低温对水稻种子发芽率的影响

刘璇　梅昌伟　汪新宇　肖彬

摘 要：【目的】研究低温对水稻种子发芽率的影响，分析水稻耐寒机制。【方法】以“农香32”水稻种子为研究对象，设置5个不同的温度处理，研究不同温度下水稻种子发芽指标、幼苗生长情况、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量。【结果】低温会对水稻种子发芽率、幼苗生长情况、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量带来显著影响；随着温度的升高，种子发芽情况及生长情况逐渐变好，抗氧化酶活性及渗透调节物质含量逐渐降低。【结论】综合考虑各指标，低温会导致水稻种子萌发活力降低，出苗整齐度变差，幼苗细胞膜受到伤害，25-30℃水稻发芽及生长效果最好。

关键词：低温；水稻；种子；发芽率

水稻是一种起源于热带亚热带的喜温性作物，我国多数人口以稻米作为主粮，是我国重要粮食作物[1]。常德市位于湖南省北部、洞庭湖西侧，是我国重要的产粮大省，其水稻种植面积达到了810万亩，高档优质稻面积达到了240万亩[2]。近年来，随着经济的发展，常德市水稻生产已逐渐由追求产量开始向着降低成本、提高经济效益的方向转变[3]。水稻种子萌发及幼苗生长直接影响水稻植株的生存空间及群体分布，此阶段也是植株死亡率最高的阶段，而温度是影响水稻种子萌发重要的限制环境因子[4]。低温胁迫是主要的胁迫因子之一，许多国家和地区作物生产及发育均会受到低温限制，尤其是作物苗期对低温更为敏感，低温会对作物后期生长发育造成显著影响[5]。低温冻害会对水稻播种造成严重影响，导致种子萌发不齐、结实率低下等问题，造成水稻的严重减产[6]。

近年来，已有部分学者开始探究低温对作物种子萌发的影响，刘颖等[7]以无刺红、以色列黄龙、黔蜜龙3个品种火龙果的种子为试验材料，比较低温（4℃）和常温条件下不同品种火龙果的种子发芽势和发芽率，发现低温对火龙果种子的发芽势和发芽率有显著影响，在一定程度上可促进火龙果种子的萌发。王晓龙等[8]采用培养皿纸上发芽法，设置不同温度（4℃、4℃/18℃、18℃/25 ℃、25℃）处理，比较分析了7个苜蓿品种种子发芽率、发芽指数、简化活力指数和根长的变化，鉴定了苜蓿种子萌发期耐寒性，发现低温下所有苜蓿材料种子发芽率、发芽指数、简化活力指数和根长均呈下降趋势，萌发高峰期随温度降低而后延。潘丽梅等[9]以不同温度处理桑寄生种子并进行相关生理生化指标的测定，发现桑寄生种子对低温敏感，低温胁迫下其电导率、可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、过氧化氢酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性等均受到了不同程度的影响甚至破坏。其中，0℃为桑寄生种子最敏感的低温界限，0℃下放置12h和36h时各项指标变化最明显，低于0℃的条件已不利于桑寄生种子的萌发和保存。高茜等[10]通过10℃低温胁迫处理，以25℃为对照，记录耐寒和不耐寒两个苜蓿品种的发芽状况及7日龄幼苗的生理生化指标，发现在低温胁迫下，苜蓿种子发芽率显著降低，发芽时间延长，幼苗生长缓慢，植株较弱，长期低温将导致幼苗死亡，低温胁迫还会使细胞受损。目前，有关低温对水稻种子发芽率的研究较少，为更好地了解水稻种子在萌发过程中对低温胁迫的适应性，本文测定了水稻种子的萌发状况及幼苗生长初期各项生理指标，希望能够为水稻的抗寒研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用水稻品种为“农香32”，在常德地区做一季晚稻栽培，全生育期为120日左右。

1.2 试验设计

挑选成熟度一致、饱满、无病虫害及机械损伤的水稻种子用于试验。采用1%次氯酸钠溶液消毒30min，清水反复冲洗4次，吸干水分备用。在消毒过程中，注意不得使种子表皮破损，以免试验产生误差。将种子均匀放入平铺有蛭石的标准发芽皿（规格为12cm×12cm×5cm）内，分别加入80ml浓度为100mmol/L的NaCl溶液内，确保蛭石被溶液淹没。将培养皿置于GZ-500-GSI型人工气候箱内培养。分别设置萌发温度为10℃（T1处理）、15℃（T2处理）、20℃（T3处理）、25℃（T4处理）、30℃（T5处理）5个处理，每个处理重复3次，每个重复播入30粒种子，按5行6列均匀摆放。每天进行12h光照和12h黑暗处理，将人工气候箱内相对湿度控制在60%左右。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 发芽指标

在播种后第1日，按照下式计算水稻种子发芽势、发芽率、发芽指数。

发芽指数=ΣGt/Dt（Gt为第t天的发芽数，Dt为相应发芽的天数）

1.3.2 幼苗形态指标

在播种后第12日，选择长势一致的水稻幼苗，测量其根苗形态指标。将幼苗分为地上及地下两部分，分别用天平测量鲜重；采用幼苗卡尺测量根长、苗长及根直径。

1.3.3 丙二醛及抗氧化酶活性

在播种后第12日，采用硫代巴比妥酸（TBA）染色法[11]测定丙二醛（MDA）含量；采用硝基氮蓝四唑（NBT）法[12]测定幼苗叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈创木酚法[13]测定过氧化物酶（POD）活性；紫外分光光度计法[14]测定过氧化氢酶（CAT）活性。

1.3.4 渗透调节物质含量

参照刘丽杰[15]的方法测量可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量。

1.4 数据处理

采用Excel软件录入各试验数据，利用SPSS 19.0对试验数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 低温对水稻种子萌发的影响

不同处理温度对水稻种子萌发情况的影响，见表1。

由表1可知，不同处理温度对水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数存在显著影响。具体而言，随着温度的增加，水稻种子发芽率呈增长趋势，由T1的66.53%逐渐增长至T5的97.78%，其中，T1与T2、T4与T5水稻种子发芽率差异不显著，其余处理间差异显著；不同处理水稻种子发芽势在31.14%-96.94%之间，随着温度的增长整体发芽势呈增长趋势，其中，T4与T5水稻种子发芽势差异不显著；不同处理水稻种子发芽指数由高到低排序依次为T5、T4、T3、T2、T1，发芽指数最高为41.63，最低为17.35。

2.2 低温对水稻幼苗生长情况的影响

不同处理温度对水稻幼苗各项生长指标的影响，见表2。

由表2可知，不同处理水稻幼苗苗鲜重在0.18-0.31g之间，T1最低，T4最高，其中，T5的幼苗苗鲜重与T4差异不显著；从水稻苗长情况来看，随着温度的升高，水稻幼苗苗长逐渐增大，在T4时达到了最大值，随着温度的进一步升高，水稻幼苗苗长无增长趋势；从水稻单株叶面积情况来看，T1最低，仅2.31cm2，T5最高，达到了2.83cm2，T3、T4水稻幼苗单株叶面积与T5差异不显著，T2与T3水稻单株幼苗单株叶面积差异不显著；T2、T3、T4、T5水稻幼苗根直径差异不显著，整体在0.25-0.26mm之间，明显高于T1的0.21mm；不同处理水稻幼苗根数变化趋势与单株叶片面积基本一致，整体在3.87-4.28根之间；随着处理温度的升高，水稻根长也呈现出逐渐升高的趋势，由T1的6.64cm逐渐升高至T5的8.94cm，其中，T2与T3水稻幼苗根长差异不显著，T4与T5水稻幼苗根长差异不显著；从水稻幼苗根系鲜重情况来看，T2、T3、T4、T5水稻幼苗根系鲜重差异不显著，在0.20-0.22g之间，T1、T2、T3水稻幼苗根系鲜重差异不显著，在0.17-0.20g之间。

2.3 低温对水稻幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

不同处理温度对水稻幼苗抗氧化酶活性的影响，见表3。

由表3可知，不同处理温度对水稻MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性均存在显著影响。具体而言，随着处理温度的逐渐升高，MDA含量呈逐渐降低趋势，由T1的27.51μmol/g逐渐降低至T4的16.58μmol/g，随着温度的进一步升高，MDA含量无明显降低趋势；不同处理水稻幼苗叶片SOD活性由高到低依次为T1、T2、T3、T4、T5，其中，T1与T2水稻幼苗叶片SOD活性差异不显著，T2与T3水稻幼苗叶片SOD活性差异不显著，T4与T5水稻幼苗叶片SOD活性差异不显著；不同处理水稻幼苗叶片POD活性变化趋势与SOD活性基本一致，本试验条件下水稻幼苗叶片POD活性在83.30-135.78U/g之间；从水稻幼苗叶片CAT活性情况来看，随着温度的升高，整体呈现出降低趋势，由T1的214.32U/g逐渐降低至T5的167.80U/g，其中，T2、T3、T4水稻幼苗叶片CAT活性差异不显著，T4与T5水稻幼苗CAT活性差异不显著。

2.4 低温对水稻幼苗渗透调节物质含量的影响

不同处理温度下水稻幼苗渗透调节物质含量情况，见表4。

由表4可知，不同处理温度下水稻幼苗可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量均存在显著差异。具体而言，T1、T2、T3、T4、T5五个处理间水稻可溶性糖含量均存在显著差异，可溶性糖含量最高为T1的18.45mg/g，最低为T5的7.02mg/g；从可溶性蛋白含量情况来看，由高到低排序依次为T1、T2、T3、T5、T4，其中，T1水稻幼苗可溶性蛋白含量为6.51mg/g，T4水稻幼苗可溶性蛋白含量为5.77mg/g，T4与T5水稻幼苗可溶性蛋白含量差异不显著，其余各个处理之间可溶性蛋白含量差异显著；从不同处理水稻幼苗脯氨酸含量情况来看，T1最高，达到了49.75mg/g，接着依次为T2、T3、T4、T5，其中，T2、T3、T4、T5水稻幼苗脯氨酸含量分别比T1分别减少了4.51mg/g、7.09mg/g、11.02mg/g、14.13mg/g。

3 讨论

低温胁迫是影响种子萌发的重要因素，一般采取发芽率、发芽势以及发芽指数等指标来评价种子的出苗状况[16]。本研究发现，随着温度的升高，水稻种子发芽率逐渐升高，在10℃条件下水稻种子发芽率为66.53%，在30℃条件下水稻种子发芽率达到了97.78%，这表明10℃的低温条件会严重抑制水稻种子的发芽及出苗，这与徐婷等[17]的研究结果相一致。发芽势是指在发芽试验的初期，规定日期内正常发芽种子占供试种子数的百分比，主要用于衡量种子活力的高低[18]。本研究发现，在温度较低的10-20℃之间，水稻种子发芽势低于67%，而在25-30℃之间，水稻种子发芽势超过了90%，出苗较整齐；发芽指数是种子活力的主要指标，发芽指数越高，种子活力就越高[19]。本研究发现，在10℃的处理温度下水稻种子发芽指数最低，明显低于其余温度处理，而30℃的处理温度下水稻种子发芽指数最高，出苗速度最快。综合考虑水稻种子发芽率、发芽势及发芽指数三个指标，发现温度越低对水稻种子总体出苗情况的影响越大，在10℃的温度条件下，水稻发芽能力最弱，而在25-30℃温度条件下水稻种子发芽能力较为接近，出苗相对较好。与发芽情况相同，低温也会对水稻幼苗鲜重、苗长、单株叶面积、根直径、根数、根长、根系鲜重这些生长指标造成影响，随着温度的升高，上述指标整体呈现出增长趋势，这与刘伟等[20]的研究结果相一致。

在经过多年的选择以及进化后，植物逐渐具备了适应低温的能力，可通过增强呼吸作用、大量积累多种渗透调节物质、提升抗氧化系统内多种保护性酶制活性等以应对低温，上述机制可确保植株在低温条件下继续生长、发育、繁殖，完成一系列的生命活动[21-22]。在不同的温度下，植物内部代谢水平存在较大差异。随着温度的升高，水稻幼苗叶片内丙二醛含量逐渐降低，这表明其细胞膜受损程度处于一个逐渐降低的趋势；超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性也随着温度的升高而逐渐降低，这表明水稻幼苗叶片所面临的胁迫逐渐减小，植物可通过自身抗氧化酶活性的升高来减少因低温所产生的自由基，从而维持膜系统的稳定状态[23]。渗透调节物质含量与植株体抗逆性呈正相关关系，含量越高，逆境胁迫下失水可能性越低，细胞膜稳定性越强。本研究发现，随着温度的升高，水稻幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸三种渗透调节物质含量均有所提升，这表明在低温条件下水稻幼苗会产生应激抵御机制，从而更好地适应外界条件。

4 结论

本试验研究了不同温度对水稻种子发芽、出苗、幼苗生长的影响，探究了几种抗氧化酶活性、渗透调节物质与水稻耐寒冷性之间的关系。结果表明，低温会对水稻种子发芽率、幼苗生长情况、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量造成显著影响，随着温度的升高，种子发芽情况及生长情况逐渐变好，抗氧化酶活性及渗透调节物质含量逐渐降低。综合考虑各指标，认为低温会导致水稻种子萌发活力降低，出苗整齐度差，幼苗细胞膜受到伤害，而25-30℃水稻发芽及生长效果最好。

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习近平《 论“三农”工作》

把乡村振兴战略这篇大文章做好⑦

（二〇一八年九月二十一日）

新时代“三农”工作必须围绕农业农村现代化这个总目标来推进。长期以来，为解决好吃饭问题，我们花了很大精力推进农业现代化，取得了长足进步。现在，全国主要农作物耕种收综合机械化水平已超过百分之六十五，农业科技进步贡献率超过百分之五十七，主要农产品人均占有量均超过世界平均水平，农产品供给极大丰富。相比较而言，农村在基础设施、公共服务、社会治理等方面差距相当大。农村现代化既包括“物”的现代化，也包括“人”的现代化，还包括乡村治理体系和治理能力的现代化。我们要坚持农业现代化和农村现代化体设计、一并推进，实现农业大国向农业强国跨越。

——节选自习近平同志主持中共十九届中央政治局第八次集体学习时讲话，《论“三农”工作》，中央文献出版社，2022年6月第1版

把乡村振兴战略这篇大文章做好⑧

（二〇一八年九月二十一日）

二、坚持实施乡村振兴战略

我在党的十九大报告中对乡村振兴战略进行了概括，提出要坚持农业农村优先发展，按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求，建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系，加快推进农业农村现代化。

——节选自习近平同志主持中共十九届中央政治局第八次集体学习时讲话，《论“三农”工作》，中央文献出版社，2022年6月第1版