不同菌剂浓度对低温处理下水稻种子萌发能力的影响

候立刚， 刘会芳， 田 健， 关法春， 齐春艳， 翟相英， 崔彦如， 祝延立， 那 伟

(1.吉林省农业科学院， 长春 130033； 2.佳木斯大学生命科学学院， 黑龙江 佳木斯 154007；3.中国农业科学院生物技术研究所， 北京 100081；4.牡丹江师范学院生命科学与技术学院， 黑龙江 牡丹江 157012)

水稻起源于热带和亚热带，为喜温作物，对低温敏感[1]。世界许多的水稻种植区，包括中国东北地区在内，都面临着冷害侵袭的问题[2]，尤其我国东北地区属于高纬度寒地稻作区，水稻更易受低温侵袭而影响产量和稻米品质[3]，如何应对低温对水稻的影响一直是研究关注的重点，如明确区域性水稻低温冷害发生规律[4]、耐冷水稻资源鉴定[5]、低温对水稻结实与产量影响[6-7]等；在对水稻低温冷害防御措施上，也提出了诸多方案，如选育耐冷早熟品种、提高土壤肥力、合理耕作、大棚育苗等多种方法[2]，以便有效抵御冷害威胁。

一些芽孢杆菌属微生物能够有效改善作物根际营养，促进植物生长发育，提高植株抵御高温、盐碱等逆境的能力[8-9]，但通过微生物作用提高水稻耐低温的研究报道有限。为此，本文通过分析不同浓度微生物菌剂作用下，水稻种子在低温处理下的萌动和发芽指标差异，明确不同菌剂浓度对水稻耐低温发芽能力的影响，进而确定适宜的菌剂浓度指标，以期在东北地区低温冷害频繁发生的情况下，为探索使用微生物菌剂来提高发芽期水稻植株耐低温性能，确定提高水稻种子抵御低温影响的浸种方法，提供可行的技术参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验水稻品种为吉梗81、长白9，菌剂是从西藏高海拔地区土壤中分离微生物菌群并扩繁制成的微生物菌剂(芽孢杆菌数≥6亿cfu·g-1)，6穴塑料保温保湿育苗盒尺寸为19.0 cm(长)×14.5 cm(宽)×4.5 cm(高)，每穴载土量为90 g(按干重计，下同)。

1.2 方 法

试验设置菌剂分别占育苗土干质量0.75%、0.5%、0.25%的3个菌剂添加处理，处理编号为A 75、A 50和A 25。并以不添加菌剂的育苗土为对照(ck)，以每个育苗盒为单位，设3次重复。将水稻种子在25 ℃室温下浸泡2 d后纱布包裹种子，28 ℃下催芽24 h，中间清水投洗1次；挑取相同芽长的种子播种，每穴播种4粒，覆土量10 g·穴-1，加水量为35 mL·穴-1。

解法1：设u=，v=，则u2+v2=1且u≥0，v≥0，该曲线方程为四分之一圆，于是问题转化为：y为何值时，直线u+v=y与该四分之一圆有交点。由图1容易得到，y的取值范围为，即为所求函数值域。

早安，我是古医生，修复和重建肌肉骨骼系统的正常功能是我的天职，我存活在世上的每一天都在煎熬中度过，忍受着眼前各种各样的骨骼损伤、折断、坏死。几个护士推着几辆一走就哐当哐当作响的手推车，忙着为每个病床旁的铁架子上挂袋装的、瓶装的液体。多数时候我能做到充耳不闻，可我还是发现自己的颅骨为这些声音所震颤，压迫着我的神经和血管，这压迫在我身上堆积起来，仿佛我在水下下沉、下沉、下沉。

发芽指数=∑Gt/Dt；

1.3 测试指标

干物质含量是衡量植物有机物积累程度的指标。由表4可以看出，随着育苗土菌剂浓度的升高，长白9干物质含量呈逐步下降趋势，长白9在A 25、A 50和A 75处理下的干物质含量分别为0.70 g、0.67 g、0.57 g，分别为ck的1.04倍、1倍和0.85倍，上述处理间差异不显著(p>0.05)；吉梗81则随着育苗土菌剂浓度的升高，干物质含量呈先升高后下降的趋势，吉梗81在A 25、A 50和A 75处理下的干物质含量分别为0.50 g、0.70 g、0.63 g，分别为ck的83.33%、116.67%和105.00%，上述处理间差异不显著(p>0.05)。可以看出菌剂添加处理的干物质含量普遍优于ck，其中长白9的A 25处理、吉梗81的A 50 处理，干物质含量优于其他处理。

如图5所示，2种肠球菌的荷叶发酵上清的活性氧清除能力均显著高于发酵前荷叶上清或菌株培养上清(P<0.001)。其中，WEFA23荷叶发酵上清液的活性氧清除率显著高于WEHI01荷叶发酵上清液(P<0.001，35.67% vs 21.79%)。

发芽势反映了种子的发芽速度。由表1可以看出，随着育苗土菌剂浓度的提高，长白9发芽势呈逐步下降趋势，长白9在A 25、A 50和A 75处理下的发芽势分别为88.89%、87.50%、84.72%，分别比ck高4.17%、2.78%和0，但上述处理间差异不显著(p>0.05)；吉梗81则随着育苗土菌剂浓度的提高，发芽势呈逐步升高的趋势，吉梗81在A 25、A 50和A 75处理下的发芽势分别为91.67%、93.06%、94.44%，分别比ck高5.56%、6.95%和8.33%，但上述处理间差异不显著(p>0.05)。因此，菌剂添加处理虽然对不同品种的影响结果有所差异，但是大致呈现菌剂添加处理优于ck的趋势，长白9的A 25处理、吉梗81的A 75处理，发芽势优于其他处理。

发芽率(%)=(7 d内种子发芽数/供试种子总数)×100%；

播种后的育苗盒放入人工气候箱培养(04：00—18：00时，温度25 ℃，光照强度6 000 lx；18：00—04：00时，温度15 ℃，无光照)，分别于第3天、第9天统计发芽个体数，测定植株高度(精确到0.1 cm)；然后放置在3 ℃下低温无光照处理6 d，统计每育苗盘内的枯萎个体数，并将苗沿土表茎基处剪断后装入信封，105 ℃下杀青5 min，80 ℃下烘干至恒重后称重。

九曲蒋家208断裂总体倾角30°，2号主矿体与其产状基本相似，向深部愈加富集，局部倾角由陡变缓的地段往往是厚大矿体赋存位置，这也符合胶西北大型控矿断裂变缓控矿的规律[16-19]。

萌发活力指数=∑(Gt/Dt)×幼苗平均长度。

除了同伴评估和同伴互评，同伴反馈还被称为同伴评判、同伴评价、同伴反应和同伴修订等。 每个术语意味着反馈的特定角度，可以被看作是给定反馈的连续体和不同焦点。 例如，同伴反应可能出现在反馈过程的早期，聚焦于内容(文本组织、论据呈现)； 同伴编辑则出现于稿件的最后阶段，侧重于形式(语法、词汇、标点符号)。[3] 但是，也有学者认为同伴反馈与同伴互评和同伴反应相似，都是指学生接受的同伴对他们写作的反馈。[14]

构建投影寻踪(Projection pursuit，PP)模型进行水稻种子的品质综合评价分析，用于定量分析不同处理间的品质，PP模型具体建模步骤参见文献[10]，文献[11]。采用MATLAB 20软件进行编程处理。

1.4 统计与分析

式中：Gt指在t时间内的发芽数，Dt指发芽天数。

2 结果与分析

2.1 不同处理下的发芽势与发芽率

发芽势(%)=(前3 d种子发芽数/供试种子总数)×100%；

发芽率是检测种子发芽总量的指标。通过表1可看出，长白9发芽率呈逐步下降趋势，长白9在A 25、A 50和A 75处理下的发芽势分别为93.06%、91.67%、86.11%，分别是ck的1.06倍、1.05倍和0.98倍，处理间差异不显著(p>0.05)；吉梗81则随着育苗土菌剂浓度的提高，发芽率呈先升高后下降的趋势，吉梗81在A 25、A 50和A 75处理下的发芽势分别为95.83%、97.22%、95.83%，与ck相比分别提高了6.15%、7.69%和6.15%，处理间差异不显著(p>0.05)。总体上，菌剂添加处理的发芽率优于ck，且长白9的A 25、吉梗81的A 50处理，发芽率最佳。

表1 不同处理下的发芽势和发芽率Table 1 Comparison of germination potential and germination rate under different treatments

2.2 不同处理下的株高

由表2可以看出，长白9和吉梗81的株高均随着菌土混合比例的升高而升高，长白9在A 25、A 50和A 75下的株高分别为9.63 cm、10.21 cm、10.99 cm，为ck的1.02倍、1.08倍和1.16倍，其中A 75与A 25和ck之间差异均显著(p<0.05)；吉梗81在A 25、A 50和A 75处理下的株高分别为7.32 cm、7.56 cm、8.37 cm，与ck相比分别提高了8.44%、12.00%和24.00%，其中仅A 75与ck之间差异显著，其他处理间差异均不显著。因此菌剂添加处理的株高优于ck，且长白9和吉梗81菌剂浓度均为A 75时株高优于其他处理。

表2 不同处理下的株高Table 2 Comparison of plant height under different treatments

2.3 不同处理下的发芽指数与萌发活力指数

发芽指数是种子的活力指标，发芽指数越高，活力就越高。由表3可以看出，随着育苗土菌剂浓度的升高，长白9发芽指数呈逐步下降趋势，长白9在A 25、A 50和A 75处理下的发芽指数分别为10.30%、10.14%、9.73%，其中A 25和A 50分别比ck高5.32%、3.68%，而A 75比ck低0.51%，各处理间差异不显著(p>0.05)；吉梗81则随着育苗土菌剂浓度的升高，发芽指数呈升高趋势，吉梗81在A 25、A 50和A 75处理下的发芽指数分别为10.62%、10.78%、10.84%，分别比ck高6.41%、8.02%和8.62%，上述各处理间差异不显著(p>0.05)。因此，菌剂添加处理的发芽指数优于ck，其中长白9的A 25处理，吉梗81的A 75处理发芽指数最佳。

表3 不同处理下的种子发芽指数和萌发活力指数Table 3 Seed germination index and germination vigor index under different treatments

萌发活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映。由表3看出，随着育苗土菌剂浓度的提高，长白9和吉梗81萌发活力指数均呈先升后降的趋势，长白9在A 25、A 50和A 75处理下的萌发活力指数分别为27.47%、30.09%、16.77%，A 25和A 50分别比ck高59.06%、74.23%，而A 75比ck低2.77%，上述处理A 25、A 50显著高于A 75和ck；吉梗81在A 25、A 50和A 75处理下的萌发活力指数分别为23.72%、26.94%、22.04%，分别比ck高22.90%、39.59%和14.20%，上述处理间A 50显著高于A 75及A 25，同时A 75、A 25显著高于ck。因此，育苗土加入菌剂后，虽然对不同品种的影响结果有所差异，但是菌剂添加处理明显高于ck。通过对菌剂添加处理间进行比较，长白9和吉梗81的A 50处理萌发活力指数最高。

3) 如果港口货运收益是投资收益的一部分，则根据式(2)和式(3)可知：投资主体的收益函数既是自身投资额的函数，又是其竞争者投资的函数。各投资者会对其竞争者的投资做出反应，即针对竞争者的每次投资都制定对应的投资优化策略。

2.4 干物质含量

发芽势(GE)、发芽率(GP)、发芽指数(GI)、萌发活力指数(GVI)等指标。计算公式如下：

表4 不同处理下的植株干物质含量Table 4 Comparison of dry matter content of plants under different treatments

2.5 水稻种子发芽能力综合评价

根据平行性、完全性、独立性原则，以发芽率、发芽势、株高和干物质含量指标，建立水稻种子发芽能力综合评价指标体系，建立投影，并采用公式(1-a)进行归一化处理[10-11]，分别对长白9和吉梗81进行综合评价。

根据长白9相关指标数值，选定父代初始种群规模为n=400，交叉概率Pc=0.80，变异概率Pm=0.80，优秀个体数目选定为20个，α=0.05，加速次数为20，得出最大投影指标值为0.283 1，各个状态变量的最佳投影方向a*=(0.728 5，0.585 2，0.245 9，0.257 8)，将a*代入式(2)后即得ck、A 75、A 50、A 25综合评价的投影值Z*(j)=(0.245 9，0.245 8，1.204 1，1.600 2)。将Z*(j)从大到小排列，可得各处理优劣顺序，即A 25>A 50>ck>A 75(见图1-A)，A 25、A 50的评价投影值明显高于ck，但A 75与ck的评价投影值之间差异极小。

根据吉梗81相关指标数值，选定父代初始种群规模为n=400，交叉概率Pc=0.80，变异概率Pm=0.80，优秀个体数目选定为20个，α=0.05，加速次数为20，得出最大投影指标值为0.010 9，各个状态变量的最佳投影方向a*=(0.377 7，0.298 8，0.619 1，0.620 3)，将a*代入式(2)后即得ck、A 75、A 50、A 25综合评价的投影值Z*(j)=(1.595 3，1.802 2，1.850 5，1.595 4)。将Z*(j)从大到小排列，可得各处理优劣顺序，即A 50>A 75>A 25>ck(见图1-B)，A 50、A 75的评价投影值明显高于ck，但A 25与ck的评价投影值之间差异极小。

3 讨 论

发芽率和发芽势是检验种子质量的常规指标，发芽指数是上述两指标的综合，既反映发芽率高低，又反映发芽速度[12]。萌发活力指数，则既能反映品种发芽率，又能反映品种发芽速度及生活力、生长势，客观反映了种子萌发与后续的幼苗生长状况，因此本文上述指标全面囊括了衡量种子发芽状况的相关指标，其结果能够充分反映出低温处理后的水稻种子发芽情况。

实验仪器设备是学生进行科研实验的有力助手，学生的创新能力培养首先体现在对实验室仪器设备的科学有效利用上[10]。因此针对常规仪器设备，如电子天平、鼓风干燥箱、离心机、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜等，在实验开展前进行培训讲解，对设备原理与使用方法、注意事项进行介绍，对于课题组的实验设备采用预约登记制度，由课题组的组长负责管理和协调设备使用，对于公共平台的实验设备在网上预约登记，在平台管理员的安排下统一使用[1]。

从西藏一定条件下土壤中分离的微生物菌群，尤其是一些芽孢杆菌属微生物，已经证明能够在抑制植物病原菌扩繁的同时，促进低温下植物的生长[9]。从试验结果来看，适宜的添加菌剂量对于水稻种子低温处理后的幼苗萌发和生长，特别是对促进种子萌发、秧苗素质指标有明显的作用，这可能与菌剂添加促进低温处理后种子细胞的生理功能恢复[13-14]有关。

尽管各指标分别体现种子萌发的不同方面，但其表现的趋势基本一致，即菌剂添加效果优于对照，但是不同品种在菌剂添加后，发芽势、发芽率、株高、干物质含量等指标的具体表现不同，其中长白9的A 25、A 50处理效果较好，而吉梗81的A 50、A 75处理效果较好，这是由于不同品种种子在遗传背景上的差异，导致其在经过低温处理后的生长表现出现差异，是种子内因作用的结果，这与以往研究结果一致[15]。

4 结 论

不同耐低温菌剂浓度梯度下，不同类型种子耐低温能力表现不同，但其表现的趋势基本一致，总体呈现菌剂条件处理优于对照的趋势。通过对加菌处理进行比较，确定长白9和吉梗81型种子对应的最佳处理为A 25和A 50。因此，水稻种子长白9和吉梗81分别经浓度为A 25和A 50的菌剂添加处理后面临低温环境的胁迫，其生长速度、萌发活力及生长量的综合效果最好。