超声波处理种子对香稻秧苗素质、抗逆性、产量及香气的影响

张莹莹 何珍珍 兰儒剑 肖立中 钟克友 田华 段美洋 潘圣刚 王树丽 莫钊文 唐湘如

（华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室/农业农村部华南地区作物栽培科学观测实验站/广州市丝苗香米科学与技术重点实验室，广州 510642；第一作者: 17852862186 @163.com；*通信作者：tangxr@scau.edu.cn）

水稻是世界上最重要的作物之一，稻米是全球一半以上人口的主食。随着全球人口的不断增多，人们对稻米的需求量也逐渐增大，在水稻种植面积增长受限情况下，提高水稻单产是解决粮食紧缺问题的关键[1-2]。

21 世纪我国变暖趋势明显，特别是人口密集的地区，且气候复杂多变[3]。气候是水稻生产中难以控制的制约因素，对粮食产量和粮食安全影响巨大[4]。温度是影响水稻生长发育的重要条件之一, 近年来全球气温异常变化,使很多地区水稻经常遭遇低温和高温胁迫，温度胁迫影响植物光合作用，进而影响植物的新陈代谢，导致植物发育受阻，影响后期的生殖生长，最终导致减产[5]。俗话说的好，“苗好一半谷”，苗期的水稻特别脆弱，受温度胁迫影响大。

利用低频或中频波（20-100 kHz）的超声波处理作物种子可以改善种子发芽和促进作物的生长发育[6]。超声波处理的原理是：通过低频超声波的机械震荡、空化效应和磁致伸缩使底物迅速与酶进行催化，释放能量使酶分子达到理想的构象，从而提高植物抗氧化酶活性[6]。适当的超声波处理种子可以改变植物细胞膜的通透性，加快种子吸胀，提高α-淀粉酶活性，促进淀粉水解，从而加快植物的生长发育[7-8]。傅友强等[9]研究表明，超声波处理水稻种子能提高水稻产量。刘琪等[10]研究表明，超声波处理香稻种子能提高香稻香气。MO 等[11]研究表明，超声波处理水稻种子能提高水稻的抗逆性。但超声波处理种子对水稻在苗期温度胁迫下是否能提高产量和2-AP 含量少有报道。为此，我们进行了本项研究。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以青香优19 香作为试验材料，香稻种子由华南农业大学农学院提供。试验于2022 年早季在广州市天河区华南农业大学科技楼和启林农场进行，3 月11 日至3 月30 日共20 d 完成人工气候箱培养成秧，3 月31 日移栽至启林农场，7 月10 日收获。

1.2 试验设计

在浸种前使用超声波种子处理机（5ZCG-50，广东金稻农业科技有限公司）于50 kHz 条件下处理种子1 min（UT），未用超声波处理的为CK，之后分别放在低温人工气候箱（BDW50，康威隆）（8∶00 至晚上20∶00 22 ℃，有光，光照强度1 000 lx；20∶00 至次日8∶00 12 ℃，无光）、高温人工气候箱（8∶00 至20∶00 35 ℃，有光，光照强度1 000 lx；20∶00 至次日8∶00 25 ℃，无光）和网室（2022 年3 月白天平均温度为25.3 ℃，夜间平均温度为16.6 ℃）中，使用多孔钵苗盘育秧20 d 后，秧苗转入网室移栽至装满盆栽土的塑料盆中种植，至成熟收获。所有处理栽培措施及水肥条件保持一致。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 秧苗素质

育秧第20 d 时，每个处理随机选取30 株具有代表性的植株，取其中10 株从茎基部至叶顶部用直尺测量其高度，记录株高。取其中10 株用游标卡尺测量每株的茎基宽，然后把30 株平均分成3 份，用千分之一天平称质量，最后换算成每株质量即为鲜质量，测完后放进100 ℃烘箱杀青60 min，再把烘箱调成80 ℃烘干直至样品质量不再发生变化。用相同方法测定秧苗干质量。

1.3.2 抗逆性相关酶活性

抗逆性相关酶活性测定方法参照赖日芳等[12]方法。

1.3.3 产量及其构成因素

水稻成熟后，每个处理随机选取3 盆收割测定实际产量。在12 盆中按照平均数取样法随机取3 穴有代表性水稻调查有效穗数，测定结实率、千粒重和总粒数等指标。

1.3.4 2-AP 含量

香气物质2-AP 含量的测定参考MO 等[13]的方法。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2019 处理数据，用SPSS19.0 系统进行统计分析。各数值为平均数，用LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 超声波处理种子对香稻秧苗素质的影响

由表1 可知，3 种温度条件下UT 处理的株高、茎基宽和鲜质量都高于CK，其中低温和高温胁迫下UT处理与CK 差异显著。低温下UT 处理的秧苗干质量显著高于CK，室温和高温下UT 处理的秧苗干质量稍高于CK。

表1 超声波处理种子对香稻秧苗素质的影响

2.2 超声波处理种子对香稻抗逆性的影响

2.2.1 超声波处理种子对香稻SOD 活性的影响

由表2 可知，除了齐穗期15 d 时低温下UT 处理叶片SOD 活性和成熟期时室温下UT 处理籽粒SOD活性显著高于CK 外，其余UT 处理不同生育期叶片和籽粒SOD 活性与CK 无显著差异。

表2 超声波处理种子对香稻SOD 活性的影响（单位：U·g-1·min-1）

2.2.2 超声波处理种子对香稻POD 活性的影响

由表3 可知，高温下，UT 处理叶片的POD 活性成熟期显著高于CK，而齐穗期15 d 则显著低于CK，其余生育期两处理间无显著差异。

表3 超声波处理种子对香稻POD 活性的影响（单位：U·g-1·min-1）

2.2.3 超声波处理种子对香稻CAT 活性的影响

由表4 可知，齐穗期和齐穗期15 d，高、低温下UT处理叶片中的CAT 活性显著高于CK，而籽粒中差异不显著；室温下齐穗期15 d 叶片和成熟期籽粒中UT处理CAT 活性显著高于CK。

表4 超声波处理种子对香稻CAT 活性的影响（单位：U·g-1·min-1）

2.2.4 超声波处理种子对香稻MDA 含量的影响

由表5 可知，齐穗期，低温、室温下UT 处理叶片的MDA 含量显著低于CK，高温下则UT 处理叶片的MDA 含量显著高于CK；齐穗期15 d 时，各种温度下UT 处理叶片和籽粒的MDA 含量与CK 无显著差异；成熟期，室温下UT 处理的叶片和高温下UT 处理的籽粒MDA 含量显著低于CK，其他温度下UT 处理叶片和籽粒的MDA 含量与CK 无显著差异。

表5 超声波处理种子对香稻MDA 含量的影响（单位：μmol·g-1）

2.3 超声波处理种子对香稻产量及产量构成因素的影响

由表6 可知，在低温、室温和高温下青香优19 香种子经UT 处理，其产量显著高于CK，增幅为7.50%~10.17%。3 种温度下UT 处理有效穗数均高于CK；室温UT 处理每穗粒数显著高于CK，其他两种温度UT 处理每穗粒数与CK 相比无显著差异；3 种温度下UT 处理的结实率和千粒重均高于CK。

表6 苗期温度胁迫下超声波处理种子对香稻产量及产量构成因素影响

2.4 超声波处理种子对香稻香气2-AP 含量的影响

由图1 可知，3 种温度下UT 处理香稻的成熟籽粒2-AP 含量都显著高于CK，分别提升15.80%、21.62%和12.51%。

图1 苗期温度胁迫下超声波处理种子对香稻香气2-AP 含量的影响

3 讨论

增产是水稻育种和栽培永恒的追求。傅友强等[19,14-15]研究表明，超声波处理香稻种子通过提高水稻每穗颖花数来提高水稻产量。聂俊等[8,15-16]的研究表明，超声波处理种子能够提高水稻的有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重。KONG 等[17]发现，适当低温能增加香稻2-AP含量。本研究结果表明，室温下超声波处理青香优19香种子显著提高每穗粒数，使产量提升，与前人研究结果基本一致。

万泗梅[14]研究发现，超声波处理种子能提高水稻苗期植株的株高和茎基宽。胡伟凤[18]研究表明，超声波处理种子有提高水稻苗期植株的根数、根长、株高和茎基宽的效果。本研究结果表明，超声波处理青香优19香种子，提高了苗期植株株高和茎基宽，这与前人研究结果基本一致。本试验结果表明，超声波处理种子使香稻产量和籽粒香气增加。产量增加可能是超声波处理种子处理促进种子早发，秧苗素质提高，同时也提高了应对各种不同高低温逆境的能力。而香气增加也可能得益于超声波处理下香稻前期抗逆性强，生长状况良好，有足够的物质储备，待香稻生长后期籽粒灌浆时，香气物质2-AP 合成有足够多的前提物质，物质转运通路顺畅所导致。其中的机理还需更加深入的研究。

4 结论

试验结果表明：超声波处理种子青香优19 香提高了苗期水稻植株的株高和茎基宽，显著提高了苗期水稻植株的鲜质量和干质量。超声波处理种子对青香优19 香的POD 活性、CAT 活性和MDA 含量影响不显著，显著升高SOD 活性，使香稻抗逆性提升，生长优势更明显。超声波处理种子显著提高室温下的结实率，但对有效穗数和千粒重影响不显著，使产量显著提高。超声波处理种子显著提高青香优19 香的2-AP 含量。