蒋 薇 ，李 瑶 ，李 娜 ，赵 飞 ，，亓 娜 ，蔡 卓 ，曹高燚 ，，华泽田

（1.天津农学院农学与资源环境学院，天津 300384；2.中国农业科学院甘薯研究所，江苏徐州 221000；3.国家粳稻工程技术研究中心，天津 300357）

种子是农业的根本，种子质量的高低与农业的发展息息相关。种子活力（Seed vigor）是衡量种子在田间出苗情况的重要指标，实验室可以通过监测种子发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数来评价种子活力状态。种子萌发由遗传和环境条件等多种因素调节，环境条件是制约水稻种子活力的重要因素，其中包括收获时期、温度、种子含水量等［1］。张玉兰等［2］以粳稻和籼稻种子为试验材料，研究5年后种子不同含水量对贮藏寿命的影响，表明水稻种子适度超干的含水量对种子活力的影响最小，最利于种子储藏。 在此基础上，胡群文等［3，4］进一步研究得出，若含水量保持在5.5%左右，种子保存最为得当，即此时的种子活力相较其他含水量种子最高。陈新红等［5］以当地水稻品种为试材，研究得出逆境不利于种子的保存，且逆境条件对种子的损害越大，种子活力下降得越明显。与此同时，种子发育得越完整，结构越齐全，种子萌发得越好。徐军等［6］的研究表明在种子完熟期之后收获，对种子活力越有利。关于贮藏温度对种子活力的影响，缪丽霞等［7］采用8个水稻品种探讨得出贮藏温度越低，对种子发芽力影响越小。低温和适宜含水量能较好地降低种子贮藏过程中活力的损耗。

水稻是产业化程度较高的作物，每年都面临较大的贮藏损失，影响种子质量。种子贮藏时间的长短往往受内部和外部两个方面的因素影响，外部因素主要是储藏环境和储藏时间，内部因素常以含水量衡量。

本研究设置了不同的储藏条件对不同品种水稻种子进行整体活力研究，探求水稻保存的极限条件，了解水稻种子耐贮性生理生化机制，明确不同含水量、贮藏温度与种子活力的关系，对不同品种水稻种子的耐贮性做出客观评价，确定最优的杂交粳稻种子贮藏环境，为水稻种子耐贮性生理生化机制提供理论依据，对降低企业的贮藏成本和生产风险具有重要应用价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2个常规粳稻品种津原E5和津原11。

1.2 试验方法

1.2.1 种子贮藏水分设置 将水稻种子吸水晾干，实时监测种子含水量，再配合硅胶干燥剂，将符合试验要求的种子塑封后放入不同温度的冰箱贮藏。津原 E5设低含水量（9.6%）、中含水量（14.8%）、高含水量（25.1%）3个处理；津原11设低含水量（9.6%）、中含水量（14.3%）、高含水量（22.7%）3个处理。

1.2.2 种子贮藏温度设置 试验设置3种不同贮藏温度，分别为4、-10和-20℃ 3个处理，分别在贮藏1个月（4月份）、6个月（9月份）及9个月（12月份）时测定其种子活力指标。

1.2.3 鉴定水稻种子活力相关参数 水稻种子可溶性蛋白含量、丙二醛含量、过氧化物酶活性参照成广雷等［8］的方法测定。

2 结果与分析

2.1 种子发芽指数的变化

种子发芽指数是种子发芽率的细化和深入，是种子活力指标的重要参数。津原E5和津原11两个品种从4—12月贮藏期间发芽指数见图1，并未达到显著性变化。津原E5在12月时，不同贮藏条件下发芽指数呈现一定的趋势（图1A），在4℃时，随着种子含水量的下降，发芽指数略微上升。在-10℃时，种子发芽指数与种子含水量的关系更为密切。在-20℃时，可明显地观察到随着种子含水量的下降，发芽指数大幅度上升。在-20℃时，贮藏至12月时津原E5（含水量25.1%）和津原11（含水量22.7%）的高含水量种子较贮藏初期（4月）种子发芽指数呈明显下降趋势。在低温（4℃）及超低温（-10、-20℃）贮藏条件下，较低的种子含水量能在一定程度上保护种子，有助于种子的萌发。

图1 种子贮藏过程中发芽指数变化

2.2 种子活力指数的变化

种子活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反应，可以更准确地反映种子活力。津原E5和津原11两个品种的活力指数，在贮藏过程中无显著性变化。低含水量处理的种子在-20℃相较于其他含水量种子有较高的活力指数（图2）。由此可见，在较短的贮藏时间内，种子活力指数基本不变，同时，在超低温（-20℃）贮藏条件下，较低的种子含水量有助于种子的萌发，且温度越低（-20℃）效果越显著。

图2 种子贮藏过程中活力指数变化

2.3 可溶性蛋白含量的变化

种子可溶性蛋白参与各种代谢，可以反映种子的代谢状况。经过9个月的临界贮藏，两个品种的可溶性蛋白含量均有所下降。种子在-20℃贮藏期间，中含水量和低含水量种子可溶性蛋白变化不显著，但并不改变整体的下降趋势。可溶性蛋白含量与贮藏时间呈负相关，且高含水量种子下降最显著（图3）。

图3 种子贮藏过程中可溶性蛋白含量变化

2.4 丙二醛含量的变化

丙二醛是植物体内脂质过氧化的有害代谢物，它能与细胞各成分发生强烈反应的过氧化产物，会损伤多种酶和膜系统。测定丙二醛（MDA）含量可以反映种子脂质过氧化的程度。随着贮藏时间的增加，MDA含量不断积累，津原E5在贮藏期间，中含水量和低含水量处理的种子MDA含量均显著上升，且在不同贮藏温度下，随含水量的下降，MDA含量上升（图4）。津原11在贮藏期间，4℃和-10℃处理的种子MDA含量随种子含水量下降而逐渐上升。临界贮藏条件下种子MDA含量随含水量下降而上升。

图4 种子贮藏过程中丙二醛含量变化

3 小结与讨论

种子萌发是个多因素作用的复杂过程，始于吸胀止于胚根萌发，是植物生长的第一步［1］。种子萌发受到内部因素和外界环境的共同调控，是胚胎生长发育的必要条件［9-11］。种子成功的发芽不仅对成苗至关重要，而且对作物产量也很重要。比较拟南芥、水稻和玉米等不同植物种子萌发的作用机制，其在形态学变化、细胞及其相关结构恢复、代谢激活、激素行为、转录和翻译激活等都存在异同［12］。控制种子萌发和休眠的因素很多，包括由植物和土壤细菌产生的植物激素［13］。植物激素与植物基因的相互作用影响种子萌发。虽然植物激素的活性受不同水平基因表达的控制，但有一些植物基因在特定植物激素存在时被激活［14，15］。因此，调节基因表达可能是促进种子萌发的有效途径。

除了分子机制和激素，外部环境因素如温度光照亦影响着种子萌发［16］。在19世纪早期，人们就发现红光能促进某些种子（如莴苣种子）萌发，而远红光抑制其萌发［17-19］。同样，温度对种子萌发和休眠也起着重要的调控作用［20］。不同植物的萌发对温度的要求不同，低温往往适于种子萌发，因为种子打破休眠往往需要低温。有些植物萌发则需要一个变温的过程［21，22］。

贮藏条件如温度、时间、种子含水量等均对种子活力及其寿命有重要影响。张苗苗等［23］通过加拿大披碱草贮藏试验指出，随贮藏时间延长，种子发芽指数呈抛物线状变化，刚收获的种子在贮藏1～2年时利用价值较佳。由于每个品种收获时期不甚相同，贮藏时间存在差异，导致种子休眠期存在一定程度的差异，同时不同品种水稻种子的休眠期也会存在差异，这就导致每个品种间的发芽指数、活力指数存在一定差异。同时也不排除在超低温贮藏过程中种子发生遗传变异而导致生理出现差异。周建明等［24］通过杂交粳稻常优3号贮藏试验表明，种子在低温贮藏8个月时活力指数开始下降，12个月达到极显著。

随着贮藏时间的延长，种子活力开始下降，导致蛋白含量下降［25-27］。丙二醛产生的根源是膜脂过氧化，主要指脂肪的过氧化，即脂肪酸在不饱和脂肪酸双键上发生过氧化作用，从而使细胞膜功能衰竭。种子内油脂在酸败过程中易产生多种有害物质，即包括丙二醛，对种子活力的降低有很大影响［28，29］。活性氧（ROS）相关线粒体功能障碍在种子退化中起着重要作用。ROS的大量产生诱导线粒体特异蛋白的改变和修饰，这些蛋白可能参与线粒体退化的过程，最终导致种子活力丧失［30，31］。 种子能否成功萌发在很大程度上取决于种子的氧化稳态。过氧化氢还原酶（APX6）在种子萌发控制和种子抗逆性方面具有新的作用。APX6替代APX1作为干种子中的主要APX，其功能丧失导致种子萌发因活性氧过度积累和氧化损伤而降低。由此可以看出种子通常会通过保护酶来降低ROS对细胞的损伤，从而在一定程度上维持种子活力［32］。本研究中丙二醛在贮藏过程中呈上升趋势，而过氧化物酶（POD）活性呈下降趋势，与前人研究结果相一致。

研究发现，相关活力指标如发芽指数、活力指数与贮藏时间无明显线性关系，同时可溶性蛋白、丙二醛含量与贮藏时间呈线性关系；其中，可溶性蛋白含量与贮藏时间呈负相关，丙二醛则反之。

种子贮藏时的温度和含水量与种子活力存在一定关联。当温度一定时，发芽指数随种子含水量的降低而增加。可溶性蛋白在超低温高含水量情况下受到明显破坏，含量最低。在不同贮藏温度下，随含水量下降，丙二醛含量上升。POD活性在超低温高水分条件下最低。