从高到低依次为：7.0%～7.9%（88.01%）＞8.0%～8.9%（87.58%）＞6.0%～6.9%（84.81%）＞5.0%～5.9%（81.72%）；其活力指数从高到低依次为：8.0%～8.9%（3.96）＞7.0%～7.9%（3.93）＞6.0%～6.9%（3.59）＞5.0%～5.9%（3.40）。监测说明：⑴该38±2℃烘干法进行稻种资源干燥处理，安全可行；⑵水稻种子用38±2℃烘干法进行干燥处理时，烘干时间不宜过长，种子含水量不宜降得过低，以7.0%～8.9%为宜。

图2 不同种子含水量对种子活力的影响

3 讨论与结论

在低温条件下，种质资源保存多长时间仍具有生活力、何时应更新已成为人们高度关注的问题。目前国际上有关种质更新标准不一，例如国际植物遗传资源委员会（IBPGR）推荐发芽率降至85%[5]，联合国粮农组织（FAO）及国际植物遗传资源研究所（IPGRI）建议发芽率降至初始值的85%[1]，美国为发芽率降到初始值的50%，英国为发芽率降到70%[5]，我国国家库研究发现水稻种子快速下降的拐点发芽率约为75%[8]。本项试验表明，湖南种质库5±2℃及Rh60%±5%环境下，除粳粘类型种质外，稻种资源整体上可以安全保存15 a。

该项监测试验发现以下特点：（1）高起始生活力不代表绝对耐贮藏；起始发芽率98%～100%的种质中，依然有35 份种质监测发芽率降至70%以下。（2）不同收获入库年代对种质保存年限有影响。（3）不同类型种质耐贮藏特性差异显著，粳粘类型种质最不耐贮藏。（4）38±2℃烘干法将种质含水量降至7%～8%之间活力保持较好。这说明种子活力的高低主要由遗传基因控制，并受种子发育、成熟、贮藏条件以及种子加工处理等因素的影响，现代化低温种质库只能延缓却不能阻止种子衰败。

因此，为保证种质库种质资源的安全保存，在种质监测和更新方面，应加强以下研究。

（1）监测方法研究：包括监测频率、比例、内容的研究。①监测频率研究。鉴于卢新雄等报道，种子生活力出现明显下降，有可能5a 内就能表现出来[2]以及湖南种质库中短期库复份保存的特点，建议首次监测时间在5 a 内，可首先从短期库取样，并依据监测结果确定监测频率。②监测比例研究。抽样监测利于贮藏种质的有效利用，逐份监测可客观全面反映活力衰变；依据本项试验结果及辛霞等报道[1]，建议首次监测采用逐份监测方式，根据监测结果确定不耐贮藏的作物和类型以及整体出现活力下降的入库年份，进行重点监测；对于贮藏能力强的种质可适当采用抽样监测。③监测内容研究。鉴于目前各种更新标准均以发芽率为体现形式，因此发芽率可以作为基本的活力监测指标；然而种子活力损失先于种子发芽，因此应增加活力指数、田间出苗率等活力指标的测试，增加无破坏性活力测试方法研究，并寻求它们与发芽率的换算方式。

（2）更新标准研究。有关种质更新标准的争论一直在持续。一方面有研究表明随着种质活力的下降，会诱导种质遗传变异的产生[7]，因此建议更新标准应选择较高值；另一方面为了避免因连续繁种造成遗传漂移，国际农业研究磋商小组（CGIAR）在1995年召开的国际会议上着重强调长期保存的种质繁种不允许连续繁殖多次[9]。同时，Murata 认为由于主效基因突变在很大程度上是隐性而有害的，不可能遗传至下一代，则更新标准可低一些。建议加强安全贮藏理论研究，探求适宜的更新标准[8]。

（3）监测数据库的建设。此数据库应包括4个部分：①收获时数据，包括种子成熟、收获时的气候条件、运输状况、入库前临时存放环境等。②入库时数据，包括入库时间、起始生活力及测试方法、干燥处理方法及时间、入库时种子含水量及测试方法等。③入库后数据，包括入库后的保存条件、包装形式、取样情况等。④监测数据，包括每次监测方式、内容、结果及更新情况等。通过建立影响每份种质活力因素的系统全面的信息库，探求种质的活力衰退预警指标。

[1]辛 霞，陈晓玲，张金梅，等.国家库贮藏20年以上种子生活力与田间出苗率监测[J].植物遗传资源学报,2011,12(6):934-940.

[2]卢新雄，陈晓玲.我国作物种质资源保存与研究进展[J].中国农业科学,2003,36(10):1125-1132.

[3]国家农作物种子检验规程.GB/T3543.4-1995.

[4]郑光华.种子生理研究[M].北京:科学出版社,2004.622-624.

[5]陶嘉龄.种质库管理及种子贮藏[Z].北京：中国农业科学院,1985.118.

[6]张春山，金文龙.杂交稻种子活力研究概述[J].中国稻米,1996,2:32-34.

[7]袁秀萍.影响中期低温库贮存种子生活力因素的研究[J].种子,2008,27(12):38-41.

[8]卢新雄，陈晓玲.水稻种子贮藏过程中生活力丧失特性及预警指标的研究[J].中国农业科学,2002,35(8):975-979.

[9]李灵芝，王丽娜，刘志强.贮藏时间对大豆种子活力和若干性状的影响[J].中国油料作物学报,2003,(2):25-28.