謝婷婷 劉 凱 姜 輝 陳 磊 王榮升 李 坤 殷大偉 湛立偉 孫世臣

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所/黑龍江省水稻品種改良與遺傳育種工程技術(shù)研究中心/黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院開放實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 哈爾濱 150086； 3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所， 哈爾濱 150086；4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所， 哈爾濱 150086； 5.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)， 黑龍江 大慶 163000；6.浙江勿忘農(nóng)種業(yè)有限公司， 杭州 310026)

水稻是我國最重要的糧食作物之一，同時(shí)也是耗水量最大的作物，總耗水量約占農(nóng)業(yè)的70%[1]。黑龍江水稻面積近年來始終維持在400萬hm2，對(duì)維護(hù)我國糧食安全，特別是口糧安全作用重大。但是，水資源已經(jīng)成為限制黑龍江水稻可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸之一，特別是在井灌稻區(qū)，地下水位下降嚴(yán)重，很多稻田面臨無水可灌，在做好節(jié)水工程及栽培措施的基礎(chǔ)上，培育適應(yīng)市場(chǎng)需求的節(jié)水水稻品種需求迫切。此外，隨著中國人口老齡化、城鎮(zhèn)化，農(nóng)村勞動(dòng)力越發(fā)短缺，從事傳統(tǒng)種植業(yè)的人口越來越少，稻農(nóng)對(duì)水稻輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)需求也愈發(fā)迫切。在黑龍江很多地區(qū)水稻旱直播方興未艾，這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵之一是保全苗，這也要求所種品種萌發(fā)期要具有較強(qiáng)的抗旱性。因此，創(chuàng)制抗旱節(jié)水水稻種質(zhì)資源進(jìn)而培育適應(yīng)市場(chǎng)需求、適應(yīng)輕簡(jiǎn)栽培的抗旱節(jié)水水稻品種，對(duì)于黑龍江水稻生產(chǎn)十分重要。

PEG-6000作為處理劑在1979年用于篩選抗旱的煙草細(xì)胞系[2]，我國學(xué)者利用PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)的影響進(jìn)行了大量研究[3-7]。在水稻方面主要集中于抗旱指標(biāo)篩選、不同品種抗旱性評(píng)價(jià)、鑒定等。彭朝才等利用PEG-6000模擬干旱脅迫鑒定了20份水稻材料萌芽期抗旱性，并獲得4份抗性較好的材料[8]。楊瑰麗等利用PEG-6000模擬干旱脅迫探索水稻萌芽期抗旱性指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)芽鞘長和最長根長可作為該時(shí)期抗旱性鑒定指標(biāo)[9]，王賀正等[10]，田又升等[11]也進(jìn)行了相關(guān)研究。但針對(duì)寒地(黑龍江)抗旱節(jié)水水稻種質(zhì)萌發(fā)期抗旱性的研究較少。本團(tuán)隊(duì)利用黑龍江優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗、廣適的水稻品種與旱稻進(jìn)行組配，創(chuàng)制一系列適應(yīng)黑龍江生態(tài)條件的抗旱、節(jié)水、優(yōu)質(zhì)水稻新種質(zhì)，進(jìn)而培育出品種推廣應(yīng)用。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料共10份，其中龍稻18(LD 18)、綏粳18(SJ 18)、龍稻1602(1602)、龍稻124(124)為黑龍江省已審定的水稻品種，其中龍稻18和綏粳18均獲得了黑龍江省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，龍稻1602是黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所水稻研究室育成的適合黑龍江省第三積溫帶種植的優(yōu)良食味水稻品種，龍稻124為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所水稻研究室2020年最新審定的長粒香型品種，其余6份材料是本團(tuán)隊(duì)利用陸稻和黑龍江當(dāng)?shù)貎?yōu)良水稻品種創(chuàng)制的新品系，詳見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

萌發(fā)期抗旱性研究在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所進(jìn)行，利用PEG-6000對(duì)種子進(jìn)行處理，模擬干旱脅迫。試驗(yàn)PEG-6000設(shè)0、15%、20% 3個(gè)處理。每份材料選取50粒均勻一致、無病的種子，經(jīng)15%次氯酸鈉消毒1 min后，放置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每3 d更換1次濾紙，減少水勢(shì)變動(dòng)，加入20 mL溶液，每個(gè)處理3次重復(fù)。光照培養(yǎng)箱設(shè)定條件為白天28 ℃，晚上20 ℃，相對(duì)濕度均為60%，各12 h。從培養(yǎng)次日開始記錄發(fā)芽種子數(shù)量，連續(xù)記錄10 d，并于第14天利用根系掃描儀掃描0、15% PEG-6000處理的根系(20% PEG-6000處理在此實(shí)驗(yàn)條件下嚴(yán)重抑制各材料生長)。

式中，Gt為在t日內(nèi)發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel軟件整理數(shù)據(jù)，SPSS軟件進(jìn)行方差分析，GraphPad Prism軟件作圖。

表1 不同處理下水稻種子發(fā)芽特性變化

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)各材料發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響

由表1可知，15% PEG-6000處理對(duì)各材料發(fā)芽率沒有顯著影響，而20%PEG-6000處理顯著降低了各材料的發(fā)芽率，917下降幅度最大，為44.9%，龍稻18下降幅度最小，為9.6%。創(chuàng)制材料中943、928發(fā)芽率下降幅度最小，為16.9%、18%。15%、20% PEG-6000處理降低了各材料發(fā)芽勢(shì)，其中20% PEG-6000處理下，各材料發(fā)芽勢(shì)均極顯著降低(p<0.01)。龍稻1602、917在15% PEG-6000處理下發(fā)芽勢(shì)極顯著下降，說明其在該處理下發(fā)芽速度就已顯著降低。在20% PEG-6000處理下發(fā)芽勢(shì)下降幅度最小的材料為124(72.5%)，其次為928(77.3%)。15%、20% PEG-6000均顯著降低了各材料的發(fā)芽指數(shù)。

2.2 干旱脅迫對(duì)寒地不同種質(zhì)幼苗根系及地上部的影響

由圖1可知，PEG-6000處理下各材料根系表面積均無顯著變化；對(duì)各材料根尖數(shù)影響趨勢(shì)不同，綏粳18和928根尖數(shù)極顯著增多(p<0.01)，913根尖數(shù)顯著增多(p<0.05)，其他材料無顯著變化。15% PEG-6000處理對(duì)各材料根體積、總根長影響趨勢(shì)不同，龍稻124、龍稻18、917根體積極顯著降低(p<0.01)，921顯著降低(p<0.05)，對(duì)其他材料根體積無顯著影響。943根長在PEG-6000處理下極顯著增長(p<0.01)，其他材料無顯著變化。各材料根系直徑及株高在PEG-6000處理下均極顯著變小(p<0.01)。

由圖2可知，15% PEG-6000處理顯著降低了各材料根干重及莖干重。

由圖3可知，15% PEG-6000模擬干旱脅迫，對(duì)各材料根系表面積、根尖數(shù)、根體積、總根長、根冠比影響不同，對(duì)913、921、龍稻18、龍稻124根系表面積有抑制趨勢(shì)，對(duì)其他材料有促進(jìn)趨勢(shì)，其中914根系表面積脅迫指數(shù)極顯著(p<0.01)大于龍稻18、913、921。干旱脅迫對(duì)龍稻18、龍稻124根尖數(shù)有抑制作用，對(duì)其他材料根尖數(shù)有促進(jìn)趨勢(shì)，綏粳18、943根尖數(shù)脅迫指數(shù)顯著(p<0.05)大于龍稻18、龍稻124。除914外，各材料根體積脅迫指數(shù)均小于1，914根體積脅迫指數(shù)顯著(p<0.05)大于921、913、龍稻18。913、龍稻124總根長在干旱脅迫下受到抑制，而其他材料根系總長度均有所增加，914總根長增加幅度最大。15%PEG處理均降低了各材料平均直徑，1602平均直徑受抑程度最大。干旱脅迫下，綏粳18、龍稻18、1602根冠比脅迫指數(shù)均小于1，而943、928、921、914根冠比脅迫指數(shù)均大于1。各材料在干旱脅迫下，根干重及莖干重脅迫指數(shù)均小于1，說明各材料生長都受到了抑制，其中943根干重脅迫指數(shù)最大，說明其根系在干旱脅迫下受抑制最小，但各材料間均無顯著差。15%PEG處理下，莖干重脅迫指數(shù)前4位的是綏粳18、龍稻18、1602、龍稻124，均高于所創(chuàng)制的材料。綏粳18莖干重脅迫指數(shù)顯著(p<0.05)高于928、921、917、914、913。

3 討論與結(jié)論

水稻是最重要的糧食作物之一，同時(shí)也是耗水量最大對(duì)干旱最為敏感的作物之一。創(chuàng)制抗旱、節(jié)水水稻材料并配合節(jié)水栽培技術(shù)措施，是實(shí)現(xiàn)水稻高效用水的根本途徑。植物抗旱性是由多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，抗旱形式包括逃旱、避旱、耐旱、復(fù)原抗旱等。前人利用PEG模擬干旱脅迫對(duì)水稻萌芽期抗旱性進(jìn)行了廣泛研究[8-13]。袁杰等認(rèn)為，相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)幼芽長度、相對(duì)幼根長度能夠作為新疆粳稻芽期抗旱性鑒定的主要指標(biāo)[7]；楊瑰麗等研究則認(rèn)為，芽鞘長和最長根長適合用作水稻萌發(fā)期抗旱鑒定指標(biāo)[9]；王賀正等研究認(rèn)為，相對(duì)胚根長、相對(duì)芽長、相對(duì)芽干重可作為水稻芽期抗旱性鑒定指標(biāo)[10]。田又升等實(shí)驗(yàn)表明，胚芽干重、發(fā)芽率、胚芽鞘長和根冠比可作為水稻萌芽期抗旱指標(biāo)[11]。敬禮恒等則認(rèn)為，相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)芽長、相對(duì)胚根長、相對(duì)根芽干重可作為水稻種子萌發(fā)期的抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)[12]。安永平研究表明，20%PEG處理6 d的水稻品種萌發(fā)脅迫指數(shù)和脅迫8 d后芽鞘長的干旱反應(yīng)指數(shù)，可作為評(píng)價(jià)水稻萌發(fā)期抗旱性指標(biāo)[13]。其中袁杰等[7]、王賀正等[10]、田又升等[11]、敬禮恒等[12]、安永平等[13]認(rèn)為相對(duì)芽長度可作為萌芽期抗旱性指標(biāo)，袁杰等[7]、田又升等[11]、敬禮恒等[12]、安永平等[13]認(rèn)為，相對(duì)發(fā)芽率可作為萌芽期抗旱性指標(biāo)；袁杰等[7]、王賀正等[10]、敬禮恒等[12]認(rèn)為相對(duì)幼根長度可作為萌芽期抗旱性指標(biāo)；王賀正等[10]、田又升等[11]、敬禮恒等[12]認(rèn)為相對(duì)芽干重可作為萌芽期抗旱性指標(biāo)；綜上可知，各實(shí)驗(yàn)所采取條件相似，大多為28 ℃恒溫培養(yǎng)，15%或20%PEG(質(zhì)量比)模擬干旱脅迫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果既有聯(lián)系又不盡相同，這可能是各實(shí)驗(yàn)采用的品種有差異，且種子前處理不同造成的，具體哪些指標(biāo)能夠反映水稻萌芽期抗旱性應(yīng)結(jié)合大田環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在本試驗(yàn)中，與15%PEG-6000脅迫相比，20%PEG-6000處理顯著降低了各材料的發(fā)芽率，龍稻18下降幅度最小，為9.6%。創(chuàng)制材料中943、928發(fā)芽率下降幅度最小，分別為16.9%、18%。20%PEG-6000處理下，各材料發(fā)芽勢(shì)均極顯著降低(p<0.01)。15%、20%PEG-6000均顯著降低了各材料的發(fā)芽指數(shù)。15%PEG-6000抑制了各材料生長，龍稻18、綏粳18、龍稻124、龍稻1602與所創(chuàng)制材料應(yīng)對(duì)干旱脅迫的機(jī)制不同。干旱脅迫下，所創(chuàng)制材料通過增加根冠比維持植株生長。