段里成，張 坤，章起明，劉 丹，桂寶玉，蔡 哲，楊愛萍，郭瑞鴿

（1. 江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，江西 南昌 330096；2. 江西省氣象科學(xué)研究所，江西 南昌 330096；3. 宜春市氣象局，江西 宜春 336000）

江西作為我國雙季稻優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)之一，雙季稻種植面積占全省水稻種植總面積的90%，是我國雙季稻種植比例最高的省份，在保障國家糧食安全方面發(fā)揮重要作用［1］。江西地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全省年平均氣溫17.8℃，熱量資源較為充沛，水稻生長季節(jié)較長，這使早稻直播成為了可能。隨著種植成本的上漲、機(jī)械化程度提高、化學(xué)除草劑的使用，輕簡化的直播種植方式越來越受農(nóng)戶青睞［2］。在此條件下，江西早稻直播輕簡栽培方式得到快速發(fā)展，尤其是近年來，直播稻面積在環(huán)鄱陽湖地區(qū)迅速擴(kuò)大［3-4］。但江西春季冷害發(fā)生頻次較高，使得早稻播種至苗期常遭遇低溫陰雨天氣，導(dǎo)致播種后不出芽或出芽后爛秧等現(xiàn)象，不利于早稻高產(chǎn)［2，4］。如何降低低溫陰雨對直播早稻生產(chǎn)的影響，探究低溫陰雨對直播早稻苗期生長的影響機(jī)理，許多科研工作者從選育耐冷性品種［5-7］、低溫對水稻苗期生理生態(tài)的影響［8-9］和芽期耐冷品種篩選［10-13］等方面進(jìn)行了大量研究。研究認(rèn)為，不同種質(zhì)資源間對低溫的耐受性存在很大差異，合理選用耐低溫能力較強的品種對保證水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要作用［14-15］。進(jìn)一步研究生理發(fā)現(xiàn)，在逆境條件下，水稻通過調(diào)節(jié)代謝物質(zhì)減輕低溫對自身的影響；秧苗受低溫脅迫影響，早稻品種幼苗丙二醛含量有不同程度的提高，同時脯氨酸含量也不斷增加，幼苗在低溫脅迫下已經(jīng)出現(xiàn)了自我調(diào)節(jié)的反應(yīng)［16］。以上研究主要針對水稻耐冷性品種選育和篩選，或單獨對水稻苗期低溫脅迫進(jìn)行研究，而就不同催芽程度對低溫耐受性影響并在此基礎(chǔ)上研究不同秧齡受低溫脅迫影響的報道較少。為此，本研究通過室內(nèi)控制試驗，系統(tǒng)研究早稻直播從播種至苗期遇到低溫及低溫脅迫對其生長的影響，為雙季稻早稻直播安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016—2017年在江西省農(nóng)業(yè)氣象中心農(nóng)氣實驗室進(jìn)行。供試水稻品種為中嘉早17，由江西省種子管理局提供，該品種屬常規(guī)秈稻，適宜在長江中下游作雙季早稻種植，全生育期約109.0 d。

1.2 試驗方法

1.2.1 低溫脅迫對直播早稻出苗的影響 2016年春季，早稻品種中嘉早17經(jīng)1000倍咪鮮胺浸種消毒24 h，進(jìn)行不同程度的催芽，將催芽程度為破胸（A）、芽谷（B，芽半長）兩種程度的種子于3月10日分別播種于裝有7 cm土層的塑料盒（21 cm×15 cm×9 cm）中，分別置于4±0.5、6±0.5、8±0.5、10±0.5、12±0.5、14±0.5、16±0.5、18（±0.5）℃人工氣候箱中進(jìn)行低溫脅迫處理，處理時間設(shè)1、2、3、4、5 d共5個梯度（分別用D1、D2、D3、D4、D5表示），每個處理時間梯度播5盆，以25℃作對照，每天8：00～20：00光照12 h，其余時間為黑暗處理。

低溫脅迫處理結(jié)束后，以4℃/h的速度升溫至25℃，并在25℃條件下恢復(fù)生長7 d，統(tǒng)計出苗率。各低溫處理1、2、3、4、5 d恢復(fù)生長7 d后取樣，不同催芽程度下的每個處理時間梯度取10棵苗，3次重復(fù)，統(tǒng)計其苗高變化，無出苗則不統(tǒng)計，計算出苗率。

1.2.2 低溫脅迫對不同秧齡形態(tài)和生理的影響 2017年春季，早稻品種中嘉早17經(jīng)過1000倍稀釋的咪鮮胺浸種消毒24 h，將催芽程度為破胸的種子于3月10日播種于裝有4 cm土層的塑料盒（30 cm×15 cm×5 cm）中，置于20℃條件下生長，至5、10、15 d秧齡時，將不同秧齡的水稻幼苗分別置于6±0.5、9±0.5、12（±0.5）℃人工氣候箱中進(jìn)行低溫處理，處理時間設(shè)2、4 d兩個梯度（分別用C2、C4表示），以20℃作對照，每個處理時間梯度播5盆，每天8：00～20：00光照12 h，其余時間為黑暗處理。

低溫處理前，去除每盤中生長不一致的幼苗。低溫脅迫處理結(jié)束后，以4℃/h的速度升溫至20℃，并在20℃條件下恢復(fù)生長7 d，統(tǒng)計成活幼苗數(shù)，計算出苗率。

低溫處理前及處理2、4 d后取樣，每個時間梯度取10棵苗，3次重復(fù)，統(tǒng)計苗高和葉齡變化。生理指標(biāo)測定取樣，將地上部分和地下部分分開，每個時間梯度處理取2 g鮮樣，用液氮速凍后保存于-20℃低溫冰箱中用于丙二醛（MDA）和脯氨酸含量的測定，MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法［17］測定，脯氨酸含量采用茚酸酮比色法［18］測定。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對不同催芽程度種子出苗率的影響

不同催芽程度的水稻種子經(jīng)低溫處理后，隨處理溫度的降低和處理時間的延長，出苗率逐漸降低。由圖1可知，催芽程度為破胸的和芽谷的種子在10℃及以上、處理時間在5 d及以下時，水稻出苗率均能維持在80%以上，且種子催芽程度為破胸的出苗率較芽谷的出苗率高；在10℃以下溫度，隨著處理時間的延長，催芽程度為破胸和芽谷的種子出苗率均逐漸下降，溫度越低，下降越明顯，且催芽程度為芽谷的較破胸的下降更明顯；在溫度4℃、處理時間為5 d時，催芽程度為芽谷的種子基本無出苗，而催芽程度為破胸的種子出苗率達(dá)到56%左右，表明催芽程度為破胸的種子較芽谷的種子耐低溫能力更強。

圖1 低溫脅迫對不同催芽程度種子出苗率的影響

2.2 低溫脅迫對不同催芽程度種子苗高的影響

不同催芽程度的種子隨著處理溫度的降低和處理時間的延長，苗高呈逐漸降低的趨勢（圖2）。催芽程度為破胸的種子在溫度為10℃時，苗高出現(xiàn)了一個明顯的跳躍式降幅，因此10℃可能是破胸期種子耐冷性的一個臨界溫度；催芽程度為芽谷的種子隨著處理溫度的降低，苗高逐漸降低，當(dāng)溫度為4℃、處理時間為5 d時，無出苗，苗高為0。低溫脅迫下苗高逐漸降低主要是因為溫度降低，水稻生長受到抑制，導(dǎo)致生長緩慢或停止生長，甚至死亡。

2.3 低溫脅迫對不同秧齡秧苗成活率的影響

由圖3可知，隨著處理溫度的降低和處理時間的延長，不同秧齡秧苗成活率逐漸降低。在溫度為12℃，低溫處理4 d，各秧齡秧苗成活率達(dá)83%以上；當(dāng)溫度降低至9℃時，各秧齡秧苗成活率均降低，但下降程度不同，在處理時間為2 d時，5日齡秧苗成活率達(dá)到80%以上，15日齡秧苗成活率僅為6.5%，當(dāng)處理時間達(dá)到4 d時，各秧齡的秧苗成活率進(jìn)一步下降；當(dāng)溫度達(dá)到6℃，處理時間為2 d以上時，各秧齡的秧苗基本無成活，大田在此條件下要及時考慮補種或改種其他作物。

圖2 低溫脅迫對不同催芽程度種子苗高的影響

圖3 低溫脅迫對不同秧齡秧苗成活率的影響

2.4 低溫脅迫對不同秧齡秧苗苗高及葉齡的影響

在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低則水稻幼苗生長越緩慢或停止生長，溫度越高則生長越快（表1）。在溫度為6℃條件下，葉齡和苗高基本無變化，各秧齡水稻苗基本停止生長；在溫度為12℃時，隨著處理時間的延長，水稻幼苗秧齡和苗高逐漸增加，但增加幅度以5日齡秧苗較15日齡更明顯；在正常溫度（20℃）生長條件下，隨生長天數(shù)的增加，大秧齡較小秧齡變化更明顯。對比12℃和20℃處理秧齡和苗高變化情況，可能是由于秧齡越大，對低溫的耐受能力越弱，從而導(dǎo)致生長緩慢。

2.5 低溫脅迫對不同秧齡秧苗地上部MDA含量的影響

由圖4可知，隨著處理時間的延長，對照秧苗地上部的MDA含量基本無變化，而經(jīng)低溫處理后的水稻秧苗地上部的MDA含量明顯升高。在同一溫度和處理時間下，秧齡越大，MDA含量升高越明顯，在6℃低溫處理2 d時，15日齡較5日齡高48.82%；溫度為6℃較12℃處理的MDA含量明顯高。MDA含量越高，植株細(xì)胞受損傷程度越高。

圖4 低溫脅迫對不同秧齡秧苗MDA含量的影響

表1 低溫脅迫對不同秧齡秧苗葉齡及苗高的影響

2.6 低溫脅迫對不同秧齡秧苗地上部脯氨酸含量的影響

在植物體內(nèi)，脯氨酸不僅是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而且還可以作為膜和酶的保護(hù)物質(zhì)及自由基清除劑，對植物在滲透脅迫下的生長起到保護(hù)作用。由圖5可知，在本試驗條件下，秧齡越小，脯氨酸含量越高，秧齡增加，脯氨酸含量受溫度影響變化差異逐漸減小，且秧齡越大，脯氨酸含量逐漸減少，其中在秧齡為5日齡時，脯氨酸含量達(dá)到最大，表明秧齡越小遇低溫自我調(diào)節(jié)能力越強。

圖5 低溫脅迫對不同秧齡秧苗脯氨酸含量的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 低溫脅迫對不同催芽程度種子出苗的影響

目前對水稻播種耐冷性研究主要集中在芽期耐冷性鑒定及品種篩選方面［9-11］。芽期耐冷性是幼芽細(xì)胞維持生命的能力，從外觀上表現(xiàn)為幼芽誘發(fā)綠苗的能力［19］。黃永蘭等［10］利用芽期耐冷性指標(biāo)對江西省早稻品種芽期耐冷性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，自然狀態(tài)和人工條件下耐冷性趨勢基本一致，但自然狀態(tài)較人工狀態(tài)死苗率變幅更大；對水稻芽期和苗期的耐冷相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，水稻芽期和苗期耐冷性具有密切的相關(guān)性［14，20］。本研究比較不同催芽程度的種子對低溫脅迫的影響發(fā)現(xiàn)，不同催芽程度的水稻種子播種后耐冷性存在明顯差異，催芽程度為破胸的種子耐低溫能力較芽谷的種子耐低溫能力更強，且溫度越低，處理時間越長，恢復(fù)生長過程中對苗高的影響越大。這可能是由于溫度越低，處理時間越長，對種子的損傷越大，導(dǎo)致不可恢復(fù)的損傷程度越深。因此在水稻直播生產(chǎn)過程中可選用耐冷性較強的催芽程度為破胸的種子進(jìn)行直播生產(chǎn)。

3.2 低溫脅迫對不同秧齡秧苗生長的影響

不同秧齡低溫試驗在不同催芽程度試驗的基礎(chǔ)上，選用耐冷性較強的催芽程度為破胸的種子進(jìn)行播種試驗。目前對水稻苗期耐冷性的研究主要針對某一秧齡的耐冷性［21-23］，趙秀琴等［24］認(rèn)為，水稻苗期遇低溫會嚴(yán)重影響水稻幼苗生長；不同品種的同一秧齡受低溫的影響表現(xiàn)趨勢基本一致，溫度越低，損傷越大［25］。本試驗各秧齡受低溫影響與潘孝武等［25］的研究結(jié)果基本一致。比較不同日數(shù)的秧齡對低溫的耐受性發(fā)現(xiàn)，隨著秧齡增大，耐低溫的能力減弱，當(dāng)溫度為6℃時，隨處理時間的延長，葉齡和苗高無變化，秧苗基本停止生長；溫度升到12℃時，秧齡越小，苗高和葉齡變化較大秧齡更明顯，這與對照的變化趨勢相反，正常條件下，秧齡越大，苗高和葉齡變化越明顯。由低溫脅迫對各秧齡成活率可知，在9℃低溫處理2 d時，5日齡秧苗成活率在80 %以上，而15日齡成活率僅為6.52 %，表明秧齡越小對低溫的耐受能力越強。在大田直播早稻生長過程中，不同秧齡都有可能遭遇低溫，比較低溫脅迫對不同秧齡成活率及耐受性的影響，對預(yù)測低溫對早稻直播不同苗期的影響，指導(dǎo)水稻早播生產(chǎn)意義重大。

水稻苗期耐冷性在形態(tài)上的不同主要是由于生理物質(zhì)指標(biāo)上差異導(dǎo)致的，而丙二醛和游離脯氨酸含量是鑒定水稻苗期耐冷性的重要生理指標(biāo)。丙二醛是由于植物體內(nèi)自由基代謝平衡破壞導(dǎo)致質(zhì)膜過氧化作用加劇的產(chǎn)物之一，而游離脯氨酸含量是植物體內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與植物的耐冷性密切相關(guān)。趙楊等［16］研究表明，隨著低溫脅迫時間的延長，丙二醛含量不斷升高，不同品種存在顯著差異。潘孝武等［25］研究發(fā)現(xiàn)，游離脯氨酸含量隨脅迫時間的延長不斷提高。本研究結(jié)果與趙楊等、潘孝武等結(jié)論相一致，本試驗不同秧齡隨低溫脅迫時間的延長，丙二醛和脯氨酸含量均隨之升高，但不同秧齡間存在明顯差異，秧齡越小，丙二醛含量越低，脯氨酸含量越高，表明秧齡越小耐低溫能力越強，進(jìn)一步從生理方面揭示了不同秧齡對低溫脅迫存在差異的原因。

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