水稻种子休眠调控与破除技术的发展

张 萍，张 雯，王亚清

(安徽荃银高科种业股份有限公司 安徽，合肥 230031)

种子休眠虽然能够避免贮存过程中产生不必要的消耗，但是若是休眠程度较深，或是不在实际播种前实施有效处理，会导致农作物减产。基于此，研究并合理应用种子休眠调控技术极为必要。

1 水稻种子休眠的机理分析

1.1 种皮障碍

种皮为存在于水稻种子种胚与胚乳之外的所有组织，其会对水稻种子的顺利萌发产生一定的束缚性影响，这一阻碍作用可以从以下几方面入手进行理解：第一，水稻种子的种皮拥有机械阻碍特性，束缚胚芽的伸出动作，从而降低水稻种子的萌发率。第二，水稻种子的种皮拥有抑制性作用，使得不利于种子萌发的物质难以顺利排出种胚，由此促使水稻种子的萌发率下降。第三，水稻种子的种皮与第二种皮相同，均会对种胚的生长造成一定程度的阻碍。

1.2 环境因素

如果水稻种子正处于生长发育阶段，光照、温湿度、水分含量等环境因素均会对水稻种子的休眠深入度产生一定程度的影响。具体而言，若是水稻种子长时间处于高温、高湿度的环境条件下，其休眠状态能够被迅速打破；若是将水稻种子长时间存放在光照强度小或是黑暗的环境条件下，其休眠状态长时间保持且程度更深，需要在播种前引入后熟作用以及萌发处理。另外，为促使水稻种子长时间休眠，一般会将其存放在4℃左右的低温环境中；为促使水稻种子的休眠状态被有效破除，需要将其转入50℃的环境中实施高温干燥处理，加速水稻种子萌发。

1.3 植物激素的调节

第一，脱落酸与赤霉素。脱落酸主要承担着促进水稻种子内合成脂肪以及储藏蛋白的任务，使得水稻种子转入休眠状态，阻碍着水稻种子的萌发与生长；赤霉素能够解除水稻种子的休眠状态，支持水稻种子更好萌发与生长。第二，其他激素。生长素、乙烯、细胞分裂素等也能够对水稻种子的休眠状态造成一定程度的影响。

2 水稻种子休眠调控的现行技术手段探究

2.1 水稻种子休眠的物理调控技术

2.1.1 种植管理 第一，品种的选择。当环境条件维持在成熟期多雨或是种子贮藏期容易发芽的状态下时，为了避免产生更大的农业损失，普遍会对水稻种子的休眠期进行延长处理，或是直接加深水稻种子的休眠程度。实践中，想要实现对水稻种子休眠的更好调控，需要切实参考种植需求以及环境条件选取具备一定休眠期的品种。第二，温度处理。（1）预先冷冻法。在使用该方法调控与破除水稻种子休眠状态的过程中，需要提前完成湿润发芽基床的准备，并将水稻种子放置在其上方；转移至5-10℃的环境中，对水稻种子实施预先冷处理，持续时间长度维持在3天左右即可；完成冷处理后，将水稻种子连同发芽基床共同转移至发芽箱内，设定温度为20℃即可，以此驱动水稻种子萌发。（2）加热干燥法。在使用该方法调控与破除水稻种子休眠状态的过程中，需要将水稻种子铺平，放置于通风条件较为理想的区域实施干燥处理，以此促使水稻种子中实际的含水量数值下降，提升水稻种子表皮的通透程度，由此达到调控与破除水稻种子休眠状态的效果。实践中，也可以将水稻种子转移至干燥箱内实施前处理，调整干燥箱温度为30℃-35℃，时间长度维持在3-5d，随后再调整温度促进水稻种子萌发即可。第三，除去抑制物质。想要剔除水稻种子表皮中存在的发芽抑制物质，可以将相应水稻种子投放入温水中进行浸泡处理，也可以直接将水稻种子放置在流水内实施预先洗涤处理。通过这样的方式，可以达到清除水稻种子表皮中存在的发芽抑制物质的效果。实践中，需要参考种子投入量以及农作物种子发芽方面的相关技术规定完成对洗涤时间长度的合理设定；完成洗涤后，应当对水稻种子落实干燥处理，且在此过程中重点保证干燥温度合理，一般来说，要将该温度维持在25℃及以内。

2.1.2 基于物理手段的种子处理 第一，机械处理。依托人工操作的方式，削破或是挫伤水稻种子表皮，也可以对其表皮实施穿刺处理，从而达到改变水稻种子表皮透气性以及透水性的效果，为水稻种子的更好萌发创造良好条件。在此过程中，也可以利用砂纸对水稻种子表皮实施摩擦处理，从而达到破除水稻种子休眠状态的效果。第二，层积处理。低温层积处理是现阶段解除水稻种子休眠状态的一种常用方法，实践中，主要将水稻种子放置在湿沙内，转移至温度为1℃-10℃的环境中；设定放置时间维持1-3个月，依托这样的处理操作，可以达到有效解除水稻种子休眠状态的效果。在此过程中，水稻种子内所包含着的抑制物质脱落酸总体含量表现出下降趋势，相对应的，赤霉素、细胞分裂素等物质的总体含量水平呈现出逐步提升的状态，从而达到促进水稻种子萌发的效果。第三，射线处理。依托超声波、X射线、电离辐射等对水稻种子进行处理，或是落实光照处理，同样能够达到打破水稻种子休眠状态的效果。需要注意的是，如果射线处理的时间相对较长，则水稻种子内的遗传物质会发生变化，且难以在停止射线刺激后恢复至原本状态。因此，需要合理设定射线处理的强度与时间。

2.2 水稻种子休眠的化学调控技术

2.2.1 抗穗发芽药剂的投放 在实际的水稻制种工作中，需要着重解决穗发芽问题。受到环境高温多雨、赤霉素的喷施等多种因素的影响，水稻制种中发生穗发芽现象的概率偏高，从而使得水稻种子的制备质量下降。基于这样的情况，在当前依托化学手段调控水稻种子休眠期的研究与操作实践中，投放抗穗发芽药剂的受关注程度维持在较高水平。对水稻种子休眠期的形成、解除过程展开深入分析，能够了解到，植物激素在整个过程中均发挥着较为重要的作用，具体而言，脱落酸与赤霉素在水稻种子休眠状态的调控方面所发挥出的效果截然不同，脱落酸主要承担着促进水稻种子内合成脂肪以及储藏蛋白的任务，使得水稻种子转入休眠状态，阻碍着水稻种子的萌发与生长；赤霉素能够解除水稻种子的休眠状态，支持水稻种子更好萌发与生长。

2.2.2 破休眠药剂的投放 当水稻种子处于休眠状态时，难以实现对水稻发芽率的提升，这并不利于水稻育种进程加速以及早播操作的实施。实践中，可以通过投放破休眠药剂达到解除水稻种子休眠状态的效果，此时，可以投放的药剂主要有过氧化氢、氯精、硝酸等稀释溶液，将水稻种子浸入其中，从而完成对水稻种子休眠状态的高质量解除。为了实现在破除水稻种子休眠状态的基础上，避免水稻种子的生物活性丧失，获取更为理想的水稻发芽率，可以将投放的过氧化氢稀释液浓度维持在5%，并同时引入0.25g/L 的赤霉素；如果选用氯精实施破除水稻种子休眠状态处理，则需要将相应稀释液的浓度维持在1:125，由此获取更为理想的水稻种子休眠状态解除成效。另外，在实际的操作过程中，也可以通过单独投放赤霉素溶液的方式对处于休眠期的水稻种子进行处理，设定赤霉素溶液的浓度为0.1%，进行浸种处理，可以收获更为理想的水稻种子休眠状态破除效果。

2.2.3 乙烯调控种子休眠 在潮湿气候条件下，水稻种子出现穗发芽现象的概率大幅增加，并不利于水稻种植产量的维护以及制种工作的高质量展开。为更好规避穗发芽问题的发生，需要确保水稻种子成熟后能够进入长度合理且强度适当的休眠期。需要注意的是，如果水稻种子进入深度休眠状态，则同样会产生出苗率低的现象，最终降低水稻种植产量。结合当前的研究能够了解到，赤霉素、脱落酸等植物激素能够发挥出调节水稻种子休眠期的效果，除此之外，乙烯在调控水稻种子休眠期的过程中也能够发挥出较为理想的作用，值得深入性探索。

2.3 新技术的研究

2.3.1 水稻超干种子耐热性的利用 选取具备休眠性的水稻超干种子转移至85℃的环境下实施高温干烘处理，持续时间设定为24h，即可实现对相应水稻种子休眠状态的有效破除，驱动水稻种子的实际发芽率表现出明显提升的趋势。需要注意的是，如果选取干种子使用与上述表述保持一致的方法进行处理，则无法实现对干种子休眠状态的解除，所获取的相应水稻种子发芽率趋近于零。造成这一现象的主要原因在于两种水稻种子中的含水量存在差异性，相比于干种子来说，水稻超干种子所具备的含水量维持在更低水平，所以拥有更强的耐高温能力。

想要更好利用水稻超干种子的耐热性完成对休眠状态的高质量破除，需要着重把握其相应种子的处理方法。一般来说，当水稻种子的含水量维持在10%-13%的条件下时，将其转入60℃-65℃的环境下实施高温干烘处理，持续时间设定在18-24h即可，此时可以将水稻种子的含水量下降至5%-7%左右，保证水稻超干种子的耐热性在破除种子休眠状态过程中的优势性得到最大程度的发挥。同时，还需要设定更为合理的高温干烘处理时间长度以及温度参数。在当前的实践中，普遍认定基于水稻种子休眠状态破除的高温干烘处理最优时间长度为12-48h，最优处理温度为75℃-85℃。实践中，如果所选取的水稻种子为处于轻度休眠状态的水稻超干种子，那么可以将基于水稻种子休眠状态破除的高温干烘处理时间长度控制在12-24h，处理温度维持在75℃-80℃的范围内即可；如果所选取的水稻种子为处于重度休眠状态的水稻超干种子，那么可以将基于水稻种子休眠状态破除的高温干烘处理时间长度控制在24-48h，处理温度维持在80℃-85℃的范围内即可。另外，在完成对水稻超干种子的高温干烘处理后，还需要进一步组织浸种与催芽操作，一般将完成处理的种子进行冷却，随后利用普通性浸种催芽处理模式即可。

2.3.2 基因编辑技术的利用 在实际的水稻种植生产过程中，存在着部分水稻种子在刚刚完成收获后就转入休眠状态的情况，此时需要利用一定处理方式破除相应水稻种子的休眠状态。虽然水稻种子的休眠是其适应自然环境的一种较为常见的方式，能够一定程度降低水稻收获后不必要发芽损失的产生，但是这一状态也会阻碍后续生产或是科研工作的展开，所以需要落实适当的调控与打破处理。在当前的研究中，形成了一种基于基因编辑技术的水稻种子休眠状态调控与解除方式，具体而言，可以利用CRISPR/Cas9基因编辑技术突变OsVP1基因完成对水稻种子休眠状态的高效性解除。对于OsVP1基因而言，其涵盖在转录因子的范畴内，主要承担着对水稻种子发育以及脱落酸信号进行调控的任务。出于对解除水稻种子休眠状态的考量，可以将OsVP1 基因设定为靶标，结合对CRISPR/Cas9基因编辑技术的引入，在T0代转化苗中实现对编辑植株的获取。在OsVP1基因的靶标位点中，主要存在着多种突变类型（4种），且具有遗传性、T-DNA 依托分离操作也能够在T1 代中删除。而在编辑植株内，与脱落酸信号、赤霉素信号相关联的基因表达均发生一定程度的变化，相比于未经过处理的植株，纯合突变株内所拥有的突变基因表达量更多。总体而言，通过引入基因编辑技术，能够到达高质量调控与解除水稻种子休眠状态的效果。

3 总结

综上所述，休眠是水稻种子适应自然的重要方式，能够一定程度降低水稻收获后不必要发芽损失的产生，但是这一状态会使得水稻种子的发芽率维持在较低水平，甚至为零，从而导致出苗参差不齐、作物减产，所以需要落实适当的调控与打破处理。实践中，可以利用种植管理、种子处理等物理调控技术以及抗穗发芽药剂的投放、破休眠药剂的投放等化学调控技术完成对水稻种子休眠的合理调控以及高质量破除。在当前的发展中，水稻超干种子耐热性的利用、基因编辑技术等新技术手段也逐步形成并推广应用，实现种子休眠调控的技术升级。