王晓敏 唐启源 郑华斌 莫文伟 杨剑波

(湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)

水稻(Oryza sativaL.)是我国的主要粮食作物之一，全国约60%的人口以稻米为主食[1]。自20世纪70年代以来，杂交水稻技术的成功应用及大面积推广为我国粮食安全做出了巨大贡献。杂交水稻的产量比常规稻高出15%～20%，截止2014年，杂交水稻累计增产约5亿t[2]。当前我国水稻生产正处于转型期，传统的精耕细作难以满足人们的生活需求，轻简化和机械化的栽培管理方式亟待推广[2]。但杂交水稻种子质量问题突出，发芽率普遍较低，严重阻碍了定量、精确等机械化栽培技术的应用和推广[2-3]。因此，需要对杂交水稻种子质量进行深入研究。

种子活力是评价种子质量的重要指标，反映了种子潜在萌发、出苗能力与贮藏性能[4]。高活力种子对不良环境抵抗力强，有明显的生长优势和生长潜力；低活力种子在不良环境条件下出苗不整齐，甚至不出苗[4-6]。种子活力是在种子发育过程中形成的，不同收获期的种子具有不同水平的种子活力。大量研究表明，授粉后天数可以作为确定种子适宜收获期的一项指标。郝楠等[7]研究表明，玉米辽单588种子在辽宁地区适宜收获期为授粉后53 d；付爱斌等[8]认为，陆两优996种子适宜收获期为母本(陆18S)终花后14～17 d。但种子的生长发育速度受发育期间大气温度、湿度等气象因素的影响[4]，且同一品种在不同生态区的适宜收获期也存在差异[7，9]。因此，以授粉后天数作为种子收获期的参考指标具有不确定性。采用感官指标确定种子适宜收获期是较为高效的评价方式。樊廷录等[10]研究表明，玉米种子乳线下移至籽粒1/2位置时，种子水分为38%～40%，发芽率和活力均处在高值水平；周海宁等[11]认为玉米籽粒黑层出现前3～6 d收获的种子具有较高的活力。然而，有关杂交水稻高活力种子适宜收获期感官指标的研究却鲜见报道。随着水稻种子成熟进程的推进，种子颖壳的颜色由绿色逐渐转变为黄熟。本研究从群体的角度出发，以籽粒黄熟度(一般将黄色籽粒数占籽粒总数的比例称为籽粒黄熟度)为感官指标，分析不同黄熟度群体间种子活力的差异，探究杂交水稻高活力种子适宜收获期的感官指标，旨在为杂交水稻高活力种子生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年和2017年分别在湖南省邵阳市绥宁县(110°15′E、26°58′N)、湖南省郴州市桂阳县(112°72′E、25°73′N)和桂东县(114°11′E、25°08′N)进行杂交水稻种子生产。绥宁县年平均气温16.7℃，年平均降水量1 320.0 mm，年平均日照时数1 348.9 h，年平均无霜期304 d；桂阳县年平均气温17.5℃，年平均降水量1 485.5 mm，年平均日照时数1 527.8 h，年平均无霜期277 d；桂东县年平均气温15.4℃，年平均降水量1 670.1 mm，年平均日照时数1 372.4 h，年平均无霜期240 d，三地均属于亚热带季风性湿润气候。

1.2 试验材料

2016年以深两优1813(深08S×R1813)、隆两优1813(隆科638S×R1813)、Ⅱ优838(Ⅱ-32A×辐恢838)和Y 两优1128(Y58S×R1128)为供试材料，品种均由湖南隆平种业有限公司提供。2017年以创两优华占(创5S×华占)和Ⅱ优838(Ⅱ-32A×辐恢838)为供试材料，品种分别由湖南金色农华种业科技有限公司和湖南隆平种业有限公司提供。

1.3 试验设计

各品种均采用当地种子生产技术进行制种，不同品种间采用空间隔离防止串粉。在盛花期，选生长基本一致的植株进行挂牌，挂牌数量为80 蔸，每个品种根据授粉后天数进行取样，每隔2 d 取一次样，每次样品数量为10 蔸，直至收获完成，各品种具体取样时间见表1。样品进行人工脱粒，统计黄熟度并测定种子水分，实验室内测定样品粒重、内含物和种子活力等指标。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 籽粒黄熟度测定 将每次取的样本均匀分为2组进行考种，统计每穗的黄色实粒数和总实粒数。按照公式计算黄熟度:

1.4.2 标准发芽测定 按标准发芽方法进行种子发芽试验，每个处理随机数取100 粒种子，3次重复，1.0%次氯酸钠消毒10 min，洗净(冲洗3次)，统一浸种24 h。于发芽盒(20 cm×15 cm×12 cm)垫2层专用发芽纸，加9 mL 蒸馏水，将种子均匀置于湿润的发芽纸上，30±1℃恒温培养。放入培养箱当天记0 d，每天记录发芽数(正常幼苗数)，至第7天时统计发芽数并剪下幼苗烘干称重，按照公式计算发芽率、发芽指数(germination index，GI)和活力指数(vigor index，VI):

式中，Dt为发芽日数，Gt为与Dt相对应的当天发芽种子数；S为一定时期内(7 d)幼苗干重，g。

1.4.3 老化发芽测定 将种子批置于老化盒(10 cm×10 cm×3 cm)，再置于老化箱(温度45℃，相对湿度100%)中持续老化96 h。然后进行标准发芽试验，测定种子活力的相关参数。

1.4.4 种子的水分和千粒重 样品的水分采用TD-6电脑水分计(上海三久机械有限公司)测定，4次重复。取30±1 g 试样，统计粒数，烘干至恒重，称重(干重)，然后将干重换算成种子的千粒重，3次重复。

1.4.5 种子(糙米)蛋白质含量测定 蛋白质含量采用SKALAR 连续流动分析仪(荷兰SKALAR 分析仪器公司)测定[12]，并按照公式计算蛋白质含量:

式中，μg为流动分析仪测量数据，mL；m为样品重量，g。

1.4.6 种子(糙米)总淀粉含量测定 总淀粉含量参照尹燕枰[13]的研究采用旋光法测定，并按照公式计算总淀粉含量:

式中，a为测定的旋光度；L为旋光管长度，dm；W为样品重量，g；H为样品水分含量。

1.4.7 种子(糙米)直链淀粉含量测定 直链淀粉含量参照王国槐[14]的研究采用碘蓝比色法测定。即以含量为1.5%、10.4%、16.2%和26.5%的标准样品，与待测样品在同等条件下水分含量比色，记录吸光度值，带入标准曲线确定待测样含量。

表1 各品种的取样日期Table1 Sampling date of varieties

1.4.8 种子(糙米)可溶性糖含量测定 可溶性糖含量参照张宪政[15]的研究采用蒽酮比色法测定，并按照公式计算可溶性糖含量:

式中，C为根据回归方程计算的葡萄糖含量，μg；V为样品提取液总体积，mL；a为显色时取样品液量，mL；W为样品重量，g；H为样品水分含量。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2007 整理数据；采用DPS 7.5进行统计分析；采用Statistix 8.0 进行数据的方差分析，多重比较采用LSD 法。2016年和2017年水分和千粒重变化规律一致，且仅2017年进行了种子老化试验和种子贮藏物质含量的测定，因此，结果与分析中以2017年数据进行阐述。

2 结果与分析

2.1 籽粒黄熟度对种子活力的影响

种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数均随着籽粒黄熟度的增加而先增加后趋于稳定(表2)。以深两优1813为例，籽粒黄熟度的变化范围为39.1%～89.2%，种子发芽率和发芽势分别增加了9.0和14.7个百分点，发芽指数和活力指数分别增加了17.3%和36.7%。当籽粒黄熟度分别为71.2%和89.2%时，种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均无显著差异(P＞0.05)。综合分析各供试品种的种子活力，黄熟度为75%～90%时，种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数均处于高值水平，且差异不显著(P＞0.05)。

表2 籽粒黄熟度对种子活力的影响(2016-2017年)Table2 Effects of yellow-seed percentage on seed vigor(year 2016-2017)

进一步分析不同籽粒黄熟度群体加速老化后种子活力的变化情况。由表3可知，较标准发芽，加速老化处理进一步扩大了不同籽粒黄熟度群体间种子活力的差异。以Ⅱ优838为例，籽粒黄熟度的变化范围为21.5%～93.0%，在标准发芽条件下，种子发芽率增加了6.6个百分点，活力指数增加了49.3%(表2)；在加速老化条件下，种子发芽率增加了9.3个百分点，活力指数增加了77.5%。当籽粒黄熟度为75%～90%时，种子发芽率和活力指数差异不显著(P＞0.05)，但显著高于籽粒黄熟度低的群体。因此，在杂交水稻种子生产中，籽粒黄熟度对种子活力具有显著影响。

2.2 籽粒黄熟度对种子水分和千粒重的影响

由表4可知，随着籽粒黄熟度的增加，种子千粒重呈逐渐增加的趋势，但未达到显著差异水平；种子水分先降低后趋于稳定。以Ⅱ优838为例，籽粒黄熟度的变化范围为21.5%～93.0%，种子千粒重增加了2.1%，种子水分降低了2.9个百分点。当籽粒黄熟度分别为73.6%和93.0%时，种子千粒重和水分均未达到显著差异水平(P＞0.05)，但种子水分显著低于籽粒黄熟度为21.5%的群体。当籽粒的黄熟度为75%～90%时，种子的水分和千粒重均未达到显著差异(P＞0.05)。

表3 加速老化对不同籽粒黄熟度种子活力的影响(2017年)Table3 Effects of different yellow-seed percentage on seed vigor under accelerated aging test (year 2017)

表4 不同籽粒黄熟度群体的种子水分和千粒重(2017年)Table4 Seed moisture and 1000-grain weight of different yellow-seed percentage populations(year 2017)

表5 黄熟度与种子活力、水分及千粒重的相关性分析(2016-2017年)Table5 Correlation analysis between yellow-seed percentage，seed vigor，seed moisture and 1000-grain weight(year 2016-2017)

2.3 籽粒黄熟度和种子活力、水分及千粒重的相关性

由表5可知，籽粒黄熟度与种子活力(发芽率、发芽势和活力指数)呈极显著或显著正相关，与种子水分呈极显著负相关，与种子千粒重的相关性不显著。在种子活力参数中，籽粒黄熟度与发芽率的相关性最高(R2=0.870 3)，与发芽指数的相关性最低(R2=0.442 6)。发芽率与发芽势、发芽指数及活力指数的相关性均未到达显著水平，但发芽势与发芽指数及活力指数的相关性均达到极显著或显著水平，发芽指数和活力指数呈显著正相关。

2.4 籽粒黄熟度对种子内含物含量的影响

随着籽粒黄熟度的增加，种子的直链淀粉、总淀粉、蛋白质及可溶性糖含量均呈先增加后趋于稳定的趋势(表6)。Ⅱ优838籽粒黄熟度变化范围为21.5%～93.0%，直链淀粉、总淀粉、蛋白质及可溶性糖含量分别增加了0.60、0.03、0.04和0.04个百分点。创两优华占籽粒黄熟度变化范围为17.2%～92.2%，直链淀粉、总淀粉、蛋白质及可溶性糖含量分别增加了0.42、0.04、0.07和0.07个百分点。当籽粒的黄熟度处于75%～90%时，种子的直链淀粉、总淀粉、蛋白质及可溶性糖含量均无显著差异(P＞0.05)，但显著高于籽粒黄熟度低(21.5%和17.2%)的群体。

表6 不同籽粒黄熟度群体的种子内含物含量(2017年)Table6 Storage substance of different yellow-seed percentage populations(year 2017) /%

2.5 籽粒黄熟度和种子内含物的相关性

由表7可知，籽粒黄熟度与种子内含物均未达到显著相关，但种子发芽势、发芽指数和活力指数均与种子内含物达到显著或极显著相关。除发芽率外直链淀粉含量与种子活力呈极显著正相关(R2=0.828 1**～0.984 7**)；总淀粉含量与种子活力呈极显著正相关(R2=0.740 2**～0.960 2**)；蛋白质含量与种子活力呈显著负相关(R2=-0.935 7**～-0.697 9*)；可溶性糖含量与种子活力呈极显著正相关(R2=0.933 6**～0.962 3**)。

表7 籽粒黄熟度和种子活力、内含物的相关性分析(2017年)Table7 Correlation analysis between yellow-seed percentage，seed vigor and storage substance(year 2017)

3 讨论

种子活力是在种子发育过程中形成的，种子发育期间的环境条件，包括土壤水分含量、大气温湿度、种子采收期等，均会对种子活力造成影响[4]。其中，种子采收期易于调控，因此适时收获种子对其质量的提高具有重要作用。樊廷录等[10]以乳线为感官指标确定玉米种子的适宜收获期；周海宁等[11]以黑层为感官指标确定早熟和晚熟玉米杂交品种的种子适宜收获期。本研究从群体角度出发，以籽粒黄熟度为感官指标，系统分析了不同黄熟度籽粒群体间种子活力的差异。结果表明，籽粒黄熟度在75%～90%时，种子活力和千粒重均处于高值水平，且此范围在授粉后17～23 d(数据未列出)。付爱斌等[8]研究表明，授粉后17 d可以作为陆两优996的适宜收获期。蒋敏明[16]研究表明，杂交水稻的适宜收获期在授粉后15～20 d。Fu等[17]报道株两优06 适宜在授粉后20 d 进行收获。因此，本试验中，籽粒黄熟度为75%～90%作为收获期，基本符合相关研究报道中的适宜收获期，即以授粉后的天数为参考指标。此外，不同生态区进行制种将对种子活力及收获期均会造成明显影响[7，9，18]。郝楠等[7]研究表明，辽单588种子在辽宁地区适宜收获期为授粉后53 d，甘肃地区为授粉后56 d，海南地区为授粉后47 d。因此，以授粉后的天数作为种子适宜收获期具有区域性。本研究在不同地区进行杂交水稻种子生产，综合分析不同地区各品种籽粒黄熟度的变化特征，结果表明，在不同生态区进行制种粒黄熟度与种子发芽率、活力指数均呈极显著正相关，因此以籽粒黄熟度作为杂交水稻高活力种子生产适宜收获期的感官指标具有一定代表性和准确性。

种子发育过程伴随着种子贮藏物质的不断增加。本试验结果表明，随着籽粒黄熟度的增加，种子直链淀粉、总淀粉、蛋白质及可溶性糖含量均呈增加趋势，但籽粒黄熟度和种子内含物均无显著相关性，这可能是因为取样日期主要集中在种子发育后期且取样次数较少，导致种子内含物含量差异不明显，所以与籽粒黄熟度相关性不明显。

水稻籽粒灌浆是指光合产物向籽粒运输的过程，灌浆充实好、粒重高的籽粒称为强势粒；灌浆慢、充实差和粒重低的籽粒称为弱势粒[19-21]。强弱势粒灌浆对水稻的产量和质量均会产生重要影响。在本试验中，黄色籽粒是强势粒的外在表现，绿色籽粒是弱势粒的外在表现。随着籽粒黄熟度的增加，强势粒的数量增加，弱势粒的数量减少，最终表现为水稻群体种子活力增加。因此，不同收获时期群体间种子活力的差异可能由强弱势粒群体的质量及数量不同导致的。很多学者也发现水稻灌浆中存在异步灌浆，并提出多种假设，包括同化物限制[22-24]、库容限制[25-27]、库活性低[28-30]等。因此，如何促进弱势粒灌浆、提高弱势粒的质量及强势粒的数量是进一步提高杂交水稻种子活力的有效途径。

4 结论

本研究表明，不同籽粒黄熟度对杂交水稻种子质量具有显著影响。随着籽粒黄熟度的增加，种子活力和贮藏物质含量均呈先增加后趋于稳定的趋势；种子千粒重呈逐渐增大的趋势，但均未达到显著差异；种子水分先降低后趋于稳定。当籽粒黄熟度为75%～90%时，种子活力和千粒重均处于高值水平，且种子内含物含量差异不显著。因此，籽粒黄熟度为75%～90%可以作为杂交水稻高活力种子生产适宜收获期的有效感官指标。本研究结果为杂交水稻高活力种子生产提供了理论参考。