水稻种子活力研究进展及工作展望

秦洁

摘    要：我国作为粮食生产大国，粮食产量古往今来都是社会大众普遍关心的一件大事。水稻种子科技研究工作的开展，能够为水稻种植提供科学的理论依据，确保水稻增收。将研究的视角对准水稻种子活力，在文献搜集、整理的基础上，对近年来我国水稻种子活力研究进展展开了探究。分别从概念、原理等方面对水稻种子活力相关内容进行了简单介绍，结合近年来研究成果，全面展示了我国水稻种子活力研究进展情况，并对我国水稻种子活力未来研究工作进行了展望。

关键词：水稻;种子活力;研究进展

水稻作为一种常见的禾谷类作物，在亚洲各国均有着极为广泛的种植，是亚洲人最喜爱的一种主食。水稻增产增收，无论是在我国还是其他亚洲各国都是一个备受关注的话题。随着水稻免耕直播技术的广泛推广应用，在大大提高水稻种植效率的同时，也由于该技术种植方式的特殊性，对种子的活力提出了较高的要求。尤其是水稻的大规模机械化插秧种植，要求在育苗环节必须做到种子去休眠的整齐度的高度统一。但碍于种子活力影响因素较多，在实际生产中难以达到这一要求，这就为水稻的增产增收造成了极大的影响。在此背景下，我国社会各界研究学者围绕种子活力展开了深入而广泛的研究，分别从生理生化机理、遗传分析、储藏环境等角度对种子活力开展了研究工作[1-4]。经过不懈的努力，取得了丰硕的研究成果，对我国水稻种植生产极具科学指导意义。

1   种子活力概述

种子活力，通俗意义上可理解为种子本身的茁壮程度，具体表现在种子的发芽率、出苗率，幼苗的生长能力、抗病害能力、生长潜力等方面，是植株实现健康生长的关键一环，更是种子品质评估的重要指标。种子的生长发育一般需要经过发育、萌发的过程，在不断吸收水分的过程中，种子内部代谢速度加快，拥有生长激素调解作用的mRNA逐渐在其体内合成，由此种子细胞在不断分裂过程中促使胚根长出，幼苗雏形开始显现。结合以往实验室以及田间种子出芽率综合情况来看，种子活力的高低主要取决于种子自身的遗传性、发育成熟程度，以及在储藏过程中的周围环境因子等，这些因素综合影响种子活力强度的可能性、表现程度及活力下降速度情况。

相对而言，种子活力是近年来才新兴起来的一个全新研究领域，国际种子检验协会在1950年才展开了对种子活力的首次探讨。

2   水稻种子活力影响因素及作用机理

通过对种子活力相关内容的分析可以看出，种子活力是一个综合性状，其受种子自身遗传基因等因素的综合影响，如种子发育、休眠、储藏、萌发、劣变等。其中，遗传因素、环境因素是决定水稻种子活力的两个主要内外因素，共同作用于种子发育和萌发，决定了种子活力高低。

2.1   遗传因素对种子活力的影响

内部遗传因子是種子自身所固有的，是决定水稻种子活力的最主要影响因素之一。虽然在后期的生长发育过程中，种子的遗传因子表达在某种程度上也会受到外在环境的影响而发生一定的改变，但仍然难以改变内部遗传因子是影响种子活力第一要素的事实。

相关研究显示，经杂交培育出来的水稻种子在综合表现方面要优于常规水稻品质，其耐储性更好、耐寒性及耐旱性也更佳[5-6]。素有“杂交水稻之父”盛名的袁隆平院士，自1971年调任湖南省农业科学院后就一直致力于杂交水稻的研究工作，以其为首的研究小组利用两年时间完成了技术攻关任务，成功培育出了我国首批杂交水稻种子，这对于我国而言极具历史意义。1997年袁隆平院士提出“杂交水稻超高产育种”技术，该技术不仅在我国得以广泛应用，同时得到了国际学术界的重视，被广泛引入越南、菲律宾、印度、美国。2018年张红生学者带领的南京农业大学团队与王州飞学者带领的华南农业大学团队，共同开展了水稻种子活力基因专项调查活动，从种子发育成熟、萌发、生产、耐逆、休眠等方面，围绕种子活力进行了理论及实践方面的研讨活动。在大量试验的基础上，明确了OsIPMS1基因影响种子活力的内在作用机理为，在种子萌发阶段提高种子内部游离氨基酸的生物合成，致使种子内部可以迅速合成大量GA，由此加快种子TCA与糖酵解循环生化反应速度，使种子可以积攒足够的萌发能力。

2.2   环境因素对种子活力的影响

种子活力是保证出芽率的重要前提，成熟后种子的活力会随着水分的流失逐渐变弱。处于加工、储藏阶段下的种子，会随着周围环境温度、湿度及空气含氧量的变化，而产生表现出差异化的生长活力。经常看到在高温高湿的环境下，种子在大量储存过程中极易出现劣变的情况，这主要是由于高温高湿环境导致种子内部营养合成系统受损，使得生长所需的蛋白质、膜、核酸供应不足，并且过氧化反应还会致使种子内部自由基出现增长，而破坏其DNA、细胞结构，在膜的渗透性作用下，使种子内部有毒物质迅速积累，由此降低种子活力。

中国科学院合肥物质科学研究院从环境因素影响种子活力这一议题出发，将关注的视角放在了种子脂肪氧化酶（Lox）上，结合试验数据指出种子脂质氧化酶含量降低有助于种子活力的提升，能够最大限度地延长种子储存寿命。尤其是在延缓水稻种子劣化方面，虽然Lox1、Lox2、Lox3含量的变化都会对种子储存过程中活力变化、虫害情况具有一定影响，但实质效果相比较而言，Lox1、Lox2含量的降低要明显于Lox3。因此，该研究指出Lox1、Lox2是延缓水稻种子活力的关键基因。

2016年原农业部围绕种子活力的研究，专门组织专业技术人员开展了公益性科研项目“主要农作物高活力种子生产关键技术研究与示范”，就种子在不同环境下所表现出的性状与活力之间的关系展开了技术研究，初步建立了包括水稻在内的农作物种子活力鉴定标准。构建了水稻种子活力高光谱快速测定方法，明确了种子淀粉、粒重、硬度、厚度、游离脂肪酸脂等与活力变化之间的关系，从环境角度对水稻高产高活力适宜种植区进行了明确划分[7]。

3   展望

作为对种子质量进行衡量评估关键指标的种子活力，其并非是一成不变的，会受到自身遗传因子、种子储存生长环境条件等因素的影响。为提高水稻产量，最大限度地实现优种优育，我国农业科技工作者一直致力于优质水稻种子的选择工作，并结合不同时代背景下水稻生产种植综合情况对水稻种子活力具体表现进行了明确。研究显示，通过对种子优良特性的人工选择，干预其杂交组合活动，可以从遗传角度实现种子质量的提升，使种子表现出较好的活力。并且在种子储藏状态下，通过人为干预外部储存环境的温度、湿度、含氧量等，也可以在一定程度上影响种子活力，使其活力降低幅度得以减缓。

通过上述材料分析可以看出，目前水稻种子活力研究早已成为我国生物领域一项重点研究课题，包括高校、研究组织、专业实验室等在内的研究团队围绕水稻种子活力展开了多次研讨实践活动。经过历代研究人员的不懈努力，我国水稻种子研究在世界领域取得了傲人的成就，使我国成为了水稻种植生产大国[8]。相关调查数据显示，截至2020年底，我国常年水稻种植面积占据全世界水稻种植面积的20%以上，多年水稻粮食产量一直都保持在2亿t以上，占全世界水稻总产量的40%左右。

农业农村部负责人表示，未来我国将继续以水稻生产功能区为重点，加快高标准水稻种植农田的建设工作，通过一系列技术化手段，不断促进水稻综合生产能力的持续增强。面对我国未来水稻种植产业良好的发展趋势，研究人员要在以往研究成果的基础上，继续砥砺前行，结合时代发展要求，树立新任务、新目标。应全面审视我国在水稻种子活性研究方面存在的局限性和不足，重点解决好试验材料、環境条件单一化对研究结果的影响，观察在不同环境条件下不同种子群体具体的活力表现;将研究的范围从水稻种子某一阶段的萌发情况拓展到对其整个发育过程的观察与检测，收集足够的数据来支持结论的科学性，使中国团队的研究成果更具说服力。需要特别注意的是，在确保种子在非损耗状态下的激光散斑技术、红外热成像法、测定单粒种子氧气消耗法、微测技术、高光谱成像技术等也应当被作为未来种子活力检测的重点技术加以利用和推广。

参考文献：

[ 1 ] 金文玲，曹乃亮，朱明东，等.基于近红外超连续激光光谱的水稻种子活力无损分级检测研究[J].中国光学，2020，13（5）：1032-1043.

[ 2 ] 徐四静，徐丽嫒，周桂林，等.高活力农作物种子培育和保持的研究进展[J].安徽农业科学，2019，47（7）：6-8，11.

[ 3 ] 张红生，程金平，王健康，等.水稻种子活力相关基因鉴定及分子调控机制[J].南京农业大学学报，2019，42（2）：191-200.

[ 4 ] 杜明，慕永红，袁少文，等.影响水稻种子活力的储藏因素分析[J].土壤与作物，2018，7（4）：419-422.

[ 5 ] 张安鹏，钱前，高振宇.水稻种子活力的研究进展[J].中国水稻科学，2018，32（3）：296-303.

[ 6 ] 李洪达.水稻储藏中水稻种子活力及耐储性研究进展及展望[J].农村科学实验，2018（5）：72.

[ 7 ] 何龙生.水稻种子活力测定方法的初步研究[D].杭州：浙江农林大学，2018.

[ 8 ] 崔婷.水稻种子高活力生产技术初步研究[D].长沙：湖南农业大学，2016.